CN115038992A - 螺旋地布置的正电子发射断层摄影检测器单元 - Google Patents

Abstract

一种PET成像***，包括具有患者隧道的台架、以及容纳在台架内部的第一检测器单元和第二检测器单元，每个检测器单元包括围绕所述成像***的轴向轴线采用螺旋布置的多个检测器元件。第二检测器单元中的检测器元件中的每一个以轴向间隙与第一检测器单元中的对应检测器元件间隔开。每个检测器元件具有轴向位置。第一和第二检测器单元中的每一个具有其检测器元件，所述检测器元件被布置成使得所述检测器元件的集合被定位成使得所述集合中的每个检测器元件与所述检测器单元中的相邻检测器元件偏移，使得每个检测器单元中的检测器元件的轴向位置之间的最大差异小于或等于所述轴向间隙。

Description

螺旋地布置的正电子发射断层摄影检测器单元

背景技术

正电子发射断层摄影（PET）被广泛地用于医学诊断中。PET允许对代谢活动进行体内可视化和量化。PET使用正电子发射体和正电子湮没的特殊性质，以便定量地确定器官或细胞区域的功能。利用这种技术，在检查之前向患者施用被标记有放射性核素的适当放射性药物。随着它们衰变，放射性核素发射正电子，该正电子在短距离之后与电子相互作用，从而使得所谓的湮灭发生。这产生了两个以相反的方向（以180°偏移）分开飞行的伽马量子。伽马量子在特定时间窗口内被两个相对的PET检测器元件检测到（重合测量），作为湮灭位点被定位到连接了两个检测器模块的线上的位置的结果。

在检测到伽马量子时，每个检测器元件生成事件记录，该事件记录指定了时间和检测位置，即对应的检测器元件。该信息被传递给快速逻辑单元并且被比较。如果两个事件在最大时间间隔内重合，则假定这两个相关联的检测器元件之间的连接线上正在发生伽马衰变过程。使用断层摄影算法（即，所谓的反向投影）来重建PET图像。

检测器元件典型地以部分或全部环的形式来布置，这些环被配置成围绕PET***的轴向轴线来布置。由于机械约束，典型地在相邻的检测器环之间存在间隙。这些间隙可能会影响该***的空间分辨率以及跨越（straddle）这些间隙的重建图像平面的灵敏度。

题为“Positron Emission Tomography and/or Single Photon EmissionTomography Detector”的美国专利第9,599,731号公开了一种包括磁共振部分和PET部分的成像***。PET部分包括检测器瓦片（tile）的二维阵列。沿着每一列的相邻瓦片通过间隙被间隔开，并且沿着每一行的邻近瓦片彼此邻接，并且以小于瓦片长度的非零距离与彼此偏移。

发明内容

在一个方面，一种正电子发射断层摄影成像***包括具有患者接收隧道的台架、以及容纳在台架内部的第一检测器单元和第二检测器单元。第一检测器单元包括围绕该PET成像***的轴向轴线以螺旋布置被布置的多个检测器元件。第二检测器单元包括围绕该轴向轴线以螺旋布置被布置的多个检测器元件。第二检测器单元中的检测器元件中的每一个沿着平行于该PET成像***的该轴向轴线的方向以轴向间隙与第一检测器单元中的对应检测器元件间隔开。第一和第二检测器单元中的每个检测器元件具有平行于该轴向轴线从患者接收隧道的入口到该检测器元件的几何中心所测量的轴向位置。第一和第二检测器单元均具有其多个检测器元件，该多个检测器元件被布置成使得该多个检测器元件的集合被定位成使得该集合中的每个检测器元件在平行于该PET成像***的该轴向轴线的方向上与该检测器单元中的相邻检测器元件偏移，使得该检测器单元中的检测器元件的轴向位置之间的最大差异小于或等于该轴向间隙。

