使用规划的患者台/扫描架运动对列表模式PET采集进行空间采样改进

摘要

一种PET装置包括探测器阵列，所述探测器阵列包括接收来自成像区域的辐射事件的个体探测器。运动控制器控制受检者支撑物与所述探测器阵列之间的相对纵向运动以及所述探测器阵列与受检者之间的圆周运动中的至少一个。时间戳处理器向每个接收的辐射事件分配时间戳。列表模式事件存储缓存器存储带时间戳的事件。事件验证处理器筛选一致接收的辐射事件以及每对儿对应的一致接收的事件定义响应线的位置。重建处理器将有效事件重建为所述成像区域的图像表示。

说明书

技术领域

本申请涉及诊断成像领域。本申请具体应用于利用规划的患者台和/或 扫描架运动实现列表模式的PET采集的改进的空间采样。然而，应理解， 本申请还适用于其他设备，而未必限于上述应用。

背景技术

核成像设备，例如正电子发射断层摄影（PET）扫描器，从视场（FOV） 中的响应线（LOR）重建图像。通过对与体素相交的每条LOR的贡献求和 来生成该体素的图像值。在列表模式的采集中，事件被逐个记录到列表文 件中，并被视为重建中使用的独立数据点。在当前的临床PET成像中，通 常在固定的患者台位置进行PET数据采集。扫描器和患者台在采集期间都 保持静止，导致固定的探测器几何形状以及在FOV上不变的空间数据采样。

由于有限的PET FOV，在一个位置处重建的图像例如，在全身成像中 可能不能覆盖整个成像对象。因此，在多个患者台位置进行采集以形成对 象的整个图像。由于PET扫描器有限的晶体尺寸，PET采集始终具有FOV （在轴向和横向中）的有限采样，这限制了PET图像分辨率。由于患者台 和扫描器的扫描架在数据采集期间通常保持静止，能够在哪里采集事件完 全依赖于晶体位置和扫描器的几何结构。

本申请提供了克服上述问题和其他问题的新型改进的系统和方法。

发明内容

根据一个方面，提供了一种PET装置。该PET装置包括探测器阵列， 所述探测器阵列包括接收来自成像区域的辐射事件的个体探测器。运动控 制器控制受检者支撑物和所述探测器阵列之间的相对纵向运动以及所述探 测器阵列与受检者之间的圆周运动中的至少一个。时间戳处理器向每个接 收的辐射事件分配时间戳。列表模式事件存储缓存器存储带时间戳的事件。 事件验证处理器筛选一致接收的辐射事件以及每对儿对应的一致接收的事 件定义响应线的位置。重建处理器将有效事件重建为所述成像区域的图像 表示。

根据另一方面，提供了一种方法。该方法包括接收来自成像区域的辐 射事件；控制受检者支撑物与所述探测器阵列之间的相对纵向运动以及所 述探测器阵列与受检者之间的相对圆周运动中的至少一个；向每个接收的 辐射事件分配时间戳；存储有效的带时间戳的事件；筛选一致接收的辐射 事件；在每对儿对应的一致接收的事件处定义响应线；并且将有效事件重 建为所述成像区域的图像表示。

根据另一方面，提供了一种PET成像装置。该PET成像装置包括围 绕成像区域的探测器阵列。一个或多个电动机以圆周方式和纵向方式中的 至少一种移动所述探测器阵列。一个或多个处理器被编程以识别由阵列的 一对儿探测器一致接收的辐射事件对儿，基于接收到对应的一致事件对儿 的探测器的纵向和圆周位置中的至少一个定义响应线，并且将所述响应线 重建为图像。

