專(zhuān)利名稱(chēng)：用于雙頭伽馬照相機(jī)的分辨率增強(qiáng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及核醫(yī)學(xué)系統(tǒng)，更具體地涉及閃爍探測(cè)器的信號(hào)處理系統(tǒng)。
斷層掃描成像是核醫(yī)學(xué)系統(tǒng)中使用的圖像重建的途徑之一。斷層掃描圖像是一種三維物體落在所選平面或深度之內(nèi)的結(jié)構(gòu)的二維表示。計(jì)算機(jī)斷層x射線(xiàn)掃描技術(shù)使用一些獨(dú)立的面或“片”，它們本質(zhì)上不同并且不重疊。通常，這些斷層掃描平面是按垂直于人體的長(zhǎng)軸取向；然而，也可以獲得其它取向的平面。通過(guò)使用多個(gè)獨(dú)立平面，和只對(duì)感興趣組織部分采集及處理數(shù)據(jù)，以獲得實(shí)際放射分布的精確表示，這對(duì)定量的核醫(yī)學(xué)研究是非常重要的。
與使用傳播的輻射的x射線(xiàn)計(jì)算機(jī)斷層掃描不同，核醫(yī)學(xué)使用發(fā)射輻射；因此，核醫(yī)學(xué)技術(shù)通常稱(chēng)作發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層掃描(ECT)?，F(xiàn)有兩種類(lèi)型的ECT一種是使用普通伽馬射線(xiàn)輻射源的單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描(SPECT)；和另一種使用正電子輻射源的正電子發(fā)射斷層掃描(PET)。
使用單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描(SPECT)的伽馬照相機(jī)已經(jīng)在核醫(yī)學(xué)中使用一些時(shí)間。Anger在1950年提出并研制了這種系統(tǒng)，隨著用于圖象采集和圖象重建的高速數(shù)字計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的引入，這種系統(tǒng)已作了極大的改進(jìn)。在SPECT成像中，伽馬射線(xiàn)是經(jīng)準(zhǔn)直儀(Collimator)投影到晶體上，在晶體內(nèi)產(chǎn)生閃爍的圖案，該圖案在準(zhǔn)直儀前構(gòu)成放射現(xiàn)象的分布輪廓。準(zhǔn)直儀通過(guò)只允許那些沿某些方向傳播的伽馬射線(xiàn)到達(dá)探測(cè)器來(lái)把輻射的源分布圖像投射到探測(cè)器。實(shí)際上只有某些窄入射角的伽馬射線(xiàn)(幾乎與晶體表面垂直)穿過(guò)晶體并到達(dá)探測(cè)器。沒(méi)有沿適當(dāng)方向傳播的伽馬射線(xiàn)在到達(dá)探測(cè)器之前就已被準(zhǔn)直儀所吸收。對(duì)于使用輻射來(lái)說(shuō)，準(zhǔn)直儀的使用本身是無(wú)效的，因?yàn)橄蛱綔y(cè)器傳播的大多數(shù)可能有用的輻射實(shí)際上被準(zhǔn)直儀所截住。盡管SPECT成像被廣泛地應(yīng)用在核醫(yī)學(xué)中并提供了較好的圖像質(zhì)量，但準(zhǔn)直儀降低了靈敏度(即，許多伽馬射線(xiàn)實(shí)際上透入晶體)，因此降低了由SPECT所采集的圖像的整體分辨率和質(zhì)量。
隨著用于圖像采集和處理的相對(duì)高速的探測(cè)電子和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的推廣，使用正電子發(fā)射斷層掃描(PET)的照相機(jī)也已應(yīng)用于核醫(yī)學(xué)。PET和SPECT之間的主要區(qū)別在于在PET成像中使用湮滅重合探測(cè)(ACD)。當(dāng)兩個(gè)帶有511-KeV的光子按反方向發(fā)射時(shí)，隨著一個(gè)正電子與一個(gè)普通的電子的湮滅，就發(fā)生了ACD。因此，只有那些被同時(shí)或在很短時(shí)間間隔內(nèi)所探測(cè)到的成對(duì)事件，才能被兩個(gè)相互分開(kāi)180°取向的探測(cè)器所記錄到。PET系統(tǒng)的整個(gè)圖像質(zhì)量超過(guò)原來(lái)的SPECT系統(tǒng)的圖像質(zhì)量，主要是因?yàn)镻ET成像并不使用準(zhǔn)直儀。由于刪除了準(zhǔn)直儀，因此在PET系統(tǒng)中提高了探測(cè)器的靈敏度，所以PET系統(tǒng)可以被用于執(zhí)行那些SPECT所不能執(zhí)行的醫(yī)療診斷，諸如腫瘤鑒定和腦掃描。
通常SPECT和PET被用于不同類(lèi)型的醫(yī)療診斷。在現(xiàn)有技術(shù)中，由于已經(jīng)為PET和SPECT設(shè)計(jì)并提供了不同類(lèi)型的照相系統(tǒng)，因此要想完成SPECT和PET成像就需要以相對(duì)高的成本使用兩套不同的照相系統(tǒng)才行。因此，提供一種核照相系統(tǒng)能夠在一個(gè)設(shè)備系統(tǒng)中能夠完成SPECT和PET兩種成像技術(shù)將是有利的。
為了把SPECT和PET兩種成像技術(shù)綜合起來(lái)成為一種單一的核照相系統(tǒng)，該系統(tǒng)必須能夠執(zhí)行在SPECT成像中所使用的單光子探測(cè)，以及在PET成像中所使用的湮滅重合探測(cè)(ACD)?，F(xiàn)在在市場(chǎng)上可買(mǎi)到的核照相系統(tǒng)，諸如由加利福尼亞的Milpitas的ADACLaboratories所制造的Vertex系統(tǒng)，具有能夠在一個(gè)系統(tǒng)中完成SPECT和PET兩種成像技術(shù)的能力。
把SPECT成像和PET成像合并成一種系統(tǒng)，對(duì)SPECT和PET成像使用相同的閃爍晶體。然而，在不同核照相系統(tǒng)中進(jìn)行SPECT成像和PET成像需使用不同的晶體。一般來(lái)說(shuō)，SPECT成像利用摻有鉈的碘化鈉結(jié)晶NaI(TI)制成的晶體，以便在SPECT成像中對(duì)單個(gè)光子提供足夠的阻止能量。另一方面，可獨(dú)立使用的已有技術(shù)的PET系統(tǒng)使用比SPECT成像中所用的探測(cè)器的阻止能量更大的探測(cè)器。用于PET成像所推薦的探測(cè)器材料是亞鍺酸鉍(BGO)，因?yàn)樗妮^高密度和原子數(shù)足以提供由正電子發(fā)射所產(chǎn)生的511KeV湮滅伽馬射線(xiàn)的阻止能量。另外，晶體元件是按類(lèi)似于柵形的矩陣排列。當(dāng)一條入射的伽馬射線(xiàn)貫穿BGO晶體時(shí)，探測(cè)器能夠從柵形晶體結(jié)構(gòu)中探測(cè)到伽馬射線(xiàn)的實(shí)際交會(huì)點(diǎn)。盡管分別說(shuō)明了用于SPECT和PET成像所推薦的晶體為NaI(TI)和BGO，但也可以用其它本領(lǐng)域所周知的其它晶體來(lái)代替。
