專利名稱：重合數(shù)據(jù)的相異處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及PET掃描儀，尤其涉及處理來自PET掃描儀的重合數(shù)據(jù)。
背景技術(shù)：
PET掃描儀包括用于檢測伽瑪射線的一圈檢測器。對于由沿直徑相對的兩個檢測器所檢測的每一對事件，有可能是直接從患者內(nèi)部接收的一對伽瑪射線引起的這些事件。但是，同樣有可能所接收的伽瑪射線的至少一個在它至檢測器的途中被散射，或者在相同湮滅事件(annihilation event)中甚至沒有引起這種伽瑪射線。
在繪制圖像中，后兩種類型的事件對引起噪聲。因此期望當(dāng)產(chǎn)生圖像時消除這樣的噪聲。

發(fā)明內(nèi)容
在一方面，本發(fā)明包括一種用于處理重合(coincidence)數(shù)據(jù)的方法，其中，使重合數(shù)據(jù)的選定部分與重合空間的復(fù)數(shù)個子空間的一個相關(guān)聯(lián)。從與某個子空間相關(guān)聯(lián)的重合數(shù)據(jù)導(dǎo)出要在形成圖像時使用的貢獻(xiàn)值。然后根據(jù)某個量來加權(quán)所述貢獻(xiàn)值，該量依賴于與該子空間相關(guān)聯(lián)的重合數(shù)據(jù)包括指示真實(shí)的數(shù)據(jù)的的可能性。
在一些實(shí)施例中，該重合空間包括構(gòu)成重合的各事件的選定屬性。示例性屬性包括該事件的空間位置、該事件的發(fā)生時間、與該事件有關(guān)的能量、指示事件的光子的時間分布、指示事件的光子的空間分布、以及指示事件的光子的能量分布。
其他實(shí)施例包括根據(jù)選定屬性確定在特定子空間中重合是真實(shí)的概率。
還有其他實(shí)施例是那些其中加權(quán)該貢獻(xiàn)值包括估計真實(shí)概率強(qiáng)度的平均數(shù)。一種這樣做的示例性方式包括確定與事件空間位置相關(guān)的空間-相關(guān)誤差函數(shù)和空間-獨(dú)立誤差函數(shù)；并且卷積該空間-相關(guān)誤差函數(shù)和空間-獨(dú)立誤差函數(shù)。
在另一個方面中，本發(fā)明包括一種被配置用于實(shí)施任何上述方法的PET掃描儀。本發(fā)明的還有一個方面包括一種具有在其中編碼用于實(shí)施任何上述方法的軟件的計算機(jī)可讀介質(zhì)。


從以下描述和附圖中，本發(fā)明的這些及其他特征將顯而易見，其中圖1是PET掃描儀的示意圖。
圖2是框圖，示出了通過重合空間的子空間所劃分的重合數(shù)據(jù)的加權(quán)。
具體實(shí)施例參見圖1，PET(“正電子發(fā)射層析成像”)掃描儀10包括一圈檢測器12，每個檢測器都與圖像處理系統(tǒng)14相連。用于患者躺臥的臺架16穿過由檢測器12的圓環(huán)所限定的洞18延伸。示例性的PET掃描儀是在公開的美國申請10/190741中描述的掃描儀，在此結(jié)合該內(nèi)容以供參考。
為形成圖像，給患者注射放射性追蹤劑。隨著放射性追蹤劑衰變，它發(fā)射正電子。當(dāng)正電子遇到該患者內(nèi)部的電子時，這二者湮滅(annihilation)。在湮滅期間釋放的能量在兩個伽瑪-射線光子之間平均地分開，沿相反方向遠(yuǎn)離該湮滅點(diǎn)傳播。
每個檢測器12包括閃爍晶體(未示出)，該晶體具有面對患者的內(nèi)表面和面對光電檢測器(未示出)的外表面。當(dāng)伽瑪-射線光子穿過該晶體時，引起該晶體內(nèi)部的可見光光子發(fā)射。這種交互作用被稱為“事件(event)”。
這種可見光光子最后到達(dá)光子檢測器，光子檢測器向圖像處理系統(tǒng)14提供指示該事件的位置、發(fā)生的時間、以及與引起該事件的伽瑪-射線光子有關(guān)的能量的信息。
當(dāng)兩個事件大約同時在沿直徑相對的檢測器12上發(fā)生時，很可能這兩個事件是由源自相同湮滅的一對伽瑪射線光子引起的。這樣一對事件將被稱為“重合(coincidence)”。
