DE60037779T2

DE60037779T2 - Positronenemissions-Bilderzeugung

Info

Publication number: DE60037779T2
Application number: DE60037779T
Authority: DE
Inventors: Steven E. Garfield Heights Cooke; Christopher G. Lyndhurst Matthews; John F. Kirtland Vesel
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1999-08-18
Filing date: 2000-08-17
Publication date: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2020-08-18
Also published as: EP1077383B1; US6294788B1; EP1077383A2; JP2001356172A; ATE384272T1; DE60037779D1; EP1077383A3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Positronen-Emissions-Bildgebung.
Die Erfindung findet insbesondere Anwendung auf dem Gebiet der Positronen-Emissions-Tomografie. Die Erfindung findet auch in anderen Bereichen Anwendung, in denen es erforderlich ist, die Verteilung von „Randoms" (zufälligen Koinzidenzen) in Daten zu schätzen, die Positronen-Koinzidenzereignisse angeben.
Die Positronen-Emissions-Tomografie (PET) ist ein Zweig der Nuklearmedizin, bei der ein Positronen emittierendes Radiopharmakum wie ¹⁸F-Fluor-Deoxyglucose (FDG) in den Körper eines Patienten eingebracht wird. Jedes emittierte Positron reagiert mit einem Elektron in einem so genannten Annihilationsereignis, wodurch gleichzeitig ein Paar 511-keV-Gammastrahlen erzeugt wird. Die Gammastrahlen werden in um ungefähr 180° auseinander liegenden Richtungen, d. h. in entgegengesetzten Richtungen, emittiert.
Ein Paar Detektoren registriert die Position und die Energie der betreffenden Gammastrahlen und liefert dadurch Informationen zur Position des Annihilationsereignisses und somit zur Positronenquelle. Da sich die Gammastrahlen in entgegengesetzten Richtungen ausbreiten, sagt man, dass die Positronenannihilation längs einer Koinzidenzlinie (engl. line of response, LOR) erfolgt, die die erkannten Gammastrahlen verbindet. Einige derartige Ereignisse werden erfasst und dazu verwendet, ein klinisch nützliches Bild zu rekonstruieren.
Ein Faktor, der die Bildqualität bei der PET mindert, sind zufällige Koinzidenzen. Die durch die Positronenannihilationen erzeugten 511-keV-Gammastrahlen werden innerhalb eines engen Koinzidenzzeitfensters erkannt. Innerhalb dieses Zeitfensters erkannten Paare derartiger Gammastrahlen werden normalerweise als koinzident angesehen und dazu verwendet, ein Bild zu erzeugen. Einige dieser Koinzidenzen resultieren jedoch aus so genannten zufälligen Ereignissen. Bei einer zufälligen Koinzidenz handelt es sich um ein Ereignis, bei dem ein Gammastrahlenpaar aus zwei nicht miteinander zusammenhängenden Annihilationsereignissen gleichzeitig erkannt wird. Die erfassten Koinzidenzdaten umfassen somit sowohl wahre als auch zufällige Ereignisse (oder Koinzidenzen). Da die Koinzi denzlinien für die zufälligen Koinzidenzen keine tatsächlichen Positronenannihilationen repräsentieren, fügen die zufälligen Koinzidenzen Rauschen in die erfassten Daten ein, wodurch die Bildqualität gemindert wird.
Es wurden verschiedene Verfahren eingesetzt, um die schädlichen Auswirkungen von zufälligen Koinzidenzen zu minimieren, siehe „A Practical Method for Randoms Subtraction in Volume Imaging PET from Detektor Singles Countrate Measurements" von R. J. Smith und J. S. Karp, Department of Radiology, University of Pennsylvania, S. 992–996, und US-A-5 793 045 ). Da die Anzahl der zufälligen Koinzidenzen mit dem Quadrat der Aktivität zunimmt, besteht ein Verfahren darin, mit relativ niedrigen Aktivitätspegeln abzubilden. Es werden zwar relativ weniger zufällige Koinzidenzen erkannt, ein unerwünschter Nebeneffekt dieses Verfahrens ist jedoch die Tatsache, dass weniger wahre Koinzidenzen für die Erzeugung des Bildes zur Verfügung stehen.
Ein weiteres Verfahren zum Schätzen des Anteils von zufälligen Koinzidenzen besteht darin, das Signal von einem der Detektoren vor der Anwendung der Koinzidenzüberprüfung um eine Zeitspanne zu verzögern, die langer als das Koinzidenzzeitfenster ist. Aufgrund der Verzögerung repräsentieren Ereignisse, die von einem Detektorenpaar innerhalb des Koinzidenzzeitfensters (d. h. gleichzeitig) erkannt werden, zufällige Koinzidenzen. Die ermittelten Ereignisse werden einem Rebinning unterzogen und dazu verwendet, die erfassten Koinzidenzdaten zu korrigieren. Ein besonderer Nachteil eines derartigen Korrekturverfahrens durch Verzögerung besteht darin, dass die Rate der ermittelten zufälligen Koinzidenzen die gleiche wie diejenige der ermittelten wahren Koinzidenzen ist. Dieses Verfahren hat ebenfalls eine schädliche Auswirkung auf die Charakteristik des Bildrauschens.
