CN116033872A - 用于组合的pet/mr系统的pet检测器的布置结构 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于PET/MRI机器的PET系统。PET系统包括PET检测器组件，PET检测器组件被布置成形成与高密度支撑结构组件和屏蔽线缆组件对准的单个间隙，屏蔽线缆组件沿着PET/MRI机器中的患者床延伸。PET检测器布置结构使MR磁体内的PET系统的可允许的直径最大化，并且确保高密度材料不干扰图像采集。此外，描述了与PET检测器布置结构兼容的各种图像重建技术。

Description

用于组合的PET/MR系统的PET检测器的布置结构

技术领域

本公开一般地涉及正电子发射断层扫描(PET)/磁共振成像(MRI)系统。在一个特定实施方式中，本公开涉及用于PET/MRI系统的检测器布置结构。

背景技术

PET/MRI是一种混合成像技术，其使用MRI进行软组织形态学成像并且使用PET进行功能成像。通常，PET/MRI系统要求PET检测器位于MR磁体和梯度线圈内，这限制了PET机架设计的灵活性。PET系统由多个检测器的环组成，其通常被布置成最小化每个检测器之间的径向间隙，因为径向和/或方位角方向上的大间隙(即，跨轴间隙)会导致PET成像伪影。对于PET/MR，还需要最大化MR磁体内的PET系统的直径，以产生可能用于接收患者的最大孔。考虑到MRI磁体和梯度线圈所施加的物理约束，有时不可能将PET半径选择成最小化检测器之间的跨轴间隙而同时也为PET系统提供最大可能的直径。特别地，如果选择了最小化检测器之间的径向间隙的设计，则检测器布置结构将要么太大(在半径上)而不能配合到MRI系统中，要么太小(在半径上)以至于不实用。此外，检测器布置结构的过小半径会导致朝向视场的跨轴边缘的模糊数据，从而导致较差的数据质量。

MRI系统固有的另一个问题是，它们通常需要高密度屏蔽线缆来传输和/或接收部分或全部沿患者台的轴向长度延伸的线圈。此外，用于患者台的支撑结构可以包括其他高密度材料。这些高密度材料会导致PET光子衰减和散射问题，这会导致PET成像伪影。PET/MRI系统通常通过将结构轨道和线缆托架结合到患者台的衰减校正图中来解决这些高密度材料引起的问题。然而，尽管有衰减校正图，但散射问题仍然存在。此外，在系统使用期间，线缆也可能移动或移位，这在高密度屏蔽线缆的定位中产生潜在的不确定性。因此，通常从衰减校正图中省略线缆，这可能由于衰减校正不足而导致PET成像伪影。对于PET视场内的所有高密度材料，最靠近结构的PET检测器受到的影响最大。

因此，本技术领域需要一种解决了上述各种问题的PET检测器布置结构，包括最小化PET检测器之间的径向间隙而同时最大化PET系统直径，并且补偿沿着患者台延伸的屏蔽线缆和其他高密度材料。

发明内容

在一个一般方面，本公开涉及一种用于PET/MRI机器的检测器组件，所述PET/MRI机器包括被构造成在其内接收患者的孔，所述检测器组件包括：围绕所述孔径向布置的一组n个PET检测器，其中，所述多个PET检测器被布置成使得在所述一组n个PET检测器之间存在至少一个不均匀间隙。

在另一方面，本公开涉及一种包括上述检测器组件的PET/MRI机器。

在另一方面，所述间隙可以被布置成使得其与屏蔽线缆组件、患者台的支撑结构组件和/或与PET/MRI机器相关联的其他高密度材料对准。

附图说明

包含在说明书中并构成说明书一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与书面说明一起用于解释本发明的原理、特性和特征。在附图中：

图1描绘了根据一些实施例的用于PET/MRI机器的PET系统的图；

图2A描绘了根据一些实施例的用于PET/MRI机器的患者床的截面图；

图2B描绘了根据一些实施例的用于PET/MRI机器的患者床的底视图；并且

图3描绘了示出根据一些实施例的PET系统中的一对PET检测器的布置结构的图。

具体实施方式

本公开不限于所描述的特定系统、装置和方法，因为这些可以变化。说明书中使用的术语仅用于描述特定变体或实施例，而不意图限制范围。

本文件中使用的单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数引用，除非上下文另有明确规定。除非另有定义，否则本文中使用的所有技术和科学术语具有本领域普通技术人员通常理解的相同含义。本公开中的任何内容均不得解释为承认本公开中描述的实施例无权凭借在先发明提前进行此类公开。本文件中使用的术语“包括”是指“包括但不限于”