在另一方面，一种用于正电子发射断层摄影成像***的检测器单元，该正电子发射断层摄影成像***具有台架，该台架具有患者接收隧道，该检测器单元包括以螺旋布置被布置的多个检测器元件，该多个检测器元件被配置成围绕该PET成像***的轴向轴线被设置。当该检测器单元被安装在该PET成像***中时，每个检测器元件具有平行于该PET成像***的该轴向轴线从患者接收隧道的入口到该检测器元件的几何中心所测量的轴向位置。该多个检测器元件被布置成使得该多个检测器元件的集合被定位成使得该集合中的每个检测器元件在平行于该PET成像***的该轴向轴线的方向上与相邻检测器元件偏移，使得当该检测器单元和第二检测器单元被安装在该PET成像***中时，该检测器单元中的检测器元件的轴向位置之间的最大差异小于或等于该多个检测器元件中的每一个与第二检测器单元中的对应检测器元件之间的轴向间隙。

附图说明

本文中描述的实施例的特征将在以下详细描述中更全面地公开，该详细描述将与附图一起考虑，在附图中，相似的数字指代相似的部分。

图1示出了PET成像***的示意性示图。

图2示出了图1的PET成像***的示意性截面图，其中该截面是在患者定位在检测器隧道内的情况下通过检测器单元之一取得的。

图3示出了根据本文中描述的一个实施例的现有技术PET成像***的检测器单元的子集的示意性示图。

图4示出了根据本文中描述的一个实施例的PET成像***的检测器单元的示意性示图，其中为了便于可视化，检测器单元以平面示图而示出。

图5示出了根据本文中描述的另一个实施例的PET成像***的检测器单元的示意性示图，其中为了便于可视化，检测器单元以平面示图而示出。

具体实施方式

示例性实施例的该描述意图结合附图来阅读，附图被认为是整个书面描述的一部分。附图不一定按比例绘制，并且为了清楚和简明，某些特征可能按比例被夸大或以某种示意性的形式被夸大。在本描述中，诸如“水平”、“垂直”、“上”、“下”、“顶部”和“底部”之类的相关术语以及其派生词（例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等）应当被解释为指代如随后所描述的或如所讨论的附图中所示的取向。这些相关术语是为了描述的方便，并且通常不意图要求特定的取向。包括“向内地”相对于“向外地”、“纵向”相对于“横向”等的术语要相对于彼此来解释、或者在适当时相对于伸长轴线或旋转轴线或旋转中心来解释。关于附着、耦合等的术语（诸如“连接的”和“互连的”）指代如下关系：其中结构通过介入结构以及可移动或刚性附着或关系而直接地或间接地与彼此固定或附着，除非另行明确地描述。术语“可操作地连接的”是这种允许相关结构借助于该关系如预期的那样操作的附着、耦合或连接。

本文中描述的成像***包括以螺旋模式布置的检测器元件。检测器元件的螺旋布置提供了如下配置：其中轴向地对准的检测器元件之间的轴向间隙周向地（circumferentially）偏移。因此，减少了使用成像***产生的图像中的伪影和不连续性。

图1示出了成像***100，诸如PET成像***，包括PET扫描器台架102。在一些实施例中，成像***100进一步包括其他成像模态，诸如例如CT扫描器或MRI扫描器。根据本文中描述的一个实施例，PET扫描器台架102容纳多个检测器单元104，每个检测器单元104在环绕患者接收隧道106的周向方向（即，横切（transaxial）方向）上以螺旋布置被布置。检测器单元104中的每一个可以由台架102来支撑。患者接收隧道106定义了基本上平行于空间方向Z而定向的轴向轴线A。隧道106具有入口107，患者112可以从该入口107被引入到隧道106。

图2以截面图示出了成像***100的PET扫描器台架102部分。该横截面是通过容纳在台架102中的检测器单元104之一取得的。被布置在患者接收隧道106内部的是患者床110，患者112可以被定位在患者床110上。患者的躯干和手臂在图2的横截面中示出。

