CN110623681A - 光子散射成像 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个实施例提供了一种方法，包括：接收与多个光子发射事件相关联的数据集，所述多个光子发射事件与成像装置的检测器阵列相互作用；从所述多个光子发射事件识别出数据集的与多个未散射的光子发射事件相关联的第一子集；从所述多个光子发射事件识别出数据集的与至少一个散射的光子事件相关联的第二子集；对于散射的光子事件，使用来自数据集的与所述多个未散射的光子事件相关联的第一子集的数据，来确定所述散射的光子事件的可能发射位置；和通过将所述散射的光子事件与所确定的可能发射位置相关联来校正所述数据集。描述并且要求保护了其它方面。

Description

光子散射成像
背景技术
成像装置执行许多不同的功能，例如，医学成像、安全筛查、图像捕捉或类似物。成像源可以是放射源、可见光、不可见光或成像装置能够检测到的任何类型的源。例如，在医疗环境中，可以向患者注射放射性药物示踪剂，并且成像装置可以捕捉来自患者身体的伽马光子辐射的发射以用于诊断分析。成像装置可以包括对发射源敏感的伽马相机，例如，包括对发射源敏感或对发射源起反应的具体物质或物体的相机。相机可以含有单个的像素，所述单个的像素可以允许成像源确定所发射信号的位置、能量、定时和强度。
发明内容
总之，一个方面提供了一种方法，包括：接收与多个光子发射事件相关联的数据集，所述多个光子发射事件与成像装置的检测器阵列相互作用；从所述多个光子发射事件识别出数据集的与多个未散射的光子发射事件相关联的第一子集；从所述多个光子发射事件识别出数据集的与至少一个散射的光子事件相关联的第二子集；对于散射的光子事件，使用来自数据集的与所述多个未散射的光子事件相关联的第一子集的数据，来确定所述散射的光子事件的可能发射位置；和通过将所述散射的光子事件与所确定的可能发射位置相关联来校正所述数据集。
另一方面提供了一种信息处理装置，包括：处理器；存储器装置，所述存储器装置存储可由所述处理器执行的指令以便：接收与多个光子发射事件相关联的数据集，所述多个光子发射事件与成像装置的检测器阵列相互作用；从所述多个光子发射事件识别出数据集的与多个未散射的光子发射事件相关联的第一子集；从所述多个光子发射事件识别出数据集的与至少一个散射的光子事件相关联的第二子集；对于散射的光子事件，使用来自数据集的与所述多个未散射的光子事件相关联的第一子集的数据，来确定所述散射的光子事件的可能发射位置；和通过将所述散射的光子事件与所确定的可能发射位置相关联来校正所述数据集。
另一方面提供一种产品，包括：存储装置，所述存储装置存储代码，所述代码可由处理器执行，并且包括：接收与多个光子发射事件相关联的数据集的代码，所述多个光子发射事件与成像装置的检测器阵列相互作用；从所述多个光子发射事件识别出数据集的与多个未散射的光子发射事件相关联的第一子集的代码；从所述多个光子发射事件识别出数据集的与至少一个散射的光子事件相关联的第二子集的代码；对于散射的光子事件，使用来自数据集的与所述多个未散射的光子事件相关联的第一子集的数据来确定所述散射的光子事件的可能发射位置的代码；和通过将所述散射的光子事件与所确定的可能发射位置相关联来校正所述数据集的代码。
以上是发明内容，并且因此可能含有细节的简化、概括和省略；因此，本领域技术人员将了解，发明内容仅是示意性的，并且并不意在以任何方式进行限制。
为了更好地理解实施例及其其它和进一步的特征和优点，结合附图参考以下描述。将在所附权利要求书中指出本发明的范围。
附图说明
图1图示了信息处理装置电路系统的示例。
图2图示了信息处理装置电路系统的另一示例。
图3图示了可以使用所公开的实施例的成像装置的另一实施例。
图4图示了用于可以使用所公开的实施例的图3的示例性成像装置的信息处理装置电路系统的另一示例。
图5图示了确定图像内的散射的事件的方法。
图6图示了关于伽马能量和能量分辨率的散射角和相对计数密度的示例。
具体实施方式
容易理解的是，除了所描述的示例性实施例之外，如本文附图中总体描述和图示的实施例的部件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，如附图中所表示的示例性实施例的以下更详细的描述并不意在限制如所要求保护的实施例的范围，而仅仅代表示例性实施例。
贯穿本说明书对“一个实施例”或“实施例”(或类似物)的引用意味着结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书在各个地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”或类似物不一定都指代同一实施例。
此外，所描述的特征、结构或特性可以在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合。在以下描述中，提供了许多具体细节以给出对实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，可以在没有一个或多个具体细节的情况下或者借助于其它方法、部件、材料等来实践各种实施例。在其它事例中，未详细示出或描述众所周知的结构、材料或操作以避免混淆。