一个优点在于改进了PET数据的空间采样。

另一个优点在于改进了图像分辨率。

另一个优点在于有效视场更大。

在阅读和理解以下详细描述之后，本领域技术人员将认识到本发明的 其他优点。

附图说明

本发明可以采取各种部件和部件布置，以及各种步骤和步骤安排的形 式。附图的仅出于图示优选实施例的目的，而不得被解释为对本发明的限 制。

图1是根据本申请的成像系统的示意图。

图2是根据本申请的图像处理方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了一种多模态系统10，该系统实施这样的工作流程：该工作 流程利用规划的患者台/扫描架运动以在不同的空间采样位置采集列表模式 事件，以改进对于图像分辨率的PET数据的空间采样。下文详述的工作流 程在数据采集期间利用了规划的患者台/扫描架运动。通过这种方式，每个 晶体都能够在扫描期间覆盖不同的空间位置，这实现了视场（FOV）中更 精细的PET采集采样。利用对患者台和扫描架运动和定时的准确了解，能 够基于事件和规划运动的定时计算每个列表模式事件的响应线（LOR）。运 动能够是短距离的，例如单个或多个半晶体长度。患者台运动将主要有利 于轴向采样，而扫描架的旋转类运动能够改进横向采样。此外，患者台运 动还能够帮助增大扫描轴向FOV并减小数据校正中的截断效应。

参考图1，多模态系统10包括第一成像系统，例如功能模态，优选为 核成像系统12，以及第二成像系统，例如解剖模态，例如计算断层摄影（CT） 扫描器14、磁共振（MR）扫描器、C臂X射线扫描器等。CT扫描器14 包括非扫描架16。X射线管18安装到扫描架20。膛22定义CT扫描器14 的检查区域24。辐射探测器26的阵列设置于扫描架20上，以在X射线贯 穿检查区域24之后接收来自X射线管18的辐射。或者，探测器26的阵列 可以定位于非扫描架16上。当然，也预见到磁共振和其他成像模态。

在图示的实施例中，功能性或核成像系统12包括正电子发射断层摄影 （PET）扫描器30，其可以安装于轨道32上以便于患者进出。当然，也预 见到SPECT、CT、核医学成像和其他成像模态。轨道32平行于受检者支 撑物或患者台34的纵轴延伸，从而使得CT扫描器14和PET扫描器12能 够形成封闭系统。提供电动机和驱动器36以将PET扫描器12移进移出封 闭位置和/或将患者和扫描器相对移动。在扫描架40附近布置探测器38， 这定义了检查区域42。安装扫描架以在至少是根部相邻的探测器元件之间 的中心距的弧上振荡或旋转44。旋转电动机和驱动器46等提供探测器相对 于患者的振荡或旋转运动。当探测器连续移动时，将探测器相继设置于连 续的探测器位置上。或者，能够以增量步进设置探测器。在一个实施例中， 为了实现均匀性，探测器在每个位置花费相似的时间量。纵向电动机和驱 动器48、48'等提供受检者支撑物34与PET探测器之间的相对纵向运动。 在一个实施例中，纵向电动机和驱动器48移动受检者支撑物。在另一实施 例中，纵向电动机和驱动器48移动PET扫描架，从而移动探测器。还预见 到在单个共享的闭合扫描架中具有公共检查区域的组合的CT和PET系统。

继续参考图1，承载受检者的受检者支撑物34被定位于CT扫描器14 的检查区域24中。CT扫描器14生成辐射衰减数据，所述辐射衰减数据之 后由衰减重建处理器60用于重建为存储于衰减存储器62中的衰减图或解 剖衰减图像。能够将高分辨率的CT图像用作衰减图。或者，衰减图能够具 有相对低的空间和对比度分辨率。患者支撑物34将受检者移动到PET扫描 器12中的一个位置，从几何和机械上断定该位置与CT成像区域24中的被 成像位置相同。为了在纵向细长的区域上生成图像，将患者在CT和PET 扫描器中定位于公共的起始位置，并在对应的解剖区域上平移。由于CT和 PET扫描器的扫描速度不同，纵向位移速度可以不同。在PET扫描开始之 前，为受检者注射放射性药剂。在PET扫描中，在检查区域42中由正电子 湮没事件生成一对儿γ射线，它们沿相反方向行进。当γ射线撞击探测器 38时，记录被撞击探测器元件的位置和撞击时间。触发和时间戳处理器52 监测每个探测器38的能量尖峰，例如脉冲下方的积分面积，放射性药剂生 成的γ射线能量的特性。触发和时间戳处理器52检查时钟54并利用前沿 接收时间和（在飞行时间扫描器中）飞行时间（TOF）为每个探测到的γ 射线事件打上时间戳。在PET成像中，时间戳、能量估计值和探测器的位 置首先由事件验证处理器56确定是否有一致事件。接受的一致事件对儿定 义响应线（LOR）。一旦由事件验证处理器56验证了事件儿，就将LOR与 其时间戳传递到事件存储缓存器58，并且在事件存储缓存器58中将端点探 测器位置存储为事件数据。