Noch ein weiteres Verfahren besteht darin, die Rate der zufälligen Koinzidenzen auf der Grundlage der Rate der Einzelereignisse (Singles) der Detektoren des Systems und der Länge des Koinzidenzzeitfensters zu ermitteln. Gemäß einem Verfahren wurden die Systemdetektoren als eine Vielzahl virtueller Teildetektoren behandelt und die Rate der Einzelereignisse für jeden der Teildetektoren gemessen. Die Raten der Einzelereignisse für die verschiedenen Kombinationen von Teildetektoren wurden wiederum dazu verwendet, ein Singramm der zufälligen Koinzidenzen zu erzeugen. Ein Nachteil bei einem derartigen Verfahren liegt darin, dass es erforderlich ist, Daten zusätzlich zu den gewünschten Koinzidenzdaten zu ermitteln. Noch ein weiterer Nachteil liegt darin, dass es die Verbesserung der Genauigkeit der Schätzung erfordert, dass die Detektoren in willkürlich kleine Teildetektoren unterteilt werden. Ein derartiges Verfahren ist in dem Dokument WO98/54598 dargelegt.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bildgebung mit korrigierten zufälligen Koinzidenzen geschaffen, das Folgendes umfasst: das Empfangen von Daten, die eine Vielzahl von erkannten koinzidenten Gammastrahlenpaaren wiedergeben, wobei die Paare Gammastrahlenpaare mit Positronenannihilation und zufällige Gammastrahlenpaare umfassen; das Bilden neuer Paare aus Gammastrahlen aus den erkannten koinzidenten Gammastrahlenpaaren, um nicht koinzidente Gammastrahlenpaare zu erzeugen; und das Verwenden der koinzidenten Gammastrahlenpaare und der nicht koinzidenten Gammastrahlenpaare, um ein auf zufällige Koinzidenzen korrigiertes Bild zu erzeugen.
Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Erfindung wird ein Gerät geschaffen, das Folgendes umfasst: Mittel zum Erkennen von koinzidenten Gammastrahlenpaaren, wobei die genannten Paare erkannte Gammastrahlenpaare mit Positronenannihilation und zufällige Gammastrahlenpaare umfassen; Mittel zum Bilden neuer Paare aus Gammastrahlen aus den erkannten koinzidenten Gammastrahlenpaaren, um nicht koinzidente Gammastrahlenpaare zu erzeugen; Mittel zum Erzeugen eines auf zufällige Koinzidenzen korrigierten Bildes auf der Grundlage der koinzidenten Gammastrahlenpaare und der nicht koinzidenten Gammastrahlenpaare. Gemäß einem stärker eingeschränkten Aspekt umfasst der Schritt des Empfangens das Empfangen einer Liste mit erkannten Gammastrahlenpaaren und der Schritt des Bildens neuer Paare aus Gammastrahlen das Bilden neuer Paare aus Gammastrahlen aus der Liste der erkannten koinzidenten Gammastrahlenpaare.
Gemäß alternativer Verfahren zur Durchführung einer Korrektur zufälliger Koinzidenzen umfasst der Schritt des Bildens neuer Paare das Bilden von Paaren jeweils aus jedem einer Vielzahl von Gammastrahlen und einem nicht koinzidenten Gammastrahl. Gemäß einem noch stärker eingeschränkten Aspekt umfasst die Erfindung das Bilden von Paaren aus jedem einer Vielzahl von Gammastrahlen und einer Vielzahl von nicht koinzidenten Gammastrahlen. Aus den nicht koinzidenten Gammastrahlen können in allen möglichen Kombinationen Paare gebildet werden.
Gemäß einem weiteren stärker eingeschränkten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren das Erkennen von koinzidenten Gammastrahlenpaaren, über eine Zeitspanne T. Das Verfahren umfasst auch das Rebinning der nicht koinzidenten Gammastrahlenpaare und das Neuskalieren der dem Rebinning unterzogenen nicht koinzi denten Gammastrahlenpaare, um T*R-Paare zu erzeugen, wobei R eine Rate der zufälligen Koinzidenzen ist.
Gemäß einem weiteren eingeschränkten Aspekt umfasst das Verfahren das Kombinieren von koinzidenten und nicht koinzidenten Gammastrahlenpaaren und das Erzeugen eines Bildes, das die kombinierten koinzidenten und nicht koinzidenten Gammastrahlenpaare wiedergibt. Das Verfahren kann auch das Rebinning der koinzidenten Gammastrahlenpaare, das Rebinning der nicht koinzidenten Gammastrahlenpaare, das Subtrahieren der dem Rebinning unterzogenen nicht koinzidenten Gammastrahlenpaare von den dem Rebinning unterzogenen koinzidenten Gammastrahlenpaaren zum Erzeugen von korrigierten Koinzidenzdaten und das Erzeugen eines Bildes umfassen, das die korrigierten Koinzidenzdaten wiedergibt.
Gemäß noch einem weiteren eingeschränkten Aspekt umfasst das Verfahren das Verwenden von ersten und zweiten Detektoren zum Erkennen von koinzidenten Gammastrahlenpaaren. Der Schritt des Bildens neuer Paare umfasst das Bilden von Paaren aus Gammastrahlen, die von dem ersten Detektor erkannt wurden, und nicht koinzidenten Gammastrahlen, die von dem zweiten Detektor erkannt wurden. Gemäß einem noch stärker eingeschränkten Aspekt kann das Verfahren das Verwenden von ersten, zweiten und dritten Detektoren zum Erkennen von koinzidenten Gammastrahlen umfassen, wobei der Schritt des Bildens neuer Paare das Bilden von Paaren aus Gammastrahlen, die von dem ersten Detektor erkannt wurden, und Gammastrahlen, die von dem dritten Detektor erkannt wurden, und das Bilden von Paaren aus Gammastrahlen, die von dem zweiten Detektor erkannt wurden, und Gammastrahlen, die von dem dritten Detektor erkannt wurden, umfasst.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren der auf zufällige Koinzidenzen korrigierten Bildgebung das Erkennen von koinzidenten Gammastrahlenpaaren, wobei die genannten Paare Gammastrahlenpaare mit Positronenannihilation und zufällige Gammastrahlenpaare umfassen, das Erzeugen von nicht koinzidenten Gammastrahlenpaaren und das Verwenden der koinzidenten Gammastrahlenpaare und der nicht koinzidenten Gammastrahlenpaare zum Erzeugen eines auf zufällige Koinzidenzen korrigierten Bildes.
