Недорогостоящая конструкция цифрового пэт (позитронного эмиссионного томографа)
Группа изобретений относится к визуализации в эмиссионном излучении. Сущность изобретений заключается в том, что сокращенная конструктивная схема кристаллов включает в себя заполненные кристаллические ячейки и пустые кристаллические ячейки. Процессор учитывает пустые кристаллические ячейки посредством выбора окон, которые включают в себя ближайшие соседние заполненные кристаллические ячейки. Ближайшие соседние заполненные кристаллические ячейки включают в себя данные сцинтилляционных актов, которые усредняются процессором и присваиваются пустой кристаллической ячейке. Используется среднее значение, взвешенное на основании расстояния или интенсивности сцинтилляционных актов. Технический результат – повышение качества изображения, получаемого при радионуклидной визуализации. 2 н. 13 з.п. ф-лы, 3 ил.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Нижеописанное изобретение относится, в общем, к визуализации в эмиссионном излучении. Оно находит применение, в частности, в связи с позитронной эмиссионной томографией (ПЭТ) и будет описано с конкретной ссылкой на нее. Цифровой ПЭТ-сканер обладает несколькими преимуществами с точки зрения качества изображения, однако конструирование цифрового ПЭТ-сканера стоит дорого. Например, в одной конструкции имеется более 30,000 кристаллов для создания наглядного ПЭТ-сканера.
Стоимость кристаллов составляет существенную часть суммарной стоимости ПЭТ-системы, и уменьшение стоимости кристаллов сделает ПЭТ-сканеры более доступными для менее богатых медицинских учреждений, например, учреждений в развивающихся странах. Однако, поскольку каждый кристалл соответствует пикселю детектора, то уменьшение числа кристаллов приводит к соответствующему снижению разрешения ПЭТ-детектора и, следовательно, соответствующему снижению разрешения изображения.
Заявка US 2013/016805 A1 раскрывает способ и систему сбора данных и/или обработки изображений для сбора и/или обработки данных разреженных каналов. Разреженный канал реализуется в системе сбора данных, содержащий предварительно заданный, более широкий шаг между соседними детекторными ячейками, чем шаг в существующих системах визуализации, по меньшей мере, в одном предварительно заданном направлении канала. Понятие разреженного канала, по определению, охватывает различные способы визуализации, в том числе, КТ (компьютерную томографию), позитронную эмиссионную томографию (ПЭТ) и позитронную эмиссионную томографию, совмещенную с компьютерной томографией (ПЭТ/КТ). Данные разреженных каналов собираются системой сбора данных в разреженных каналах, и изображение реконструируется из данных разреженных каналов в соответствии с предварительно заданным итерационным методом реконструкции.
Заявка JP 2002-197450 A раскрывает надежные устройство и способ визуализации с сокращением времени вычисления для коррекции и повышения точности коррекции с тем, чтобы корректировать пиксельную информацию, относящуюся к дефектным пикселям, когда имеются дефектные пиксели. Установка снабжена средством коррекции для коррекции и выдачи пиксельной информации, соответствующей положению дефектных пикселей в отношении полученной информации изображения, когда в предварительно заданных пикселях присутствуют функциональные дефекты. Средство корректирует пиксельную информацию разными способами коррекции в соответствии с первым случаем, в котором дефектные пиксели соответственно изолированы, и со вторым случаем, в котором множество дефектных пикселей связано друг с другом внутри устройства визуализации.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ниже предлагаются новые и усовершенствованные система и способ, которые устраняют приведенные и другие проблемы.
В соответствии с одним аспектом, система радионуклидной визуализации содержит детектор излучения, содержащий регулярную матрицу пиксельных ячеек детектора и включающий в себя: элементы детектора излучения, занимающие некоторые из пиксельных ячеек детектора регулярной матрицы, и незанятые пиксельные ячейки детектора регулярной матрицы, которые не заняты элементами детектора излучения. Система дополнительно включает в себя один или более процессоров, выполненных с возможностью обработки данных актов излучения, собранных от субъекта с использованием детектора излучения, чтобы формировать реконструированное изображение субъекта посредством операций, включающих в себя: оценку данных актов излучения для незанятых пиксельных ячеек детектора на основании данных актов излучения, собранных от субъекта элементами детектора излучения, занимающими пиксельные ячейки детектора регулярной матрицы, которые расположены рядом с незанятыми пиксельными ячейками детектора; и реконструкцию набора данных, включающего в себя как данные актов излучения, собранные от субъекта с использованием детектора излучения, так и оценочные данные актов излучения для незанятых пиксельных ячеек детектора, чтобы формировать реконструированное изображение субъекта.
В соответствии с другим аспектом, способ визуализации содержит: этап сбора из системы радионуклидной визуализации, раскрытой в настоящей заявке, данных актов излучения от субъекта в области визуализации с использованием, по меньшей мере, одного кристаллического модуля, расположенного вокруг области визуализации, при этом модуль содержит сцинтиллирующие кристаллы, образующие регулярную матрицу пикселей детектора с некоторыми отсутствующими пикселями детектора; этап оценки данных актов излучения для незанятых пиксельных ячеек детектора на основании данных актов излучения, собранных от субъекта элементами (22) детектора излучения, занимающими пиксельные ячейки детектора в регулярной матрице, которые соседствуют с незанятыми пиксельными ячейками детектора; и этап реконструкции набора данных, включающего в себя как данные актов излучения, собранные от субъекта с использованием детектора излучения, так и оценочных данных актов излучения для незанятых пиксельных ячеек детектора, чтобы сформировать реконструированное изображение субъекта.