如上所述，理想的是，用于PET/MRI机器中的PET系统的机架尽可能大。此外，PET系统必须放置在MR磁体和梯度线圈内。此外，通常不希望PET检测器之间存在显著的径向间隙，因为显著的间隙会产生图像质量问题。在用于PET/MRI机器的PET系统的设计中，这些和其他相互竞争的考虑因素产生了两个问题。第一，可以将PET系统设计成(i)在PET检测器之间具有径向间隙并具有可接受的尺寸的开口，或者(ii)在PET检测器之间没有径向间隙并且具有窄的开口。换句话说，使用实际数量的PET检测器，无法同时使得在PET检测器之间没有显著的间隙以及具有适当大小的开口。第二，PET系统的所需放置方式迫使用于患者台的高密度线缆和/或支撑结构延伸穿过PET系统的视场(FOV)。理论上，可以基于每个MRI机器的物理架构，专门重新设计和重建每个MRI机器以具有独特设计的PET系统。然而，这会是极其劳动密集和昂贵的，而且在实践中是不可行的。

本文描述了一种用于组合的PET/MRI系统的PET检测器的布置结构，其解决了这些问题。在一个实施例中，PET检测器可以被布置成使得在PET检测器之间存在至少一个不均匀或非周期性间隙。这与现有技术不同，因为现有技术的系统通常均匀地布置PET检测器(即，在PET检测器之间具有规则或一致的间隙，或者使得PET检测器以在方位角上等距布置)，以便辅助图像重建算法。在一个实施例中，PET检测器可以被布置成使得PET系统中存在一个合并的间隙。换句话说，除了PET系统中的PET检测器中的两个之间的单个合并的间隙之外，PET检测器之间的所有间隙都被最小化到PET系统机架和PET系统硬件在物理上所允许的最大程度。此外，不均匀的或合并的间隙可以被定位成使得其与沿着患者床延伸的高密度部件对准。这是一种方便的布置结构，因为这些高密度部件通常在常规PET系统中造成干扰。本文还描述了一种成像重建算法，其被构造成处理PET检测器之间的一个大间隙而不是多个较小间隙。

现在参考图1，示出了根据一些实施例的用于PET/MRI机器150的PET系统100的示意图。PET系统100包括一组n个PET检测器102，其围绕PET/MRI机器150的孔120径向布置。孔120的尺寸、形状被设置成以及在其他方面被构造成在其内接收患者以进行成像。PET检测器102还可以定位在PET/MRI机器150的磁体(未示出)内。在所示实施例中，存在十六个PET检测器102；然而，该实施例仅用于说明目的，并且不意图限制PET系统100中的PET检测器102的数量。

在一个实施例中，PET检测器102被布置成使得在PET检测器102中的两个之间存在至少一个不均匀间隙G。在所示实施例中，PET检测器102被布置成使得它们基本上彼此邻接(即，PET检测器102之间没有显著的间隙)，除了位于PET检测器的集合或组中的第一PET检测器102A和第二PET检测器102B之间的间隙G之外。换句话说，在现有技术的PET系统中通常在PET检测器102之间呈现的间隙被合并到间隙G中，从而最小化PET检测器102间的单个间隙并最大化单个不均匀间隙G。应当注意，PET检测器102的晶体需要屏蔽(例如，可见光和来自PET系统100的其他部件的电干扰)。PET检测器102的屏蔽、外壳和/或封装将自然地迫使两个相邻PET检测器102的晶体块之间的小间隙，该小间隙可以等于大约像素宽度。因此，PET检测器102之间没有显著的间隙所意味的是PET检测器102间没有超过像素宽度的间隙。图3描绘了PET系统100内的一对相邻PET检测器102之间的示意性布置结构。每个PET检测器102包括具有宽度w的晶体110和对应的外壳或封装112，该对应的外壳或封装112因而具有宽度wp。此外，在相邻PET检测器102的封装112之间存在间隙g，并且在相邻PET检测器102的晶体110之间存在间隙cg。本文描述的PET系统100的各个实施例的目的是将PET检测器102布置成使得(i)每个晶体间隙cp小于或等于像素宽度以及(ii)每个间隙g被最小化(除了图1所示的间隙G之外)。