Gemäß alternativen Verfahren zur Durchführung einer Korrektur von zufälligen Koinzidenzen werden nicht koinzidente Gammastrahlenpaare erzeugt, indem eine Vielzahl von einzelnen Gammastrahlen erkannt wird und aus jedem einer Vielzahl von einzelnen Gammastrahlen und einem nicht koinzidenten einzelnen Gammastrahl Paare gebil det werden. Gemäß einem noch stärker eingeschränkten Aspekt kann das Verfahren das Erkennen von koinzidenten Gammastrahlenpaaren für eine Zeitspanne T, das Ermitteln einer Rate der zufälligen Koinzidenzen R und das Erkennen von mindestens 2*T*R einzelnen Gammastrahlen umfassen. Das Verfahren kann das Bilden von Paaren aus jedem einer Vielzahl von Gammastrahlen und einer Vielzahl von nicht koinzidenten Gammastrahlen umfassen. Das Verfahren kann das Erkennen von koinzidenten Gammastrahlenpaaren für die Zeitspanne T, das Ermitteln einer Rate der zufälligen Koinzidenzen R und das Neuskalieren der nicht koinzidenten Gammastrahlenpaare umfassen, um T*R-Paare zu erzeugen. Das Verfahren kann das Rebinning der koinzidenten Gammastrahlenpaare, das Kombinieren der dem Rebinning unterzogenen nicht koinzidenten Ereignispaare und der dem Rebinning unterzogenen koinzidenten Gammastrahlenpaare zum Erzeugen von auf zufällige Koinzidenzen korrigierten Daten und das Erzeugen eines Bildes aus den auf zufällige Koinzidenzen korrigierten Daten umfassen.
Gemäß noch einem weiteren eingeschränkten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst der Schritt des Erkennens das Verwenden von ersten, zweiten und dritten Detektoren zum Erkennen der koinzidenten Gammastrahlenpaare. Das Verfahren umfasst auch das Ermitteln einer Rate der zufälligen Koinzidenzen für die ersten und dritten Detektoren, einer Rate der zufälligen Koinzidenzen für die ersten und zweiten Detektoren und einer Rate der zufälligen Koinzidenzen für die zweiten und dritten Detektoren.
Gemäß noch einem weiteren eingeschränkten Aspekt umfasst der Schritt des Erzeugens das Bilden neuer Paare aus Gammastrahlen aus den koinzidenten Gammastrahlenpaaren zum Erzeugen von nicht koinzidenten Gammastrahlenpaaren.
Gemäß einem weiteren stärker eingeschränkten Aspekt umfasst das Verfahren das Rebinning der nicht koinzidenten Gammastrahlenpaare und das Neuskalieren der dem Rebinning unterzogenen nicht koinzidenten Gammastrahlenpaare. Gemäß einem noch stärker eingeschränkten Aspekt umfasst das Verfahren das Rebinning der koinzidenten Gammastrahlenpaare, das Kombinieren der dem Rebinning unterzogenen koinzidenten Gammastrahlenpaare und der dem Rebinning unterzogenen nicht koinzidenten Ereignispaare, um auf zufällige Koinzidenzen korrigierte Daten zu erzeugen, und das Erzeugen eines Bildes aus den auf zufällige Koinzidenzen korrigierten Daten.
Das Verfahren kann auch das Erzeugen einer Liste der koinzidenten Gammastrahlenpaare und das Bilden neuer Paare aus Gammastrahlen aus der Liste der koinzidenten Gammastrahlenpaare umfassen, um nicht koinzidente Ereignispaare zu erzeugen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Gerät Mittel zum Erkennen von koinzidenten Gammastrahlenpaaren, wobei die genannten Paare erkannte Gammastrahlenpaare mit Positronenannihilation und erkannte Gammastrahlenpaare umfassen, Mittel zum Erzeugen von nicht koinzidenten Gammastrahlenpaaren und Mittel zum Erzeugen eines auf zufällige Koinzidenzen korrigierten Bildes auf der Grundlage der koinzidenten Gammastrahlenpaare und der nicht koinzidenten Gammastrahlenpaare.
Gemäß einem stärker eingeschränkten Aspekt umfasst das Gerät Mittel zum Erzeugen einer Liste der erkannten Gammastrahlenpaare und Mittel zum Bilden neuer Paare aus Gammastrahlen aus der Liste der koinzidenten Gammastrahlenpaare, um nicht koinzidente Gammastrahlenpaare zu erzeugen. Gemäß einem noch stärker eingeschränkten Aspekt umfassen die Mittel zum Erkennen drei strahlungsempfindliche Detektoren, die um eine Untersuchungsregion angeordnet sind.
Im Folgenden werden Möglichkeiten zur Ausführung der Erfindung anhand von Beispielen und unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung ausführlich beschrieben. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild einer Gammakamera und eines Bildgebungscomputers;
2 transversales Rebinning,
3 ein Verfahren zum Verarbeiten von koinzidenten Gammastrahlendaten,
die 4A, 4B, 4C und 4D Verfahren zum Erzeugen von nicht koinzidenten Gammastrahlenpaaren,
5 ein Verfahren zum Verarbeiten von Koinzidenz- und Einzelereignisdaten, und
6 ein Verfahren zum Erfassen von Koinzidenz- und Einzelereignisdaten.