Одно преимущество состоит в сокращении стоимости системы визуализации.
Другое преимущество состоит в ограничении снижения качества изображения.
Дополнительные преимущества настоящего изобретения будут очевидны специалистам со средним уровнем компетентности в данной области техники после прочтения и изучения нижеследующего подробного описания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Настоящее заявка может быть реализована в форме различных компонентов и расположениях компонентов и в различных этапах и расположениях этапов. Чертежи предназначены только для иллюстрации предпочтительных вариантов осуществления и не подлежат истолкованию как ограничивающие изобретение.
Фигура 1 - изображение системы радионуклидной визуализации с системой итерационной реконструкции, использующей фильтр в процессе реконструкции для сглаживания.
Фигура 2 - изображение типичного детектора системы радионуклидной визуализации, показанной на фигуре 1.
Фигура 3 - изображение сокращенных конструкций кристаллов.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
В настоящей заявке раскрыт ПЭТ-сканер с сокращенным числом сцинтиллирующих кристаллов, чтобы уменьшать затраты на изготовление сканеров без соответствующего снижения точности визуализации.
Как показано на фигуре 1, предлагается система 10 радионуклидной визуализации, использующая средство радионуклидной визуализации для формирования изображения субъекта. Средство радионуклидной визуализации детектирует такое излучение, как гамма-фотоны, принимаемые из целевого объема субъекта для визуализации. Примеры данных средств радионуклидной визуализации (называемой также визуализацией в эмиссионном излучении) включают в себя позитронную эмиссионную томографию (ПЭТ) и однофотонную эмиссионную компьютерную томографию (ОЭКТ). Как показано, система 10 является системой визуализации методом ПЭТ.
Система 10 включает в себя радионуклидный сканер 12, изображенный как ПЭТ-сканер. Радионуклидный сканер 12 формирует исходные данные сканирования и включает в себя стационарный гентри 14, вмещающий множество гамма детекторов 16, построенных из отдельных матричных детекторных блоков 17 (называемыми в данной области техники по-разному, например, «модулями», «мозаичными элементами» и так далее), расположенными вокруг туннеля 18 сканера 12. Фиг 1 представляет вид в плане одного такого детекторного модуля 17 для иллюстрации на вставке. Туннель 18 определяет границы объема 20 исследования для вмещения целевого объема субъекта, подлежащего визуализации, например, головного мозга, туловища и т.п. Детекторы 16 обычно расположены в одном или более стационарных колец, которые продолжаются по длине объема 20 исследования. Однако, предполагаются также поворотные головки. Детекторы 16 детектируют гамма-фотоны из объема 20 исследования и генерируют исходные данные сканирования.
Как показано на фигуре 2, каждый из детекторных модулей 17 включает в себя один или более сцинтилляторов 22, обычно расположенных по схеме регулярной сетки. Схема расположения сцинтилляторов 22 дополнительно подробно описана ниже. Сцинтилляторы 22 сцинтиллируют и генерируют импульсы видимого света в ответ на выделения энергии гамма-фотонами. Как показано, гамма-фотон 24 выделяет энергию в сцинтилляторе 26, что вызывает импульс 28 видимого света. Амплитуда импульса видимого света пропорциональная амплитуде соответствующего выделения энергии. Примеры сцинтилляторов 22 включают в себя йодид натрия, легированный таллием (NaI(Tl)), ортосиликат лютеция-иттрия, регированный церием (LYSO) и оксиортосиликат лютеция, легированный церием (LSO).
В дополнение к сцинтилляторам 22, детекторный модуль 17 включает в себя датчик 30, детектирующий импульсы видимого света в сцинтилляторах 22. Датчик 30 включает в себя множество светочувствительных элементов 32. Светочувствительные элементы 32 расположены по сетке с таким же размером, как сетка сцинтилляторов 22, и оптически связаны с соответствующими сцинтилляторами 22. В показанном варианте осуществления светочувствительные элементы 32 являются кремниевыми фотоумножителями (SiPM), но предполагаются также фотоумножители в вакуумной трубке (PMT), а также цифровые кремниевые фотоумножители (dSiPMs). На иллюстративной фигуре 2 показано взаимно-однозначное соответствие между сцинтиллирующими кристаллами 22 и фотоумножителями SiPM 32, но этого не требуется – например, в другом варианте осуществления, где соотношение между числом сцинтилляторов и числом SiPM равно четыре к одному, при котором каждый SiPM покрыт матрицей 2×2 из сцинтиллирующих кристаллов.