每個重合的特征由七個量來刻畫確定第一事件位置的兩個坐標(biāo)、確定第二事件位置的兩個坐標(biāo)、與第一和第二事件相關(guān)聯(lián)的能量、以及在第一事件發(fā)生和第二事件發(fā)生之間的時差。每個重合可以因此被視為占據(jù)七維“重合空間”中的點(diǎn)。
有三種重合。第一，存在真實(shí)重合，或者“真實(shí)(true)”。這些重合由來源于患者體內(nèi)相同湮滅的一對伽瑪射線光子產(chǎn)生，并且直接從發(fā)生湮滅的所述點(diǎn)(即所述“湮滅地點(diǎn)”)到達(dá)檢測器12。其次，存在散射重合，或者“散射(scatter)”。如真實(shí)一樣，來自于散射的所述光子來源于患者體內(nèi)相同的湮滅。散射和真實(shí)之間的區(qū)別在于前者中一個所述伽瑪射線光子在它從所述湮滅地點(diǎn)至所述光電檢測器的途中被散射。最后，存在隨機(jī)重合，或者“隨機(jī)(random)”。這種重合是其中組成該重合的事件完全來自不同湮滅的重合。
定義所述重合空間中事件對的所述七個坐標(biāo)共同提供具體的重合是真實(shí)、是散射、還是隨機(jī)的某些指示。例如，真實(shí)的特征在于幾乎正好在相同時間并以相同能量(每個511keV)到達(dá)的伽瑪-射線。散射的特征在于具有降低能量的一個或者兩個伽瑪-射線光子。這是因?yàn)樗錾⑸滟が斏渚€光子由于所述散射事件導(dǎo)致放棄了它能量的重要部分，根據(jù)眾所周知的Compton公式，能量損失量與散射角相關(guān)。
當(dāng)構(gòu)造圖像時，PET掃描儀10的圖像處理系統(tǒng)14使用來自于每對沿直徑相對的抗檢測器12的貢獻(xiàn)值。在一個測量間隔期間，通過組合由該對檢測器12所檢測的選定重合，得到來自于給定檢測器對12的貢獻(xiàn)值。優(yōu)選的是，該選定重合僅包括真實(shí)并且排除散射和隨機(jī)。
實(shí)際上，不可能確定知道哪一個重合是真實(shí)以及哪一個是散射或者隨機(jī)。然而，在七維重合空間中定義重合的坐標(biāo)提供了具體重合是真實(shí)的概率的某些指示。圖像處理系統(tǒng)14使用這個概率來加權(quán)每個重合的貢獻(xiàn)值。根據(jù)它們在七維重合空間中的位置，那些似乎更可能是真實(shí)的重合被給予更高的權(quán)重。那些似乎更少可能是真實(shí)的重合被給予較低的權(quán)重。
該重合空間可以包括其他軸。例如，在某些情況下，當(dāng)繪圖超時的時候由事件產(chǎn)生的光子數(shù)量表現(xiàn)出一個以上的峰值。在這種情況下，所述事件實(shí)際上發(fā)生的時間比僅有一個峰值的情況更不確定。分類為真實(shí)的事件可以由此按與由事件產(chǎn)生的光子的時間分布一致的方式來加權(quán)。以單峰分布為特征的真實(shí)較之以雙峰分布為特征的真實(shí)被給予更高的權(quán)重。當(dāng)雙峰分布的峰值變得相隔更遠(yuǎn)時，分配給該真實(shí)的權(quán)重變得更小，直到很明顯看出該光子分布來自兩個事件而不是單個事件。在這種情況下，附加的重合空間軸是時間光子分布是如何雙峰的一個度量。
同樣地，閃爍器單元內(nèi)的空間雙峰光子分布給出了伽瑪射線已經(jīng)在閃爍器單元內(nèi)經(jīng)過了Compton散射的指示。以空間雙峰或者多峰光子分布為特征的真實(shí)較之以空間單峰光子分布為特征的真實(shí)更不大可能是可靠的。在這種情況下，附加的重合空間軸提供了光子分布是如何空間雙峰的度量。
圖像處理系統(tǒng)14由此利用在測量間隔期間所檢測重合總體的所有可用信息。有這樣的系統(tǒng)，其中，如果重合是真實(shí)的概率甚至僅稍微低于任意選擇的閾值，則放棄與該重合相關(guān)聯(lián)的信息，較之這樣的系統(tǒng)，本發(fā)明的方法是一種改進(jìn)。還有這樣的圖像處理系統(tǒng)，其中，所有與被認(rèn)為可能是真實(shí)的重合所關(guān)聯(lián)的信息被同樣加權(quán)，而不管某些重合有實(shí)際上是真實(shí)的可能性有多高，較之這樣的系統(tǒng)，本發(fā)明的方法也是一種改進(jìn)。
現(xiàn)在參照圖2，對每個檢測器對，圖像處理系統(tǒng)14可以視為將該七維重合空間劃分為一組子空間20，每個子空間對應(yīng)于特定信道22。落入該重合空間的特定子空間20中的重合被分配給與該子空間相關(guān)聯(lián)的那個信道22。