在一个实施例中，间隙G可以被定位成使得其与高密度材料106的位置对准或以其他方式对应，该高密度材料106通常与MRI机器150的患者床104相关联。换句话说，间隙G的尺寸和位置可以被设置成使得其涵盖了沿着患者床104的高密度材料106，使得高密度材料106不直接位于任何PET检测器102的前面，从而减少高密度材料106对PET系统100造成的干扰。高密度材料106可以包括例如沿着患者床104的长度延伸的屏蔽线缆组件106A(如图2A和2B中所示)和/或支撑结构组件106B(如图2A中所述)。

在一个实施例中，PET系统100可以被布置成具有直径d的大致圆形。在一个实施例中，间隙G的尺寸可以被定义如下：

G＝C-n*wp′-n*g

其中，C是PET系统100的周长，n是PET检测器102的数量，g是晶体110之间的间隙，wp′是wp(半径)。因此，间隙G的尺寸可以基于PET检测器102的数量n、PET检测器102宽度或尺寸以及由PET检测器102构成的PET系统100的周长来定义。在另一实施例中，PET系统100的布置结构可以被认为是与周长C近似的多边形，而不是假设为弯曲的检测器。因此，在一个实施例中，间隙G的尺寸可以被定义如下：

G＝C-n*w-ε

其中，ε是误差项，其考虑了周长C和与周长C近似的多边形之间的差。在一个实施例中，PET检测器102可以具有设定的或一致的宽度w。

给定PET/MRI机器150的PET检测器102和MR磁体的固定的几何形状，PET检测器102被布置成使MR磁体内的PET系统100的可允许的直径最大化。此外，不是如本技术领域中通常所做的那样将PET检测器102分布成使得每个PET检测器102之间存在径向间隙，而是将间隙合并成位于PET系统100的一个径向位置处的单个较大的间隙G。此外，间隙G可以延伸PET系统100的整个轴向长度。这种布置结构允许沿着患者台104的下侧的所有高密度材料106直接定位在间隙G内，从而防止它们干扰图像采集。

在各种实施例中，一种图像重建系统可被构造成使用迭代或分析PET重建方法，该方法使用本文所述的PET系统100。特别地，可以使用迭代PET重建方法来补偿单个大间隙。在验证过程中，从listmode流和标准化文件中移除一个延伸了说明性PET系统的整个轴向范围的检测器(相当于系统的晶体的1/19)，并且使用Ge-68圆柱形体模(phantom)来测试PET系统。在重建的图像中没有明显的成像伪影，并且该重建的图像看起来与不移除检测器的情况下用相同的PET系统获得的图像等效。使用分析重建方法，例如傅里叶再约束滤波反投影(FORE+FBP)或直接逆傅里叶变换(DIFT)，如果有足够高分辨率的飞行时间(TOF)信息可用，则可以有效地填充间隙G而不损失空间分辨率。特别地，包括TOF信息导致跨轴冗余信息。此外，通过使用基于John方程的一致性条件，可以通过插值有效地恢复大的跨轴间隙(例如本文所述的间隙G)中的缺失数据。这种用于分析重建的方法在Panin等人于2011年7月1日发表在《Fully three-dimensional image reconstruction in radiology andnuclear medicine》上的“TOF sinogram missing data filling method based on John′s equation consistency conditions”中进行了详细说明和演示，该文章通过引用全部并入本文中。

本文所描述的PET系统100和相关联的图像重建技术提供了若干个优点。第一，它们降低了与制造PET/MRI机器150相关联的成本，因为它们允许使用现有的MR磁体和梯度线圈构造以及现有的PET检测器几何形状。第二，它们提供了用于孔120的最佳直径，因为不需要减小孔120的直径以使PET系统100中的间隙最小化，这与常规系统一样。第三，它们提高了由PET/MRI机器100生成的图像质量，因为所描述的PET系统100减轻了由与患者台104相关联的高密度材料106引起的衰减和散射效应，这在常规PET系统中存在。第四，将间隙G放置成使得其与高密度材料106对准，这使由高密度材料引起的衰减和散射效应最小化。常规地，最靠近患者台104中的高密度材料106的(一个或多个)PET检测器102A、102B受衰减影响最大，并且因此，这些检测器102A和102B测量到减少的计数。然而，这种布置结构解决了这个问题。