然而，當(dāng)諸如在SPECT和PET綜合系統(tǒng)中用NaI(TI)晶體代替在PET成像中的BGO晶體并取消準(zhǔn)直儀時(shí)，通過(guò)PET成像所重建的圖像的分辨率和質(zhì)量卻都下降。如果沒(méi)有準(zhǔn)直儀，入射的伽馬射線(xiàn)將會(huì)較寬的角度變化范圍內(nèi)與NaI(TI)晶體相交，而不是在SPECT中使用的較窄的角度范圍(幾乎與晶體表面垂直)。當(dāng)在PET成像期間伽馬射線(xiàn)與NaI(TI)晶體相互作用時(shí)，伽馬射線(xiàn)轉(zhuǎn)換成光子發(fā)生在晶體平面內(nèi)的某個(gè)距離上，因此，如果伽馬射線(xiàn)以?xún)A斜的角度射到晶體表面上時(shí)，通過(guò)探測(cè)器定位就會(huì)有某個(gè)距離的位移。換句話(huà)說(shuō)，入射的伽馬射線(xiàn)的入射角越大，在晶體平面內(nèi)的位移也越大，因此點(diǎn)源的分辨率的降低就越大。因此，希望能提供一種分辨率增強(qiáng)裝置和方法以校正在PET成像中降低整個(gè)重建圖像質(zhì)量的這種類(lèi)型的失真。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種核照相系統(tǒng)，它能夠進(jìn)行PET和SPECT兩種成像，并在PET成像期間具有改進(jìn)的分辨率。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是通過(guò)修正由于伽馬射線(xiàn)與晶體，例如，NaI(TI)，相交時(shí)在晶體平面內(nèi)的位移所導(dǎo)致的失真以增強(qiáng)物體的分辨率。
另外，本發(fā)明的另一個(gè)目的是計(jì)算在晶體平面內(nèi)的位移值。一旦晶體平面內(nèi)的位移被確定，就能夠修正表示所定位的位置的坐標(biāo)值，以表示在晶體內(nèi)該伽馬射線(xiàn)的實(shí)際進(jìn)入點(diǎn)。
下面將說(shuō)明一種用于增強(qiáng)核照相系統(tǒng)中正電子發(fā)射斷層掃描圖像(PET)的分辨率的裝置，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)PET和SPECT兩種成像，它包括一個(gè)晶體，該晶體當(dāng)伽馬射線(xiàn)與之相互作用時(shí)，能在其表面內(nèi)產(chǎn)生閃爍事件(scintillation event)。入射到晶體的伽馬射線(xiàn)具有受該晶體的視場(chǎng)所限制的入射角。位于該晶體后面的是一個(gè)探測(cè)器，該探測(cè)器響應(yīng)由閃爍事件所釋放的光子并記錄閃爍事件的坐標(biāo)值。與該探測(cè)器相接的是一個(gè)分辨率增強(qiáng)器電路，它針對(duì)由探測(cè)器所定位的坐標(biāo)值產(chǎn)生一個(gè)在晶體平面內(nèi)的位移校正值。然后，在晶體內(nèi)的平面位移校正值與該坐標(biāo)值相結(jié)合以便計(jì)算伽馬射線(xiàn)進(jìn)入晶體的實(shí)際進(jìn)入點(diǎn)。
下面說(shuō)明本發(fā)明的另一種改善在PET成像中分辨率的裝置。該裝置包括一對(duì)探測(cè)器，用于對(duì)從一個(gè)源點(diǎn)產(chǎn)生的并分開(kāi)180°發(fā)射的一對(duì)伽馬射線(xiàn)進(jìn)行探測(cè)。當(dāng)每個(gè)伽馬射線(xiàn)與位于該探測(cè)器前面的一個(gè)晶體相互作用時(shí)，就產(chǎn)生了一個(gè)閃爍事件。第一探測(cè)器產(chǎn)生表示一個(gè)事件在第一晶體內(nèi)的位置的第一地址信號(hào)，第二探測(cè)器產(chǎn)生表示一個(gè)事件在第二晶體內(nèi)的位置的第二地址信號(hào)；一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與該探測(cè)器對(duì)相連接，用于接收第一和第二地址信號(hào)并產(chǎn)生第一和第二校正值，以便校正入射伽馬射線(xiàn)的在晶體內(nèi)的平面位移。然后，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)校正第一和第二地址信號(hào)并把這些校正信號(hào)輸出到用于圖像處理和重建的圖像處理器。
還介紹一種在能完成PET(重合)成像的核照相系統(tǒng)中增強(qiáng)分辨率的方法。晶體接收到一個(gè)伽馬射線(xiàn)，該伽馬射線(xiàn)具有由該晶體的視場(chǎng)所限制的一個(gè)角度范圍內(nèi)的一個(gè)入射角；位于該晶體的后側(cè)的探測(cè)器檢測(cè)當(dāng)晶體與入射的伽馬射線(xiàn)相互作用時(shí)產(chǎn)生的閃爍事件并記錄該閃爍事件的坐標(biāo)值；當(dāng)該坐標(biāo)值被記錄之后，處理器產(chǎn)生一個(gè)校正值以校正所記錄的坐標(biāo)值的在晶體內(nèi)的平面位移并把該校正值與所定位的坐標(biāo)值相結(jié)合以便確定伽馬射線(xiàn)進(jìn)入晶體的實(shí)際進(jìn)入點(diǎn)。


圖1示出本發(fā)明的一個(gè)雙頭伽馬照相系統(tǒng)的高等級(jí)框圖，該系統(tǒng)能夠進(jìn)行SPECT和PET兩種成像；圖2示出在雙頭伽馬照相系統(tǒng)中的采集計(jì)算機(jī)的方框圖。
圖3說(shuō)明本發(fā)明中晶體表面的橫向軸視場(chǎng)和軸向視場(chǎng)。
圖4是示出伽馬射線(xiàn)與每一個(gè)晶體相互作用的一對(duì)晶體的剖面圖。
圖5示出點(diǎn)源所投射的放射線(xiàn)分布(即，分辨率)；圖6示出本發(fā)明中的圖像增強(qiáng)器的方框圖；圖7示出當(dāng)伽馬射線(xiàn)與晶體相交時(shí)晶體內(nèi)面位移值。
在本發(fā)明的下面詳細(xì)描述中，為了對(duì)本發(fā)明的充分理解而描述了許多特殊細(xì)節(jié)。然而，對(duì)于一個(gè)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)即使沒(méi)有這些特殊的細(xì)節(jié)照樣也可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。在另一方面針對(duì)那些眾所周知的方法、過(guò)程、元件以及電路并沒(méi)有做詳細(xì)地介紹，這是因?yàn)檫@些并非本發(fā)明難以理解的地方。
下面詳細(xì)地描寫(xiě)的一些部分是計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中關(guān)于表示數(shù)據(jù)比特操作的算法和符號(hào)的術(shù)語(yǔ)。這些算法描述和表示是那些數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域的技術(shù)人員所用的能夠最有效地傳遞他們工作實(shí)質(zhì)給其它該領(lǐng)域技術(shù)人員的表示形式。除非從下面的討論中表明與之相反的特殊說(shuō)明外，應(yīng)該理解貫穿本發(fā)明的討論中使用了涉及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或者相似的電子計(jì)算機(jī)裝置的作用和處理過(guò)程的術(shù)語(yǔ)，諸如“處理”或“計(jì)算”或“運(yùn)算”或“確定”或“顯示”等諸如此類(lèi)的術(shù)語(yǔ)，所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或類(lèi)似的計(jì)算裝置控制并把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的寄存器和存儲(chǔ)器中代表物理(電子)量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)存儲(chǔ)器或寄存器或者其它類(lèi)似信息存儲(chǔ)器、傳輸或顯示裝置中同樣代表物理量的其它數(shù)據(jù)。
