檢測器模塊的配置確定方法、γ射線檢測器、以及PET裝置製造方法
2023-09-19 08:55:55 1
檢測器模塊的配置確定方法、γ射線檢測器、以及PET裝置製造方法
【專利摘要】提高PET裝置的性能均勻性。本發明涉及一種方法，用於確定構成為將響應起因於湮沒事件產生的入射γ射線而產生的光轉換成電信號的多個檢測器模塊在γ射線檢測器內的配置的方法。首先，取得多個檢測器模塊的每一個模塊的性能信息。接著，根據所取得的性能信息，確定γ射線檢測器內的多個檢測器模塊的每一個模塊的相對的位置。
【專利說明】檢測器模塊的配置確定方法、Y射線檢測器、以及PET裝置
【技術領域】
[0001]本實施方式涉及檢測器模塊的配置確定方法、Y射線檢測器、以及PET裝置。
【背景技術】
[0002]PET (positron emission tomography)裝置搭載定時特性不同的大約數十個至大約一百個的檢測器模塊。檢測器模塊在PET裝置內不規則地配置。例如，當是被配置為多個檢測器模塊形成檢測器環的PET檢測器時，檢測器模塊一般在檢測器環內不規則地配置。
[0003]當是T0F(time of flight)型PET裝置時，由於該不規則性，通常，PET_F0V(fieldof view)或重建剖面中的時間解析度變得不均勻。當嘗試消除該不均勻性時，圖像重建會變得更複雜，當不嘗試消除該不均勻性時，畫質會降低。
【發明內容】
[0004]實施方式的目的在於，提供一種能夠提高PET裝置的性能的均勻性的檢測器模塊的配置確定方法、Y射線檢測器、以及PET裝置。
[0005]本實施方式所涉及的檢測器模塊的配置確定方法，是用於確定構成為將響應由於湮沒事件產生的入射Y射線而產生的光轉換成電信號的多個檢測器模塊在Y射線檢測器內的配置的方法，該方法包含取得上述多個檢測器模塊的各個的性能信息，根據上述取得的性能信息，確定上述Y射線檢測器內的上述多個檢測器模塊的各個的相對的位置的步驟。
[0006]提高PET裝置的性能的均勻性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]圖1是表示搭載於本實施方式所涉及的PET裝置的檢測器環所包含的40個檢測器模塊的配置例的圖。
[0008]圖2是表示本實施方式所涉及的、基於性能信息的檢測器模塊對的確定方法的典型的流程的圖。
[0009]圖3是表示搭載於本實施方式所涉及的PET裝置的檢測器環所包含的檢測器模塊的第I配置方法的典型的流程的圖。
[0010]圖4A是三維地表示搭載於本實施方式所涉及的PET裝置的檢測器環所包含的160個檢測器模塊的配置例的圖。
[0011]圖4B是平面地表示搭載於本實施方式所涉及的PET裝置的檢測器環所包含的160個檢測器模塊的配置例的圖。
[0012]圖5是表示搭載於本實施方式所涉及的PET裝置的檢測器環所包含的檢測器模塊的第2配置方法的典型的流程的圖。
[0013]圖6是表示本實施方式所涉及的PET裝置的結構的一個例子的圖。[0014]圖7是表示本實施方式所涉及的檢測器模塊的時間解析度的測量所使用的改良型的PET裝置的結構的一個例子的圖。
[0015]圖8是表示本實施方式所涉及的檢測器模塊的定時頻譜的一個例子的圖。
[0016]圖9是表示本實施方式所涉及的、用於測量時間解析度的測量裝置的結構例的圖。
[0017]圖10是表示本實施方式所涉及的、用於測量時間解析度的測量裝置的另一結構例的圖。
[0018]符號說明
[0019]100…閃爍晶體、105…閃爍晶體陣列、115…光導、120…閃爍晶體、125…閃爍晶體陣列、130…光導、135...光電倍增管、140…光電倍增管、145…顯示裝置、150…數據收集部、170…CPU、175…接口、180...電子存儲裝置、195…光電倍增管