Каждый из SiPM 32 включает в себя матрицу фотодиодов (например, матрицы, лавинных фотодиодов, работающих в режиме счетчика Гейгера), где каждый фотодиод соответствует ячейке матрицы фотодиодов. Соответственно, фотоумножители SiPM 32 выполнены с возможностью работы в режиме Гейгера, чтобы вырабатывать последовательность единичных импульсов для работы в цифровом режиме. В качестве альтернативы, фотоумножители SiPM могут быть выполнены с возможностью работы в аналоговом режиме. Когда светочувствительные элементы 32 являются PMT, то соответствие со сцинтилляторами 22 часто составляет множество к одному. Независимо от отношения между сцинтилляторами и детекторными элементами, в типичной конфигурации каждый сцинтиллирующий кристалл служит «пикселем» детектора, то есть детектируемая сцинтилляция 28 относится к ячейке единственного идентифицированного сцинтиллирующего кристалла 22. С данной целью, сцинтиллирующий кристалл 22 может быть покрыт светоотражательным материалом, чтобы заключать свет от сцинтилляции в кристалле. Дополнительно или в качестве альтернативы, возможно использование таких методов обработки сигналов, как логика Ангера, чтобы определять местоположение сцинтиллирующего кристалла, который детектировал сцинтилляционный акт 28. Предполагается также возможность дополнительного установления местоположения сцинтилляционного акта внутри сцинтиллирующего кристалла 22, в котором данный акт происходит, например, может выполняться анализ глубины взаимодействия (DOI) на основании рассеяния света, наблюдаемого на светоприемнике 30.
Сцинтиллирующие кристаллы 22 расположены в виде регулярной (например, прямоугольной) сетки, например, строк и столбцов сцинтиллирующих кристаллов 22. В общем, регулярная матрица или регулярная сетка пиксельных ячеек детектора содержит пиксельные ячейки детектора, периодически расположенные по поверхности детектора, например, в виде прямоугольных строк и столбцов в наглядном примере или в виде регулярной гексагональной схемы расположения с периодическим гексагональным элементарным узлом, повторяющимся по поверхности детектора и так далее).
Однако, как показано на фигуре 2, некоторые сцинтиллирующие кристаллы отсутствуют в регулярной сетке. На иллюстративной фигуре 2 упомянутые «отсутствующие» сцинтиллирующие кристаллы заменены элементами 23 наполнителя, например, стеклянными элементами, вырезанными по такой же форме, как сцинтиллирующие кристаллы 22. Подстановка элементов 23 наполнителя вместо отсутствующих сцинтиллирующих кристаллов может обеспечивать преимущества с точки зрения конструктивной целостности сцинтиллирующей матрицы, поскольку в некоторых конструкциях соседние кристаллы могут находиться в контакте, и такой контакт добавляет конструктивной прочности всей схемы расположения. Однако, предполагается также возможность отсутствия элементов 23 наполнителя и, вместо этого, наличие ненаполненных отверстий в (ином случае) регулярной сетке сцинтиллирующих кристаллов 22. Элементы 23 наполнителя, при использовании, должны быть недорогими (по меньшей мере, по сравнению со сцинтиллирующими кристаллами 22), например, стоимость единственного кристалла LYSO составляет порядка 10 долларов США, а стеклянный элемент эквивалентного размера, купленный оптом, является существенно менее дорогим вышеприведенной стоимости. Таким образом, отсутствующие сцинтиллирующие кристаллы означают значительную экономию затрат. Элементы 23 наполнителя изготавливают из материала (например, стекла), который не создает заметной сцинтилляции в ответ на поглощение гамма-излучения, или элементы 23 наполнителя совсем не поглощают гамма-излучение (т.е. являются прозрачными для гамма-излучения).
В общем, детектор излучения содержит регулярную матрицу пиксельных ячеек детектора и включает в себя: (i) элементы 22 детектора излучения (например, сцинтиллирующие кристаллы 22), занимающие некоторые из пиксельных ячеек детектора регулярной матрицы, и (ii) незанятые пиксельные ячейки детектора регулярной матрицы, которые не заняты элементами детектора излучения. В варианте осуществления на основе сцинтилляторов, показанном на фигуре 2, элементом детектора излучения является сцинтиллирующий кристалл 22, поскольку сцинтиллирующий кристалл 22 поглощает частицу 24 излучения и, тем самым, осуществляет ее детектирование. В наглядных вариантах осуществления, незанятые пиксельные ячейки детектора (то есть отсутствующие пиксели) расположены в виде регулярной субматрицы, например, как показано в иллюстративных примерах на фигуре 3.
Иллюстративный детекторный модуль 17 включает в себя матрицу 8×8 сцинтиллирующих кристаллов 22, но предполагаются и другие размеры. Кроме того, предполагаются различные комбинации модулей/субмодулей в зависимости от размеров составляющих элементов, с различной номенклатурой различных модулей и субмодулей, например, «мозаичными элементами», «модулями», «модулями» и так далее. Считается, что показанные геометрии являются всего лишь наглядными примерами, и предполагаются возможными другие геометрии с другими коэффициентами заполнения, которые можно применить.
Как также показано на фигуре 1, во время сканирования субъекта с использованием сканера 12, в целевой объем субъекта вводят радиофармацевтический препарат или радионуклид. Радиофармацевтический препарат или радионуклид излучает гамма-фотоны или вызывает излучение гамма-фотонов из целевого объема. Затем целевой объем помещают в объем 20 исследования с помощью опоры 34 для субъекта, подходящей для сканера 12. После того, как целевой объем размещен внутри объема 20 исследования, сканером 12 управляют для выполнения сканирования целевого объема, и собирают данные сцинтилляционных актов. Собранные данные сцинтилляционных актов описывают время, местоположение и энергию каждого сцинтилляционного акта, детектированного детекторами 16, и соответственно сохраняют в буфере 36 данных, изображенном в форме буфера ПЭТ-данных.