本發(fā)明提供了一種能夠按PET和SPECT兩種模式進(jìn)行操作的，而且在PET模式能改進(jìn)放射性核素分布成像的核照相系統(tǒng)。盡管本發(fā)明是與一種結(jié)構(gòu)(SPECT or PET)照像系統(tǒng)相結(jié)合描述的，但是本發(fā)明并不局限于一種結(jié)構(gòu)照像系統(tǒng)并且也可以用于獨(dú)立的PET成像系統(tǒng)。可以理解，本發(fā)明能夠有效地操作在具有兩個(gè)以上探測(cè)器頭的照相系統(tǒng)中。參照?qǐng)D1，圖中示出了本發(fā)明的雙頭核照像系統(tǒng)的高等級(jí)圖。雖然本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是針對(duì)雙探測(cè)器系統(tǒng)描述的，可以理解本發(fā)明的教導(dǎo)也可以推廣至具有兩個(gè)以上探測(cè)器的系統(tǒng)(即，可以推廣到三元和四元的照相系統(tǒng))。探測(cè)器對(duì)是以180°構(gòu)形示出的并且它們之間可以相對(duì)旋轉(zhuǎn)因而也可以成為90°構(gòu)形。通常，本發(fā)明的系統(tǒng)包括一對(duì)伽馬射線(xiàn)探測(cè)器80和80’(“雙頭”)，該探測(cè)器是由按二維矩陣排列的并與晶體80和80’相連接用以接收光(即，可見(jiàn)光子)的多個(gè)光電倍增管PMT構(gòu)成的。PMT陣列構(gòu)成一個(gè)光電探測(cè)器?？梢岳斫?，每個(gè)探測(cè)器，或者80或者80’，是相同構(gòu)造的，且就一個(gè)探測(cè)器的討論也適用于另外探測(cè)器。
晶體層81和81’可以是由摻入鉈(TI)的碘化鈉(NaI)組成的，并且它一般在SPECT成像時(shí)位于準(zhǔn)直儀(未示出)與PMT陣列之間。然而，在PET成像時(shí)并不使用準(zhǔn)直儀。一般來(lái)說(shuō)，準(zhǔn)直儀包括具有按蜂窩狀規(guī)格排列的鉛隔板的一些孔。準(zhǔn)直儀只允許沿某些方向傳播的那些伽馬射線(xiàn)能到達(dá)探測(cè)器的源分布的圖像投射到探測(cè)器80和80’。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，只有那些以接近90°角入射到晶體81和81’的伽馬射線(xiàn)才能被探測(cè)器80和80’所測(cè)到。那些不是以接近90°角入射的伽馬射線(xiàn)在它們到達(dá)探測(cè)器80和80’之前就會(huì)被準(zhǔn)直儀所吸收掉。
碰撞到NaI(TI)晶體81的伽馬射線(xiàn)會(huì)導(dǎo)致眾所周知的閃爍事件，它釋放一些可被PMT所測(cè)到的可見(jiàn)發(fā)光光子。在本發(fā)明中PMT是按六角型排列的。不過(guò)，PMT的數(shù)目，大小及它們的構(gòu)形可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)變化。在SPECT模式中，使用19個(gè)PMT來(lái)探測(cè)閃爍事件。19PMT管是這樣構(gòu)成一個(gè)最靠近事件的PMT、與之相鄰的緊靠著圍成第一個(gè)圈的六個(gè)PMT以及圍成下一個(gè)圈的12PMT。在PET模式中使用7個(gè)PMT來(lái)探測(cè)閃爍事件。7個(gè)PMT包括最靠近事件的PMT以及與它最相鄰的6個(gè)。
用來(lái)探測(cè)事件的PMT管提供表示被測(cè)光能量的模擬信號(hào)。因此，如果在晶體內(nèi)的點(diǎn)A處發(fā)生了閃爍事件，則距該事件最近的PMT將會(huì)收到最大的光量并且將提供最大振輻的輸出信號(hào)。這些由PMT所記錄的模擬信號(hào)被用于事件定位。在本發(fā)明中，這些模擬信號(hào)是由位于探測(cè)器80和80’內(nèi)的電路進(jìn)行數(shù)字化。在本發(fā)明范圍之內(nèi)所使用的伽馬照相探測(cè)器80和80’是那些在數(shù)字伽馬照相機(jī)中使用的類(lèi)型并且可以是一些眾所周知的并且可購(gòu)買(mǎi)到的設(shè)計(jì)產(chǎn)品，因此針對(duì)這種伽馬探測(cè)器的一些細(xì)節(jié)將不做深層次地討論。1995.9.12發(fā)表的ADACLaboratories的美國(guó)專(zhuān)利No.5449897中介紹了一種數(shù)字伽馬照相機(jī)。
探測(cè)器80和80’是裝在門(mén)型架(gantry)85上的，它可以圍繞一個(gè)放在臺(tái)87的目標(biāo)(患者)1020在不同的軌道(ECT投影)上轉(zhuǎn)動(dòng)該探測(cè)器80和80’(例如，用于ECT操作)。在任一構(gòu)形(180°或90°)中，探測(cè)器對(duì)可以通過(guò)多個(gè)投影角度圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)中心轉(zhuǎn)動(dòng)，這與伽馬照相機(jī)技術(shù)中所周知的一樣。門(mén)型架85和臺(tái)87裝在基座89上。探測(cè)器對(duì)80和80’也可以橫向穿過(guò)臺(tái)87(例如，用于全身掃描操作)或放在患者1020之上用于靜止成像。
在以探測(cè)器80或80’一個(gè)事件探測(cè)時(shí)，信號(hào)1210和1212分別把初始事件探測(cè)觸發(fā)脈沖傳輸給可編程的重合定時(shí)電路(CTC)1050。然后該CTC電路1050根據(jù)操作模式(或者SPECT或PET)分別經(jīng)線(xiàn)1240和1242把產(chǎn)生的有效事件觸發(fā)信號(hào)返回給探測(cè)器80和80’。經(jīng)線(xiàn)1252傳輸?shù)男盘?hào)把操作的適當(dāng)模式(或者SPECT或PET)指示給CTC單元1050。有效事件觸發(fā)信號(hào)1240和1242被探測(cè)器用作啟動(dòng)(或重置)它們的累加(積分)所測(cè)閃爍的能量的累加器(積分器)，并因此被稱(chēng)為“有效事件”觸發(fā)信號(hào)。在PET模式中，直到在探測(cè)器80和80’之間探測(cè)到符合時(shí)才啟動(dòng)積分操作。在SPECT模式中，每個(gè)探測(cè)器在觸發(fā)事件時(shí)開(kāi)始積分，而不考慮重合與否。積分和形心(centroiding)之后，探測(cè)器80和80’分別經(jīng)線(xiàn)1220和1222輸出X、Y和Z值。這些信號(hào)指示坐標(biāo)值X和Y和Z，X和Y表示所測(cè)事件的“位置”，Z表示所測(cè)的能量值。
在使用兩個(gè)以上探測(cè)頭的實(shí)施例中，來(lái)自每個(gè)探測(cè)器的事件探測(cè)信號(hào)被傳給CTC單元1050，然后探測(cè)任意兩個(gè)探測(cè)器反饋的CTC事件探測(cè)信息之間的重合(當(dāng)以PET成像模式時(shí))。在SPECT模式，每個(gè)探測(cè)器按與雙探測(cè)頭系統(tǒng)相似的方式來(lái)記錄非重合的事件信息。