落入信道22的重合在混頻器24通過與該信道相關(guān)聯(lián)的信道權(quán)重來進(jìn)行加權(quán)。然后該加權(quán)的重合25在求和部件26進(jìn)行求和以產(chǎn)生與該檢測器對相關(guān)聯(lián)的貢獻(xiàn)值28。
優(yōu)選的是，分離子空間20以防止重合的重復(fù)計算。然而，重復(fù)計算重合可以被視為按間接方式向該重合分配大的權(quán)重?？梢赃@樣配置圖像處理系統(tǒng)14以定義重疊子空間。
選擇權(quán)重使得該加權(quán)的和28具有最高可能的信噪比。從D.G.Brennan于1959年6月、在Proc.IRE中第47卷、第1075-1102頁的“Linear Diversity Combining Techniques”和N.C.Beaulieu于2003年2月、在Proc.IEEE中第2期、第91卷的“Introduction to LinearDiversity Combining Techniques”可以得知用于選擇加權(quán)的技術(shù)，在此結(jié)合該內(nèi)容以供參考。
在依照本發(fā)明的圖像處理系統(tǒng)14中，根據(jù)以與特定信道相關(guān)聯(lián)的坐標(biāo)為特征的重合是真實(shí)的條件概率，對來自于該信道22的重合數(shù)據(jù)的貢獻(xiàn)值做加權(quán)。特別地，該權(quán)重通過下述比率給出TT+S+R]]>其中T是以該信道坐標(biāo)為特征的重合是真實(shí)的事件的密度函數(shù)平均值，S是以該信道坐標(biāo)為特征的重合是散射的事件的密度函數(shù)平均值，而T是以該信道坐標(biāo)為特征的重合是隨機(jī)的事件的密度函數(shù)平均值。分母(T+S+R)常常稱為提示密度函數(shù)(prompts density function)的平均值P。該提示密度函數(shù)的測量平均值以下稱為P’。
平均數(shù)T、S和R是實(shí)際密度函數(shù)的平均數(shù)，而不是從有限數(shù)目的樣本獲得的測量分布的平均值T’、S’和R’。圖像處理系統(tǒng)14因此執(zhí)行根據(jù)測量平均值T’、S’和R’來估計實(shí)際平均值T、S和R的方法(以下分別稱為“真實(shí)模式”，“散射模式”，和“隨機(jī)模式”)。
為了確定T’并估計T，有益的是，辨別重合是否實(shí)際上是真實(shí)，若是則與每個伽瑪-射線光子相關(guān)聯(lián)的能量應(yīng)該是相等的，并且這些伽瑪-射線光子將同時到達(dá)檢測器12。由此，導(dǎo)致測量能量差異或者在測量到達(dá)時間差異的任何誤差必定僅是由儀表誤差引起的。這些儀表誤差一階獨(dú)立于測量構(gòu)成該重合的兩個事件的空間位置的誤差。
在識別中，真實(shí)模式T可以被視為僅依賴于該事件的測量位置的第一因子和依賴于儀器儀表測量精度的第二因子的乘積T＝T4(x1，y1，x2，y2)T3(E1，E2，Δt)在現(xiàn)有技術(shù)中已知有各種方法用于根據(jù)P’估計第一因數(shù)T4。這些方法包括背景減法和散射減法?？梢酝ㄟ^儀表校準(zhǔn)容易地確定第二因數(shù)T3。
可以通過使用測量采樣P’7容易地估計分母P。然而，如果期望的話，可以確定S和R，并且將它們加到先前確定的T，由此得到P7。
為了確定R，有益的是，對于隨機(jī)重合辨別構(gòu)成該重合的兩個事件之間的時間差至少是一階不相關(guān)的。模式R’因此分解為三個因子R＝R3(x1，y1，E1)R3(x2，y2，E2)R1(Δt)前兩個因子依賴于通過光子檢測器容易測量的數(shù)值。最后的因子僅依賴于已知的或者容易被測量的構(gòu)成隨機(jī)重合的事件之間分布的時差(通常為有界均勻分布)。
為了確定S，有益的是辨別從中采樣S’的分布沿著該重合空間的空間軸和能量軸都是平滑地改變。這與從中采樣T和R’的分布的情況不同。因此一種用于估計S’的有用的方法是以P開始，從中減去較早估計的T和R，然后平滑該結(jié)果以消除由T和R分布引起的急劇變化。平滑步驟特別重要，因?yàn)槿魶]有平滑，所得到的S估計將遭受相當(dāng)大的統(tǒng)計起伏。