После сбора данных или параллельно со сбором данных, верификационный процессор 38 сцинтилляционных актов фильтрует буферизованные данные сцинтилляционных актов. Фильтрация включает в себя сравнение энергии (счетные значения ячеек в цифровом режиме) каждого сцинтилляционного акта с энергетическим окном, которое ограничивает допустимый энергетический диапазон для сцинтилляционных актов. Сцинтилляционные акты, не находящиеся в пределах энергетического окна, отфильтровываются. Обычно, энергетическое окно центрируется на известной энергии гамма-фотонов, которые должны приниматься из объема 20 исследования (например, 511 килоэлектрон-Вольт (кэВ)), и устанавливается с использованием ширины на уровне половины максимальной амплитуды (FWHM) энергетического спектра, генерируемого калибровочным фотоном.
При визуализации методом ПЭТ, верификационный процессор 38 сцинтилляционных актов дополнительно генерирует линии отклика (LOR) из разных фильтрованных данных сцинтилляционных актов. Линия LOR определяется парой гамма-фотонов, попадающих на детекторы 16 в пределах установленной разности времени между ними, (т.е. совпадающим сцинтилляционным актом). Установленная разность времени является достаточно малой, чтобы гарантировать, что гамма-фотоны происходят от одного и того же акта аннигиляции. При визуализации методом ПЭТ, верификационный процессор 38 сцинтилляционных актов дополнительно генерирует линию или малоугловой конус проекции (обычно называемые «проекцией»). Проекция определяется гамма-фотоном, падающим на детекторы 16. Линии LOR или проекции сохраняются в списке памяти 40, действующей в режиме списка. Каждый элемент списка соответствует линии LOR или проекции.
При использовании детекторов 16, содержащих детекторные модули 17 с отсутствующими сцинтиллирующими кристаллами (например, замененными элементами 23 наполнителя), данными отсутствующими сцинтиллирующими кристаллами никакого гамма-излучения не детектируется. Если бы число отсутствующих сцинтиллирующих кристаллов было достаточно малым, то никакой значительной проблемы не возникало бы, так как их влияние было бы статистически ничтожным. Однако, в вариантах осуществления, раскрываемых в настоящей заявке, отсутствующие кристаллы составляют значительную долю от общего числа сцинтиллирующих кристаллов, которые присутствовали бы в целиком заполненной регулярной матрице. Например, модуль 17 при полном заполнении содержал бы 8×8=64 сцинтиллирующих кристаллов 22. Как видно на фигуре 2 (или на вставке на фигуре 1), в детекторном модуле 17 отсутствует 16 сцинтиллирующих кристаллов, то есть отсутствует 25% кристаллов «заполненной» матрицы 8×8. В других вариантах осуществления, раскрываемых в настоящей заявке, (смотри фигуру 3) доля отсутствующих кристаллов может быть 50% или даже 75% (предполагаются также другие доли отсутствующих кристаллов). Соответственно, «утраченные» собранные данные гамма-излучения из-за такой большой доли отсутствующих сцинтиллирующих кристаллов оказываются существенными.
Как также показано на фигуре 1, чтобы компенсировать упомянутые утраченные собранные данные, компенсатор 41 отсутствующих пикселей детектора генерирует оценочные, т.е. приближенные, данные для каждого отсутствующего сцинтиллирующего кристалла на основании статистических собранных данных соседних сцинтиллирующих кристаллов 22, которые присутствуют, как описано в настоящей заявке. Приближенные данные соответственно форматируются в формате списочного режима с ячейкой сцинтилляции детектора, соответствующей отсутствующему сцинтиллирующему кристаллу. Таким образом, выход компенсатора 41 отсутствующих пикселей детектора является «полным» набором данных в списочном режиме, который можно затем обрабатывать, как если бы он был собран детекторами 16, не имеющими отсутствующих пикселей детектора.
Процессор 42 реконструкции, показанный как процессор реконструкции ПЭТ, реконструирует данные в списочном режиме (т.е. список проекций или линий LOR, в зависимости от средства визуализации, с оценочными данными для отсутствующих сцинтиллирующих кристаллов, введенными компенсатором 41 отсутствующих пикселей детектора) с получением реконструированного изображения целевого объема, которое сохраняется, например, в памяти 44 ПЭТ-изображений и/или отображается на устройстве 48 отображения, и так далее. Различные компоненты 38, 41, 42 обработки данных соответственно реализованы в виде компьютера 46 или другого электронного устройства для обработки данных, запрограммированного посредством подходящего программного обеспечения или микропрограммного обеспечения для выполнения различных функций, раскрытых в настоящей заявке. Компьютер 46 или другое электронное устройство для обработки данных может быть дополнительно запрограммирован(о) для применения в качестве контроллера или пользовательского интерфейса, посредством которого специалист-радиолог или другой медицинский персонал управляет сканером 12 для визуализации с использованием подходящего(щих) пользовательского(ких) интерфейса(ов), например, показанной клавиатуры 50, мыши, трекбола, сенсорного дисплея и так далее. Будет также очевидно, что различные компоненты 38, 41, 42 обработки данных могут быть реализованы в виде отдельных компонентов (как показано) или могут быть различным образом объединены, например, функция компенсатора отсутствующих пикселей детектора может быть объединена с компонентом для верификации сцинтилляционных актов, чтобы формировать данные в режиме списка.