盡管這樣的硬件配置并不是本發(fā)明的實(shí)質(zhì)，硬件包括在每個(gè)探測(cè)器內(nèi)用于把PMT模擬信號(hào)數(shù)字化并輸出X、Y和Z坐標(biāo)值。因此，每個(gè)探測(cè)器80和80’包括預(yù)放和數(shù)字化硬件以及數(shù)字事件處理器。該硬件可以是置于閃爍探測(cè)器80和80’之內(nèi)或者之外。
經(jīng)總線(xiàn)1220和1222傳輸?shù)闹堤峁┹斎虢o通用數(shù)字計(jì)算機(jī)系統(tǒng)即采集計(jì)算機(jī)1055。采集計(jì)算機(jī)1055存儲(chǔ)并修正有關(guān)每個(gè)投影角的每個(gè)所測(cè)的值并隨后把該信息送給具有標(biāo)準(zhǔn)用戶(hù)接口的圖像處理器1060。用戶(hù)接口配置有一個(gè)用于指示所要求的操作模式(例如SPECT或PET)的用戶(hù)輸入裝置。該用戶(hù)輸入裝置也可以設(shè)置在計(jì)算機(jī)1055之內(nèi)。
在圖像處理器1060中，與不同的ECT投影角相關(guān)的事件定位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一個(gè)存儲(chǔ)器裝置內(nèi)。該數(shù)據(jù)用來(lái)產(chǎn)生圖像信息以及計(jì)數(shù)密度信息并且對(duì)于不同的ECT投影角按矩陣的形式收集。圖像矩陣通常以不同ECT角度采集并然后進(jìn)行圖像重建的，以便用斷層掃描重建產(chǎn)生一個(gè)器官的三維圖像(“重建”)。圖像處理器1060也與顯示單元1065相連(它可以包括一個(gè)硬拷貝裝置)以便用照相系統(tǒng)獲取可視圖像。
本發(fā)明提供一種用于在PET成像，也稱(chēng)作重合成像期間提高放射核素分布的分辨率的裝置和方法。本發(fā)明校正以?xún)A斜的角度入射晶體的伽馬射線(xiàn)的晶體內(nèi)的平面位移，一般來(lái)說(shuō)，在SPECT成像中晶體內(nèi)平面位移是相對(duì)地較小，這是因?yàn)闇?zhǔn)直儀只允許具有窄范圍入射角的伽馬射線(xiàn)入射N(xiāo)aI(TI)晶體。另外，使用離散晶體，諸如亞錯(cuò)酸鉍(BGO)的單獨(dú)PET成像系統(tǒng)中也沒(méi)有入射伽馬射線(xiàn)的晶體內(nèi)面位移，其原因是離散晶體的本質(zhì)所致。然而，在一個(gè)構(gòu)成SPECT/PET核照系統(tǒng)中進(jìn)行PET成像時(shí)，可以用NaI(TI)晶體代替BGO晶體，這樣晶體內(nèi)平面位移將引起分辨率下降。因此，當(dāng)一種晶體，如NaI(TI)，用于PET成像時(shí)，校正入射伽馬射線(xiàn)的晶體內(nèi)的平面位移的方法是最有用的。
圖2是與探測(cè)器1112a和1112b相連接的采集計(jì)算機(jī)1050的框圖。采集計(jì)算機(jī)1050負(fù)責(zé)校正由于伽馬射線(xiàn)以?xún)A斜角度入射到晶體而引起的失真。采集計(jì)算機(jī)1050包括用于在采集計(jì)算機(jī)1050內(nèi)互通信息的地址/數(shù)據(jù)總線(xiàn)1100，與總線(xiàn)1100相連接的校正處理器1101用于對(duì)以接近90°角度入射到晶體的伽馬射線(xiàn)的線(xiàn)性校正；與總線(xiàn)1100相連接的分辨率增強(qiáng)器1111用于校正以?xún)A斜角度入射到晶體的伽馬射線(xiàn)的晶體內(nèi)的平面位移；連接到總線(xiàn)1100上的如磁盤(pán)或光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置1104用于存儲(chǔ)圖像信號(hào)以及來(lái)自處理器的指令；連接到總線(xiàn)1100上的顯示裝置1105(它也可以在外部，例如圖1的裝置1065)用于顯示信息給計(jì)算機(jī)用戶(hù)；連接到總線(xiàn)1100上的包含有字母數(shù)字和功能按鍵的字母數(shù)字輸入裝置1106，用于傳輸信息和命令選擇給處理器；連接到總線(xiàn)的光標(biāo)控制裝置1107用于傳輸用戶(hù)輸入信息以及命令選擇給處理器；以及連接到總線(xiàn)1100的高速通信鏈路1108用于與圖像處理器通信。一個(gè)硬拷貝裝置1109(例如，印相機(jī))也可以與總線(xiàn)1100相連接。
與本發(fā)明的采集計(jì)算機(jī)1050使用的圖2的顯示裝置1105(或者圖1的顯示單元1065)可以是液晶裝置。陰極射線(xiàn)管或者其它適合產(chǎn)生圖形圖像以及為用戶(hù)能識(shí)別的字母數(shù)字字符的顯示裝置。光標(biāo)控制裝置1107使計(jì)算機(jī)用戶(hù)能使信號(hào)在顯示裝置1105的顯示屏上的可視符號(hào)(指標(biāo))二維移動(dòng)。光標(biāo)控制裝置的許多工具是本領(lǐng)域中眾所周知的，它包括跟蹤球、手指墊、鼠標(biāo)、控制桿或者在字母數(shù)字輸入裝置1105上的能夠?qū)ξ灰频姆绞交蛘咴O(shè)定方向的移動(dòng)進(jìn)行調(diào)整的一些特別按鍵。鍵盤(pán)1106、光標(biāo)控制裝置1107、顯示裝置1105以硬拷貝裝置1109構(gòu)成了圖像處理器1060有關(guān)的用戶(hù)接口。
當(dāng)按PET模式進(jìn)行操作時(shí)，坐標(biāo)值X和Y以及能量信息Z是在重合窗內(nèi)由每個(gè)檢測(cè)器1112a和1112b產(chǎn)生。由閃爍探測(cè)器1112a和1112b所測(cè)出的X和Y坐標(biāo)是與晶體內(nèi)發(fā)生閃爍事件的點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的。X坐標(biāo)對(duì)應(yīng)于閃爍事件沿晶體的視場(chǎng)橫向軸的位置，Y坐標(biāo)對(duì)應(yīng)于閃爍事件沿晶體的視場(chǎng)軸的位置。圖3給出了相對(duì)于已經(jīng)注入放射核素的病人310并正從他的一個(gè)器官輻射出伽馬射線(xiàn)的探測(cè)器1112a和1112b的橫向軸以及軸向視場(chǎng)的示意圖。矩形310表示一個(gè)探測(cè)器1112a或1112b的視場(chǎng)。按照?qǐng)D3，晶體的軸向視場(chǎng)是用箭頭320表示并且是從上至下貫穿病人取向的，并且橫向軸視圖是用箭頭330表示的而且是從左至右貫穿病人取向的。盡管圖3中探測(cè)器1112a和1112b具有一個(gè)矩形視場(chǎng)，但本發(fā)明并不局限于具有矩形表面區(qū)的探測(cè)器。