【具體實施方式】
[0020]本實施方式記載改善PET裝置中的性能的均勻性的裝置以及方法，更具體而言，記載通過根據檢測器模塊的性能信息在檢測器環內配置檢測器模塊，從而涵蓋PET裝置的FOV全域改善性能的均勻性的裝置以及方法。
[0021]本實施方式提供一種為了使檢測器模塊的時間解析度均等化，由此涵蓋PET裝置整體使時間解析度更均 勻，使用以前的信息，例如，使用檢測器模塊的預備性能特性和/或生成性能(production performance)特性,在PET裝置內配置檢測器模塊的方法。涵蓋FOV全域實現使用TOF信息改善畫質的優點。
[0022]根據本實施方式，提供一種在Y射線檢測器內配置分別包含將響應起因於湮沒事件產生的入射Y射線而產生的光轉換成電信號的閃爍晶體的陣列的檢測器模塊的方法，該方法具備:取得檢測器模塊各自的性能信息的工序、和根據所取得的檢測器模塊的性能信息，確定Y射線檢測器內的檢測器模塊各自的相對位置的工序。
[0023]根據本實施方式，提供一種Y射線檢測器，該Y射線檢測器包含多個檢測器模塊，上述檢測器模塊分別包含將響應起因於湮沒事件產生的入射Y射線而產生的光轉換成電信號的閃爍晶體的陣列，被配置成形成檢測器環，檢測器模塊根據檢測器模塊的性能特性被配置在檢測器環內。
[0024]根據本實施方式，提供一種測量各檢測器模塊的時間解析度,根據這些時間解析度對PET裝置內的檢測器模塊添加順位的方法。
[0025]根據本實施方式，檢測器模塊以各對的平均時間解析度儘可能接近的方式進行配對。接著，屬於一對的檢測器模塊以它們的位置對於FOV的中心互為鏡像的方式配置在PET裝置內。
[0026]根據本實施方式，檢測器模塊被配置成，定時性能比較低的任意的檢測器模塊與定時性能比較低的另一檢測器模塊配對的概率較低。
[0027]根據本實施方式，由於為了優化時間解析度的均勻性而考慮來自檢測器模塊的LOR (line-of-responses),因此，使用算法。
[0028]根據本實施方式，檢測器模塊被配置為對象的器官(例如，心臟)位於時間解析度比較高的區域內。[0029]根據本實施方式，提供一種通過將時間解析度比較高的檢測器模塊與時間解析度比較低的讀出用電子設備連結，從而將PET裝置中的時間解析度均等化的方法。
[0030]接著，參照附圖針對本實施方式所涉及的PET裝置進行說明。圖1是表示PET裝置中的多個檢測器模塊的配置例的圖。如圖1所示，排列在圓周上的多個檢測器模塊構成檢測器環。本實施方式所涉及的檢測器模塊的個數能夠設定為任意的個數。在圖1中，示出示例性地由40個檢測器模塊構成的檢測器環。圖1中的內側的數值表示檢測器模塊的位置。設檢測器環的頂點為1，檢測器模塊的位置逆時針方向旋轉依次分配編號。圖1中的外側的數值表示檢測器模塊的時間解析度的相對順位。在該例子中，時間解析度最高的檢測器模塊(第I位)和時間解析度最低的檢測器模塊(第40位)被確定為一對。將確定兩個檢測器模塊的對的步驟稱為配對(pairing)。一對的檢測器模塊被配置為對置。同樣地，將時間解析度第二高的檢測器模塊(第2位)和時間解析度第二低的檢測器模塊(第39位)進行配對。這樣，在本實施方式中，以成為一對的兩個檢測器模塊的相對順位的合計大致相同的方式，將多個檢測器模塊配置在圓周上。以下，將兩個檢測器模塊的對稱為檢測器模塊對。
[0031]圖2是表示基於檢測器模塊的性能信息的檢測器模塊對的確定方法的典型的流程的圖。
[0032]如圖2所示，在步驟S201中，取得搭載於檢測器環的檢測器模塊的性能信息。作為性能信息，例如，能夠列舉各檢測器模塊的時間解析度、空間解析度或能量解析度。另外，作為性能信息，也可以是與時間解析度、空間解析度、或能量解析度類似的其他的信息。
