專利名稱：一種應用適應性的正電子發射斷層成像方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種應用適應性的正電子發射斷層成像方法及裝置，屬于正電子發射 斷層成像(Positron Emission Tomography，以下簡稱 PET)領域。
背景技術：
正電子發射斷層成像(Positron Emission Tomography，以下簡稱PET)是一種非 侵入性的造影方法，能無創、定量、動態地評估人體內各種器官的代謝水平、生化反應、功能 活動和灌注，能夠對腫瘤、心臟系統疾病和神經系統疾病進行早期診斷和分析，在重大疾病 的預防和治療中具有獨特的應用價值。PET成像需要對被檢測人體、動物或生物體注射標記 有放射性同位素的藥物。這些放射性同位素在被檢測對象的組織中遇到電子湮滅產生一對 Y光子。被檢測對象外圍的探測器接收Y光子并將其轉化為電信號。這些電信號經過一 系列的處理，最后通過圖像重建方法獲得被檢測對象的活度分布圖像。[Miles N. ffernick, John N. Aarsvold,Emission Tomography :The Fundamentals of PET and SPECT,Elsevier Academic Press,2004]PET成像儀主要包括探測器模塊、電子學模塊、圖像重建模塊。其中，探測器模塊 接收并沉積Y光子，并將其轉換為電信號；電子學模塊處理并傳輸這些電信號；圖像重建 模塊對系統所獲得的信號進行處理，獲得被檢測對象的活度分布圖像。PET系統搭建完畢 后，探測器模塊在檢測過程中固定不動，或以固定模式圍繞固定中心進行旋轉[Michael Ε. Phelps, PET Physics, Instrumentation, and Scanners, Springer, 2006]。并且，對待同 一個檢測對象，一般進行一次檢測，或進行多次不相關檢測，未根據具體檢測對象的特點調 整探測器模塊的布局和性能。目前，小動物PET在空間分辨率、時間分辨率、能量分辨率、靈敏度、計數率等方面 獲得了相比針對人體的PET (以下簡稱“人體PET”，若無特殊說明，“PET”亦指“人體PET”) 更高的性能。其主要原因在于，由于容積效應影響，小動物PET若要獲得與人體PET同等的 成像性能，需要研發更優性能的探測器模塊設計方案。若人體PET采用小動物PET的探測 器模塊設計方案，則人體PET與小動物PET系統的閃爍晶體成本與兩者探測環的半徑的平 方呈正比。取人體PET在垂直軸向的可視域(Field of View，以下簡稱F0V)為60cm、小動 物PET在垂直軸向的FOV為12cm、人體PET和小動物PET軸向FOV相同，則，人體PET的閃 爍晶體的成本至少是小動物PET的25倍。以空間分辨率這一性能為例作為說明人體PET和小動物PET的差異性。空間分辨 率是PET成像儀中最重要的性能之一。空間分辨率越高，意味著能夠檢測到更小的病灶，而 早期癌癥的病發灶往往尺寸較小，因而，高的空間分辨率的PET儀器能夠提高早期癌癥檢 測率。過去，許多研究者一直致力于提高PET系統的空間分辨率。PET成像儀的空間分辨率 主要受探測器固有空間分辨率、正子范圍、Y光子非共線性等限制[Craig S Levin,Edward J Hoffman, "Calculation of positron range and its effect on the fundamental limit of positron emission tomography system spatial resolution，”Physics inMedicine and Biology, vol. 44，pp. 781—799，1999]。