На фигуре 3 изображены некоторые иллюстративные сокращенные конструктивные схемы кристаллов для детекторного модуля. Полная схема 300 является традиционной конструктивной схемой кристаллов для кристаллического модуля, в котором каждая кристаллическая ячейка занята сцинтиллирующим кристаллом 22, т.е. 100% вместимости кристаллов. В одном варианте осуществления применена сокращенная схема, которая исключает 25% 302 кристаллов. (Это соответствует иллюстративному детекторному модулю 17 на вставке фигуры 1 и фигуре 2.) В другом варианте осуществления применена сокращенная схема, которая исключает 50% 304 кристаллов. В другом варианте осуществления применена сокращенная схема, которая исключает 75% 306 кристаллов. Схемы дополнительно подробно поясняются ниже. Следует понимать, что схемы, показанные на фигуре 3, являются графическими табличными представлениями с цифровыми указателями, изображающими отсутствие/присутствие кристаллов, где каждый квадрат, т.е. элемент таблицы, представляет потенциальную кристаллическую ячейку. В данном случае, «1» означает присутствие кристалла 308 в кристаллической ячейке, и «0» означает отсутствие кристалла 310 в кристаллической ячейке. В некоторых вариантах осуществления отсутствующие пиксели детектора сами расположены в виде регулярной сетки или матрицы, так как это может упростить вычисление оценочных данных для отсутствующих пикселей детектора, как описано в настоящей заявке.
Как изложено выше, данные в режиме списка собираются от субъекта с использованием сокращенной схемы кристаллов. Из-за сокращенной конструктивной схемы кристаллов, компенсатор 41 отсутствующих пикселей детектора учитывает отсутствующие данные сцинтилляционных актов в пикселях, где кристаллы отсутствуют 310 посредством добавления оценочных данных для таких отсутствующих пикселей на основании фактических статистических собранных данных соседних пикселей детектора (в том числе, непосредственно соседствующих, т.е. смежных пикселей детектора и, при желании, также в том числе, дальше отстоящих, например, следующих ближайших соседних пикселей детектора).
В одном варианте осуществления, компенсатор 41 отсутствующих пикселей детектора учитывает отсутствующие кристаллы путем применения среднего значения данных сцинтилляционных актов, т.е. счетных значений одиночных сцинтилляционных актов, из смежных кристаллов. Например, в конструктивной схеме 302 кристаллов, сокращенной на 25%, (верхний правый пример на фигуре 3, также соответствует иллюстративному детекторному модулю 17 на вставке фигуры 1 и на фигуре 2), можно выбрать окно 3×3 312, чтобы охватывать 8 заполненных кристаллических ячеек, окружающих отсутствующую кристаллическую ячейку. Компенсатор 41 отсутствующих пикселей детектора усредняет данные сцинтилляционных актов в 8 ближайших соседних кристаллических ячейках и сохраняет среднее значение в качестве данных сцинтилляционных актов, соответствующих отсутствующей кристаллической ячейке. Для отсутствующих кристаллических ячеек на краю модуля и окна 3×1 314 или окна 1×3 316, чтобы усреднять данные сцинтилляционных актов заполненных кристаллических ячеек и сохранять среднее значение в качестве данных сцинтилляционных для отсутствующей кристаллической ячейки. Предполагается, что можно применять окна других размеров.
В другом примере, в конструктивной схеме 304 кристаллов, сокращенной на 50%, можно применить окно 2×2 318 или окно 3×3 319, чтобы усреднять данные сцинтилляционных актов заполненных ближайших соседних кристаллических ячеек и сохранять среднее значение в качестве данных сцинтилляционных актов для отсутствующей кристаллической ячейки. Для отсутствующих кристаллических ячеек на краю модуля, можно применить окно 3×1 314 или окно 1×3 316, чтобы усреднять данные сцинтилляционных актов заполненных кристаллических ячеек и сохранять среднее значение в качестве данных сцинтилляционных актов для отсутствующей кристаллической ячейки. Предполагается, что можно применять окна других размеров.
В еще одном примере, в конструктивной схеме 306 кристаллов, сокращенной на 75%, можно применить пару ближайших соседних диагонально смежных заполненных кристаллов 320 или две пары ближайших соседних диагонально смежных заполненных кристаллов 322, чтобы усреднять данные сцинтилляционных актов заполненных кристаллических ячеек и сохранять среднее значение в качестве данных сцинтилляционных актов для отсутствующей кристаллической ячейки. Для отсутствующей кристаллической ячейки 310, которая не имеет диагонально смежных заполненных кристаллов, можно применить окно 3×1 324 или окно 1×3 326, чтобы усреднять данные сцинтилляционных актов заполненных кристаллических ячеек и сохранять среднее значение в качестве данных сцинтилляционных актов для отсутствующей кристаллической ячейки. Для отсутствующих кристаллических ячеек на краю модуля, можно применить окно 3×1 314 или окно 1×3 316, чтобы усреднять данные сцинтилляционных актов заполненных кристаллических ячеек и сохранять среднее значение в качестве данных сцинтилляционных актов для отсутствующей кристаллической ячейки. Предполагается, что можно применять окна других размеров.