成像装置的用户通常期望高空间、时间和能量分辨率的图像输出。例如，具有高空间、时间和能量分辨率的医学图像可以通过将医生指引到患者身体内的感兴趣位置来影响患者的护理。许多成像装置利用对被成像的发射类型敏感的相机，以便准确地捕捉图像。为了捕捉图像，将相机图像划分为离散区域或图形元素(像素)，其中每个像素可以表示所捕捉的图像内的位置和强度。
以图示方式，在核医学(分子成像)设置中，可以向患者注射放射性药物示踪剂，并且成像装置(伽马相机)可以捕捉来自患者身体的伽马光子辐射的发射以用于诊断分析。伽马相机中的检测器可以包括具有耦合光子检测器(例如，光电倍增管)的闪烁体，或者可以包括半导体直接转换材料，例如，CdZnTe、、CdTe、HgI和Si。包括半导体直接转换检测器材料的伽马光子检测器像素阵列具有优于闪烁体加光子检测器伽马相机的优点，包括优越的能量和空间分辨率。然而，所有伽马相机的缺点是由于在成像期间患者身体中的发射光子的康普顿散射导致的信号损失。例如，在例如SPECT(单光子发射计算机断层摄影术)的医学成像应用中，来自患者身体内的发射源的伽马光子可能通过与在发射点与伽马相机中的成像像素之间的组织和骨骼的碰撞而被散射。由于图像形成通常可能仅需要在紧密围绕光峰的能量窗内接受计数，所以可以在图像中包括散射计数，从而产生模糊效果。通常，对图像的散射分量进行估计，所述散射分量可以高达人类患者中图像计数的60％，并且从图像中减去散射以产生大致包括仅未散射的光子发射的图像的“散射校正”图像。对于本领域技术人员来说显而易见的是，必须给予患者更高剂量的放射性示踪剂，因为由伽马相机检测到的显著部分的光子发射事件将在图像重建期间因为散射被丢弃。本发明提供了一种新的散射数据丢失解决方案，并且允许使用较小的辐射剂量或较短的检查时间或两者的组合进行更有效的检测。
目前，许多SPECT成像装置优选地从未散射的光子事件产生图像，其中散射的光子事件可以被视为噪声或无用数据。因此，如果可以估计散射分量，则可以完全忽略由于患者内的散射引起的光子事件，从而导致图像对比度模糊和丢失，或者被丢弃。在一些系统中，成像装置的能量分辨率可能没有高得足以将未散射的事件与散射的事件清楚地分开，从而产生包括散射发射光子和未散射发射光子两者的图像。所需要的是一种有效并且高能量分辨率的成像装置，所述成像装置能够检测散射的光子事件并且利用这些散射的事件作为光子发射图像的形成中的有用数据。本文中所描述的解决方案可以被用于医疗环境中，以减少对患者的放射性剂量，减少成像时间，改进诊断，降低成本，改进患者效果，以及向医疗保健专业人员提供更好的成像数据。
因此，实施例提供了一种通过将至少一个散射的光子事件与多个未散射的光子事件的位置相关联来校正图像的系统和方法。在实施例中，成像装置可以接收多个光子发射事件，所述多个光子发射事件包括未散射和散射的光子发射。成像系统可以重建主要是由于未散射的光子发射引起的患者身体中的源位置的图像。成像装置还可以识别至少一个散射的光子发射事件。在实施例中，可以通过将至少一个散射的光子发射事件与最可能与散射的光子事件相关联的患者身体中的源位置相关联来校正图像。在实施例中，可以将散射的光子发射事件添加到患者身体中最可能的源位置处或附近的图像。描述并且公开了将至少一个散射的光子发射事件与最可能的源位置相关联的其它方法。
这样的系统和方法为当前的成像技术提供了技术改进。如本文中所描述的实施例不是丢弃或误读散射的光子发射事件，而是从未散射和散射的光子发射事件捕捉有用的临床图像信息。系统可以通过其能量识别散射的光子发射事件，所述能量确定康普顿散射角的范围，借此提供一种使用散射的光子发射事件重建图像的系统和方法，而不是将它们作为不想要的图像噪声丢弃。这些改进对于医学成像、降低患者对成像试剂的剂量、减少检查/手术时间等可能是重要的。
将通过参考附图最好地理解所图示的示例性实施例。以下描述仅意在以示例方式，并且简单地图示某些示例性实施例。
散射的光子成像的一个实施例适用于普遍包括像素化光学摄影相机和像素化图像的显示的智能电话、平板电脑和类似物。虽然可以在信息处理装置中利用各种其它电路、电路系统或部件，但是关于智能电话和/或平板电脑电路系统100，图1中所图示的示例可以包括例如在平板电脑或其它移动计算平台中找到的片上系统设计。软件和(多个)处理器组合在单个芯片110中。处理器包括内部算术单元、寄存器、缓冲存储器、总线、I/O端口等，如本领域众所周知的。内部总线和类似物依赖于不同的供应商，但是基本上所有外围装置(120)可以附接到单个芯片110。电路系统100将处理器、存储器控制器和I/O控制器集线器全部组合到单个芯片110中。而且，这种类型的系统100通常不使用SATA或PCI或LPC。例如，通用接口包括SDIO和I2C。
存在管理例如经由可再充电电池140供应电力的(多个)电源管理芯片130(例如，电池管理单元BMU)，可再充电电池140可以通过连接到电源(未示出)来再充电。在至少一种设计中，使用单个芯片(例如，110)来提供类似BIOS的功能性和DRAM存储器。
系统100通常包括WWAN收发器150和WLAN收发器160中的一个或多个，以用于连接到各种网络(例如，电信网络)和无线因特网装置(例如，接入点)。另外，通常包括装置120，例如，图像传感器，例如，相机。系统100通常包括用于数据输入和显示/再现的触摸屏170。系统100通常还包括各种存储器装置，例如，闪存存储器180和SDRAM190。本文中所描述的部件可以适用于成像装置中。