Mit Bezug auf 1 umfasst eine Gammakamera ein an einer Gantry montiertes Paar aus strahlungsempfindlichen Detektoren 10a, 10b. Die Detektoren 10a, 10b sind an gegenüber liegenden Positionen um eine Untersuchungsregion 11 angeordnet. Die Untersuchungsregion 11 ist so bemessen, dass sie ein abzubildendes Objekt, beispielsweise einen menschlichen Patienten 12, aufnehmen kann.
Eine Patientenauflage 13 trägt den Patienten innerhalb der Untersuchungsregion. Ein Antrieb dreht die Detektoren 10a, 10b selektiv um die Untersuchungsregion 11, um die Erfassung von Strahlungsdaten aus einer Vielzahl von Winkelpositionen φ bezüglich des Patienten zu gestatten. Die Detektoren 10a, 10b können radial und/oder tangential in Bezug auf die Untersuchungsregion 11 oder zu mehr als einer Winkelposition zueinander bewegt werden.
Jeder Detektor 10a, 10b umfasst ein Szintillationskristall aus NaJ(TI), ein x/y-Array aus Photovervielfacherröhren (engl. photomultiplier tube, PMT) und Verarbeitungselektronik. Zwischen dem Szintillationskristall und der Untersuchungsregion angeordnete axiale Septen begrenzen den axialen Akzeptanzwinkel der Gammastrahlung, die den Szintillator erreicht. Die Energie von den Gammastrahlen, die auf das Szintillationskristall auftreffen, wird in Licht umgewandelt, das von einer oder mehreren Photovervielfacherröhren erkannt wird und somit ein erkanntes Ereignis signalisiert.
Die Koinzidenzlogik 14 ermittelt, ob die von beiden Detektoren 10a, 10b erkannten Ereignisse gleichzeitig eintraten. Im Besonderen ermittelt die Koinzidenzlogik, ob beide Detektoren einen Gammastrahl innerhalb eines Koinzidenzzeitintervalls τ, beispielsweise in der Größenordnung von 15 ns, erkennen. In der Koinzidenzbildgebung werden Ereignisse, die außerhalb des Koinzidenzzeitintervalls erkannt werden, normalerweise zurückgewiesen und nicht weiter verarbeitet.
Eine wählbare Verzögerungsschaltung 20 verzögert die Signale von einem der Detektoren um eine Zeitspanne, die langer als diejenige des Koinzidenzintervalls ist, beispielsweise in der Größenordnung von 1 μs. Die Verzögerungsschaltung 20 wird normalerweise während der Erfassung von Koinzidenzdaten deaktiviert, kann jedoch selektiv aktiviert werden, wie es weiter unten ausführlicher beschrieben wird.
Jedem Detektor 10a, 10b ist eine Schaltungsanordnung 18a, 18b zur Energie- und Positionsbestimmung zugeordnet, die die Position x, y und die Energie E der erkannten Ereignisse ermittelt. Ein Listenmodus-Prozessor 22 erzeugt eine Liste der erkannten Ereignisse. Einige der Ereignisse können auf der Grundlage der Energie E der Gammastrahlen oder anderer Kriterien vor oder nach der Verarbeitung im Listenmodus zurückgewiesen werden, wie es in der Technik bekannt ist.
Bei der Koinzidenzbildgebung enthält die Liste eine Vielzahl von Gammastrahlenpaaren und kann wie folgt dargestellt werden:
D_i(x₁,y₁);D_j(x₁,y₁)
D_i(x₂,y₂);D_j(x₂,y₂)
D_i(x₃,y₃);D_j(x₃,y₃)
D_i(X_N,Y_N);D_j(X_N,Y_N)
wobei D_x den Detektor 10a, 10b bezeichnet und x, y die Koordinaten des Gammastrahls sind. Natürlich können zusätzliche oder andere Daten (beispielsweise die Energie der erkannten Gammastrahlen, die Winkelposition der Detektoren) in der Liste oder in zugeordneten Headern enthalten sein und bei der weiteren Verarbeitung eingesetzt werden. Die Ausgangsdaten des Listenmodus-Prozessors 22 werden vorzugsweise in einem Speicher zur weiteren Verarbeitung zu einem günstigen Zeitpunkt, beispielsweise nachdem die Datenerfassung für einen bestimmten Patienten beendet wurde, gespeichert.
Die weitere Verarbeitung erfolgt vorzugsweise mit Hilfe eines herkömmlichen Bildgebungscomputers 30. Ein Rebinning-Prozessor 24 sortiert koinzidente Gammastrahlenpaare basierend auf den x/y-Positionen der erkannten Gammastrahlen und der Winkelposition φ der Detektoren 10, um Sinogramme zu erzeugen. Mit Bezug auf 2 wird ein Punkt wie der Mittelpunkt 27 der Abbildungsregion definiert. Die transversalen Koordinaten x₁, x₂ werden dazu verwendet, eine Beziehung der transversalen Koordinate X zum Mittelpunkt 27 und einen transversalen Winkel θ zu einem definierten feststehenden Koordinatensystem zu berechnen. Es können zwar andere Verfahren des Rebinning eingesetzt werden, das oben genannte Verfahren erleichtert jedoch die Erzeugung von herkömmlichen Sinogrammen. Die Gammastrahlenpaare werden vorzugsweise in der axialen Richtung mit Hilfe eines Verfahrens des Rebinning in einer Einzelschicht (engl. single-slice rebinning) umsortiert, es können jedoch auch andere Verfahren des axialen Rebinning eingesetzt werden.