目前，人體 PET 成像儀的空間分辨率 約為2mm IOmm半高寬(Full Width at Half Maximum,以下簡稱FWHM)，垂直軸向的FOV 約為50 70cm，其閃爍晶體在切向一般約為4mm 8mm寬[F Lamare, A Turzo, YBizais, C Cheze Le Rest, D Visvikis,"Validation of a Monte Carlo simulation of the Philips Allegro/GEMINI PET systems using GATE,"Physics in Medicine and Biology, vol. 51,pp. 943-962,2006][Brad J. Kemp,Chang Kim,John J. Williams,Alexander Ganin, Val J. Lowe,"NEMA NU 2-200lperformance measurements of an LYSO-based PET/CT system in 2D and 3D acquisition modes, " Journal of Nuclear Medicine, vol. 47, pp. 1960-1967,2006]；用于小動物的PET成像儀的空間分辨率約為Imm 2mm FWHM，垂直軸 向的FOV約為IOcm 15mm，其閃爍晶體在切向一般約為Imm 2mm寬[Laforest Richard, Longford Desmond, Siegel Stefan, Newport Danny F. , Yap Jeffrey,"Performance eva luation of themicroPET-Focus-F 120,，，in IEEE 2004Nuclear Science Symposium Conference Record,vol. 5,pp. 2965-2969,2004][Cristian C Constantinescu,Jogeshwar Mukherjee,"Performance evaluation of an Inveon PET preclinical scanner, '^Physics in Medicine and Biology，vol. 54，pp. 2885-2899，2009]。為了獲得和小動物 PET 成像儀 一樣或更高的空間分辨率，并保持大FOV的PET成像儀，則需要采用大量的切割得更細的晶 體，其增長倍數與兩者探測環的半徑的平方呈正比。隨著晶體數量的增加，將導致需要更 多、更快的光電倍增器件和大量的后端電子學通道，從而造成整個PET系統的成本急劇增 加。
發明內容
本發明的目的在于提供一種應用適應性的正電子發射斷層成像方法及裝置，該成 像方法能夠以較低的系統成本實現較高的系統性能，相應的成像裝置不增加系統成本，僅 僅通過成像方法的改變，就將系統性能提高了幾倍到幾十倍，在被檢測對象的感興趣區域 獲取高質量圖像。本發明提供了一種應用適應性的正電子發射斷層成像方法步驟如下I、初掃描，獲得被檢測對象的初步的活度信息；II、根據步驟I獲取的初掃描結果，規劃探測器模塊的性能、布局和成像參數，并 調整探測器模塊，獲得新的系統結構，并對新的系統結構進行快速校正；III、在新的系統結構下掃描，獲取被檢測對象的活度信息；IV、分析步驟III獲得的被檢測對象的活度信息，若其質量能滿足應用需求，則，結 束掃描；否則，重新規劃探測器模塊的性能、布局和成像參數，并調整探測器模塊，并進行快 速校正，重復步驟III-IV。上述步驟II的具體方法如下a、根據初掃描獲取的被檢測對象的活度信息，提取感興趣區域的位置和大小；b、根據感興趣區域的位置和大小，結合被檢測對象的特性，及成像性能需求，規劃 探測器模塊的性能、布局和成像參數；C、根據規劃的結果調整探測器模塊，獲取新的系統結構；d、對新的系統結構進行快速校正。