将受检者支撑物34和/或PET扫描架连续或步进地相对彼此移动，以 生成列表模式的PET数据集，该数据集包含与探测成对儿光子的探测器的 对应位置信息相关联的事件。这样允许每个探测器在扫描期间覆盖连续的 纵向空间位置，这实现纵向或z方向中更精细的PET采集采样。还预见到 以短的纵向增量（例如小于纵向探测器间距）步进。探测器也在圆周上连 续或以相似的小步长移动。纵向和旋转运动速度能够不同。为实现这点， 该系统被配置有运动处理器64，运动处理器64控制受检者支撑物34和/或 扫描架40的相对运动。运动处理器64规划定时以及受检者支撑物34和/ 或扫描架40的纵向和旋转运动模式，所述运动模式包括运动距离、速度、 方向等。应当认识到，在数据采集期间，受检者支撑物34和扫描架40都 能够运动，受检者支撑物34能够自己运动，或者扫描架40能够自身沿圆 周运动。在一个实施例中，运动处理器64向触发/时间戳处理器52提供探 测器的当前期望的纵向圆周位置，例如与起始或参考位置的偏离，触发/时 间戳处理器52相应地调节探测每个事件的探测器的位置。在另一实施例中， 运动数据收集单元66测量受检者支撑物34和/或扫描架40的纵向位置以及 探测器的圆周位置。由一个或多个传感器66L、66C测量包括纵向位置、圆 周位置等的实际运动数据，一个或多个传感器66L、66C分别感测受检者支 撑物34和/或扫描架40的相对纵向位置以及探测器的圆周位置。在一个实 施例中，运动数据由事件数据重新定位处理器68利用，事件数据重新定位 处理器68调节或校正每个列表模式事件的LOR轨迹，例如基于扫描器的 几何结构和运动信息偏移每条LOR的端点或探测点。

重建处理器70使用衰减图或用于衰减校正的图像将经位置调节或校正 的LOR重建为受检者的图像表示。在一个实施例中，使用列表模式重建算 法。重建处理器70通过生成每个体素的图像值从经调节或校正的LOR重 建图像表示，所述每个体素的图像值包括与该体素相交的每条经调节或校 正的LOR的贡献。体素可以具有直角棱镜的形状，例如立方体、滴状等。 重建的图像被存储于图像存储器72中，并在显示设备74上被显示给用户， 被印刷，被保存以供后续使用等。在一个实施例中，融合处理器76将功能 性PET图像与解剖衰减图像组合。

在一个实施例中，以列表模式格式收集事件数据。在列表中记录每个 所探测事件的相关属性（探测器坐标、时间戳等）被已知为列表模式数据 采集和存储。列表模式格式还包括每个事件数据的运动数据或针对每个事 件数据的运动数据被调节，从而能够基于扫描器几何结构和运动数据调节 或校正每个列表模式事件的每条LOR。这样能够在数据采集期间连续地、 以小步长等移动受检者支撑物34和/或扫描架40。通过收集具有在比探测 器元件之间的传统间距更精细的网格上收集的位置信息的数据，可以改进 系统和所得PET图像的分辨率。