Zurück zu 1, in der ein Zufallsereignisgenerator 21 auf der Grundlage der erfassten Strahlungsdaten nicht koinzidente Gammastrahlenpaare erzeugt. Die nicht koinzidenten Paare werden von dem Rebinning-Prozessor 24 auf eine Art einem Rebinning unterzogen, die der oben für die koinzidenten Gammastrahlenpaare beschriebenen Art entspricht. Ein Prozessor 28 zur Korrektur von zufälligen Koinzidenzen nimmt die dem Rebinning unterzogenen koinzidenten Gammastrahlenpaare und nicht koinzidenten Gammastrahlenpaare an und erzeugt auf zufällige Koinzidenzen korrigierte Daten. Ein Rekonstruk tionsprozessor 32 verarbeitet die korrigierten Daten mit Hilfe von Verfahren wie der gefilterten Rückprojektion oder der iterativen Rekonstruktion, um Bilder zu erzeugen, die die erkannten Ereignisse wiedergeben. Es kann beispielsweise eine Vielzahl von axialen Tomographie-Schichtbildern erzeugt werden. Andere Verfahren wie die Bildgebung in der Fokusebene können ebenfalls eingesetzt werden. Eine Bedienerschnittstelle 34 wie ein Monitor oder Drucker wird dazu verwendet, die Bilder in von Menschen lesbarer Form anzuzeigen.
Als geeignete Gammakamera mit zwei Detektoren 10a, 10b steht eine Axis^TM mit γPET^TM-Option von Marconi Medical Systems International, Inc. of Highland Height, Ohio, zur Verfügung. Als geeigneter Bildgebungscomputer steht der Odyssey^TM-FX-Computer ebenfalls von Marconi Medical Systems International, Inc., zur Verfügung.
Während des Betriebs und mit Bezug auf 3 werden koinzidente Gammastrahlenpaare für eine Zeitspanne T erfasst, wobei die Verzögerungsschaltung 20 deaktiviert ist, um eine Gesamtzahl von N koinzidenten Paaren zu erfassen. Die erfassten Daten umfassen sowohl Gammastrahlenpaare mit Positronenannihilationsereignissen als auch Gammastrahlenpaare mit zufälligen Koinzidenzen. Es werden Listenmodusdaten erzeugt, die die erfassten koinzidenten Gammastrahlenpaare wiedergeben, und die Rate der zufälligen Koinzidenzen R wird ermittelt. Dieser Prozess wird mit den an einer Vielzahl von Winkelpositionen φ angeordneten Detektoren 10 wiederholt. Die erzeugten Listenmodusdaten werden vorzugsweise gespeichert, bis die Abtastung des Patienten beendet ist.
Die Listenmodusdaten werden zur weiteren Verarbeitung einem Rebinning unterzogen. Nicht koinzidente Gammastrahlenpaare werden erzeugt, dem Rebinning unterzogen und (falls erforderlich) neu skaliert, so dass nicht koinzidente T*R-Paare entstehen. Die dem Rebinning unterzogenen nicht koinzidenten Gammastrahlenpaare werden von den dem Rebinning unterzogenen Gammastrahlenpaaren subtrahiert, um auf zufällige Koinzidenzen in den erfassten koinzidenten Daten zu korrigieren. Die resultierenden korrigierten Daten werden zur Rekonstruktion eines Bildes verwendet.
Die Rate der zufälligen Koinzidenzen R wird ermittelt, indem die Verzögerungsleitung 20 aktiviert wird und die Koinzidenzen während einer relativ kurzen Zeitspanne (beispielsweise 1 s) gezählt werden, um eine Rate der Koinzidenzen zu ermitteln. Es ist anzumerken, dass es nicht erforderlich ist, die erkannten Gammastrahlen zu verarbeiten, außer in dem für die Ermittlung der Rate der zufälligen Koinzidenzen erforderlichen Aus maß. Als Alternative kann die Rate der zufälligen Koinzidenzen R basierend auf der gemessenen Rate der Einzelereignisse für jeden Detektor 10 ermittelt werden: R = 2τS1S2 wobei
S₁ = gemessene Rate der Einzelereignisse für Detektor 1 und
S₂ = gemessene Rate der Einzelereignisse für Detektor 2.
Wenn die Rate der zufälligen Koinzidenzen R durch Messung der Raten der Einzelereignisse der Detektoren ermittelt wird, ist die Verzögerungsschaltung 20 nicht erforderlich und braucht nicht in dem System enthalten zu sein, wenn der Betrieb im Listenmodus erfolgt. Die Rate der zufälligen Koinzidenzen R und/oder die Rate der Einzelereignisse S, kann durch die Gammakamera ermittelt und in einem Header oder sonst als Teil der Listenmodusdaten zum Bildgebungscomputer weitergeleitet werden.
Verschiedene Verfahren können für die Erzeugung der nicht koinzidenten Gammastrahlenpaare eingesetzt werden. Mit Bezug auf die 4A und 4B können die Daten der zufälligen Koinzidenzen basierend auf den während der Datenerfassung erfassten koinzidenten Gammastrahlenpaaren erzeugt werden. Im Besonderen können aus den Gammastrahlen in der Liste der koinzidenten Gammastrahlenpaare und Gammastrahlen von anderen Gammastrahlenpaaren in der Liste Paare gebildet werden.
Mit Bezug auf 4A werden aus jedem einer Vielzahl von durch den Detektor D_i erkannten Gammastrahlen und einer Vielzahl von durch den Detektor D_j erkannten Gammastrahlen Paare gebildet. Alle möglichen Paarungen mit Ausnahme der Gammastrahlen in jedem koinzidenten Paar (die wahrscheinlich wahre Ereignisse darstellen) werden erzeugt. Dieses Verfahren ergibt ungefähr N2 – Nzufällige Koinzidenzereignisse. Als Alternative können aus jedem der Vielzahl von durch den Detektor D_i erkannten Gammastrahlen mit einer Vielzahl von, jedoch weniger als allen, durch den Detektor D_j erkannten Gammastrahlen Paare gebildet werden.