本發明提供的一種應用適應性的正電子發射斷層成像裝置，包括探測器模塊、探 測器控制模塊、圖像重建模塊和探測器規劃模塊；探測器模塊的輸出端與探測器控制模塊 相連，探測器控制模塊的輸出端分別與探測器模塊和圖像重建模塊相連，圖像重建模塊的 輸出端與探測器規劃模塊相連，探測器規劃模塊的輸出端與探測器控制模塊相連；具體的探測器模塊用于接收并沉積Y光子，包含多個獨立的探測器模組，每個 探測器模組具有獨立的電子學系統；并將探測器模組的信息傳遞至探測器控制模塊；所述 探測器模組的信息包括探測器模組的性能、布局、成像參數、探測獲得的事件信息；探測器 控制模塊用于根據從探測器規劃模塊接收的規劃的探測器模組的性能、布局和成像參數控 制探測器模組，并傳遞探測器模組的信息至圖像重建模塊；圖像重建模塊用于對從探測器 控制模塊獲取的探測器模組信息進行處理；探測器規劃模塊用于規劃探測器模組的性能、 布局和成像參數，并將規劃的結果傳遞至探測器控制模塊。本發明提供的一種應用適應性的正電子發 射斷層成像裝置的第二種結構方式，包 括探測器模塊、探測器控制模塊、圖像重建模塊和探測器規劃模塊；探測器模塊的輸出端分 別與探測器控制模塊、圖像重建模塊相連，探測器控制模塊的輸出端分別與探測器模塊和 圖像重建模塊相連，圖像重建模塊的輸出端與探測器規劃模塊相連，探測器規劃模塊的輸 出端與探測器控制模塊相連；具體的探測器模塊用于接收并沉積Y光子，包含多個獨立的探測器模組，每個 探測器模組具有獨立的電子學系統；并將探測器模組的性能、布局和成像參數傳遞至探測 器控制模塊，將探測獲得的事件信息傳遞至圖像重建模塊；探測器控制模塊用于根據從探 測器規劃模塊接收的規劃的探測器模組的性能、布局和成像參數控制探測器模組，并傳遞 探測器模組的性能、布局和成像參數至圖像重建模塊；圖像重建模塊用于對從探測器模塊 和探測器控制模塊獲取的探測器模組的性能、布局、成像參數和探測獲得的事件信息進行 處理；探測器規劃模塊用于規劃探測器模組的性能、布局和成像參數，并將規劃的結果傳遞 至探測器控制模塊。本發明提供的一種應用適應性的正電子發射斷層成像裝置的第三種結構方式，包 括探測器模塊、探測器控制模塊、圖像重建模塊和探測器規劃模塊；探測器模塊的輸出端與 圖像重建模塊相連，探測器控制模塊的輸出端與探測器模塊相連，圖像重建模塊的輸出端 與探測器規劃模塊相連，探測器規劃模塊的輸出端與探測器控制模塊相連；具體的探測器模塊用于接收并沉積Y光子，包含多個獨立的探測器模組，每個 探測器模組具有獨立的電子學系統；并將探測器模組的信息傳遞至圖像重建模塊；所述探 測器模組的信息包括探測器模組的性能、布局、成像參數、探測獲得的事件信息；探測器控 制模塊用于根據從探測器規劃模塊接收的規劃的探測器模組的性能、布局和成像參數控制 探測器模組，并傳遞探測器模組的性能、布局和成像參數至探測器模塊；圖像重建模塊用于 對從探測器模塊獲取的探測器模組信息進行處理；探測器規劃模塊用于規劃探測器模組的 性能、布局和成像參數。本發明的優點在于通過利用一定數量的高性能探測器模塊組成的探測系統，在 被檢測對象的感興趣區域獲得與完全采用高性能的探測器模塊的系統一致或能夠相比的 圖像質量，節約系統建造成本。
圖1為本發明應用適應性的正電子發射斷層成像方法的工作流程圖；圖2為本發明應用適應性的正電子發射斷層成像裝置的結構示意圖；圖3為本發明模擬的被檢測對象；圖4為本發明實例的系統探測器模塊的布局圖。圖中1、探測器模塊；2、探測器控制模塊；3、圖像重建模塊；4、探測器規劃模塊。
具體實施例方式下面結合附圖和實例對本發明作進一步的詳細說明。如圖1所示，本發明應用適應性的正電子發射斷層成像方法為(1)初掃描，獲得被檢測對象的初步的活度信息；根據被檢測對象的結構特點、成像特點和成像性能需求，基于成像系統中探測器 模塊的性能和幾何尺寸，規劃探測器模塊以環繞方式布局包圍被檢測對象，可以采用具有 規則的幾何形狀的探測環，如圓形、橢圓形等；或者采用非規則的凸集形狀；或者根據被檢 測對象的結構特點，采用類似被檢測對象的幾何形狀的探測環，如針對乳腺掃描時采用類 乳腺形狀。包圍被檢測對象的探測環上的各個探測器模塊可以具有不同的性能和成像參 數。獲取檢測對象的活度信息時可以通過CT，或棒源，或圖譜進行衰減校正。[Paul E.Kinahan, Bruce H. Hasegawa, Thomas Beyer, "X-ray-based attenuation correction for positron emission tomography/computed tomography scanners，” Seminars in Nuclear Medicine，vol. 33，pp.166—179，2003]圖像重建時，可以釆用解析的或迭代的重建方法，包括FBP (Filtered Back Projection)、MLEM(Maximum Likelihood Expectation Maximization)、0SEM(Ordered Subset Expectation Maximum)、MAP (Maximum a Posteriori)等方法。