如图2中所示，每个检测器单元104包括被布置在患者接收隧道106外部的多个检测器元件114（例如，闪烁检测器）。每个检测器单元104可以进一步包括雪崩光电二极管阵列（APD），其前面是硅酸镥（lutetium oxyorthosilicate）（LSO）晶体阵列和电气放大器电路（AMP）。然而，本文中描述的成像***100不限于具有前面是LSO晶体阵列的APD光电二极管阵列的检测器单元104，并且其他种类的光电二极管、晶体和器件可以等同地用于检测目的。此外，检测器单元104可以包括检测器电子器件，包括未示出的电气放大器电路和另外的电子组件。

图3示出了典型现有技术成像***中的检测器单元P104的子集的示意性透视图。在现有技术***中，给定检测器单元P104中的检测器元件P114以环来布置。在环配置中，给定检测器单元P104中的每个检测器元件P114与该检测器单元P104中的其他检测器元件P114在横切（即，周向）方向上对准。换句话说，检测器单元P104中的检测器元件P114中的每一个具有相同的轴向位置——例如，从隧道106的入口107所测量的。

附加地，在平行于成像***100的轴向轴线A的方向上，每个检测器单元P104之间存在轴向间隙G。因此，间隙G存在于检测器单元P104中的每个检测器元件P114与相邻检测器单元P104中的相邻检测器元件P114之间。间隙G存在是由于防止检测器单元P104与彼此直接邻接的机械约束。如图3中所示，相邻检测器元件P114之间的间隙创建了围绕患者接收隧道P106的周界的连续间隙。这些连续间隙可能会在使用这种现有技术***产生的图像中创建不连续性，特别是对于跨越这些间隙的图像平面而言。

根据本公开的检测器单元104中的检测器元件114的新型配置的示例在图4中被图示。图4示出了本文中描述的成像***100的检测器单元104的相邻区段的平坦化详细视图的示意性示图。图4示出了检测器单元104，就好像正在从患者隧道106内观察检测器单元104那样。应当理解的是，图4中所示的检测器单元104是示意性的，并且出于说明的目的以放大视图示出。因此，它们的大小与该图中所示的患者112不成比例。还应当注意的是，仅示出了检测器元件114的子集。如所示出，在本公开的检测器单元104的一些实施例中，给定检测器单元104中的PET检测器元件114的集合（即，一个或多个检测器元件114）相对于同一检测器单元104中的其他PET检测器元件114在轴向方向上被顺序地移位。检测器元件114的移位创建了检测器元件114的螺旋布置。

下面更详细地描述了两个检测器单元104的空间关系。应当理解的是，所描述的空间关系可以适用于PET扫描器台架102中的所有检测器单元104。成像***100可以包括包含检测器元件的第一集合114a的第一检测器单元104a和包含检测器元件的第二集合114b的第二检测器单元104b。出于说明的目的，每个检测器单元104中的检测器元件114被称为114x-1至114x-n，其中x指示该检测器元件是其一部分的检测器单元，并且n是检测器单元104中的每一个中的检测器元件的总数。因此，例如，第二检测器单元104b中的检测器元件将被称为114b-1至114b-n。

在第一检测器单元104a的每个检测器元件114a与第二检测器单元104b的对应检测器元件114b之间存在轴向间隙G，其中对应检测器元件114b是与第一检测器单元104a中的检测器元件114a相邻的检测器元件114b。换句话说，对应检测器元件114b平行于成像***100的轴向轴线A与相关检测器元件114a线性地对准。例如，在第一检测器元件114a-1与第二检测器元件114b-1之间存在轴向间隙G。轴向间隙G可能是由于防止检测器元件114直接接触的机械或其他约束所致。在一些实施例中，轴向间隙G近似地等于检测器元件114的晶体间距（pitch）。在一些实施例中，第一检测器单元104a中的检测器元件114a中的每一个与第二检测器单元104b中的对应检测器元件114b之间的轴向间隙G是针对每一个检测器元件相等的（或均匀的）；然而，这不是必需的，并且轴向间隙G可以变化。如上所描述，在现有技术PET扫描器中，这些轴向间隙可能引起扫描器的空间分辨率的问题，并且可能导致图像伪影和不连续性。在其中检测器元件114中的检测器晶体的轴向间距已经减小到使得轴向间隙G与检测器元件114中的检测器晶体的轴向间距近似地相同的***中，尤其是这种情况。

