[發(fā)明專利]用于核成像中增加空間分辨率的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的閃爍體響應(yīng)建模

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202080086107.6
• 申請(qǐng)日: 2020-12-03
• 公開（公告）號(hào): CN114787662A
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A·F·薩洛蒙
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 皇家飛利浦有限公司
• 主分類號(hào): G01T1/161
• 分類號(hào): G01T1/161;G01T1/17
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司 72002
• 代理人: 孟杰雄

一種用于支持諸如PET或其他的核成像的系統(tǒng)(PP)和相關(guān)方法。所述系統(tǒng)包括用于接收事件數(shù)據(jù)的輸入接口(IN)，所述事件數(shù)據(jù)表示伽馬輻射與核成像裝置(NIA)的像素化閃爍體(SC)的相互作用事件。預(yù)先訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)部件(MLC)估計(jì)針對(duì)所述事件的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)PSF。輸出接口(OUT)輸出PSF的表示。PSF可以在發(fā)射圖像重建中用于改進(jìn)的空間分辨率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及支持核成像的系統(tǒng)、核成像布置、用于訓(xùn)練用于支持核成像的機(jī)器學(xué)習(xí)部件的系統(tǒng)、用于支持核成像的方法、訓(xùn)練用于核成像的機(jī)器學(xué)習(xí)部件的方法、生成用于訓(xùn)練用于核成像的機(jī)器學(xué)習(xí)部件的訓(xùn)練數(shù)據(jù)的方法、計(jì)算機(jī)程序單元、以及計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。

背景技術(shù)

正電子發(fā)射成像(PET)旨在高分辨率和高靈敏度，這兩者定義了診斷準(zhǔn)確度和臨床價(jià)值。PET閃爍體上的第一相互作用點(diǎn)發(fā)生在何處的問題與準(zhǔn)確的高分辨率PET重建相關(guān)。

盡管閃爍體材料的設(shè)計(jì)(如晶體間距(對(duì)于非單片晶體)和晶體長(zhǎng)度)限定了PET系統(tǒng)的理論上可實(shí)現(xiàn)的空間分辨率，但是晶體中的其他次級(jí)效應(yīng)(如康普頓和瑞利散射)對(duì)PET空間分辨率具有負(fù)面影響。

發(fā)明內(nèi)容

因此，可能需要改進(jìn)核成像。

本發(fā)明的目的通過獨(dú)立權(quán)利要求的主題來解決，其中，另外的實(shí)施例被并入在從屬權(quán)利要求中。應(yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明的以下描述的方面同樣適用于核成像布置、用于訓(xùn)練用于支持核成像的機(jī)器學(xué)習(xí)部件的系統(tǒng)、用于支持核成像的方法、訓(xùn)練用于核成像的機(jī)器學(xué)習(xí)部件的方法、生成用于訓(xùn)練用于核成像的機(jī)器學(xué)習(xí)部件的訓(xùn)練數(shù)據(jù)的方法、計(jì)算機(jī)程序單元、以及計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于支持核成像的系統(tǒng)，包括：

輸入接口，其用于接收表示伽馬輻射與核成像裝置的像素化閃爍體的相互作用的事件數(shù)據(jù)；

預(yù)訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)部件，其用于估計(jì)針對(duì)所述事件的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(“PSF”)；以及

輸出接口，其用于輸出所述PSF的表示。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述系統(tǒng)包括重建模塊，所述重建模塊可操作于實(shí)施重建算法以根據(jù)多個(gè)這樣的事件數(shù)據(jù)及其估計(jì)的PSF來重建發(fā)射圖像。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述預(yù)訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)部件包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述事件數(shù)據(jù)包括表示伽馬輻射的閃爍體內(nèi)相互作用的一個(gè)或多個(gè)可觀察量的實(shí)例。可觀察量可以包括用于響應(yīng)探測(cè)器元件的位置數(shù)據(jù)，或相應(yīng)的能量沉積測(cè)量結(jié)果的列表，或從這種可觀察量導(dǎo)出的函數(shù)，諸如平均或其他量。任選地，事件數(shù)據(jù)還可以包括描述對(duì)中的每個(gè)伽馬的撞擊方向的入射角數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，事件數(shù)據(jù)涉及一對(duì)伽馬，每個(gè)伽馬由其自己的一組可觀察量描述。優(yōu)選地，計(jì)算兩個(gè)PSF，一對(duì)符合伽馬中的每個(gè)伽馬一個(gè)PSF。(一個(gè)或多個(gè))事件數(shù)據(jù)的每個(gè)實(shí)例可以組合描述兩個(gè)伽馬，每個(gè)數(shù)據(jù)涉及伽馬中的一個(gè)，并且事件數(shù)據(jù)是一個(gè)接一個(gè)地單獨(dú)獲得和處理的。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，PSF表示是2維或3維的。3D表示允許實(shí)現(xiàn)甚至更高的空間分辨率，特別是結(jié)合飛行時(shí)間細(xì)化。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述重建算法包括基于PSF的響應(yīng)管建模。

如本文提出的方法允許快速且節(jié)省存儲(chǔ)器的計(jì)算來估計(jì)每個(gè)探測(cè)事件的PET探測(cè)器響應(yīng)函數(shù)PSF。如在事件數(shù)據(jù)中捕獲的探測(cè)事件描述了單個(gè)伽馬光子與閃爍體晶體相互作用。在實(shí)施例中，深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被訓(xùn)練為將PSF預(yù)測(cè)為針對(duì)兩個(gè)符合511keV伽瑪光子(“(一個(gè)或多個(gè))伽瑪”)中的每個(gè)的伽瑪光子在閃爍體晶體內(nèi)或與閃爍體晶體的第一相互作用的位置的2D或3D概率分布。

PSF估計(jì)基于包括事件數(shù)據(jù)的輸入信息。事件數(shù)據(jù)包括空間/位置數(shù)據(jù)，并且還可以包括角度數(shù)據(jù)。位置數(shù)據(jù)包括如由核成像器的探測(cè)器單元的探測(cè)器元件探測(cè)到的能量沉積的位置。角度數(shù)據(jù)測(cè)量伽馬的撞擊方向。角度數(shù)據(jù)可以從可觀察數(shù)據(jù)或其函數(shù)(預(yù)先)計(jì)算。