[0033]在步驟S203中，根據所取得的性能信息，對各檢測器模塊添加順位。
[0034]在步驟S205中，將最高順位的(性能最優的)檢測器模塊與順位最低的檢測器模塊進行配對。
[0035]在步驟S207中，確認是否對所有的檢測器模塊都進行了配對。當沒有對所有的檢測器模塊進行配對時，在步驟S209中，將沒有配對的檢測器模塊中性能順位最高的檢測器模塊與性能順位最低的檢測器模塊進行配對。接著，再次返回到步驟S207，確認是否對所有的檢測器模塊進行了配對。並且，在步驟S207中，當確認對所有的檢測器模塊進行了配對時，在步驟S211中結束檢測器模塊對的確定處理。
[0036]另外，檢測器模塊對的確定處理並不只限定於上述的處理。例如，檢測器模塊也可以以各檢測器模塊對的平均時間解析度儘可能接近的方式，對兩個檢測器模塊進行配對。
[0037]另外，也可以以定時性能比較低的任意的檢測器模塊與定時性能比較低的另一檢測器模塊配對的概率變低的方式，對兩個檢測器模塊進行配對。
[0038]圖3是表示搭載於本實施方式所涉及的PET裝置的檢測器環內的檢測器模塊對的第I配置處理的典型的流程的圖。通過該第I配置處理，涵蓋FOV全域性能進一步均勻化。另外，在圖3的配置處理的開始時，假設檢測器模塊對已經通過圖2所示的確定處理等進行了配對。
[0039]在步驟S301中，根據各檢測器模塊對中的順位高的一方的檢測器模塊的順位，對多個檢測器模塊對進行排序(sort)。例如，第I位的檢測器模塊對是包含最高順位的檢測器模塊的檢測器模塊對。
[0040]在步驟S303中，第I位的檢測器模塊對所包含的兩個檢測器模塊以相互對置的方式配置在檢測器環內。第I位的檢測器模塊對所包含的兩個檢測器模塊在相互對置這樣的限制下，能夠配置在檢測器環的任意的位置。
[0041]在步驟S305中，將下一配置對象的檢測器模塊對中的順位高的一方的檢測器模塊配置在上次的配置對象的檢測器模塊對中的順位高的一方的檢測器模塊的右側或者左側的空餘的位置。該配置對象的檢測器模塊對中的順位低的一方的檢測器模塊被配置於該配置對象的檢測器模塊對中的順位高的一方的檢測器模塊的相對的一側。配置對象的檢測器模塊對被確定為沒有配置的檢測器模塊對中的最高順位的檢測器模塊對。
[0042]在步驟S307中，確認是否配置了所有的檢測器模塊對。當存在沒有被配置的檢測器模塊對時，返回到步驟S30，配置沒有被配置的檢測器模塊對。然後，在步驟S307中，當確認了所有的檢測器模塊都被配置時，在步驟S309中，配置處理結束。根據該配置方法，屬於檢測器模塊對的兩個檢測器模塊以它們的位置對於FOV的中心互為鏡像的方式被配置在PET裝置內。
[0043]圖4A是三維地表示搭載於PET裝置的檢測器環所包含的160個檢測器模塊的配置例的圖。圖4B是平面地表示搭載於PET裝置的檢測器環所包含的160個檢測器模塊的配置例的圖。如圖4A以及圖4B所示，檢測器環包含沿著軸線排列的多個檢測器模塊。例如，檢測器環包含沿著軸線顯示的I至4的4個檢測器模塊位置、和在方位角方向逆時針方向旋轉顯示I至40的40個檢測器模塊位置。在圖4A中，由線連接的第I以及第160對表示由在檢測器環內相互對置地配置的第I位的檢測器模塊和第160位的檢測器模塊構成的檢測器模塊對。
[0044]圖5是表示搭載於本實施方式所涉及的PET裝置的檢測器環內的檢測器模塊的第2配置處理的典型的流程的圖。通過該第2配置處理，涵蓋FOV全域性能進一步均勻化。另夕卜，與圖3中的配置處理相同，假設在開始圖5的配置處理時已經將檢測器模塊對通過圖2所示的確定處理等進行了配對。
[0045]在步驟S501中，根據各檢測器模塊對中的順位高的一方的檢測器模塊的順位，對多個檢測器模塊對進行排序(sort)。例如，第I位檢測器模塊對是包含最高順位的檢測器模塊的檢測器模塊對。