如图4中所示，在本文中描述的PET扫描器102的实施例中，在检测器单元104中的每一个中，检测器元件114被轴向地移位，使得第一检测器单元104a的检测器元件114a-1……114a-n没有与第二检测器单元104b的检测器元件114b-1……114b-n之间的轴向间隙G周向地（或横切地）对准。例如，检测器元件114a-1和检测器元件114b-1之间的轴向间隙G没有与检测器元件114a-2和检测器元件114b-2之间的轴向间隙G对准。通过以这种方式来布置每个检测器单元104中的检测器元件114，可以减少或消除上面关于现有技术***所描述的空间分辨率和图像伪影问题。

将使用第一检测器单元104a作为示例来描述检测器元件114的布置。如图4中所示，第一检测器单元104a的检测器元件114的集合被定位成使得该集合中的每个检测器元件114a在平行于成像***100的轴向轴线A的方向上与检测器单元104a中的相邻检测器元件114a偏移。虽然图4示出了其中每个检测器元件114a都处于相对于相邻检测器元件被移位的检测器元件集合中的实施例，但是应当理解的是，这不是必需的。例如，在其他实施例中，每三个检测器元件114a相对于其相邻的检测器元件被移位。替代地，被移位的检测器元件的集合可以包括每四个检测器元件、每五个检测器元件等。如图4中所示，偏移的检测器元件的集合中的每个检测器元件以偏移距离116沿着平行于PET扫描器102的轴向轴线A的方向从第一检测器单元104a中的相邻检测器元件以偏移距离116被移位（例如，检测器元件114a-2相对于检测器元件114a-1被移位）。优选地，偏移的检测器元件的集合中的检测器元件114a中的每一个在相同的轴向方向上被移位（即，检测器元件114a不会前后交替（alternate back and forth））。如图4中所示，第二检测器元件114a中的每一个可以以相同的偏移距离116与相邻的第二检测器元件114a偏移（即，偏移距离116是均匀的）。在其他实施例中，偏移距离116会变化（例如，检测器元件114a-1与检测器元件114a-2之间的偏移距离116不同于检测器元件114a-2与检测器元件114a-3之间的偏移距离116）。由于检测器元件114a的移位，第一检测器单元104a的检测器元件114a具有不同的轴向位置118（例如，如从隧道106的入口107到检测器单元114a的几何中心所测量的）。例如，检测器元件114a-n的轴向位置118a-n不同于检测器元件114a-1的轴向位置118a-1。应当理解的是，尽管出于说明的目的参考单个检测器单元104a进行了描述，但是PET扫描器102的检测器单元104中的一个或多个可以具有本文中描述的检测器元件114的移位布置。在一个优选实施例中，PET扫描器102的所有检测器单元104具有本文中描述的检测器元件114的移位布置。

检测器单元104中的检测器元件114中的每一个都被轴向地移位并不是必需的，并且可以使用其他配置。在一个实施例中，如图5中所示，偏移的检测器元件的集合中的检测器元件114中的每一个是n个连续检测器元件114的组的成员，其中相应组中的n个连续检测器元件中的每一个具有相同的轴向位置（例如，检测器元件114a-1和114a-2具有相同的轴向位置118a-1）。检测器单元104中的n个连续检测器元件114的每个组以偏移距离（例如，图5中所示的偏移距离116）与相应检测器单元104中的相邻于该组的检测器元件114偏移。应当理解的是，偏移的检测器元件的集合的每个成员可以是n个连续检测器元件的不同组的成员。例如，在图5中所示的实施例中，第一检测器单元104a可以以两个检测器元件114a的组来布置，其中两个检测器元件114a的每个组从两个检测器元件114a的相邻组偏移。尽管图5图示了在连续检测器元件的每个组中的两个检测器元件114a，但是应当理解的是，在每个组中可以包括其他数量的检测器元件114a（例如，三个检测器元件、四个检测器元件等）。此外，检测器元件114b之间的偏移距离116不需要是均匀的。例如，在一些实施例中，不同检测器元件114a之间的偏移距离116在不同的横切位置处可以是不同的。再次，应当理解的是，尽管出于说明的目的参考单个检测器单元104a进行了描述，但是PET扫描器102的检测器单元104中的一个或多个可以具有在本文中描述并且在图5中图示的检测器元件114的移位布置。在一个优选实施例中，PET扫描器102的所有检测器单元104具有在本文中描述并且在图5中示出的检测器元件114的移位布置。

