[發明專利]用于數字波前沿分樣實時采樣的斷層成像方法及系統

無效

• 申請號: 201210380769.1
• 申請日: 2012-10-09
• 公開（公告）號: CN103181769A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: 威廉·K·麥克羅斯基;克萊斯特·H·海普;蒂莫西·W·米立夫
• 申請（專利權）人: 明峰醫療系統股份有限公司
• 主分類號: A61B6/02
• 分類號: A61B6/02
• 代理公司: 北京金信立方知識產權代理有限公司 11225
• 代理人: 黃威;王智

相關申請的交叉引用

本申請要求美國待授權臨時專利申請（申請號：61/391,622；申請日期：2010年10月9日）的優先權，該申請在此全文引用。

技術領域

本發明一般涉及在正電子發射型斷層成像（PET）、及/或單光子發射型斷層成像（SPECT）中數據采集及處理的系統和方法。

背景技術

PET和SPECT成像裝置通過傳感聚集在病人的靶器官或組織中放射性藥物發出的伽瑪射線進行工作。通過映射具體伽馬射線源的位置來構建二維或三維影像。對于具體的PET實驗而言，給病人施用的放射性藥物可包含各種涉及生理的任何分子。放射性藥物的適用性部分取決于所映射的器官或組織。一種通常選擇便是氟代脫氧葡萄糖（FDG），即用¹⁸F取代葡萄糖的羥基后得到的分子。¹⁸F是一種β⁺發射體，意思是其執行以下核衰變反應：

¹⁸F→¹⁸O+β⁺+v+e-????公式1

其中β⁺是正電子，v是中微子，e-是電子。正電子從具有很高動能的¹⁸F原子核中射出，在一個湮滅事件中與電子結合前，能量幾乎已經完全耗散。一般情況下，耗散過程可以是彈性或非彈性發散，在正電子的路徑周圍可以是包括電子和原子核在內的任何環境。根據統計，正電子在失去足夠動能以與電子結合及湮滅前要行進1毫米距離。湮滅發生時，產生一對511keV能量（等同于湮滅的粒子能量）的伽瑪光子，并且彼此呈近似180°角射出。在理想情況下，如果湮滅時正電子和電子的動量均為零，伽瑪光子之間的發射角將正好是180°。與180°的偏移約+/-0.5°，其值表明湮滅事件發生時粒子殘余動量的大小。

已知可以放置一對方向呈180°角的PET探測器來探測從單一湮滅事件發出的一對伽瑪光子，并根據采集到的數據計算湮滅事件的位置。在一些情況下，將兩個或多個PET探測器圍繞病人旋轉，在另外一些情況下，將PET探測器圍繞病人連續布置成一圈而無需旋轉。在兩種情況下，探測器對于采集到的光子數據要么接收、要么拒絕，這要部分取決于光子能量是否在約511keV的可接受范圍內，以及光子是否在能夠將伽瑪光子彼此關聯的可接受時間窗口內到達。如果找到對應的兩個伽瑪光子，即能夠確定其源自同一湮滅事件，則可以在探測到光子的探測器所處兩個點之間畫一條響應線（LOR）。據此，湮滅事件的位置必定位于LOR上的某點。

一些儀器具有足夠的時間分辨率來根據伽瑪光子對的飛行時間（TOF）差計算湮滅事件的位置。對于較低分辨率的儀器必須使用其他數學方法，需根據插值及/或外推算法來計算湮滅位置。

傳統上，PET/SPECT探測器包括多個按像素化二維陣列布置的閃爍晶體，并用隔膜材料分隔開，以限制相鄰晶體之間的光學干涉。將閃爍晶體陣列安裝成能夠與多個也按照二維陣列布置的光轉換器進行光通信。通常，一個光轉換器與多個閃爍晶體進行光通信。當閃爍晶體接收到伽瑪光子時，光子會在晶體內行進一段距離后才被最終吸收。該距離稱為互動深度（DOI）。在吸收伽瑪光子的位置，晶體發射大量紫外線及/或可見光子，即晶體進行閃爍。光子的波前沿傳播到晶體并接觸光轉換器。傳統上，光轉換器連續積分光子信號，并基于其是否達到最小閾值信號強度而逐個讀取，之后可能將讀到的數據做數字化處理。然后使用質心計算法來估算閃爍事件的位置。根據該數據，可以計算影像重建所需的參數。例如，可以將已知的影像重建算法隨后應用于創建影像的數據。這類影像重建算法包括濾波反投影及/或有序子集期望值最大化。然后可以根據已知的影像顯示算法顯示重建的影像，影像顯示算法包括最大強度投影（MIP）及/或最小強度投影（mIP）。

我們需要一種實時數字采樣閃爍波前沿的系統及/或方法，能夠在測量閃爍波前沿中獲得高很多的時間分辨率，從而重建的影像有更高的分辨率。本發明的一些實施例克服了先有技術的一個或多個局限。

發明內容

本發明的一些實施例涉及一種斷層成像數據采集的方法，其中包括步驟：同時讀取閃爍探測器的每個光轉換器；以足以獲得多個閃爍波前沿數字采樣測量值的頻率來讀取光轉換器；以及把從每個光轉換器讀取的數據記錄為時間的函數。

根據一些實施例，閃爍探測器包括PET探測器、SPECT探測器、或PET/SPECT探測器。

根據一些實施例，閃爍探測器包括一個或多個單片閃爍晶體、在晶體表面開有像素化凹槽的單片閃爍晶體、或像素化閃爍晶體陣列。