Для приведенных примеров, при оценке данных для отсутствующего сцинтиллирующего кристалла используются только непосредственно соседствующие, т.е. смежные детекторные элементы. По другому методу, могут также приниматься во внимание дальше отстоящие кристаллы. Например, можно включить в рассмотрение следующие ближайшие соседние элементы. В данном случае, поскольку данные следующих ближайших соседних кристаллов, по всей вероятности, не должны быть такими же репрезентативными, как ближайшие соседние пиксели, то данные можно соответственно взвешивать, т.е. данным от следующих ближайших соседних кристаллов можно присваивать меньший вес, чем ближайшим соседним кристаллам.
Чтобы реализовать компенсатор 41 отсутствующих пикселей детектора, можно обеспечить таблицу с элементом для каждого отсутствующего детекторного элемента (т.е. каждого отсутствующего сцинтиллирующего кристалла), которая идентифицирует существующие детекторные элементы, которые следует сочетать, чтобы оценивать данные для отсутствующего детекторного элемента вместе с весом для присвоения данным от каждого существующего сцинтиллирующего кристалла. Затем можно быстро выполнить оценку, так как это требует выполнения всего лишь выборки данных существующих кристаллов, взвешивания и суммирования.
В частности, в одном варианте осуществления компенсатор 41 отсутствующих пикселей детектора применяет метод средневзвешенных величин, чтобы выводить значения данных сцинтилляционных актов для отсутствующих кристаллических ячеек 310. Верификационный процессор 38 сцинтилляционных актов использует линейную или нелинейную весовую функцию, предназначенную для определения сцинтилляционных актов в отсутствующей кристаллической ячейке. Веса функции можно выбирать с использованием различных схем взвешивания. В одном варианте осуществления веса выбираются с использованием метода расстояний. Метод расстояний учитывает расстояние отсутствующих кристаллических ячеек 310 до заполненных кристаллических ячеек 308 в качестве коэффициента для определения веса, подлежащего присвоению сцинтилляционным актам в конкретном кристалле (т.е. данным из непосредственно прилегающих кристаллов присваивается больший вес, чем следующим ближайшим соседним кристаллам и так далее). В другом варианте осуществления верификационный процессор 38 сцинтилляционных актов учитывает интенсивность, т.е. число счетных значений одиночных сцинтилляционных актов, для сцинтилляционных в заполненной кристаллической ячейке 308, чтобы определять взвешивание для данной ячейки.
Вышеизложенное можно непосредственно применить в случае с данными однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ), так как в ОФЭКТ каждый пиксель детектора собирает линии отклика (LOR) независимо от других пикселей детектора. Напротив, в ПЭТ каждая линия LOR определяется двумя (почти) одновременными актами детектирования 511 кэВ гамма-частиц. Для учета данной особенности, описанное усреднение можно выполнять для каждой пары пикселей детектора. Например, рассмотреть линию LOR (i,j), заданную между пикселями детектора с индексами i и j, где пиксель i детектора является отсутствующим пикселем, и пиксель j детектора является существующим пикселем детектора. В таком случае можно усреднить счетный импульс линии LOR между каждым существующим пикселем детектора, соседствующим с отсутствующим пикселем i, и пикселем j детектора. В случае оценки линии LOR (i,j), на которой отсутствуют оба детекторных элемента i и j, можно применить различные методы. По одному методу, такие данные исключаются из набора данных в режиме списка, который реконструируется. Хотя данный метод может снизить в какой-то мере качество реконструированного изображения, снижение является относительно небольшим, особенно, для конструкций, в которых доля отсутствующих пикселей детектора является малой, например, 25%, как в варианте осуществления на вставке фигуры 1 и на фигуре 2. Другой метод состоит в том, чтобы: (1) выполнить оценку для линии LOR (i,j+1), где «j+1» означает существующий пиксель, непосредственно соседствующий с отсутствующим детектором j (так что ситуация превращается в предыдущий описанный случай с одним отсутствующим пикселем); (2) выполнить оценку для линии LOR (i+1,j), где «i+1» означает существующий пиксель, непосредственно соседствующий с отсутствующим детектором i; и (3) усреднить результаты этапов (1) и (2). При желании, приведенные этапы можно повторить для некоторых или всех окружающих отсутствующих пикселей i и j, в зависимости от необходимости равновесно сочетать сложность вычислений и качество оценки.