在一些实施例中，检测器单元104中的检测器元件114的偏移距离116的总和（例如，每个检测器元件114a与相邻检测器元件114a之间的偏移距离116的总和）小于或等于检测器元件114之间（例如，检测器元件114a-1与检测器元件114b-1之间）的轴向间隙G。换句话说，检测器单元104中的检测器元件114的轴向位置（例如，如从PET扫描器102的隧道106的入口107到检测器元件114的几何中心所测量的）之间的最大差异小于或等于或不大于间隙G。例如，检测器元件114a-n的轴向位置118a-n与检测器元件114a-1的轴向位置118a-1之间的差异小于或等于间隙G。因此，任何第二检测器元件114b与第一检测器元件114a中的对应的一个之间的间隙G被第一检测器单元104a中的一个或多个检测器元件114a所“填充”。换句话说，第一114a和第二114b检测器元件的每一对之间的间隙G在平行于轴向轴线A的方向上交错或偏移，使得PET扫描器102不具有在横切方向上延伸的连续间隙，该连续间隙可能会引起伪影以及空间分辨率的其他问题。此外，本文中公开的检测器元件114的布置可以用于改进成像***100的轴向采样，这是由于检测器元件114被定位在台架102内的不同轴向位置处。

例如，在其中检测器元件中的每一个（例如，检测器元件114a-2）以均匀或相等的偏移距离116与相邻检测器元件（例如，检测器元件114a-1）偏移的实施例中，该均匀的偏移距离116（即，检测器元件与其相邻检测器元件之间的偏移距离）可以小于或等于：

均匀的偏移距离≤G/N

其中N是检测器单元104中的检测器元件114的数量，并且G是检测器单元104中的检测器元件114与相邻检测器单元104中的对应检测器元件114b之间（例如，检测器元件114a-1与检测器元件114b-1之间）的轴向间隙。

在一个实施例中，每个检测器单元104包括40个检测器元件114，并且轴向间隙G等于4毫米。针对这种实施例，轴向偏移距离116等于0.1毫米。

除了消除或减少图像中的伪影和不连续性之外，本文中描述的螺旋检测器单元104还可以用于具有最小图像质量退化的长轴向视野***。检测器单元104的螺旋布置还可以减少对于给定轴向视野所需的检测器元件114的数量。

将理解的是，前述描述是本发明的示例性实施例的描述，并且本发明不限于所示的特定形式。在不脱离本发明的范围的情况下，可以在元件的设计和布置方面做出修改。

Claims (15)

1.一种正电子发射断层摄影（PET）成像***，包括：

具有患者接收隧道的台架；

容纳在所述台架内部的第一检测器单元和第二检测器单元，其中第一检测器单元包括围绕所述PET成像***的轴向轴线采用螺旋布置的多个检测器元件，并且其中第二检测器单元包括围绕所述PET成像***的所述轴向轴线采用螺旋布置的多个检测器元件，