图2描绘了信息处理装置电路、电路系统或部件的另一示例的框图。图2中所描绘的示例可以对应于计算系统，例如，个人计算机、膝上型计算机或可以实施对由像素化数字相机检测到的散射的光子成像的其它装置，这样的装置普遍包括所述像素化数字相机。当计算系统附接到例如在医学成像应用中的伽马相机时，也可以在计算系统上执行散射成像。从本文中的描述显而易见的是，实施例可以包括图2中所图示的示例的其它特征或仅一些特征。
图2的示例包括具有可以依赖于制造商(例如，INTEL、AMD、ARM等)而变化的架构的所谓的芯片组210(一起工作的一组集成电路或芯片，芯片组)。INTEL是英特尔公司(IntelCorporation)在美国和其它国家的注册商标。AMD是超威半导体公司(AdvancedMicroDevices,Inc)在美国和其它国家的注册商标。ARM是安谋国际科技股份有限公司(ARMHoldingsplc)在美国和其它国家/地区的未注册商标。芯片组210的架构包括核心和存储器控制组220以及经由直接管理接口(DMI)242或链路控制器244交换信息(例如，数据、信号、命令等)的I/O控制器集线器250。在图2中，DMI242是芯片到芯片的接口(有时被称为“北桥”和“南桥”之间的链路)。核心和存储器控制组220包括一个或多个处理器222(例如，单核或多核)和经由前端总线(FSB)224交换信息的存储器控制器集线器226；注意到组220的部件可以集成在取代传统“北桥”式架构的芯片中。如本领域众所周知的，一个或多个处理器222包括内部算术单元、寄存器、缓冲存储器、总线、I/O端口等。
在图2中，存储器控制器集线器226与存储器240介接(例如，以便为可以被称为“系统存储器”或“存储器”的一种类型的RAM提供支持)。存储器控制器集线器226进一步包括用于显示装置292(例如，CRT、平板、触摸屏等)的低压差分信令(LVDS)接口232。块238包括可以经由LVDS接口232(例如，串行数字视频、HDMI/DVI、显示端口)支持的一些技术。存储器控制器集线器226还包括可以支持独立显卡236的PCI-express接口(PCI-E)234。
在图2中，I/O集线器控制器250包括SATA接口251(例如，用于HDD、SDD等，280)、PCI-E接口252(例如，用于无线连接282)、USB接口253(例如，用于装置284，例如，数字转换器、键盘、鼠标、相机、电话、麦克风、存储器、其它连接装置等)、网络接口254(例如，LAN)、GPIO接口255、LPC接口270(用于ASIC271、TPM 272、超级I/O273、固件集线器274、BIOS支持件275以及各种类型的存储器276(例如，ROM 277、闪存278和NVRAM 279)、电源管理接口261、时钟发生器接口262、音频接口263(例如，用于扬声器294)、TCO接口264、系统管理总线接口265和SPI闪存266，SPI闪存266可以包括BIOS 268和启动代码290。I/O集线器控制器250可以包括千兆比特以太网支持件。
系统在通电时可以被配置成执行如存储在SPI闪存266内的BIOS 268的启动代码290，并且此后在一个或多个操作系统和应用软件(例如，存储在系统存储器240中)的控制下处理数据。操作系统可以存储在各种位置中的任何位置中并且例如根据BIOS 268的指令来访问。如本文中所描述，装置可以包括比图2的系统中所示出的更少或更多的特征。
如例如图1或图2中所概述的信息处理装置电路系统可以在装置(例如，一般来说，平板电脑、智能电话、个人计算机装置和/或用户可以在本文中所描述的系统中使用或与本文中所描述的系统一起使用的电子装置)中使用。例如，图1中概述的电路系统可以在平板电脑或智能电话实施例中实施，而图2中概述的电路系统可以在个人计算机实施例中实施。
参考图3，各种实施例的像素化检测器和/或伽马相机可以提供为不同类型的成像系统(例如，核医学(NM)成像系统，例如，正电子发射断层摄影术(PET)成像系统，单光子发射计算机断层摄影术(SPECT)成像系统和/或X射线成像系统和X射线计算机断层摄影术(CT)成像系统等)的一部分。例如，图3是根据各种实施例构造的医学成像系统310的示例性实施例的透视图，在该示例性实施例中，医学成像系统310是SPECT成像系统。系统310包括集成台架312，集成台架312进一步包括围绕台架中心孔332定向的转子314。转子314被配置成支撑一个或多个NM像素化相机318和相关联的准直器317(示出了两个相机318和两个准直器317)，例如但不限于伽马相机、SPECT检测器、多层像素化相机(例如，康普顿相机)和/或PET检测器。应当注意，当医学成像系统310包括CT相机或x射线相机时，医学成像系统310还包括用于朝向检测器发射x射线辐射的x射线管(未示出)。在各种实施例中，相机318由如本文中更详细描述的像素化检测器形成。转子314进一步被配置成围绕检查轴线319轴向地旋转。