[Andrew J. Reader, Habib Zaidi，“Advances in PET Image Reconstruction，，，Clin.，pp. 173-190，2007](2)根據步驟(1)獲取的初掃描結果，規劃探測器模塊的性能、布局和成像參數， 并調整探測器模塊，獲得新的系統結構，并對新的系統結構進行快速校正；其具體實現步驟 為(2. 1)根據初掃描獲取的被檢測對象的活度信息，提取感興趣區域的位置和大小。 可以采用人工、半自動或全自動的方法提取感興趣區域的位置和大小。[Dewalle-Vignion AS, EI Abiad A, Betrouni N, Hossein-Foucher C, Huglo D, Vermandel M, "Thresholding methods for PET imaging :A review,，，Medicine Nucleaire, vol. 34，no. 2，pp.119—131，2010](2. 2)根據感興趣區域的位置和大小，結合被檢測對象的特性，及成像性能需求， 規劃探測器模塊的性能、布局和成像參數。探測器模塊的性能包括固有空間分辨率、時間分 辨率、能量分辨率、靈敏度和計數率；成像參數包括探測器參數、電子學參數和圖像重建參 數。包圍被檢測對象的探測環上的各個探測器模塊可以具有不同的性能和成像參數。規劃布局時，根據感興趣區域的位置和大小、被檢測對象的結構特點和成像特點、 成像性能需求，基于成像系統中探測器模塊的性能和幾何尺寸，規劃探測器模塊以環繞方式布局包圍被檢測對象，可以采用具有規則的幾何形狀的探測環，如圓形、橢圓形；也可以 采用非規則的凸集形狀；也可以根據被檢測對象的結構特點，采用類似被檢測對象的幾何 形狀的探測環，如針對乳腺掃描時采用類乳腺形狀。(i)探測器模塊的布局探測器模塊可以在橫斷層面上組成一個探測環包圍被檢測對象，可以以平板模式 進行組合布局。平板模式指有兩個或兩個以上的探測器模塊的探測面在同一平面上，且相 鄰兩個探測器模塊的探測面的某條邊重合。其布局方式可以有以下幾種(2. 2. 1)探測器模塊在探測環上等間隔地分布。探測環的大小可以根據被檢測對 象、檢測部位和感興趣區域的位置和大小進行調整。(2. 2. 2)探測器模塊以部分聚集的方式分布在探測環上，可以有單個或多個聚集 的探測器模塊。(2. 2. 2. 1)單個聚集的探測器模塊分布可以以如下方式進行布局①所有的探測器模塊聚集在靠近感興趣區域的位置。②部分探測器模塊聚集在靠近感興趣區域的位置，剩余部分探測器模塊可以等間 隔地分布在剩余探測環上。(2. 2. 2. 2)多個聚集的探測器模塊可以采用多種對稱的方式分布在探測環上，其 中，對稱的聚集的探測器模塊之間的探測器模塊個數可以不同，對稱時，以聚集的探測器模 塊在橫斷面上的中心作為參考點。對稱方式包括①關于某一中心對稱。②關于某一穿過某中心的直線對稱。其對稱軸可以為(a)某個聚集的或非聚集的探測器模塊的參考點與該中心組成的直線；(b)某兩個中心組成的直線。其中，該中心為探測環的中心，或者感興趣區域的中心，或者感興趣區域中某一局 部區域的中心，或者檢測對象的中心。該中心可以是幾何中心或者重心。③關于兩個聚集的，或兩個非聚集的，或一個聚集一個非聚集的探測器模塊的參 考點的連線對稱。(ii)探測器參數。包括探測模塊供電電壓、位置譜校正參數、歸一化校正參數、光 電倍增管增益校正參數等。(iii)電子學參數。包括電壓閾值、時間窗、能量窗、死時間校正參數、基線校正參 數、全局時鐘校正參數等。(iv)圖像重建參數。包括系統響應矩陣、事件信息篩選判據等。(2. 3)根據規劃的結果調整探測器模塊，獲取新的系統結構；(2.4)對新的系統結構進行快速校正(本發明中并不區分校正和校準，統一稱為 “校正”)。從圖像和系統的層面上進行的補償和優化，包括歸一化校正、死時間校正、隨機符 合校正、散射校正等；從探測器和電子學的層面進行的補償和優化，包括光電倍增管增益校 準、位置校準、能量校準、時間校準、基線漂移校準、全局時鐘校準等。(3)在新的系統結構下掃描，獲取被檢測對象的活度信息；在獲取檢測對象的活度信息時可以應用步驟(1)獲取的初掃描的活度信息作為 先驗信息，或應用前一次或某一次系統結構時獲取的活度信息作為先驗信息，或同時結合應用多次系統結構時獲取的活度信息作為先驗信息，然后利用該先驗信息進行新布局下的 圖像重建。衰減校正方法和圖像重建方法參見步驟(1)。