兩個(gè)被檢測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)值X和Y是由探測(cè)器1112a及1112b測(cè)位的并經(jīng)線(xiàn)1000a和1000b分別輸出給采集計(jì)算機(jī)1055。校正處理器1101，分辨率增強(qiáng)器1111以及Com裝置1108都包括在采集計(jì)算機(jī)1055之內(nèi)。根據(jù)這對(duì)坐標(biāo)值X和Y，采集計(jì)算機(jī)1055計(jì)算出入射的伽馬射線(xiàn)的軸向以及橫向軸入射角。正電子相互作用(或閃爍事件)的位置是位于沿著連接兩個(gè)被檢測(cè)點(diǎn)的連線(xiàn)上的。在事件中由于存在晶體內(nèi)的平面位移，由閃爍探測(cè)器1112a和1112b所測(cè)定的X和Y坐標(biāo)并不準(zhǔn)確表示伽馬射線(xiàn)射到晶體的實(shí)際交點(diǎn)。此外，如果源點(diǎn)(即，器官之內(nèi)的發(fā)射放射線(xiàn)位置)不是在沿著相隔180°取向的探測(cè)器1112a和1112b之間的中心線(xiàn)上，則當(dāng)重新構(gòu)圖像時(shí)，晶體內(nèi)的平面位移會(huì)引起源點(diǎn)的失真或模糊。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，由探測(cè)器1112a和1112b所測(cè)定的坐標(biāo)值X和Y是經(jīng)線(xiàn)1000a和1000b輸出給校正處理器1101。校正處理器1101修正坐標(biāo)值X和Y以提高準(zhǔn)直儀分辨率和固有分辨率。當(dāng)使用準(zhǔn)直儀，例如在SPECT成象時(shí)，由于存在伽馬射線(xiàn)穿過(guò)準(zhǔn)直儀孔所引起的一定程度的失真(或模糊)。因此準(zhǔn)直儀孔的直徑必須相對(duì)大(以獲得較好的準(zhǔn)直儀效率)，存在著至少與孔直徑一樣大的數(shù)值的圖像模糊。另外，固有分辨率，即在多個(gè)光電倍增器管中間發(fā)光光子的分布中的統(tǒng)計(jì)變化，產(chǎn)生射到晶體上的伽馬射線(xiàn)的一定程度的失真。因此，校正處理器1101修正坐標(biāo)值X和Y并通過(guò)總線(xiàn)1100輸出新的坐標(biāo)值X’和Y’。然后坐標(biāo)值X’和Y’被分辨率增強(qiáng)器1111修正以對(duì)入射伽馬射線(xiàn)的晶體內(nèi)的平面位移進(jìn)行校正。如上所述，當(dāng)多個(gè)伽馬射線(xiàn)的入射角以一個(gè)傾斜的角度交會(huì)晶體，例如NaI(TI)時(shí)，就發(fā)生晶體內(nèi)的平面位移。因此，本發(fā)明尤其適合完成PET和SPECT兩種成像的核照相系統(tǒng)中的PET成像。
分辨率增強(qiáng)器1111是一種用于PET成像的計(jì)算晶體內(nèi)的平面位移的處理器。按照?qǐng)D6，分辨率增強(qiáng)器可以是由中央處理單元(CPU)61和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)62構(gòu)成的一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)60。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，CPU60工作在100MHz的一個(gè)PentiumTM處理器。CPU60是與總線(xiàn)63相連接，用于執(zhí)行指令和處理信息的，而且RAM62是與總線(xiàn)63相連接用于為CPU60存儲(chǔ)信息和指令的。
RAM62存儲(chǔ)由每個(gè)探測(cè)器1112a和1112b所測(cè)定的每個(gè)閃爍事件的坐標(biāo)值X’和Y’。則坐標(biāo)值X’和Y’可以是與由一個(gè)探測(cè)器1112a或1112b所記錄的坐標(biāo)值X和Y相同的值，或者坐標(biāo)值X’和Y’也可以是坐標(biāo)值X和Y的修正值。CPU60產(chǎn)生對(duì)于X’和Y’坐標(biāo)值的晶體內(nèi)的平面位移值ΔX和ΔY。對(duì)于在重合成像中所包含的每個(gè)正電子-電子相互作用產(chǎn)生一對(duì)晶體內(nèi)的平面位移值ΔX和ΔY。因此，ΔX是相應(yīng)于晶體的向軸視場(chǎng)的入射伽馬射線(xiàn)的位移值，ΔY是相應(yīng)于晶體的橫軸向視場(chǎng)的入射伽馬射線(xiàn)的位移值。一旦位移值ΔX和ΔY被計(jì)算出，這些值5坐標(biāo)值X’和Y’結(jié)合在一起。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，由于把位移值ΔX和ΔY與坐標(biāo)值X’和Y’相加，所以輸出校正了的坐標(biāo)值(X’+ΔX)和(Y’+ΔY)給圖像處理器。
當(dāng)伽馬射線(xiàn)的入射角增加，這種類(lèi)型的校正就變得非常重要，這是因?yàn)榫w內(nèi)的平面位移是隨著入射角增加而增加。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，橫向軸視場(chǎng)比軸向視場(chǎng)大，因此，大多數(shù)可察覺(jué)的晶體內(nèi)面位移是沿著橫向軸視場(chǎng)發(fā)生的。本發(fā)明可應(yīng)用于兩種視場(chǎng)。
圖4給出晶體410和412隔開(kāi)180°取向的縱剖圖并用來(lái)圖示地說(shuō)明相對(duì)于點(diǎn)401處由正電子和電子的湮滅所產(chǎn)生的一對(duì)伽馬射線(xiàn)的晶體內(nèi)的平面位移。線(xiàn)420表示晶體410和412的軸向視場(chǎng)或橫向軸視場(chǎng)的任一個(gè)。線(xiàn)430表示晶體410以及412的深度或厚度T，并且線(xiàn)440表示晶體410和412之間的距離D。正電子-電子相互作用點(diǎn)(即稱(chēng)為源點(diǎn))是位于沿中線(xiàn)上的點(diǎn)401。由正電子-電子相互作用發(fā)射的兩條伽馬射線(xiàn)是沿作用線(xiàn)402的近似相反的兩個(gè)方向產(chǎn)生的。一個(gè)射出的伽馬射線(xiàn)與晶體410相交于點(diǎn)403并在點(diǎn)404a處產(chǎn)生閃爍事件。發(fā)射出的第二伽馬射線(xiàn)與晶體412相交于點(diǎn)403b并在點(diǎn)404b處產(chǎn)生閃爍事件。點(diǎn)403a、403b、404a以及404b都位于沿點(diǎn)401處發(fā)生的正電子-電子相互作用的作用線(xiàn)402上。α是分別與晶體410和412相交于點(diǎn)403a、403b處的一對(duì)伽馬射線(xiàn)的入射角。
當(dāng)在點(diǎn)401處發(fā)生正電子-電子相互作用時(shí)，進(jìn)入晶體410的實(shí)際點(diǎn)是在403a處，然而位于晶體410后面的探測(cè)器確定的進(jìn)入點(diǎn)作為相對(duì)于視場(chǎng)420是點(diǎn)404a處發(fā)生。因此，在進(jìn)入晶體410的實(shí)際進(jìn)入點(diǎn)403a與通過(guò)探測(cè)器所定位的入射伽馬射線(xiàn)的點(diǎn)之間存在著沿視場(chǎng)420方向的位移(Δ1)。此外，進(jìn)入晶體412的實(shí)際進(jìn)入點(diǎn)是在403b處，但探測(cè)器測(cè)定的進(jìn)入點(diǎn)為發(fā)生在沿視野420方向上的404b處。因此，Δ2是在進(jìn)入晶體412的實(shí)際進(jìn)入點(diǎn)403b與通過(guò)探測(cè)器所測(cè)定的點(diǎn)404b之間的位移。換句話(huà)說(shuō)，Δ1是點(diǎn)403a與405a之間的距離而Δ2是點(diǎn)403b與405b之間的位移。由于所測(cè)定的位置(404a和404b)表示位移了某一距離Δ1和Δ2的實(shí)際進(jìn)入點(diǎn)，因此Δ1和Δ2也就稱(chēng)作晶體內(nèi)的平面位移值。