患者台320可以包括滑动地联接到床支撑系统324的床322，床支撑系统324可以直接联接到地板或可以通过联接到台架312的基座326联接到台架312。床322可以包括滑动地联接到床322的上表面330的担架328。患者台320被配置成促进患者(未示出)进入和离开检查位置，所述检查位置基本上与检查轴线319对准，并且其中患者位于伽马相机318的视场中。在成像扫描期间，可以控制患者台320以使床322和/或担架328轴向地移入和移出孔332。成像系统310的操作和控制可以以本领域已知的任何方式执行。应当注意，各种实施例可以结合包括旋转台架或固定台架的成像系统来实施。
现在参考图4，其图示了图示成像系统450的框图，成像系统450具有根据安装在台架上的各种实施例配置的多个像素化成像检测器和/或伽马相机。应当注意，成像系统也可以是多模态成像系统，例如，NM/CT成像系统。被图示为SPECT成像系统的成像系统450通常包括安装在台架456上的多个像素化成像检测器452和454(图示了两个)。应当注意，可以提供附加的成像检测器。成像检测器452和454相对于在台架456的孔460中的患者458位于多个位置处(例如，处于“L模式”90度配置，如所示出的)。患者458支撑在患者台462上，使得可以获取患者458内的感兴趣结构(例如，心脏)特有的辐射或成像数据。应当注意，尽管成像检测器452和454被配置用于可移动操作(在方位上围绕、径向向内或向外、可围绕轴线旋转、可围绕枢轴倾斜等)，但是在一些成像系统中，成像检测器固定地联接到台架456并且处于静止位置，例如，在PET成像系统(例如，成像检测器环)中。还应当注意，成像检测器452和454可以由如本文中所描述的不同材料形成，并且以本领域已知的不同配置提供，例如平板或曲面板。
可以在成像检测器452和454中的一个或多个的辐射检测面(在图3中317，但在图4中未示出)的前面提供一个或多个准直器。成像检测器452和454获取可以由像素的x和y位置以及成像检测器452和454的位置限定的2D图像。辐射检测面(未示出)指向例如患者458，患者458可以是人类患者、动物、机场行李或类似物。
控制器单元464可以控制患者台462相对于成像检测器452和454的移动和定位以及成像检测器452和454相对于患者458的移动和定位，以将患者458的所期望解剖结构定位在成像检测器452和454的视场(FOV)内，这可以在获取感兴趣的解剖结构的图像之前执行。控制器单元464可以具有各自可以由处理单元468自动命令、由操作员手动控制或者其组合的台控制器465和台架马达控制器467。台控制器465可以移动患者台462以相对于成像检测器452和454的FOV定位患者458。另外或可选地，成像检测器452和454可以在台架马达控制器467的控制下相对于患者458移动、定位或定向或者围绕患者458旋转。
可以将成像数据组合并且重建成图像，所述图像可以包括2D图像、3D体积或伴随时间的3D体积(4D)。
数据获取系统(DAS)470接收由成像检测器452和454产生的模拟和/或数字电信号数据，并且对数据进行解码以用于后续处理，如本文中更详细描述的。图像重建处理器472接收来自DAS 470的数据，并且使用本领域已知的任何重建过程重建图像。可以提供数据存储装置474以存储来自DAS 470的数据或所重建的图像数据。还可以提供输入装置476，例如，键盘、鼠标、触摸屏或类似物以接收用户输入，并且可以提供显示器478以显示所重建的图像。充电位置确定模块480可以为与像素化成像检测器452和454相互作用的每个伽马光子提供x和y位置。在实施例中，可以确定相互作用深度z位置。
在实施例中，成像装置可以安装在用于安全扫描的位置中。例如，装置可以在机场安全筛查站、行李检查位置或类似物中。装置可以包括多个x射线源和多个像素化光子检测器阵列。在实施例中，成像装置可以是永久锚定的、可移动的或完全便携式的。例如，成像装置可以是由第一响应者、安全或评估团队使用的手持装置。预期并且公开了安全环境之外的其它用途。如本领域技术人员应当理解的，医疗保健成像和安全筛查仅仅是示例。如本文中所描述的技术的其它可能应用是可能的和预期的。
在实施例中，接收设备可以含有对放射性粒子或光子敏感的传感器。接收设备可以在位于接收设备中的传感器阵列上记录通信事件，也称为相互作用。阵列中的传感器中的每一个可以表示为最终图像中的像素。在成像过程中，光子或粒子可能撞击一个或多个像素检测单元。在实施例中，可以使用从一个或多个像素检测单元接收的信号来分离未散射和散射的光子发射并且使用两者来重建图像。在医疗保健环境中，这可以允许医疗保健专业人员在更短的时间内实现更好的成像，并且向患者递送更少的放射性标记剂量，这可以导致更好的治疗计划并且降低医疗成本，例如，可以实现更好的效率，并且可以减少成像会话的持续时间。
现在参考图5，成像装置和方法的实施例可以在医疗保健环境、安全筛查、制造或其中可以利用成像装置的任何应用中。例如，成像装置可以是放射性成像装置，其中放射性物质(由粒子或光子组成)透射穿过患者身体或注射到患者身体中并且从患者身体发射。另一示例可以包括被用于出于安全目的扫描辐射或其它感兴趣材料的机场或入口装置。第一响应者可以使用成像装置的另一个示例来确定环境条件和/或位置的安全性。预期并且公开了其它用途。