為了進(jìn)一步增強(qiáng)確定S的精確度，同樣有益的是，辨別最高能量散射，即那些對應(yīng)于具有最小散射角度的伽瑪-射線光子，將沿著空間軸按照基本上和真實(shí)一樣的方式改變。因此對執(zhí)行受限于這種約束條件的平滑操作是有益的。
由此，不同于那些排除了許多有用重合的現(xiàn)有技術(shù)的方法，本圖像處理系統(tǒng)14使用重合的更寬松的可接受標(biāo)準(zhǔn)，依照按給定屬性該重合是真實(shí)的概率對每個重合做加權(quán)。以這種方式，這里所述的方法按照對信息總體最大化信噪比的方式使用可用信息。
已經(jīng)描述了本發(fā)明和其優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明由權(quán)利要求書來定義。
權(quán)利要求
1.一種在PET掃描儀中用于處理重合數(shù)據(jù)的方法，該方法包括使該重合數(shù)據(jù)的選定部分與重合空間的多個子空間中的一個相關(guān)聯(lián)；從與子空間相關(guān)聯(lián)的該重合數(shù)據(jù)導(dǎo)出用于形成圖像的貢獻(xiàn)值；以及按照依賴于與該子空間相關(guān)聯(lián)的該重合數(shù)據(jù)包括指示真實(shí)的數(shù)據(jù)的可能性的量來加權(quán)所述貢獻(xiàn)值。
2.如權(quán)利要求1的方法，還包括定義所述重合空間來包含構(gòu)成重合的各事件的選定屬性。
3.如權(quán)利要求2的方法，還包括選擇所述屬性用于包括事件的空間位置。
4.如權(quán)利要求2的方法，還包括選擇所述屬性用于包括事件發(fā)生的時間。
5.如權(quán)利要求2的方法，還包括選擇所述屬性用于包括與事件相關(guān)聯(lián)的能量。
6.如權(quán)利要求2的方法，還包括選擇所述屬性用于包括指示事件的光子時間分布。
7.如權(quán)利要求2的方法，還包括選擇所述屬性用于包括指示事件的光子空間分布。
8.如權(quán)利要求2的方法，還包括選擇所述屬性用于包括指示事件的光子能量分布。
9.如權(quán)利要求1的方法，其中加權(quán)該貢獻(xiàn)值包括根據(jù)選定屬性確定在特定子空間中的重合是真實(shí)的概率。
10.如權(quán)利要求1的方法，還包括至少部分地根據(jù)該加權(quán)的貢獻(xiàn)值形成圖像。
11.如權(quán)利要求1的方法，其中加權(quán)所述貢獻(xiàn)值包括估計真實(shí)概率密度的平均值。
12.如權(quán)利要求11的方法，其中估計真實(shí)概率的平均值包括確定與事件的空間位置相關(guān)聯(lián)的空間相關(guān)誤差函數(shù)；確定空間獨(dú)立誤差函數(shù)；以及卷積該空間相關(guān)誤差函數(shù)和空間獨(dú)立誤差函數(shù)。
13.一種被配置用于執(zhí)行如權(quán)利要求1所述方法的PET掃描儀。
14.一種計算機(jī)-可讀介質(zhì)，具有在其中編碼用于執(zhí)行如權(quán)利要求1所述方法的軟件。
全文摘要
一種在PET掃描儀中用于處理重合數(shù)據(jù)的方法，包括使該重合數(shù)據(jù)的選定部分與重合空間的多個子空間(20)之一相關(guān)聯(lián)；從與子空間相關(guān)聯(lián)的重合數(shù)據(jù)導(dǎo)出在形成圖像中使用的貢獻(xiàn)值；以及根據(jù)依賴于與子空間(20)相關(guān)聯(lián)的重合數(shù)據(jù)包括指示真實(shí)的數(shù)據(jù)的可能性的數(shù)量來加權(quán)(25)所述貢獻(xiàn)值(28)。
文檔編號G01T1/00GK101052894SQ200580036336
公開日2007年10月10日 申請日期2005年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月22日
發(fā)明者威廉·A·沃司特爾 申請人:圖片探測系統(tǒng)公司