Ein weiteres Verfahren zum Erzeugen von Daten der zufälligen Koinzidenzen basierend auf den erfassten Koinzidenzdaten ist in 4B dargestellt. Aus jedem einer Vielzahl von durch den Detektor D_i erkannten Gammastrahlen und einem durch den Detektor D_j erkannten Gammastrahl wird ein Paar gebildet. 4B zeigt zwar ein Paar aus jedem Gammastrahl und einem Gammastrahl aus dem nächsten koinzidenten Paar in der Liste (d. h. einen Versatz von 1), jedoch können andere Versatzwerte ebenso eingesetzt werden, um den zeitlichen Versatz zwischen den einzelnen Ereignissen zu erhöhen, die ein Paar bilden. Ein Versatz von ungefähr 10 ergibt beispielsweise einen zeitlichen Versatz in der Größenordnung von mehreren Mikrosekunden in Abhängigkeit von der Koinzidenzzählrate der Gammakamera und der Aktivität der Quelle. Dieses Verfahren ergibt N zufällige Kombinationen.
Dem Fachkundigen ist ersichtlich, dass andere Verfahren der Paarbildung einfach ausgeführt werden können. Als Beispiel können die Ereignisse auf der Grundlage eines Zufalls- oder anderen Algorithmus Paare bilden.
Jedes der nicht koinzidenten Gammastrahlenpaare ist durch eine Koinzidenzlinie gekennzeichnet, die derjenigen der koinzidenten Gammastrahlenpaare entspricht. Die nicht koinzidenten Paare werden wie oben für die erfassten Koinzidenzereignisse beschrieben einem Rebinning unterzogen. Die erzeugten zufälligen Koinzidenzen werden neu skaliert, so dass die Gesamtzahl der zufälligen Ereignisse T*R ergibt, und die neu skalierten Daten der zufälligen Koinzidenzen werden dazu verwendet, die erfassten Koinzidenzmodusdaten zu korrigieren. Bei Verwendung des in 4A beschriebenen Beispiels ist ein geeigneter Faktor zur Neuskalierung
Für das Beispiel aus 4B ist ein geeigneter Faktor zur Neuskalierung
Als alternatives Verfahren können Daten der zufälligen Koinzidenzen auch auf der Grundlage von erfassten einzelnen Gammastrahlen erzeugt werden. Mit Bezug auf 5 werden koinzidente Gammastrahlenpaare für die Zeitspanne N erfasst und eine Liste der koinzidenten Paare erzeugt. Einzelne Gammastrahlen werden in gleicher Weise erfasst, und es wird eine Liste der Einzelereignisse erzeugt.
Mit Bezug auf 6 kann die Erfassung der Einzelereignisdaten mit der Erfassung der Koinzidenzdaten verschachtelt werden. Nachdem die Koinzidenzdaten an einer bestimmten Winkelposition .phi. erfasst wurden, wird die Koinzidenzlogikschaltung deaktiviert, und es werden Einzelereignisdaten ermittelt, bis 2*T*R Ereignisse (oder eine andere gewünschte Anzahl) erfasst wurden. Wenn das Gammakamerasystem in der Lage ist, Einzelereignisdaten während der Koinzidenzerfassung zu erkennen, braucht die Koinzidenzschaltungsanordnung nicht deaktiviert zu werden, und die Einzelereignisdaten können gleichzeitig mit der Ermittlung der Koinzidenzdaten ermittelt werden. Poissonsches Rauschen kann reduziert werden, indem eine größere Anzahl von Einzelereignissen erfasst wird. Da die Einzelereignisdaten relativ schnell erfasst werden, kann auch ein geeigneter Datensatz ermittelt werden, indem Einzelereignisse während einer relativ kurzen festen Zeitspanne erfasst werden, beispielsweise in der Größenordnung von einer Sekunde. Die Detektoren werden zur nächsten Winkelposition gedreht, und der Prozess wird wiederholt, bis Daten an jeder der gewünschten Winkelpositionen erfasst wurden.
Zurück zu 5, in der nicht koinzidente Gammastrahlenpaare erzeugt werden, indem aus nicht koinzidenten Ereignissen Paare gebildet werden, die einem Rebinning und (falls erforderlich) einer Neuskalierung unterzogen werden. Die nicht koinzidenten Paare werden von den koinzidenten Paaren subtrahiert und zur Rekonstruktion eines Bildes verwendet.
Die Listenmodusdaten der Einzelereignisse können folgendermaßen dargestellt werden:
D_i(x,y), φ
D_j(x,y), φ
D_j(x,y), φ
D_i(x,y), φ
D_i(x,y), φ
D_j(x,y), φ
.
.
.
D_j(x,y), φ
D_i(x,y), φ
Es ist offensichtlich, dass von den Detektoren D_i, D_j erkannte Ereignisse, die in der Liste nicht nebeneinander stehen, keine koinzidenten Gammastrahlenpaare darstellen.
Mit Bezug nun auf 4C können die erfassten Einzelereignisdaten dazu verwendet werden, Daten von zufälligen Koinzidenzen in einer Art zu erzeugen, die der in Verbindung mit 4A oben beschriebenen Art entspricht. Aus jedem einer Vielzahl von durch den Detektor D_i erkannten Einzelereignissen und einer Vielzahl von durch den Detektor D_j erkannten Einzelereignissen wird ein Paar gebildet. Es werden alle möglichen Paarungen mit Ausnahme derjenigen erzeugt, die auf Einzelereignissen basieren, die in zeitlicher Nähe erkannt wurden (und daher wahrscheinlich wahre Koinzidenzereignisse darstellen). Unter der Annahme, dass jeder Detektor eine gleiche Anzahl von Ereignissen empfangt, ergibt dieses Verfahren etwas weniger als
zufällige Ereignisse, wobei N die Anzahl der erkannten Einzelereignisse ist. Als Alternative können aus jedem einer Vielzahl von durch D_i erkannten Gammastrahlen und einer Vielzahl von, jedoch weniger als allen, durch den Detektor D_j erkannten nicht koinzidenten Gammastrahlen Paare gebildet werden.