在步骤501处，实施例可以获取光子发射的一个或多个投影图像。获取图像可以包括接收或捕捉在光子检测器像素阵列内发生的通信事件。接收或捕捉所述相互作用可以包括从一个或多个像素检测单元接收指示已经发生相互作用的一个或多个信号。为了可读性，本文中的讨论将光子称为导致相互作用并且产生信号的物体。然而，应当理解的是，物体可以包括光子(任何光谱的光)、放射性粒子或检测单元能够检测到的任何类型的能量。光子检测器像素阵列可以是一个或多个像素检测器单元。光子检测器像素阵列可以以任何配置(例如，网格、快图案、散置图案或类似物)来组织。光子检测器像素阵列可以定向在平坦平面、弯曲平面或类似物中。换句话说，光子检测器像素阵列可以以适合于检测来自发射源的相互作用的方式布置，并且对于不同的应用可以是不同的。例如，来自发射源的光子可以与作为医疗环境中的成像单元的一部分的光子像素阵列上的一个或多个像素相互作用。在SPECT成像中获取了多个投影图像。例如，在例如图3中所描绘的系统310中，台架可以在每组两个投影图像(每个伽马相机318一个)之间旋转6度，直到已经获取了总共60个投影图像为止。可以处理这些投影图像中的每一个以在进一步处理以重建患者身体的3D图像之前进行衰减和/或散射的校正，特别是示出注射(或摄取或吸入)的放射性同位素示踪剂的分布。
在实施例中，像素(图形元素)指的是成像硬件表面上的离散位置，所述离散位置可以仅是成像区域的子集。可以使用来自像素或多个像素的数据或电子通信来形成作为来自一个或多个像素的合成的图像。成像装置可以使用许多方法来检测来自像素的通信事件。例如，在消费者相机中，像素表示由像素检测到的可见光的强度和波长。作为另一个示例，在癌症筛查、辐射检测器和类似物中使用的放射性成像装置使用由源发射并且可通过具有相关联电路系统的传感器测量的原子粒子或光子类型，以提供检测到的放射性粒子或光子的位置、能量和强度(或计数密度)。使用来自像素的通信事件，可以基于来自像素的通信事件的位置、强度和能量或波长来创建图像。换句话说，实施例可以使用在成像期间从像素传输的信号来基于信号中所含有的信息而创建图像。可以从多个像素收集数据以创建更大区域的图像。
在具有半导体检测器材料的实施例中，光子检测器像素阵列可以具有两侧，其中金属电极沉积在半导体检测器晶体上。第一侧可以包括也被称为像素化侧的多个像素，所述多个像素可以以网格图案布置。该侧可以耦合到读出电子器件，所述电子器件可以捕捉来自像素化侧的信号。在其中电子迁移率远大于空穴迁移率的CdZnTe(CZT)或CdTe的情况下，像素化侧可以是阵列的阳极侧并且提供阳极信号。在一些配置中，该侧可以连接到地电势。在实施例中，检测器像素阵列的第二侧可以与第一侧基本上相反，例如，在厚片状检测器的情况下，第一侧可以是底侧，并且第二侧可以是顶侧，通常是伽马光子可以入射到检测器上的一侧。检测器像素阵列的该第二侧可以是阴极，并且可以连接到负电压偏置。
在步骤502处，实施例可以针对每个投影图像中的每个像素估计光峰值能量窗中的散射分数，并且然后从每个像素中减去所估计的散射的光子发射事件的数量。下文讨论几种用于估计散射分数的可能方法。
在步骤503处，可以从多个投影图像重建患者身体内的发射源位置的图像。因为在步骤502处估计并且减去散射分数，所以将得到的重建图像被标记为“散射校正的”。这种类型的图像通常在商业SPECT系统中产生，通常具有用于衰减和分辨率恢复的附加校正。在固态半导体光子检测器像素阵列中，能量分辨率可能非常好。例如，在CZT检测器中，能量分辨率在140keV处可以是3％到4％FWHM(在光峰的半峰处的全宽)，与在140keV处能量分辨率约为10％FWHM的NaI闪烁体检测器相比，要好得多。优越的能量分辨率使得能够更有效地区分散射的光子发射与未散射的光子发射，因为散射的光子始终具有低于未散射的光子的能量。这将在下面图6的讨论中突出显示。
主要未散射的光子发射事件可以被重建成患者身体内的光子发射源位置的图像。SPECT图像重建可以是本领域已知的任何方法，包括滤波反投影(FBP)、MLEM(最大似然期望最大化)或OSEM(有序子集期望最大化)或ART(代数重建技术)以及其它迭代代数、迭代统计和迭代学习重建方法。可以通过估计图像的散射分量并且从原始图像中减去估计来针对散射的光子发射事件的存在来校正图像。当半导体光子检测器像素阵列以其优越的能量分辨率使用时，这将是该过程的更有效的部分。更少的散射的光子事件将与未散射的光子事件混合，因此更容易分离散射的事件并且重建未散射的光子发射的源位置的主要未散射图像。
例如，图6图示了在伽马相机检测之前在患者身体中具有康普顿散射的伽马光子发射事件的几个曲线图。使用众所周知的康普顿散射公式来计算曲线图：
其中，E0是伽马光子发射的能量，对于99mTc通常为140keV，99mTc是医学成像的常见同位素，Esc是散射伽马光子的能量，mec2是电子的剩余能量，511keV，所发射的伽马光子从所述电子散射，θ是散射角。顶部的两个曲线图601和602图示了康普顿散射对典型的NaI闪烁体伽马相机的影响，其中能量分辨率可以是约10％FWHM(对于140keV光峰，为14keV)。底部的两个曲线图603和604图示了康普顿散射对CZT像素化伽马相机的影响，其中能量分辨率可以是约3％FWHM(对于140keV光峰，为4keV)。在SPECT成像中，在图像中包括在以宽度约为±FWHM的光峰为中心的能量窗内检测到的光子事件。在顶部的两个曲线图601和602中，成像能量窗由在140-14＝126keV与140+14＝154keV的两条垂直虚线之间的所有检测到的光子事件组成。类似地，对于底部的两个曲线图603和604，能量窗由在140-4＝136keV与140+4＝144keV的两条垂直虚线之间的所有检测到的光子事件组成。