其中第二检测器单元中的检测器元件中的每一个沿着平行于所述PET成像***的所述轴向轴线的方向以轴向间隙与第一检测器单元中的对应检测器元件间隔开；

其中第一检测器单元和第二检测器单元中的每个检测器元件具有平行于所述轴向轴线从所述患者接收隧道的入口到所述检测器元件的几何中心所测量的轴向位置，以及

其中第一检测器单元和第二检测器单元中的每一个包括其多个检测器元件，所述多个检测器元件被布置成使得所述多个检测器元件的集合被定位成使得所述集合中的每个检测器元件在平行于所述PET成像***的所述轴向轴线的方向上与所述检测器单元中的相邻检测器元件偏移，使得每个检测器单元中的检测器元件的轴向位置之间的最大差异小于或等于所述轴向间隙。

2.根据权利要求1所述的***，其中第一检测器单元和第二检测器单元中的每个检测器元件在平行于所述轴向轴线的方向上与相应检测器单元中的该检测器元件的相邻检测器元件偏移。

3.根据权利要求2所述的***，其中第一检测器单元和第二检测器单元中的每个检测器元件以均匀的偏移距离与相应检测器单元中的该检测器元件的相邻检测器元件偏移。

4.根据权利要求3所述的***，其中第二检测器单元中的多个检测器元件中的每一个与第一检测器单元中的对应检测器元件之间的所述轴向间隙是均匀的。

5.根据权利要求4所述的***，其中所述均匀的偏移距离等于G/N，其中G是所述轴向间隙，并且N是每个检测器单元中的检测器元件的数量。

6.根据权利要求4所述的***，其中所述轴向间隙是4毫米。

7.根据权利要求1所述的***，其中检测器元件的所述集合中的每个检测器元件是n个连续检测器元件的相应组的成员，其中所述相应组中的n个连续检测器元件中的每一个具有相同的轴向位置，并且其中每个组以偏移距离与相应检测器单元中的相邻于所述组的检测器元件偏移。

8.根据权利要求7所述的***，其中n个连续检测器元件的每个组以均匀的偏移距离与相邻于所述组的检测器元件偏移。

9.根据权利要求1所述的***，其中所述轴向间隙与检测器元件的轴向晶体间距近似地相同。

10.根据权利要求1所述的***，其中第一检测器单元和第二检测器单元中的每一个由40个检测器元件组成。

11.根据权利要求1所述的***，其中第一检测器单元中的多个检测器元件和第二检测器单元中的多个检测器元件形成围绕所述PET成像***的所述轴向轴线的螺旋。

12.一种用于正电子发射断层摄影（PET）成像***的检测器单元，所述正电子发射断层摄影（PET）成像***具有台架，所述台架具有患者接收隧道，所述检测器单元包括：

采用螺旋布置的多个检测器元件，所述多个检测器元件被配置成围绕所述PET成像***的轴向轴线被设置；

其中当所述检测器单元被安装在所述PET成像***中时，每个检测器元件具有平行于所述PET成像***的所述轴向轴线从所述患者接收隧道的入口到所述检测器元件的几何中心所测量的轴向位置，以及

其中所述多个检测器元件被布置成使得所述多个检测器元件的集合被定位成使得所述集合中的每个检测器元件在平行于所述PET成像***的所述轴向轴线的方向上与相邻检测器元件偏移，使得当所述检测器单元和第二检测器单元被安装在所述PET成像***中时，检测器元件的轴向位置之间的最大差异小于或等于所述多个检测器元件中的每一个与第二检测器单元中的对应检测器元件之间的轴向间隙。

13.根据权利要求12所述的检测器单元，其中检测器元件中的每一个在平行于所述轴向轴线的方向上与其相邻检测器元件偏移，并且其中检测器元件中的每一个以均匀的偏移距离与其相邻检测器元件偏移。

14.根据权利要求13所述的检测器单元，其中所述均匀的偏移距离等于G/N，其中G是所述轴向间隙，并且N是所述检测器单元中的检测器元件的数量。

15.根据权利要求12所述的检测器单元，其中检测器元件的所述集合中的每个检测器元件是n个连续检测器元件的相应组的成员，其中所述相应组中的n个连续检测器元件中的每一个具有相同的轴向位置，并且其中每个组以偏移距离与相应检测器单元中的相邻于所述组的检测器元件偏移。

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