(4)分析步驟(3)獲得的被檢測對象的活度信息，若其質量能滿足應用需求，則， 結束掃描；否則，重新規劃探測器模塊的性能、布局和成像參數，并調整探測器模塊，并進行 快速校正，重復步驟(3)-(4)。在重新規劃探測器模塊參數時，可以利用步驟(1)獲得的初掃描結果，也可以利 用一次或多次步驟(3)獲得的掃描結果，也可以同時利用步驟(1)和一次或多次步驟(3) 獲得的掃描結果。分析的質量參數包括空間分辨率、靈敏度、信噪比、對比度等，和(或)用戶自行 定義的衡量標準。[National Electrical Manufacturers Association，NEMAStandards Publication NU 2—2007， Performance Measurements of Small Animal Positron Emission Tomographs，2007]規劃方法、調整探測器模塊參數和快速校正參見步驟(2)。如圖2所示，本發明應用適應性的正電子發射斷層成像裝置，包括探測器模塊1、 探測器控制模塊2、圖像重建模塊3和探測器規劃模塊4四部分。共有三種結構方式第一種結構方式，如圖2(a)所示探測器模塊1的輸出端與探測器控制模塊2相 連，探測器控制模塊2的輸出端分別與探測器模塊1和圖像重建模塊3相連，圖像重建模塊 3的輸出端與探測器規劃模塊4相連，探測器規劃模塊4的輸出端與探測器控制模塊2相 連；(一)探測器模塊1用于接收并沉積Y光子，包含多個獨立的探測器模組，每個探 測器模組具有獨立的電子學系統，具有多自由度運動能力；并將探測器模組的信息傳遞至 探測器控制模塊2 ；所述探測器模組的信息包括探測器模組的性能、布局、成像參數、探測 獲得的事件信息；( 二 )探測器控制模塊2用于根據從探測器規劃模塊4接收的規劃的探測器模組 的性能、布局和成像參數控制探測器模組，并傳遞探測器模組的信息至圖像重建模塊3 ；(三)圖像重建模塊3用于對從探測器控制模塊2獲取的探測器模組信息進行處 理，獲得被檢測對象的活度信息；(四)探測器規劃模塊4用于規劃探測器模組的性能、布局和成像參數，并將規劃 的結果傳遞至探測器控制模塊2。第二種結構方式，如圖2(b)所示探測器模塊1的輸出端分別與探測器控制模塊 2、圖像重建模塊3相連，探測器控制模塊2的輸出端分別與探測器模塊1和圖像重建模塊 3相連，圖像重建模塊3的輸出端與探測器規劃模塊4相連，探測器規劃模塊4的輸出端與 探測器控制模塊2相連；(—)探測器模塊1用于接收并沉積Y光子，包含多個獨立的探測器模組，每個探 測器模組具有獨立的電子學系統，具有多自由度運動能力；并將探測器模組的性能、布局和 成像參數傳遞至探測器控制模塊2，將探測獲得的事件信息傳遞至圖像重建模塊3 ；( 二)探測器控制模塊2用于根據從探測器規劃模塊4接收的規劃的探測器模組 的性能、布局和成像參數控制探測器模組，并傳遞探測器模組的性能、布局和成像參數至圖像重建模塊3 ；(三)圖像重建模塊3用于對從探測器模塊1和探測器控制模塊4獲取的探測器模組的性能、布局、成像參數和探測獲得的事件信息進行處理，獲得被檢測對象的活度信息；(四)探測器規劃模塊4用于規劃探測器模組的性能、布局和成像參數，并將規劃 的結果傳遞至探測器控制模塊2。