在图6中，在右侧的两个曲线图602和604图示了未散射的光子(实心高斯形状峰值)和单散射的光子(重虚线曲线)的能谱(随着伽马光子能量而变的相对计数密度)。散射的光子光谱的形状使用众所周知的Klein-Nishina公式来计算，用高斯与10％FWHM(对于602)或3％FWHM(对于604)进行卷积。当然，散射的光子在离开患者身体并且与光子检测器阵列相互作用之前可以多次散射，但是通过仅考虑单个散射的事件，本发明的关键方面是显而易见的。浅灰色阴影区域611、612、613和614表示在可以被用于图像形成的在能量窗内检测到的散射的光子。如曲线图602的标题中所述，在这个图示性的计算中，当能量分辨率为约10％(闪烁体伽马相机)时，来自患者内单个康普顿散射的事件的分数可以是总检测到的光谱(虚线峰值)的约40％。曲线图604的标题类似地公开了，这个图示性计算中，当能量分辨率为约3％(CZT伽马相机)时，来自患者身体内的单个康普顿散射的事件的分数可以是总检测到的光谱(虚线峰值)的约5％。显然，CZT伽马相机的优越的能量分辨率通过在光峰图像中包括基本上较少的散射的光子而优于SPECT成像。优越的能量分辨率的这种益处可以被用于实现我们在本文中描述的发明。
在图6中，在左侧的两个曲线图601和603图示了随着散射伽马光子的能量而变的以度为单位的康普顿散射角。曲线图601中的灰色阴影区域611包括在成像窗中以高达几乎90度的散射角散射，部分是由于140keV的光峰能量的约±10％(闪烁体伽马相机)的散射窗。因此，散射的事件可以包括在能量窗中，从而导致下述重建的图像，所述重建的图像由于散射的光子发射事件与未散射的光子发射事件混合而可能是模糊的并且具有降低的对比度。先前的方法可以尝试简单地从图像减去散射的光子发射事件。曲线图603中的灰色阴影区域613包括成像窗中散射角低于40度的散射，这部分地归因于140keV的光峰能量的约±3％(CZT伽马相机)的散射窗。
现在考虑在曲线图602和604中在低于光峰能量窗的下限的能量处存在散射的光子发射事件。可以使用那些散射的光子来估计光峰能量窗内的散射分数，以便逐个像素地减去那些计数。可能存在估计每个像素处对图像贡献散射的光子使得可以将其减去并且丢弃的其它方法，例如，基于源自患者的x射线CT(计算机断层摄影术)或MRI(磁共振成像)扫描的衰减图的蒙特卡罗模拟，或者射线追踪建模(例如，GEANT)。采用半导体(例如，CZT)像素化光子检测器阵列的伽马相机的优越能量分辨率实现新的选项，所述新的选项优于丢弃散射的光子的所有方法。考虑在光峰能量窗下限以下的能量区域中的曲线图601和603。在曲线图601中，对于10％能量分辨率(闪烁体伽马相机)，在110keV的能量下检测到的散射的光子将与从约60到130度的散射角范围相关联，不确定性为约70度。相比之下，在曲线图603中，对于3％能量分辨率(CZT伽马相机)，在110keV的能量下检测到的散射的光子将与从约80到100度的散射角范围相关联，显著降低的不确定性仅为约20度。因此，如利用CZT伽马相机可获得的更好的能量分辨率导致对散射角的好得多的估计，这又导致预测在患者身体内所散射的光子发射起源的位置的能力。
现在回到图5，在步骤504处，实施例可以使用全能谱投影图像来重建“包括散射”的3D图像。这是将本发明与仅产生“散射校正的”(即，减去的)图像的任何商业SPECT系统区别开来的步骤。重要的是，投影图像包括每个像素的全能谱，因为使用散射的光子来增强重建的图像需要该光谱信息。注意，箭头现在将501处的原始未校正投影图像数据连接到504处的包括散射的重建。在503处产生的散射校正的图像基于光峰能量窗，其中减去了那个窗中的所估计散射分数。该新的包括散射的图像使用散射校正的图像503作为迭代图像重建过程的输入，但是还使用501处的原始未校正投影图像来构建患者身体内光子发射源分布的3D图像。这要求图像重建算法模拟康普顿散射的物理过程以及其它物理过程，例如衰减和准直器-检测器响应。
如果我们可以假设所有未散射的光子发射事件都局限于光峰能量窗，那么识别散射的光子发射事件会更简单。对于包括CZT直接转换检测器的像素化光子检测器阵列来说，情况并非如此。存在将导致一个以上像素上的电荷收集的与CZT检测器相互作用的一小部分光子发射事件。这可能发生，例如，因为电子电荷云靠近像素的边缘并且电荷集合在两个或更多个像素之间共享。两个或更多个像素可以记录相互作用，因为初始康普顿散射发生在一个像素中，并且最终的光电相互作用发生在不同的像素中。由于电子或空穴电荷的有限寿命和移动性，可能存在依赖于相互作用深度的电荷收集。这些和其它物理机制可能导致CZT检测器中的低能谱尾。效果是，属于光峰能量窗的未散射的光子事件中的一些可以在预期散射的光子发射事件的较低能量下记录。有可能识别电荷共享和相互作用深度依赖事件并且校正它们的视在能量，以将它们放置到它们所属的光峰能量窗中。如果执行这样的校正，那么在低于光峰能量窗的下限的能量下的剩余事件应当主要是散射在患者身体中的光子发射。在光子发射能量高于典型的临床SPECT放射性同位素时，显著数量的高能伽马光子将在CZT检测器中进行康普顿散射，并且然后散射的光子将从检测器逃逸而不沉积其剩余的能量，从而导致能谱中的康普顿坪，所述康普顿坪代表可能会或可能不会已经散射在患者身体中的光子发射事件。然而，这在典型的临床SPECT放射性同位素的能量下是一个小影响。