触发处理器52、事件验证处理器56、衰减重建处理器60、重建处理器 70和运动处理器64包括公共的或不同的处理器，例如，被配置为执行图像 重建软件以执行下文进一步详细描述的操作的微处理器或其他软件控制的 设备。通常，在有形存储器或计算机可读介质上承载图像重建软件以由处 理器执行。计算机可读介质的类型包括诸如硬盘驱动器、CD-ROM、 DVD-ROM等的存储器。还预见到处理器的其他实施方式。显示控制器、 专用集成电路（ASIC）、FPGA和微控制器是可以被实施以提供处理器的功 能的其他类型部件的说明性范例。可以使用由处理器执行的软件、硬件或 其特定组合来实施各实施例。

在一个实施例中，运动控制器64控制受检者支撑物34以沿着受检者 支撑物34的纵轴连续运动。运动控制器64控制着受检者支撑物34的距离、 方向和速度。受检者支撑物34的运动是连续的，但也预见到运动是一系列 短步长。类似地，受检者支撑物34的速度优选是恒定的，但也预见到受检 者支撑物34的速度变化基于成像应用而变化。例如，受检者支撑物34可 以以非连续速度运动，以便获得特定感兴趣区域的更多细节，以补偿纵向 运动开始和结束时的采样变化等。应当认识到，控制受检者支撑物34的运 动，使得计数率足以进行PET成像。例如，运动控制器64控制受检者支撑 物34以每分钟9厘米的速率运动，这样为图像采集提供足够的事件计数。 连续运动进一步减少了图像采集的总时间。因为不再需要以一系列短步长 移动受检者支撑物和/或扫描架，所以减少了图像采集的时间。例如，以传 统图像采集一半的时间利用连续扫描架和/或受检者支撑物运动执行图像采 集。通过以非连续速度移动受检者支撑物34通过非感兴趣区域，也减少了 图像采集时间。例如，在临床医生不感兴趣的区域中可以增大受检者的速 度以减少图像采集时间。

运动控制器64还控制扫描架40连续地或以一系列小步长在圆周方向 上旋转或振荡。通常，旋转仅在大约横跨在圆周上相邻的探测器的中心距 的弧上进行。如上所述，运动控制器64控制扫描架40的距离、方向和速 度。运动控制器34规划定时和受检者支撑物34和/或扫描架40的运动模式， 所述运动模式包括针对每个PET扫描序列的运动距离和运动方向。

运动数据收集单元66测量受检者支撑物34和/或扫描架40的实际相对 纵向位置以及扫描架的圆周位置，并生成指示这些的运动数据。在一个实 施例中，运动数据包括运动距离、方向、速度等，其用于创建用于校正LOR 的运动模型。在另一实施例中，运动数据收集单元66还与测量的事件数据 位置一起记录时间戳，所述时间戳由事件数据重新定位处理器68用于将位 置调节与LOR相关。例如，根据运动数据，事件数据重新定位处理器68 针对每个探测到的列表模式事件确定每个探测器的位置、时间和位移。通 常将位置测量为距参考位置的位移量。事件数据重新定位处理器68利用这 种信息基于扫描器和探测器的几何结构来调节或校正每个列表模式事件的 LOR。之后将位移量用于对LOR进行物理移动、重新取向或调节。

图2示出了图像处理方法。在步骤100中，接收来自成像区域的辐射 事件。在步骤102中，控制受检者支撑物与探测器阵列之间的相对纵向运 动以及探测器阵列与受检者之间的圆周运动中的至少一个。在步骤104中， 向每个探测到的所接收辐射事件分配时间戳。在步骤106中，存储有效的 带时间戳的事件。在步骤108中，筛选一致接收的辐射事件。在步骤110 中，在每对儿对应的一致接收的事件处定义响应线。在步骤112中，将有 效事件重建为成像区域的图像表示。

已经参考优选实施例描述了本发明。他人在阅读和理解以上详细描述 之后可以做出修改和变化。本发明旨在被解释为包括所有这样的修改和变 化，只要它们落在权利要求书或其等价要件的范围之内。