第三種結構方式，如圖2(c)所示探測器模塊1的輸出端與圖像重建模塊3相連， 探測器控制模塊2的輸出端與探測器模塊1相連，圖像重建模塊3的輸出端與探測器規劃 模塊4相連，探測器規劃模塊4的輸出端與探測器控制模塊2相連；(—)探測器模塊1用于接收并沉積Y光子，包含多個獨立的探測器模組，每個探 測器模組具有獨立的電子學系統，具有多自由度運動能力；并將探測器模組的信息傳遞至 圖像重建模塊3 ；所述探測器模組的信息包括探測器模組的性能、布局、成像參數、探測獲 得的事件信息；( 二 )探測器控制模塊2用于根據從探測器規劃模塊4接收的規劃的探測器模組 的性能、布局和成像參數控制探測器模組，并傳遞探測器模組的性能、布局和成像參數至探 測器模塊1 ；(三)圖像重建模塊3用于對從探測器模塊1獲取的探測器模組信息進行處理，獲 得被檢測對象的活度信息；(四)探測器規劃模塊4用于規劃探測器模組的性能、布局和成像參數，并將規劃 的結果傳遞至探測器控制模塊2。實例下面以如圖3所示的模擬的檢測對象為例對本發明的實施作進一步說明。圖3中， 白色區域代表感興趣區域，稍灰區域代表感興趣區域所在器官/組織，最黑的區域代表被 檢測對象橫斷面上的其它器官/組織。如圖4所示為圖3所示的模擬檢測對象成像時系統探測器模塊的布局圖。步驟(1)中，初掃描時，采用如圖4(a)所示的探測器模塊等間隔分布在規則的圓 形探測環上的布局進行檢測。圖4(b)_(g)為探測器規劃模塊規劃的不同布局的系統結構，分別為(b)改變探 測系統半徑，探測器模塊等間隔分布在圓形探測環上；(c)改變探測系統半徑，探測器模塊 無間隔地分布在圓形探測環上；(d)探測器模塊全部聚集在靠近感興趣區域的位置；(e)部 分探測器模塊聚集在靠近感興趣區域的位置，其它探測器模塊等間隔地分布在圓形探測環 上；(f)部分探測器模塊間關于圓形探測環圓心呈對稱放置，圖中左邊5個聚集的模塊與右 邊3個聚集的模塊關于圓形探測環圓心呈對稱關系，上面兩個緊靠的探測器模塊與下面兩 個緊靠的探測器模塊關于左邊5個聚集的模塊與感興趣區域的連線對稱，亦關于左邊5個 聚集的模塊與右邊3個聚集的模塊的參考點連線對稱；(g)部分探測器模塊間關于圓形探 測環圓心呈對稱放置，圖中左邊5個聚集的模塊與右邊3個聚集的模塊關于圓形探測環圓 心呈對稱關系，其它探測器模塊等間隔地分布在圓形探測環上。在本實例圖中所示的每個探測器模塊亦可以采用平板模式，且每個探測器模塊亦 可以不一樣大小。探測環亦可以采用其它規則形狀的探測環，或者采用非規則的凸集形狀 的探測環，或者采用類被檢測對象的幾何形狀的探測環。
以上所述為本發明的示范實例，并不代表實際探測器規劃模塊的規劃結果，本發明也并不局限于該實例和附圖所公開的內容。所以，凡是不脫離本發明所公開的精神下完 成的等效或修改，都落入本發明保護的范圍。
權利要求
一種應用適應性的正電子發射斷層成像方法，其特征是所述成像方法步驟如下Ⅰ、初掃描，獲得被檢測對象的初步的活度信息；Ⅱ、根據步驟Ⅰ獲取的初掃描結果，規劃探測器模塊的性能、布局和成像參數，并調整探測器模塊，獲得新的系統結構，并對新的系統結構進行快速校正；Ⅲ、在新的系統結構下掃描，獲取被檢測對象的活度信息；Ⅳ、分析步驟Ⅲ獲得的被檢測對象的活度信息，若其質量能滿足應用需求，則，結束掃描；否則，重新規劃探測器模塊的性能、布局和成像參數，并調整探測器模塊，并進行快速校正，重復步驟Ⅲ-Ⅳ。
2.根據權利要求1所述的應用適應性的正電子發射斷層成像方法，其特征是所述步 驟I中的初步掃描方法為根據被檢測對象的結構特點、成像特點和成像性能需求，基于 成像系統中探測器模塊的性能和幾何尺寸，規劃探測器模塊以環繞方式布局包圍被檢測對象。
3.根據權利要求2所述的應用適應性的正電子發射斷層成像方法，其特征是所述的 環繞方式布局采用具有規則的幾何形狀的探測環；或者采用非規則的凸集形狀；或者根據 被檢測對象的結構特點，采用類似被檢測對象的幾何形狀的探測環。
4.根據權利要求1所述的應用適應性的正電子發射斷層成像方法，其特征是所述步 驟II的具體方法如下a、根據初掃描獲取的被檢測對象的活度信息，提取感興趣區域的位置和大小；b、根據感興趣區域的位置和大小，結合被檢測對象的特性，及成像性能需求，規劃探測 器模塊的性能、布局和成像參數；c、根據規劃的結果調整探測器模塊，獲取新的系統結構；d、對新的系統結構進行快速校正。
5.根據權利要求4所述的應用適應性的正電子發射斷層成像方法，其特征是所述步 驟a中的感興趣區域的位置和大小的提取可以采用人工、半自動或全自動的方法。