在步骤505处，方法或系统可以通过将一个或多个散射的光子发射事件与一个或多个未散射的光子发射事件的源在患者中的位置相关联来校正图像。换句话说，实施例可以识别散射的光子发射事件并且将散射的事件添加到图像中的位置，所述位置是在患者中在光子发射被散射之前光子发射的最可能位置。散射的光子发射事件可以被计数为完全事件，在信息内容上等同于未散射的事件。可替选地，可以对散射的事件进行补偿，以在图像重建中给予它们小于未散射的事件的值。
因此，本文中所描述的各种实施例表示对成像装置的技术改进，所述成像装置可能需要对成像材料的高灵敏度和分辨率。实施例允许散射的光子发射事件与未散射的光子发射事件在患者身体中的源位置相关联。使用本文中所描述的技术，可以基本上改进系统的检测效率，使得不需要更长的成像时间和/或更高的放射剂量，可以用更低的成像时段持续时间和/或更低的放射剂量实现更完整的图像。通过更有效地去除散射背景并且将其分配给光子发射的适当光源分布，可以基本上改进图像对比度和空间分辨率。这样的系统导致更准确的成像、更少的装置停机时间以及与成像过程相关联的更低成本。也可以通过使用散射的光子以及未散射的光子改进图像定量，因此导致SPECT中更准确的SUV(标准化摄取值)估计。
为了图示已经在本发明的该描述中使用SPECT的医学模态。如本领域技术人员将了解的，其它医学、安全或非破坏性测试应用也可以受益于本发明。SPECT和PET是光子发射模式；相比之下，光子传输模态(例如，X射线CT、X射线荧光、乳房X线照相术和X射线照相术)可以使用所描述的方法来改进性能，包括检测效率、图像对比度、空间分辨率和图像定量中的至少一个。
如本领域技术人员将了解的，各种方面可以体现为系统、方法或产品装置。因此，方面可以采取完全硬件实施例或包括软件的实施例的形式，所述软件在本文中通常都可以被称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，方面可以采取实施在具有与其一起实施的装置可读程序代码的一个或多个装置可读介质中的产品装置的形式。
应当注意，可以使用存储在可读存储介质装置(例如，非信号存储装置)上由处理器执行的指令来实施本文中所描述的各种功能。存储装置可以是例如电子、磁、光、电磁、红外或半导体系统、设备或装置、或者前述的任何合适的组合。存储介质的更具体示例将包括以下各项：便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存存储器)、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光学存储装置、磁存储装置或前述的任何合适的组合。在本文件的上下文中，存储装置不是信号，并且“非暂时性”包括除信号介质之外的所有介质。
在存储介质上实施的程序代码可以使用任何适当的介质来传输，包括但不限于无线、有线、光纤电缆、RF等或者前述的任何合适的组合。
用于实施操作的程序代码可以用一种或多种编程语言的任何组合来编写。程序代码可以完全在单个装置上执行，部分在单个装置上执行，作为独立软件包执行，部分在单个装置上执行并且部分在另一个装置上执行，或者完全在另一个装置上执行。在一些情况下，装置可以通过任何类型的连接或网络来连接，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，或者可以通过其它装置(例如，通过使用因特网服务提供商的因特网)、通过无线连接(例如，近场通信)或通过硬线连接(例如，通过USB连接)来进行连接。
本文中参考附图描述了示例性实施例，附图图示了根据各种示例性实施例的示例性方法、装置和程序产品。将理解，动作和功能性可以至少部分地通过程序指令来实施。可以将这些程序指令提供给装置的处理器、专用信息处理装置或其它可编程数据处理装置，以产生机器，使得经由装置的处理器执行的指令实施指定的功能/动作。
值得注意的是，尽管在附图中使用了特定的块，并且已经图示了块的具体顺序，但这些是非限制性示例。在某些上下文中，可以组合两个或更多个块，可以将块分成两个或更多个块，或者可以适当地重新排序或重新组织某些块，因为明确图示的示例仅用于描述性目的并且不应被解释为限制。
除非另有明确说明，否则，如本文中所使用的，单数“一(a)”和“一个(an)”可以解释为包括复数“一个或多个”。
虽然已经出于图示和描述的目的呈现了本公开，但是并不意在是穷举性或限制性的。许多修改和变化对于本领域普通技术人员来说将是显而易见的。示例性实施例被选择和描述以便解释原理和实际应用，并且使得本领域其它普通技术人员能够理解具有各种修改的各种实施例的公开内容，所述修改适合于预期的特定用途。
因此，尽管本文中已经参考附图描述了图示性示例性实施例，但是将会理解，该描述不是限制性的，并且在不脱离本公开的范围或精神的情况下，本领域技术人员可以在其中进行各种其它改变和修改。

Claims (20)

1.一种方法，包括：
接收与多个光子发射事件相关联的数据集，所述多个光子发射事件与成像装置的检测器阵列相互作用；
从所述多个光子发射事件识别出所述数据集的与多个未散射的光子发射事件相关联的第一子集；