В зависимости от характера реконструкции изображения, выполняемого процессором 42 реконструкции, может потребоваться, чтобы оценочным линиям LOR для отсутствующих пикселей детектора присваивались оценочные временные метки. (Значения временных меток не существенны, если, например, реконструкция изображения выполняется методом передних/обратных проекций всех линий LOR набора данных, безотносительно к временной информации). При статической визуализации субъекта, который не двигается или иначе не изменяется с течением времени, временным меткам для отсутствующих пикселей детектора могут присваиваться случайные или псевдослучайные значения в течение интервала времени сбора данных таким образом, чтобы равномерно заполнить интервал времени. Если желательно оценивать изменение во времени статистических данных временных меток (как, возможно, было бы целесообразно, например, в задаче динамической визуализации, в которой измеряют приток/вымывание радиофармацевтического препарата), то распределения временных меток по интервалу времени сбора данных для соседствующих пикселей детектора можно выбирать как «маску», и временные метки для оценочных линий LOR отсутствующих пикселей детектора можно выбирать соответственно данному статистическому распределению.
В одном варианте осуществления, сокращение времени сканирования обеспечивается вследствие сокращения числа кристаллов в стандартном поле зрения. В другом варианте осуществления, сокращение времени сканирования обеспечивается увеличением промежутка между полными детекторными блоками и увеличением поля зрения.
Как также показано на фигуре 1, система управления, например, изображенный компьютер 46, соответственно обеспечивает графический пользовательский интерфейс (GUI), чтобы предоставлять пользователям возможность управления сканером 12 с целью визуализации субъекта. Например, пользователь может координировать ПЭТ-изображение целевого объема субъекта. Кроме того, при посредстве GUI, систему управления можно использовать для наблюдения и, при желании, манипулирования изображениями, хранящимися в памяти 44 изображений. Например, изображение из памяти изображений можно отобразить на устройстве 48 отображения.
В некоторых случаях, один или более компонентов памяти 36, 40, 44 и/или процессорных компонентов 38, 41, 42 объединены с системой управления, например, в виде унитарной компьютерной системы 46. Например, процессор 42, компенсатор 41 отсутствующих пикселей детектора, верификационный процессор 38 сцинтилляционных актов могут совместно использовать общий процессор.
В контексте настоящей заявки, память включает в себя любое устройство или систему для хранения данных, например, оперативную память (RAM) или постоянную память (ROM), накопитель на жестком диске, оптический диск и так далее. Кроме того, в контексте настоящей заявки, процессор включает в себя любое устройство или систему для обработки входных данных с целью получения выходных данных, например, микропроцессор, микроконтроллер (обычно, со вспомогательными компонентами, например, рабочей памятью RAM), графический процессор (GPU), специализированную интегральную схему (ASIC), матрицу логических элементов с эксплуатационным программированием (FPGA) и т.п.; контроллер включает в себя любое устройство или систему, управляющий(ую) другим устройством или системой, и обычно включает в себя, по меньшей мере, один процессор; устройство пользовательского ввода включает в себя любое устройство, например, мышь или клавиатуру, позволяющее пользователю устройства пользовательского ввода обеспечивать ввод данных в другое устройство или систему; и устройство отображения включает в себя любое устройство для отображения данных, например, жидкокристаллический дисплей (LCD) или дисплей на светоизлучающих диодах (СД).
Наглядные варианты осуществления используют конструкцию детектора излучений, в которой каждый пиксель детектора соответствует единственному сцинтиллирующему кристаллу 22. В функциональном отношении, пиксель детектора является наименьшим элементом детектора излучения, к месту которого можно отнести акт детектирования излучения (хотя дополнительно возможно вспомогательное определение местоположения, например, глубины взаимодействия (DOI)). Таким образом, пиксель детектора определяет пространственное разрешение детектора излучения. В другом предполагаемом варианте осуществления, применяют твердотельные детекторные элементы прямого детектирования, в которых излучение непосредственно детектируется при поглощении частицы излучения твердотельным детектором, без промежуточного сцинтиллятора/сцинтилляционного акта, генерирующего свет. В твердотельном детекторе, пиксель детектора соответствует одиночному твердотельному детекторному элементу, который вырабатывает импульс тока (или другой сигнал) в ответ на поглощение частицы излучения. Аналогично вариантам осуществления на основе сцинтилляторов, раскрытым в настоящей заявке, данный твердотельный детектор можно, в подходящем случае, построить в соответствии с принципами, раскрытыми в настоящей заявке, посредством исключения некоторых твердотельных детекторных элементов из регулярной матрицы твердотельных детекторных элементов, составляющих детектор излучения, и оценки линий LOR для отсутствующих твердотельных детекторных элементов по данным линий LOR, собранным соседствующими твердотельными детекторными элементами.
Изобретение описано выше со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления. После прочтения и изучения вышеприведенного подробного описания можно создать модификации и изменения. Предполагается, что изобретения следует интерпретировать как включающее в себя все подобные модификации и изменения в той степени, в которой они находятся в пределах объема охраны прилагаемой формулы изобретения или ее эквивалентов.