Mit Bezug nun auf 4D können die erkannten Einzelereignisdaten dazu verwendet werden, Daten von zufälligen Koinzidenzen in einer Art zu erzeugen, die der in Verbindung mit 4B oben beschriebenen Art entspricht. Aus jedem einer Vielzahl von durch den Detektor D_i erkannten einzelnen Gammastrahlen und einem durch den Detektor D_j erkannten Einzelereignis wird ein Paar gebildet. Wie in 4 erfolgt wieder ein zeitlicher Versatz, um die Erzeugung von wahren Koinzidenzen zu vermeiden. Zur Vereinfachung der Darstellung ist der Versatz zwar mit Eins dargestellt, es können jedoch andere Versatzwerte verwendet werden. Dieses Verfahren ergibt N/2 zufällige Kombinationen.
Dem Fachkundigen ist ersichtlich, dass andere Verfahren der Paarbildung einfach ausgeführt werden können. Als Beispiel können die Ereignisse auf der Grundlage eines Zufalls- oder anderen Algorithmus Paare bilden.
Die erzeugten Daten von zufälligen Koinzidenten enthalten eine Vielzahl von Ereignispaaren. Jedes Ereignispaar ist gekennzeichnet durch eine Koinzidenzlinie, die derjenigen der erfassten Koinzidenzereignisse entspricht. Dementsprechend werden diese Ereignisse in einer Art einem Rebinning unterzogen, die der oben für die erfassten Koinzidenzereignisse beschriebenen Art entspricht. Es können zwar andere Verfahren des Rebinning eingesetzt werden, das oben genannte Verfahren erleichtert jedoch die Erzeugung von herkömmlichen Singrammen.
Die nicht koinzidenten Paare werden zur Korrektur der koinzidenten Paare verwendet. Insbesondere werden die dem Rebinning unterzogenen nicht koinzidenten Paare vor der Bildrekonstruktion von dem Singramm der dem Rebinning unterzogenen Koinzidenzpaare subtrahiert. Als Alternative können separate Koinzidenzbilder und Bilder von zufälligen Koinzidenzen erzeugt werden, und die Bilder von zufälligen Koinzidenzen von dem Koinzidenzbild subtrahiert werden, um ein Bild ohne zufällige Koinzidenzen zu erzeugen.
Die vorangegangene Erläuterung konzentrierte sich zwar auf ein Gammakamerasystem mit zwei Detektoren 10, es können jedoch auch Daten von Gammakameras mit drei oder mehr Detektoren verwendet werden. In gleicher Weise ist das Verfahren auf Gammakameras anwendbar, deren Detektoren in verschiedensten Konfigurationen wie gegenüberliegend, orthogonal, mit gleichen Winkelabständen und ähnlichem, angeordnet sind. Das Verfahren kann auch auf herkömmliche ringförmige PET-Scanner angewendet werden, bei denen eine Vielzahl von Detektoren in einem Ring um die Untersuchungsregion herum angeordnet sind.
Bei einer Gammakamera mit drei Detektoren kann die Rate der zufälligen Koinzidenzen R für jedes Detektorenpaar (beispielsweise D₁D₂, D₂D₃, D₁D₃) geschätzt werden, indem selektiv eine Verzögerungsleitung auf zwei der drei Detektoren der Reihe nach angewendet wird und die Koinzidenzrate bezüglich der nicht verzögerten Detektoren gezählt wird. Als Alternative kann die Rate der zufälligen Koinzidenzen R_ij geschätzt werden, indem die Rate der Einzelereignisse für jede Kombination von Detektoren gezählt wird:
R₁₂ = 2τS₁S₂
R₂₃ = 2τS₂S₃
R₁₃ = 2τS₁S₃
wobei
S₁ = gemessene Rate der Einzelereignisse für Detektor 1
S₂ = gemessene Rate der Einzelereignisse für Detektor 2
S₃ = gemessene Rate der Einzelereignisse für Detektor 3.
Zufällige Ereignisse werden in einer Art erzeugt, die der für ein System mit zwei Detektoren beschriebenen Art entspricht, außer dass Daten von zufälligen Koinzidenzen für jede Kombination von Detektoren erzeugt werden (beispielsweise D₁D₂, D₁D₃, D₂D₃).
Das Verfahren ist auch nicht auf Systeme beschränkt, die im Listenmodus arbeiten, und kann ausgeführt werden, wenn Daten mit Hilfe des so genannten automatischen Verfahrens (engl. „on the fly" method) einem Rebinning unterzogen werden. Die Koinzidenzdaten werden auf normale Art erfasst und dem Rebinning unterzogen. Die nicht koinzidenten Paare können jedoch erzeugt werden, indem Ereignisse von einem der Detektoren 10 vorübergehend gespeichert werden und aus jedem gespeicherten Ereignis mit einem nachfolgenden Ereignis von einem anderen Detektor 10 ein Paar gebildet wird. Somit kann aus dem durch den Detektor D_i erkannten m-ten Ereignis und dem durch den Detektor D_j erkannten (m + n)-ten Ereignis ein Paar gebildet werden, wobei n ein gewünschter zeitlicher Versatz ist. Die erzeugten Ereignisse werden wie oben beschrieben automatisch einem Rebinning in einem separaten Singramm unterzogen, das (falls erforderlich) neu skaliert und von den Koinzidenzdaten (eher) subtrahiert (als addiert) wird, um einen korrigierten Datensatz zu erzeugen.
Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben. Es ist naheliegend, dass anderen beim Lesen und Verstehen der vorhergehenden ausführlichen Beschreibung Abwandlungen und Abänderungen einfallen werden. Die Erfindung ist dahingehend auszulegen, dass sie sämtliche derartigen Modifikationen und Abänderungen einschließt, sofern sie in den Anwendungsbereich der angehängten Ansprüche oder deren Äquivalente fallen.