从所述多个光子发射事件识别出所述数据集的与至少一个散射的光子事件相关联的第二子集；
对于散射的光子事件，使用来自所述数据集的与所述多个未散射的光子事件相关联的第一子集的数据，来确定所述散射的光子事件的可能发射位置；和
通过将所述散射的光子事件与所确定的可能发射位置相关联来校正所述数据集。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定可能发射位置包括计算所述未散射的光子发射事件的空间分布。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述检测器阵列包括选自由以下各项组成的组的像素化半导体检测器阵列：CdZnTe、CdTe、HgI、Si和直接转换材料。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，校正所述数据集包括：使用选自由以下各项组成的组的算法来执行包括散射的迭代图像重建：迭代代数方法、迭代统计方法和迭代学习重建方法。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，执行包括散射的迭代图像重建包括：在选自由以下各项组成的组的至少一个投影内对康普顿散射进行建模：所述迭代图像重建算法的前向投影和反向投影。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，确定可能发射位置包括：访问被成像对象的模型。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，识别所述数据集的与至少一个散射的光子事件相关联的第二子集包括：使用所访问的模型来识别散射的光子事件的投影成像位置。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，识别所述数据集的与至少一个散射的光子事件相关联的第二子集包括：针对所接收图像内的每个像素，估计光峰值能量窗中的散射分数。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述检测器阵列包括以下各项中的至少一个：SPECT、PET、X射线荧光成像、乳房X线照相术或X射线照相术。
10.根据权利要求1所述的方法，进一步包括向一系统提供从所校正的数据集产生的图像。
11.一种信息处理装置，包括：
处理器；
存储器装置，所述存储器装置存储指令，所述指令能够由所述处理器执行以便：
接收与多个光子发射事件相关联的数据集，所述多个光子发射事件与成像装置的检测器阵列相互作用；
从所述多个光子发射事件识别出所述数据集的与多个未散射的光子发射事件相关联的第一子集；
从所述多个光子发射事件识别出所述数据集的与至少一个散射的光子事件相关联的第二子集；
对于散射的光子事件，使用来自所述数据集的与所述多个未散射的光子事件相关联的第一子集的数据，来确定所述散射的光子事件的可能发射位置；和
通过将所述散射的光子事件与所确定的可能发射位置相关联来校正所述数据集。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，确定可能发射位置包括：计算所述未散射的光子发射事件的空间分布。
13.根据权利要求11所述的装置，其中，所述检测器阵列包括选自由以下各项组成的组的像素化半导体检测器阵列：CdZnTe、CdTe、HgI、Si和直接转换材料。
14.根据权利要求11所述的装置，其中，校正所述数据集包括：使用选自由以下各项组成的组的算法来执行包括散射的迭代图像重建：迭代代数方法、迭代统计方法和迭代学习重建方法。
15.根据权利要求14所述的装置，其中，执行包括散射的迭代图像重建包括：在选自由以下各项组成的组的至少一个投影内对康普顿散射进行建模：所述迭代图像重建算法的前向投影和反向投影。
16.根据权利要求11所述的装置，其中，确定可能发射位置包括：访问被成像对象的模型。
17.根据权利要求16所述的装置，其中，识别所述数据集的与至少一个散射的光子事件相关联的第二子集包括：使用所访问的模型来识别散射的光子事件的投影成像位置。
18.根据权利要求11所述的装置，其中，识别所述数据集的与至少一个散射的光子事件相关联的第二子集包括：针对所接收图像内的每个像素，估计光峰值能量窗中的散射分数。
19.根据权利要求11所述的装置，其中，所述检测器阵列包括以下各项中的至少一个：SPECT、PET、X射线荧光成像、乳房X线照相术或X射线照相术。
20.一种产品，包括：
存储装置，所述存储装置存储代码，所述代码能够由处理器执行，并且包括：
接收与多个光子发射事件相关联的数据集的代码，所述多个光子发射事件与成像装置的检测器阵列相互作用；
从所述多个光子发射事件识别出所述数据集的与多个未散射的光子发射事件相关联的第一子集的代码；
从所述多个光子发射事件识别出所述数据集的与至少一个散射的光子事件相关联的第二子集的代码；
对于散射的光子事件，使用来自所述数据集的与所述多个未散射的光子事件相关联的第一子集的数据来确定所述散射的光子事件的可能发射位置的代码；和
通过将所述散射的光子事件与所确定的可能发射位置相关联来校正所述数据集的代码。
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