1. Система радионуклидной визуализации, содержащая:
детектор (17) излучения, содержащий регулярную матрицу пиксельных ячеек детектора и включающий в себя:
элементы (22) детектора излучения, занимающие некоторые из пиксельных ячеек детектора регулярной матрицы,
незанятые пиксельные ячейки детектора регулярной матрицы, которые не заняты элементами детектора излучения, и
один или более процессоров (46), выполненных с возможностью обработки данных актов излучения, собранных от субъекта с использованием детектора (17) излучения, чтобы формировать реконструированное изображение субъекта посредством операций, включающих в себя:
- оценку данных актов излучения для незанятых пиксельных ячеек детектора на основании данных актов излучения, собранных от субъекта элементами (22) детектора излучения, занимающими пиксельные ячейки детектора регулярной матрицы, которые расположены рядом с незанятыми пиксельными ячейками детектора; и
- реконструкцию набора данных, включающего в себя как данные актов излучения, собранные от субъекта с использованием детектора излучения, так и оценочные данные актов излучения для незанятых пиксельных ячеек детектора, чтобы формировать реконструированное изображение субъекта.
2. Система радионуклидной визуализации по п. 1, в которой операция оценки содержит:
оценку данных актов излучения для незанятой пиксельной ячейки детектора на основании данных актов излучения, собранных от субъекта элементами (22) детектора излучения, занимающими пиксельные ячейки детектора внутри окна (312, 314, 316, 318, 319, 320, 322, 324, 326), заданного вокруг незанятой пиксельной ячейки детектора.
3. Система радионуклидной визуализации по п. 2, в которой операция оценки включает в себя:
взвешивание данных актов, собранных элементами детектора излучения, занимающими пиксельные ячейки детектора внутри окна, заданного вокруг незанятой пиксельной ячейки детектора в соответствии с расстоянием от незанятой пиксельной ячейки детектора.
4. Система радионуклидной визуализации по любому из пп.2, 3, в которой регулярная матрица пиксельных ячеек детектора является прямоугольной матрицей со строками и столбцами пиксельных ячеек детектора, и окно, заданное вокруг незанятой пиксельной ячейки детектора, является одним из окон 3×3, 3×1, 1×3, 2×2 кристаллических ячеек или диагональных смежных кристаллических ячеек.
5. Система радионуклидной визуализации по любому из пп. 1-4, в которой регулярная матрица пиксельных ячеек детектора является прямоугольной матрицей со строками и столбцами пиксельных ячеек детектора, и незанятые пиксельные ячейки детектора составляют 25%, 50% или 75% от пиксельных ячеек детектора для детектора излучения.
6. Система радионуклидной визуализации по п. 5, в которой регулярная матрица пиксельных ячеек детектора является прямоугольной матрицей со строками и столбцами пиксельных ячеек детектора, включающих в себя занятые и незанятые пиксельные ячейки детектора в соответствии с одной из таблиц:
или
или
где каждая ячейка таблицы соответствует пиксельной ячейке детектора, «1» в ячейке таблицы означает наполненную пиксельную ячейку детектора и «0» в ячейке таблицы означает ненаполненную пиксельную ячейку детектора.
7. Система радионуклидной визуализации по любому из пп. 1-6, в которой каждый элемент детектора излучения содержит сцинтиллирующий кристалл и незанятые пиксельные ячейки детектора регулярной матрицы не заняты сцинтиллирующими кристаллами.
8. Система радионуклидной визуализации по любому из пп. 1-7, в которой система радионуклидной визуализации включает в себя сканер (12) с увеличенным полем обзора и увеличенным расстоянием между элементами детектора излучения.
9. Система радионуклидной визуализации по любому из пп. 1-8, в которой незанятые пиксельные ячейки детектора имеют предварительно заданную форму и размер.
10. Способ радионуклидной визуализации, содержащий следующие этапы, на которых:
собирают, посредством радионуклидной системы визуализации по любому из пп. 1-9, данные актов излучения от субъекта в области визуализации с использованием, по меньшей мере, одного кристаллического модуля, расположенного вокруг области визуализации, при этом модуль содержит сцинтиллирующие кристаллы, образующие регулярную матрицу пикселей детектора с некоторыми отсутствующими пикселями детектора;
оценивают данные актов излучения для незанятых пиксельных ячеек детектора на основании данных актов излучения, собранных от субъекта элементами (22) детектора излучения, занимающими пиксельные ячейки детектора регулярной матрицы, которые расположены рядом с незанятыми пиксельными ячейками детектора; и
реконструируют набор данных, включающий в себя как данные актов излучения, собранные от субъекта с использованием детектора излучения, так и оценочных данных актов излучения для незанятых пиксельных ячеек детектора, чтобы сформировать реконструированное изображение субъекта.
11. Способ по п. 10, в котором этап оценки заключается в том, что:
оценивают данные актов излучения для отсутствующего пикселя детектора на основании данных актов излучения, собранных пикселями детектора в окне, которое включает в себя отсутствующий пиксель детектора.
12. Способ по п. 11, дополнительно содержащий следующие этапы:
усредняют данные актов излучения, собранные пикселями детектора в окне; и
присваивают усредненные данные актов излучения отсутствующему пикселю детектора.
13. Способ по п. 12, дополнительно содержащий следующий этап:
взвешивают данные актов излучения, собранные пикселями детектора в окне в соответствии с расстоянием от отсутствующего пикселя детектора.
14. Способ по любому из пп. 11-13, в котором окно является одним из окон 3×3, 3×1, 1×3, 2×2 кристаллических ячеек или диагональных смежных кристаллических ячеек.
15. Способ по любому из пп. 10-14, в котором прямоугольная матрица пикселей детектора содержит от 25% до 75% отсутствующих пикселей детектора.