計(jì)算晶體內(nèi)的平面位移并校正所測(cè)定的坐標(biāo)值X和Y，以便考慮到位移，以便增強(qiáng)放射核素分布的圖像的分辨率。源點(diǎn)401是沿中心線(xiàn)定位因此晶體內(nèi)的平面位移Δ1和Δ2是近似地相等并且探測(cè)器定位由在點(diǎn)405a和405b的晶體發(fā)出的伽馬射線(xiàn)的交會(huì)點(diǎn)。如果一條線(xiàn)是從點(diǎn)405a向下至點(diǎn)405b，則該線(xiàn)將會(huì)穿過(guò)源點(diǎn)401，這就是說(shuō)點(diǎn)源的位置可以是沿視場(chǎng)420方向從源點(diǎn)的已定位的值來(lái)確定。然而，這種類(lèi)型的校正是最適合于當(dāng)源點(diǎn)是沿作用線(xiàn)402上定位而不是在晶體410和412的中間(即，中心線(xiàn))情況定位。當(dāng)源點(diǎn)406是沿作用線(xiàn)402上的某個(gè)距離r離開(kāi)中心線(xiàn)定位時(shí)，因此，探測(cè)器沿視場(chǎng)420方向也將能察覺(jué)伽馬射線(xiàn)是在點(diǎn)405a和405b處射到晶體的。當(dāng)線(xiàn)是從405a向下至405b時(shí)，該線(xiàn)407并不相交于源點(diǎn)406，因此，不能準(zhǔn)確地測(cè)定出源點(diǎn)406的位置并且降低了源點(diǎn)的分辨率。因?yàn)榻档土嗽袋c(diǎn)的分辨率，源點(diǎn)的重現(xiàn)圖像也變得模糊了。
對(duì)于按重合檢測(cè)的每個(gè)閃爍事件所產(chǎn)生晶體內(nèi)的平面位移，可以提高每個(gè)源點(diǎn)的分辨率從而提高重現(xiàn)圖像的整體質(zhì)量。圖5圖示地說(shuō)明源點(diǎn)的分辨率，頻率分布曲線(xiàn)50表示在點(diǎn)51處具有一個(gè)平均值的源點(diǎn)的投影放射曲線(xiàn)。在一半最大值處的整個(gè)寬度FWHM是在兩個(gè)點(diǎn)52a和52b間測(cè)量，它表示在該位置的密度是平均值的一半。分辨率源點(diǎn)定義成從發(fā)射的源點(diǎn)投影到探測(cè)器上的放射曲線(xiàn)的FWHM。因此，當(dāng)FWHM增加時(shí)，分辨率出現(xiàn)下降導(dǎo)致源點(diǎn)的更大失真。通過(guò)對(duì)晶體內(nèi)的平面位移的校正，F(xiàn)WHM下降，分辨率將提高。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，CPU60在PET成像期間以下面的方式產(chǎn)生位移值Δ。位移值Δ表示為沿探測(cè)器410或412的橫向軸視場(chǎng)或軸向視場(chǎng)方向上的晶體內(nèi)的平面位移。為便于說(shuō)明，位移值Δ是沿晶體412的橫向軸視場(chǎng)方向測(cè)量，并因此把它稱(chēng)作位移值ΔX。
返回來(lái)參考圖4，ΔX是相對(duì)于源點(diǎn)406計(jì)算的。正電子與正常的電子在源點(diǎn)406處生發(fā)湮滅，它沿線(xiàn)402以相反的方向發(fā)射兩個(gè)510-KeV光子。只有那些同時(shí)地，或在很短時(shí)間間隔內(nèi)被測(cè)到的成對(duì)事件，才能由相互以180°取向的探測(cè)器410和412所記錄。伽馬射線(xiàn)進(jìn)入晶體412的實(shí)際進(jìn)入點(diǎn)是在403b，然而，探測(cè)器是以定位點(diǎn)404b作為進(jìn)入的實(shí)際點(diǎn)。另外，伽馬射線(xiàn)進(jìn)入晶體410的實(shí)際進(jìn)入點(diǎn)是在403a。然而，探測(cè)器是以定位點(diǎn)404a作為進(jìn)入的實(shí)際點(diǎn)。因此，在探測(cè)器看來(lái)源點(diǎn)406必須是在沿從405b至405a所畫(huà)出的作用線(xiàn)407上定位。晶體410和412間的距離D是由線(xiàn)440表示，點(diǎn)405a和405b間的距離C是由線(xiàn)450表示。以作用線(xiàn)407為基礎(chǔ)，距離D和距離C，角度φ是相對(duì)晶體平面410和412計(jì)算。入射角φ可以從下式計(jì)算，
。然而，沿作用線(xiàn)402輻射的伽馬射線(xiàn)的入射角等于α，入射角φ與入射角α的估算足夠接近因而可以被使用在位移值ΔX的計(jì)算中。
一旦計(jì)算出了角φ，圖7中的多數(shù)L和DOI也可以被計(jì)算出。圖7表示晶體412的剖面，該剖面包含與伽馬射線(xiàn)相交的前表面70a和位于PMT的前面的后表面70b。L表示伽馬射線(xiàn)沿作用線(xiàn)402進(jìn)入晶體412的晶面的距離并且它是403b和415間的距離。L可以通過(guò)下式計(jì)算出
，其中T是晶體412的厚度。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，T是3/8英寸。DOI是相互作用的平均深度并表示在晶體內(nèi)的位置409，該位置是伽馬射線(xiàn)與晶體412最有可能發(fā)生作用(或者產(chǎn)生閃爍事件)的位置。線(xiàn)是從點(diǎn)409垂直于晶面70a投影的，這就是說(shuō)，DOI是點(diǎn)408與點(diǎn)409間的距離。5盡管在晶體412內(nèi)的閃爍事件最有可能發(fā)生在點(diǎn)409，但閃爍事件也可能不是真正地在點(diǎn)409處發(fā)生。DOI是有關(guān)511KeV伽馬射線(xiàn)穿過(guò)NaI(TI)晶體的衰減A(X)、晶體NaI(TI)的密度ρ以及在晶體NaI(TI)的511KeV的質(zhì)量衰減系數(shù)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，μm＝0.0921cm2/gm，ρ＝3.67gm/cm3和
。DOI可以從下式計(jì)算
一旦DOI和L被計(jì)算出來(lái)，晶體內(nèi)平面位移ΔX可以從下式確定，ΔX＝DOI(θ)*COT(θ)。
一旦位移值ΔX和ΔY被計(jì)算出來(lái)，這些值就與坐標(biāo)X’和Y’結(jié)合在一起。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，位移值ΔX和ΔY加到坐標(biāo)值X’和Y’，再把已較正了的坐標(biāo)值(X’+ΔX)和(Y’+ΔY)輸出給圖像處理器。
在PET成像時(shí)，應(yīng)檢測(cè)所輻射的成對(duì)伽馬射線(xiàn)的入射角，如果它們相交于晶體，則它們?cè)谳S向或橫軸視場(chǎng)內(nèi)的任何地方都是重合的。換句話(huà)說(shuō)，在PET成像中的伽馬射線(xiàn)的入射角是由晶體410和412的視場(chǎng)限制。另外，晶體內(nèi)的平面位移越大，分辨率上的降低也就越多。在SPECT成像中，入射角由于準(zhǔn)直儀的緣故所以被限制在非常窄的范圍(幾乎90°)內(nèi)，發(fā)生在晶體內(nèi)的平面位移很小。因此，使用離散晶體諸如鍺酸鉍(BGO)的獨(dú)立PET成像系統(tǒng)，由于離散晶體的特性而不會(huì)有晶體內(nèi)的平面位移。因此，本發(fā)明的這種分辨率增強(qiáng)裝置和方法最適合于SPECT和PET綜合系統(tǒng)中的PET成像，此綜合系統(tǒng)可以使用諸如摻入鉈的碘化鈉晶體NaI(TI)。
權(quán)利要求