1

20: Verzögerungsschaltung
18a: x, y, E ermitteln
14: Koinzidenzlogik
22: Listenmodus-Prozessor
21: Zufallsereignisgenerator
24: Rebinning-Prozessor
28: Korrekturprozessor
32: Rekonstruktionsprozessor
34: Bedienerschnittstelle

6

Koinzidenzdaten ermitteln
Einzelereignisdaten ermitteln
Daten an gewünschten Winkelpositionen ermittelt? Ja Fertig Nein

Figur 3

	Koinzidente Gammastrahlenpaare für
	Zeitspanne T erfassen
	Liste der koinzidenten Gammastrahlenpaare
	erzeugen

	Rate der Zufallsereignisse R
	ermitteln
Koinzidente Gammastrahlenpaare	Nicht koinzidente Gammastrahlenpaare
Rebinning unterziehen	erzeugen
	Nicht koinzidente Gammastrahlenpaare
	Rebinning unterziehen
	Neu skalieren

	Nicht koinzidente Gammastrahlenpaare
	von koinzidenten Gammastrahlenpaaren
	subtrahieren
	Bild rekonstruieren

Figur 5

	Einzelne Gammastrahlen
	erfassen
Koinzidente Gammastrahlenpaare	Liste der Einzelereignisse erzeugen
für Zeitspanne T ermitteln	Nicht koinzidente Gammastrahlenpaare
Liste der koinzidenten	erzeugen
Gammastrahlenpaare erzeugen	Nicht koinzidente Gammastrahlenpaare
Koinzidente Gammastrahlenpaare	Rebinning unterziehen
Rebinning unterziehen	Neu skalieren

Claims

Verfahren der auf zufällige Koinzidenzen korrigierten Bildgebung, das Folgendes umfasst: – Erkennen von koinzidenten Gammastrahlenpaaren, wobei die genannten Paare Gammastrahlenpaare mit Positronenannihilation und zufällige Gammastrahlenpaare umfassen, – Bilden neuer Gammastrahlenpaare aus den erkannten koinzidenten Gammastrahlenpaaren, um nicht koinzidente Gammastrahlenpaare zu erzeugen, – Verwenden der koinzidenten Gammastrahlenpaare und der nicht koinzidenten Gammastrahlenpaare, um ein auf zufällige Koinzidenzen korrigiertes Bild zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Erkennens von koinzidenten Gammastrahlenpaaren das Empfangen einer Liste mit erkannten koinzidenten Gammastrahlenpaaren umfasst und wobei der Schritt des Bildens neuer Paare das Bilden neuer Gammastrahlenpaare aus der Liste der erkannten koinzidenten Gammastrahlenpaare umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das das Bilden von Paaren aus jedem einer Vielzahl von Gammastrahlen und einem nicht koinzidenten Gammastrahl umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, das das Bilden von Paaren aus jedem einer Vielzahl von Gammastrahlen und einer Vielzahl von nicht koinzidenten Gammastrahlen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, das das Rebinning der nicht koinzidenten Gammastrahlenpaare und das Neuskalieren der dem Rebinning unterzogenen nicht koinzidenten Gammastrahlenpaare umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, das das Rebinning der koinzidenten Gammastrahlenpaare, das Kombinieren der dem Rebinning unterzogenen koinzidenten Gamma strahlenpaare und der dem Rebinning unterzogenen nicht koinzidenten Ereignispaare zum Erzeugen von auf zufällige Koinzidenzen korrigierten Daten und das Erzeugen eines Bildes aus den auf zufällige Koinzidenzen korrigierten Daten umfasst.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, das das Erkennen von koinzidenten Gammastrahlenpaaren für eine Zeitspanne T, das Ermitteln einer Rate von zufälligen Koinzidenzen R und das Neuskalieren der nicht koinzidenten Gammastrahlenpaare umfasst, um T*R-Paare zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 7, das das Rebinning der koinzidenten Gammastrahlenpaare, das Kombinieren der dem Rebinning unterzogenen nicht koinzidenten Ereignispaare mit den dem Rebinning unterzogenen koinzidenten Gammastrahlenpaare zum Erzeugen von auf zufällige Koinzidenzen korrigierten Daten und das Erzeugen eines Bildes aus den auf zufällige Koinzidenzen korrigierten Daten umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 7 oder 8, wobei der Schritt des Erkennen Folgendes umfasst: Das Verwenden erster, zweiter und dritter Detektoren zum Erkennen der koinzidenten Gammastrahlenpaare und das Festlegen einer Rate der zufälligen Koinzidenzen für die ersten und dritten Detektoren, einer Rate der zufälligen Koinzidenzen für die ersten und zweiten Detektoren und einer Rate der zufälligen Koinzidenzen für die zweiten und dritten Detektoren.
Gerät, das Folgendes umfasst: Mittel (10a, 10b, 14) zum Erkennen von koinzidenten Gammastrahlenpaaren, wobei die genannten Paare erkannte Gammastrahlenpaare mit Positronenannihilation und zufällige Gammastrahlenpaare umfassen, Mittel (21) zum Bilden neuer Gammastrahlenpaare aus den erkannten koinzidenten Gammastrahlenpaaren, um nicht koinzidente Gammastrahlenpaare zu erzeugen, Mittel (24, 28, 32) zum Erzeugen eines auf zufällige Koinzidenzen korrigierten Bildes auf der Grundlage der koinzidenten Gammastrahlenpaare und der nicht koinzidenten Gammastrahlenpaare.
Gerät nach Anspruch 10, das Folgendes umfasst: Mittel (22) zum Erzeugen einer Liste der erkannten Gammastrahlenpaare und Mittel (21) zum Bilden neuer Gamma strahlenpaare aus der Liste der koinzidenten Gammastrahlenpaare, um nicht koinzidente Gammastrahlenpaare zu erzeugen.