6.根據權利要求4所述的應用適應性的正電子發射斷層成像方法，其特征是在所述 步驟b中探測器模塊的性能包括固有空間分辨率、時間分辨率、能量分辨率、靈敏度和計數 率；成像參數包括探測器參數、電子學參數和圖像重建參數。
7.根據權利要求4所述的應用適應性的正電子發射斷層成像方法，其特征是在所述 步驟b中探測器模塊的布局規劃根據感興趣區域的位置和大小、被檢測對象的結構特點和 成像特點、成像性能需求，基于成像系統中探測器模塊的性能和幾何尺寸，規劃探測器模塊 以環繞方式布局包圍被檢測對象。
8.根據權利要求7所述的應用適應性的正電子發射斷層成像方法，其特征是所述的 環繞方式布局采用具有規則的幾何形狀的探測環；或者采用非規則的凸集形狀；或者根據 被檢測對象的結構特點，采用類似被檢測對象的幾何形狀的探測環。
9.根據權利要求7所述的應用適應性的正電子發射斷層成像方法，其特征是所述探 測器模塊在探測環上的分布為等間隔地分布。
10.根據權利要求7所述的應用適應性的正電子發射斷層成像方法，其特征是所述探 測器模塊在探測環上的分布為探測器模塊以部分聚集的方式分布在探測環上，有單個或 多個聚集的探測器模塊。
11.根據權利要求10所述的應用適應性的正電子發射斷層成像方法，其特征是所述 的多個聚集的探測器模塊之間以多種對稱方式分布在探測環上。
12.根據權利要求11所述的應用適應性的正電子發射斷層成像方法，其特征是對稱 的聚集的探測器模塊具有不同個數的探測器模塊。
13.根據權利要求11所述的應用適應性的正電子發射斷層成像方法，其特征是所述 的對稱方式為關于某一中心對稱；或為關于一條穿過某中心的直線為對稱軸對稱，該對稱 軸可以為某個聚集的或非聚集的探測器模塊與該中心組成的軸，或為某兩個中心組成的 軸o
14.根據權利要求13所述的應用適應性的正電子發射斷層成像方法，其特征是所述 中心為探測環的中心，或感興趣區域中心，或感興趣區域中某一局部區域的中心，或檢測對 象的中心。
15.根據權利要求14所述的應用適應性的正電子發射斷層成像方法，其特征是所述 中心是幾何中心或者重心。
16.根據權利要求11所述的應用適應性的正電子發射斷層成像方法，其特征是所述 的對稱方式為關于兩個聚集的，或兩個非聚集的，或一個聚集一個非聚集的探測器模塊的 參考點的連線對稱。
17.根據權利要求10所述的應用適應性的正電子發射斷層成像方法，其特征是所述 單個聚集的探測器模塊在探測環上的分布為全部探測器模塊聚集在靠近感興趣區域的位 置；或部分探測器模塊聚集在靠近感興趣區域的位置，剩余部分探測器模塊全部等間隔地 分布在剩余探測環上。
18.根據權利要求1所述的應用適應性的正電子發射斷層成像方法，其特征是所述步 驟I和步驟III中獲取檢測對象的活度信息時通過CT，或棒源，或圖譜進行衰減校正。
19.根據權利要求1所述的應用適應性的正電子發射斷層成像方法，其特征是所述步 驟III中獲取檢測對象的活度信息時可以應用步驟I獲取的初掃描的活度信息作為先驗信 息，或應用前一次或某一次系統結構時獲取的活度信息作為先驗信息，或同時結合應用多 次系統結構時獲取的活度信息作為先驗信息，然后利用該先驗信息進行新布局下的圖像重 建。
20.根據權利要求1所述的應用適應性的正電子發射斷層成像方法，其特征是所述步 驟IV中重新規劃探測器模塊性能、布局和參數時，利用步驟I獲得的初掃描結果或者利用 一次或多次步驟III獲得的掃描結果，又或者同時利用步驟I和一次或多次步驟III獲得的掃 描結果。
21.根據權利要求1所述的應用適應性的正電子發射斷層成像方法，其特征是所述步 驟IV中分析被檢測對象的活度信息的質量，該質量是空間分辨率、靈敏度、信噪比、對比度 或為用戶自行定義的衡量標準中的一個或多個。