1.一種用于在正電子發(fā)射斷層掃描中提高圖像分辨率的方法，包括一個(gè)晶體，用于與伽馬射線(xiàn)相互作用而產(chǎn)生閃爍事件，所述伽馬射線(xiàn)具有由所述晶體的視場(chǎng)所限制的角度范圍內(nèi)的一個(gè)入射角；一個(gè)探測(cè)器，它與所述晶體相連接，所述探測(cè)器定位所述閃爍事件的坐標(biāo)值；一個(gè)分辨率增強(qiáng)器，它與所述探測(cè)器相連接，所述分辨率增強(qiáng)器產(chǎn)生對(duì)所述坐標(biāo)值在晶體內(nèi)的平面位移校正的校正值，所述分辨率增強(qiáng)器進(jìn)一步把所述校正值與所述坐標(biāo)值相加以確定所述伽馬射線(xiàn)進(jìn)入所述晶體的實(shí)際進(jìn)入點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述閃爍事件的所述坐標(biāo)值具有一個(gè)X坐標(biāo)值和一個(gè)Y坐標(biāo)值，所述X坐標(biāo)是沿所述晶體的橫向軸視場(chǎng)定位，所述Y坐標(biāo)是沿所述晶體的軸向視場(chǎng)定位。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，所述坐標(biāo)值包括一個(gè)ΔX值和一個(gè)ΔY值，其中所述ΔX是沿所述晶體的橫向軸視場(chǎng)上所述伽馬射線(xiàn)進(jìn)入所述晶體的所述實(shí)際進(jìn)入點(diǎn)與一個(gè)轉(zhuǎn)變點(diǎn)間的距離，其中所述ΔY沿所述晶體的軸向視場(chǎng)上所述伽馬射線(xiàn)進(jìn)入所述晶體的所述實(shí)際進(jìn)入點(diǎn)與所述轉(zhuǎn)變點(diǎn)間的距離，其中所述轉(zhuǎn)變點(diǎn)是在所述晶體內(nèi)伽馬射線(xiàn)最有可能轉(zhuǎn)變成光脈沖的點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的裝置，其中所述校正值的所述ΔX和所述ΔY取決于所述伽馬射線(xiàn)的入射角和所述伽馬射線(xiàn)的能量等級(jí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述晶體包括摻入鉈的碘化鈉結(jié)晶NaI(TI)。
6.一種用于在重合成像時(shí)提高分辨率的裝置，包括第一探測(cè)器和第二探測(cè)器，用于同時(shí)檢測(cè)一對(duì)從源點(diǎn)產(chǎn)生的并隔開(kāi)180°發(fā)射的伽馬射線(xiàn)，其中所述第一探測(cè)器產(chǎn)生一個(gè)第一地址信號(hào)，所述第二探測(cè)器產(chǎn)生一個(gè)第二地址信號(hào)。一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它與第一探測(cè)器和第二探測(cè)器相連接，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分別接收來(lái)自第一探測(cè)器的第一地址信號(hào)以及來(lái)自第二探測(cè)器的第二地址信號(hào)，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還分別產(chǎn)生第一校正值和第二校正值以分別校正所述第一地址信號(hào)和第二地址信號(hào)的晶體內(nèi)的平面位移，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸出一個(gè)被校正的第一地址信號(hào)和一個(gè)被校正的第二地址信號(hào)用于圖像處理和圖像重建。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述第一地址信號(hào)包括第一X值和第一Y值，所述第二地址信號(hào)包括第二X值和第二Y值，所述第一X值沿所述第一探測(cè)器的橫向軸視場(chǎng)上定位，所述第二X值沿所述第二探測(cè)器的橫向軸視場(chǎng)上定位，所述第一Y值是沿所述第一探測(cè)器的軸向視場(chǎng)上定位，所述第二Y值沿所述第二探測(cè)器的軸向視場(chǎng)上定位。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述第一校正值包括一個(gè)X分量和一個(gè)Y分量，以便使所述X分量加到所述第一信號(hào)的所述第一X值上，所述Y分量加到所述第一信號(hào)的所述第一Y值上，所述第二校正值包括一個(gè)X分量和一個(gè)Y分量，所述X分量加到所述第二信號(hào)的所述第二X值上，所述Y分量加到所述第二信號(hào)的所述第二Y值上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，所述第一校正值的所述X分量和所述第二校正值的所述X分量取決于所述伽馬射線(xiàn)對(duì)的能量等級(jí)以及所述伽馬射線(xiàn)對(duì)分別沿所述第一探測(cè)器和所述第二探測(cè)器的所述橫向軸視場(chǎng)的所述入射角，所述第一校正值的所述Y分量和所述第二校正值的所述Y分量分別取決于所述伽馬射線(xiàn)對(duì)的能量等級(jí)以及所述伽馬射線(xiàn)對(duì)沿所述第一探測(cè)器和所述第二探測(cè)器的所述軸向視場(chǎng)的所述入射角。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述晶體包括摻入鉈的碘化鈉結(jié)晶NaI(TI)。
11.一種核照相系統(tǒng)，包括一對(duì)晶體，它被放置從而與由一個(gè)源產(chǎn)生的多個(gè)伽馬射線(xiàn)相互作用，其中所述伽馬射線(xiàn)并不穿過(guò)一個(gè)準(zhǔn)直儀。一對(duì)探測(cè)器，所述探測(cè)器的每一個(gè)與所述晶體對(duì)的一個(gè)相連接，所述探測(cè)器響應(yīng)在一個(gè)相互作用期間內(nèi)從一個(gè)所述晶體發(fā)射的多個(gè)光子并記錄所述相互作用的坐標(biāo)值。一個(gè)處理器，它與所述探測(cè)器對(duì)相連接以接收來(lái)自每個(gè)所述探測(cè)器的坐標(biāo)值，響應(yīng)來(lái)自每個(gè)所述探測(cè)器的所述坐標(biāo)值，所述處理器校正由于晶體內(nèi)的平面位移所引起的分辨率失真并輸出用于圖像處理和再現(xiàn)的新坐標(biāo)值。
12.按照權(quán)利要求11所述的核照相系統(tǒng)，其中所述晶體對(duì)的每一個(gè)是一層摻有鉈的碘化鈉NaI(TI)。
13.按照權(quán)利要求12所述的核照相系統(tǒng)，其中所述處理器通過(guò)產(chǎn)生對(duì)每個(gè)坐標(biāo)值的校正值，然后把所述校正值加到所述坐標(biāo)值上來(lái)校正分辨率失真。
14.按照權(quán)利要求13所述的核照相系統(tǒng)，其中由所述處理器所產(chǎn)生的所述校正值是一個(gè)入射角和一個(gè)所述多個(gè)伽馬射線(xiàn)之一的能量等級(jí)、所述晶體對(duì)的多個(gè)參數(shù)、以及所述晶體對(duì)之間距離的一個(gè)函數(shù)。