虽然已经公开了包含本教导的原理的各种说明性实施例，但本教导不限于所公开的实施例。相反，本申请意图覆盖本教导的任何变化、使用或改编，并且使用其一般原理。此外，本申请意图覆盖在这些教导所属领域的已知或习惯实践内的对本公开的此类偏离。

在上述详细描述中，参考了构成其一部分的附图。在附图中，除非上下文另有规定，否则类似符号通常标识类似部件。本公开中描述的说明性实施例并不意味着是限制性的。可以使用其他实施例，并且可以进行其他改变，而不偏离本文所呈现的主题的精神或范围。将容易理解的是，如本文一般地描述和图中所示，本公开的各种特征可以以各种不同的构造来布置、替换、组合、分离和设计，所有这些都在本文中被明确设想。

本公开不限于本申请中描述的特定实施例，这些实施例意图是说明各种特征。如对于本领域技术人员来说是明显的，在不偏离其精神和范围的情况下，可以进行许多修改和变化。除了本文列举的那些方法和设备之外，本领域的技术人员来说将从上述描述中明白在本公开的范围内的在功能上等效的方法和设备。应当理解，本公开不限于特定的方法、试剂、化合物、组合物或生物系统，其当然可以变化。还应理解，本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不意图是限制性的。

关于本文中使用的基本上任何复数和/或单数术语，本领域技术人员可根据上下文和/或应用从复数转变为单数和/或从单数转变为复数。为了清楚起见，本文可以明确地阐述各种单数/复数排列。

本领域技术人员将理解，一般地，本文中使用的术语通常意图是“开放”术语(例如，术语“包括”应被解释为“包括但不限于”，术语“具有”应被解释为“至少具有”，术语“包含”应被解释为“包含但不限于”等)。虽然各种组合物、方法和装置以“包括”各种部件或步骤(被解释为“包括但不限于”)的方式进行描述，但组合物、方法和装置也可以“基本上由”或“由”各种部件和步骤组成，并且这种术语应被解释为限定了基本上封闭的成员群体。

此外，即使明确地记载了特定的数字，本领域技术人员也将会认识到，这种记载应被解释为至少意味着所记载的数字(例如，在没有其他修饰语的情况下，“两个记载”的简单记载意味着至少两个记载，或者两个或更多个记载)。此外，在使用类似于“A、B和C中的至少一个”等的习语的情况下，一般地，这样的结构在本领域技术人员可理解该习语的意义上是有意的(例如，“具有A、B和C中的至少一个的系统”可包括但不限于单独具有A的系统、单独具有B的系统、单独具有C的系统、具有A和B一起的系统、具有A和C一起的系统、具有B和C一起的系统和/或具有A、B和C一起的系统等)。在使用类似于“A、B或C中的至少一个”等的习语的情况下，一般地，这样的结构在本领域技术人员可理解该习语的意义上是有意的(例如，“具有A、B或C中的至少一个的系统”可包括但不限于单独具有A的系统、单独具有B的系统、单独具有C的系统、具有A和B一起的系统、具有A和C一起的系统、具有B和C一起的系统和/或具有A、B和C一起的系统等)。本领域的技术人员将进一步理解，无论是在说明书、示例实施例或附图中，呈现两个或更多个替代术语的实际上任何析取词和/或短语都应被理解为设想了如下可能性：包括术语中的一个、包括术语中的任一个或者包括两个术语。例如，短语“A或B”将被理解为包括如下可能性：“A”或“B”或“A和B”

此外，在本公开的特征是根据马库什群描述的情况下，本领域技术人员将认识到，本公开也因此根据马库什群的任何单个成员或成员的子组描述。

如本领域技术人员将理解的，对于任何和所有目的，例如在提供书面描述方面，本文公开的所有范围还涵盖任何和所有可能的子范围及其子范围的组合。任何列出的范围都可以容易地被识别为充分描述，并且能够将相同的范围分解为至少相等的一半、三分之一、四分之一、五分之一、十分之一等。作为非限制性示例，本文讨论的每个范围可以容易地分解为下三分之一、中三分之一和上三分之一等。如本领域技术人员还将理解的，所有语言，如“直到”、“至少”等，都包括所记载的数字，并且指的是可以随后分解成如上所述的子范围的范围。最后，如本领域技术人员将理解的，范围包括每个单独的成员。因此，例如，具有1-3个成分的组指的是具有1个、2个或3个成分的组。类似地，具有1-5个成分的组指的是具有1个、2个、3个、4个或5个成分的组，依此类推。