22.一種用于根據權利要求1所述的應用適應性的正電子發射斷層成像方法的成像裝 置，其特征是所述成像裝置包括探測器模塊(1)、探測器控制模塊(2)、圖像重建模塊(3) 和探測器規劃模塊(4)所述探測器模塊(1)的輸出端與探測器控制模塊(2)相連，所述探測器控制模塊(2) 的輸出端分別與探測器模塊(1)和圖像重建模塊(3)相連，所述圖像重建模塊(3)的輸出端與探測器規劃模塊⑷相連，所述探測器規劃模塊⑷的輸出端與探測器控制模塊⑵ 相連；所述探測器模塊(1)用于接收并沉積Y光子，包含多個獨立的探測器模組，所述每個 探測器模組具有獨立的電子學系統；并將探測器模組的信息傳遞至探測器控制模塊(2)； 所述探測器模組的信息包括探測器模組的性能、布局、成像參數、探測獲得的事件信息；所述探測器控制模塊(2)用于根據從探測器規劃模塊(4)接收的規劃的探測器模組的 性能、布局和成像參數控制探測器模組，并傳遞探測器模組的信息至圖像重建模塊(3)； 所述圖像重建模塊(3)用于對從探測器控制模塊(2)獲取的探測器模組信息進行處理；所述探測器規劃模塊(4)用于規劃探測器模組的性能、布局和成像參數，并將規劃的 結果傳遞至探測器控制模塊(2)。
23.一種用于根據權利要求1所述的應用適應性的正電子發射斷層成像方法的成像裝 置，其特征是所述成像裝置包括探測器模塊(1)、探測器控制模塊(2)、圖像重建模塊(3) 和探測器規劃模塊(4)所述探測器模塊(1)的輸出端分別與探測器控制模塊(2)、圖像重建模塊(3)相連，所 述探測器控制模塊(2)的輸出端分別與探測器模塊(1)和圖像重建模塊(3)相連，所述圖 像重建模塊(3)的輸出端與探測器規劃模塊(4)相連，所述探測器規劃模塊(4)的輸出端 與探測器控制模塊(2)相連；所述探測器模塊(1)用于接收并沉積Y光子，包含多個獨立的探測器模組，所述每個 探測器模組具有獨立的電子學系統；并將探測器模組的性能、布局和成像參數傳遞至探測 器控制模塊(2)，將探測獲得的事件信息傳遞至圖像重建模塊(3)；所述探測器控制模塊(2)用于根據從探測器規劃模塊(4)接收的規劃的探測器模組的 性能、布局和成像參數控制探測器模組，并傳遞探測器模組的性能、布局和成像參數至圖像 重建模塊⑶；所述圖像重建模塊(3)用于對從探測器模塊(1)和探測器控制模塊(2)獲取的探測器 模組的性能、布局、成像參數和探測獲得的事件信息進行處理；所述探測器規劃模塊(4)用于規劃探測器模組的性能、布局和成像參數，并將規劃的 結果傳遞至探測器控制模塊(2)。
24.一種用于根據權利要求1所述的應用適應性的正電子發射斷層成像方法的成像裝 置，其特征是所述成像裝置包括探測器模塊(1)、探測器控制模塊(2)、圖像重建模塊(3) 和探測器規劃模塊(4)所述探測器模塊⑴的輸出端與圖像重建模塊⑶相連，所述探測器控制模塊⑵的 輸出端與探測器模塊(1)相連，所述圖像重建模塊(3)的輸出端與探測器規劃模塊(4)相 連，所述探測器規劃模塊⑷的輸出端與探測器控制模塊⑵相連；所述探測器模塊(1)用于接收并沉積Y光子，包含多個獨立的探測器模組，所述每個 探測器模組具有獨立的電子學系統；并將探測器模組的信息傳遞至圖像重建模塊(3)；所 述探測器模組的信息包括探測器模組的性能、布局、成像參數、探測獲得的事件信息；所述探測器控制模塊(2)用于根據從探測器規劃模塊(4)接收的規劃的探測器模組的 性能、布局和成像參數控制探測器模組，并傳遞探測器模組的性能、布局和成像參數至探測器模塊⑴；所述圖像重建模塊(3)用于對從探測器模塊(1)獲取的探測器模組信息進行處理； 所述探測器規劃模塊(4)用于規劃探測器模組的性能、布局和成像參數。
全文摘要
本發明公開了一種應用適應性的正電子發射斷層成像方法及裝置。本成像方法首先初掃描被檢測對象，獲得初步的活度信息；然后根據初掃描結果，規劃并調整探測器模塊，獲得新的系統結構，并對新系統結構進行快速校正；再在新的系統結構下掃描，獲取被檢測對象的活度信息，若其質量滿足應用需求，則結束掃描，否則，重新規劃并調整探測器模塊，并進行快速校正，在新結構下重新獲得被檢測對象的活度信息直至其質量滿足應用需求。本成像裝置包括探測器模塊、探測器控制模塊、圖像重建模塊和探測器規劃模塊。該成像方法能以較低的系統成本實現較高的系統性能，將系統性能提高了幾倍到幾十倍，節約系統建造成本，在被檢測對象的感興趣區域獲取高質量圖像。
文檔編號A61B6/02GK101856236SQ201010200478
公開日2010年10月13日 申請日期2010年6月13日 優先權日2010年6月13日
發明者劉晶晶, 謝慶國 申請人:蘇州瑞派寧科技有限公司;華中科技大學