15.按照權(quán)利要求14所述的核照相系統(tǒng)，其中所述晶體對(duì)的所述多個(gè)參數(shù)包括每個(gè)所述晶體的厚度；每個(gè)所述晶體的質(zhì)量衰減系數(shù)；每個(gè)所述晶體的密度；作為所述多個(gè)伽馬射線(xiàn)穿越每一個(gè)所述晶體的移動(dòng)的函數(shù)的衰減；以及每個(gè)所述晶體的軸向視場(chǎng)和橫向軸視場(chǎng)。
16.一種在能夠重合成像的核照相系統(tǒng)中增強(qiáng)分辨率的方法，包括以下步驟(a)接收伽馬射線(xiàn)，該射線(xiàn)具有由晶體的視場(chǎng)所限制的角度范圍之內(nèi)的入射角；(b)探測(cè)一個(gè)閃爍事件；(c)對(duì)所述閃爍事件的一個(gè)坐標(biāo)值進(jìn)行定位；(d)產(chǎn)生一個(gè)校正值以校正所述坐標(biāo)值的一個(gè)晶體內(nèi)的平面位移；以及(e)把所述校正值與所述坐標(biāo)值進(jìn)行合并以確定所述伽馬射線(xiàn)進(jìn)入所述晶體的一個(gè)實(shí)際進(jìn)入點(diǎn)。
17.按照權(quán)利要求16所述的方法，其中定位步驟(C)包括如下步驟(i)沿所述晶體的一個(gè)橫向軸視場(chǎng)定位一個(gè)X坐標(biāo)；(ii)沿所述晶體的一個(gè)軸向視場(chǎng)定位一個(gè)Y坐標(biāo)。
18.按照權(quán)利要求16所述的方法，其中產(chǎn)生步驟(d)包括如下步驟(i)產(chǎn)生一個(gè)ΔX值，它是沿所述晶體的橫向軸視場(chǎng)在所述伽馬射線(xiàn)進(jìn)入所述晶體的所述實(shí)際進(jìn)入點(diǎn)與一個(gè)轉(zhuǎn)變點(diǎn)之間的距離，所述轉(zhuǎn)變點(diǎn)是在所述晶體內(nèi)所述伽馬射線(xiàn)最有可能轉(zhuǎn)變成光脈沖的點(diǎn)；(ii)產(chǎn)生一個(gè)ΔY值，它是沿所述晶體的軸向視場(chǎng)在所述伽馬射線(xiàn)進(jìn)入所述晶體的所述實(shí)際進(jìn)入點(diǎn)與所述轉(zhuǎn)變點(diǎn)之間的距離。
19.按照權(quán)利要求18所述的方法，其中產(chǎn)生一個(gè)ΔX的步驟(i)進(jìn)一步包括以下步驟(i)沿所述晶體的所述橫向軸視場(chǎng)測(cè)量所述伽馬射線(xiàn)的所述入射角；(ii)確定所述伽馬射線(xiàn)和所述晶體投射到垂直于所述晶體的平面相互作用的一個(gè)平均深度；(iii)產(chǎn)生取決于所述相互作用的所述平均深度以及所述伽馬射線(xiàn)的所述入射角的所述ΔX值。
20.按照權(quán)利要求18所述的方法，其中產(chǎn)生一個(gè)ΔY的步驟(i)進(jìn)一步包括如下步驟(i)沿所述晶體的所述軸向視場(chǎng)測(cè)量所述伽馬射線(xiàn)的所述入射角；(ii)確定所述伽馬射線(xiàn)和所述晶體投射到垂直于所述晶體的平面相互作用一個(gè)平均深度；(iii)產(chǎn)生由所述相互作用的所述平均深度以及所述伽馬射線(xiàn)的所述入射角所決定的所述ΔY值。
21.一種核照相系統(tǒng)，包括用于與伽馬射線(xiàn)相互作用的晶體裝置，所述的伽馬射線(xiàn)具有由所述晶體裝置的視場(chǎng)所限制的角度范圍之內(nèi)的入射角；探檢器裝置，用于探測(cè)在所述晶體裝置內(nèi)的閃爍事件并定位所述閃爍事件的坐標(biāo)值；和校正裝置，用于產(chǎn)生一個(gè)校正值以校正所述坐標(biāo)值的在晶體內(nèi)的平面位移，并把所述校正值與所述坐標(biāo)值進(jìn)行相加，以確定所述伽馬射線(xiàn)進(jìn)入所述晶體裝置的一個(gè)實(shí)際進(jìn)入點(diǎn)。
22.按照權(quán)利要求21所述的核照相系統(tǒng)，其中所述探測(cè)器裝置定位一個(gè)坐標(biāo)值，它具有沿所述晶體裝置的一個(gè)橫向軸視場(chǎng)的X坐標(biāo)值和沿所述晶體裝置的一個(gè)軸向視場(chǎng)的Y坐標(biāo)值。
23.按照權(quán)利要求21所述的核照相系統(tǒng)，其中所述校正裝置產(chǎn)生一個(gè)ΔX值，它是沿所述晶體裝置的一個(gè)橫向軸視場(chǎng)在所述伽馬射線(xiàn)進(jìn)入所述晶體裝置的所述實(shí)際進(jìn)入點(diǎn)與一個(gè)轉(zhuǎn)變點(diǎn)之間的距離，所述轉(zhuǎn)變點(diǎn)是在所述晶體裝置中所述伽馬射線(xiàn)最有可能轉(zhuǎn)變成光脈沖的點(diǎn)，其中所述校正裝置產(chǎn)生一個(gè)ΔY值，它是沿所述晶體裝置的一個(gè)軸向視場(chǎng)在所述伽馬射線(xiàn)進(jìn)入所述晶體裝置的所述實(shí)際進(jìn)入點(diǎn)與所述轉(zhuǎn)變點(diǎn)之間的距離。
24.按照權(quán)利要求23所述的核照像系統(tǒng)，其中所述產(chǎn)生裝置通過(guò)測(cè)量沿所述晶體裝置的所述橫向軸視場(chǎng)的所述伽馬射線(xiàn)的入射角并通過(guò)確定所述伽馬射線(xiàn)和所述的晶體裝置投影一個(gè)垂直于所述晶體裝置的平面之間相互作用的一個(gè)平均深度來(lái)產(chǎn)生一個(gè)ΔX值，其中所述產(chǎn)生裝置通過(guò)對(duì)沿所述晶體裝置的所述軸向視場(chǎng)的所述伽馬射線(xiàn)的所述入射角進(jìn)行測(cè)量并通過(guò)確定所述伽馬射線(xiàn)和所述晶體裝置投影到垂直于所述晶體裝置的平面之間相互作用的一個(gè)平均深度來(lái)產(chǎn)生一個(gè)ΔY值。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種在核照相系統(tǒng)中用于增強(qiáng)發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層掃描的分辨率的裝置和方法,它構(gòu)成能實(shí)現(xiàn)正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描和單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描兩種成像。該裝置包括一個(gè)晶體(81),該晶體與伽馬射線(xiàn)相交以在晶體(81)的表面以?xún)?nèi)產(chǎn)生閃爍事件;入射到晶體(81)的伽馬射線(xiàn)具有由晶體(81)的視場(chǎng)所限制的入射角;位于晶體(81)之后的是探測(cè)器(80),該探測(cè)器響應(yīng)于每個(gè)閃爍事件所釋放的發(fā)光光子并定位每個(gè)閃爍事件的坐標(biāo)值;與探測(cè)器(80)相連的是分辨率增強(qiáng)器,該增強(qiáng)器產(chǎn)生用于由探測(cè)器(80)所定位的每個(gè)坐標(biāo)值的一個(gè)晶體內(nèi)的平面位移的校正值。然后把該晶體內(nèi)的平面位移校正值與該坐標(biāo)值相結(jié)合以便計(jì)算出該伽馬射線(xiàn)進(jìn)入晶體的實(shí)際進(jìn)入點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01T1/202GK1203668SQ96198758
公開(kāi)日1998年12月30日 申請(qǐng)日期1996年10月11日 優(yōu)先權(quán)日1995年10月12日
發(fā)明者P·內(nèi)勒曼, H·貝特森, H·希內(nèi)斯 申請(qǐng)人:阿達(dá)克實(shí)驗(yàn)室