上述公开的各种和其他特征和功能或其替代方案可以被组合到许多其他不同的系统或应用中。本领域技术人员随后可以在其内进行各种当前未预见或未预料到的替代、修改、变化或改进，其每一个也意图被所公开的实施例涵盖。

Claims (15)

1.一种PET/MRI机器，包括：

孔，其被构造成在其内接收患者；和

一组n个PET检测器，其围绕所述孔径向布置；

其中，所述一组n个PET检测器被布置成使得在它们之间存在至少一个不均匀间隙。

2.根据权利要求1所述的PET/MRI机器，还包括支撑结构组件，所述支撑结构组件被构造成支撑患者床，所述患者床被构造成配合在所述孔内，其中，所述至少一个不均匀间隙与所述支撑构件组件对准。

3.根据权利要求2所述的PET/MRI机器，其中，所述至少一个不均匀间隙的尺寸被设置成涵盖所述支撑结构组件，使得所述支撑构件组件不直接位于所述一组n个PET检测器中的任一个的前面。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的PET/MRI机器，还包括沿着患者床延伸的屏蔽线缆组件，所述患者床被构造成配合在所述孔内，其中，所述至少一个不均匀间隙与所述屏蔽线缆组件对准。

5.根据权利要求4所述的PET/MRI机器，其中，所述至少一个不均匀间隙的尺寸被设置成涵盖所述屏蔽线缆组件，使得所述屏蔽线缆组件不位于所述一组n个PET检测器中的任一个的视场内。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的PET/MRI机器，其中，除了所述至少一个不均匀间隙之外，所述一组n个PET检测器之间不存在超过像素宽度的间隙。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的PET/MRI机器，其中：

所述一组n个PET检测器包括第一PET检测器和第二PET检测器；

所述至少一个不均匀间隙包括所述第一PET检测器和第二PET检测器之间的间隙G，所述间隙G由以下定义：

G＝C-n*w-ε

其中，C是所述n个PET检测器的周长，w是所述n个PET检测器的每一个的宽度，并且ε是误差项。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的PET/MRI机器，其中，所述PET/MRI机器被构造成使用图像重建算法来重建图像，所述图像重建算法包括傅里叶再约束滤波反投影或直接逆傅里叶变换中的至少一种。

9.一种用于PET/MRI机器的检测器组件，所述PET/MRI机器包括孔，所述孔被构造成在其内接收患者，所述检测器组件包括：

一组n个PET检测器，其围绕所述孔径向布置；

其中，所述一组n个PET检测器被布置成使得在所述一组n个PET检测器之间存在至少一个不均匀间隙。

10.根据权利要求9所述的检测器组件，其中，所述至少一个不均匀间隙与所述PET/MRI机器的支撑结构组件对准，所述支撑结构组件被构造成支撑患者床，所述患者床被构造成配合在所述孔内。

11.根据权利要求10所述的检测器组件，其中，所述至少一个不均匀间隙的尺寸被设置成涵盖所述支撑结构组件，使得所述支撑构件组件不直接位于所述一组n个PET检测器中的任一个的前面。

12.根据权利要求9-11中任一项所述的检测器组件，其中，所述至少一个不均匀间隙与沿着患者床延伸的屏蔽线缆组件对准，所述患者床被构造成配合在所述孔内。

13.根据权利要求12所述的检测器组件，其中，所述至少一个不均匀间隙的尺寸被设置成涵盖所述屏蔽线缆组件，使得所述屏蔽线缆组件不位于所述一组n个PET检测器中的任一个的视场内。

14.根据权利要求9-13中任一项所述的检测器组件，其中，除了所述至少一个不均匀间隙之外，所述一组n个PET检测器之间不存在超过像素宽度的间隙。

15.根据权利要求9-14中任一项所述的检测器组件，其中：

所述一组n个PET检测器包括第一PET检测器和第二PET检测器；

所述至少一个不均匀间隙包括所述第一PET检测器和第二PET检测器之间的间隙G，所述间隙G由以下定义：

G＝C-n*w-ε

其中，C是所述n个PET检测器的周长，w是所述n个PET检测器的每一个的宽度，并且ε是误差项。

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