[0046]在步驟S503中，第I位的檢測器模塊對中的順位高的一方的檢測器模塊被配置在檢測器環中的任意的方位角位置，即，被配置成儘可能接近軸線的中央平面。第I位的檢測器模塊對中的順位低的一方的檢測器模塊被配置在順位高的一方的檢測器模塊的相對的一側。
[0047]在步驟S505中，將下一配置對象的檢測器模塊對中的順位高的一方的檢測器模塊配置為儘可能接近上次的配置對象的檢測器模塊對中的順位高的一方的檢測器模塊。將該配置對象的檢測器模塊對中的順位低的一方的檢測器模塊配置於該配置對象的順位高的一方的模塊的相對的一側。配置對象的檢測器模塊對被確定為沒有配置的檢測器模塊對中的最高順位的檢測器模塊對。
[0048]在步驟S507中，確認是否配置了所有的檢測器模塊對。當存在沒有配置的檢測器模塊對時，返回到步驟S505，配置沒有配置的檢測器模塊對。並且，當在步驟S507中確認配置了所有的檢測器模塊時，在步驟S509中結束配置處理。
[0049]另外，檢測器模塊的配置處理並不只限定於上述的處理。例如，為了優化時間解析度的均勻性也可以考慮來自檢測器模塊的LOR。
[0050]另外，檢測器模塊也可以在空間上以時間解析度不同的方式進行配置。通過將性能比較高的檢測器模塊定位在特定的範圍或者位置，從而能夠使FOV的時間解析度在空間上不均勻。此時，當是特殊任務的攝像(例如，心臟攝像或者腫瘤攝像)時，攝像對象被配置在時間解析度比較高的區域內。例如，當是心臟攝像時，以心臟位於時間解析度比較高的區域內的方式對患者進行定位。
[0051]根據本實施方式，當讀出用電子設備具有不均勻的定時性能時，為了進一步根據讀出用電子設備的定時性能使時間解析度均等化，也可以配置檢測器模塊。例如，安裝於現場可編程邏輯門陣列(FPGA)的時間數字轉換器(TDC:time-to-digital converter)有時具有不同的定時精度。讀出用電子設備的定時性能通常能夠通過作為製造過程的標準部分的、對於各電子基板的過去的性能試驗得到。為了使PET裝置的定時性能均等化，時間解析度比較高的檢測器模塊為了得到均衡的性能，與定時性能比較低的讀出用電子設備合併組裝。此時，檢測器模塊的性能的順位根據組合檢測器模塊、和在製造中與該檢測器模塊合併組裝的讀出用電子設備得到的性能來確定。
[0052]如上所述，檢測器模塊對在檢測器環內的任意的位置相互對置地配置。從而，通過檢測器環的中心附近的LOR的質量進一步均勻化。
[0053]圖6是表示本實施方式所涉及的PET裝置的結構的一個例子的圖。如圖6所示，光電倍增管135以及140被配置在光導130上，閃爍晶體的陣列105被配置在光導130下。閃爍晶體的第2陣列125被配設在閃爍晶體105的相反側，光導115和光電倍增管195，110被配置在其之上。
[0054]在圖6中，如果從被檢體(未圖示)放射Y射線，則Y射線向相互大致180°遠離的方向行進。Y射線由閃爍晶體100以及120同時檢測，當Y射線在既定的時限內由閃爍晶體100以及120檢測出時，判斷為是閃爍事件。S卩，Y射線檢測器由閃爍晶體100以及120同時檢測Y射線。
[0055]光電倍增管110、135、140、以及195與數據收集部150連接。數據收集部150包含構成為對來自光電倍增管的信號進行處理的硬體。數據收集部150測量Y射線的到達時間。數據收集部150生成2個輸出(與光電倍增管135/140的組合相關的輸出、和與光電倍增管110/195的組合相關的輸出)，通過上述兩個輸出對對於系統時鐘(未圖示)的識別器脈衝的時間進行符號化。當是TOF型PET裝置時，數據收集部150—般以15?25ps的精度生成時間標記。數據收集部150測量各光電倍增管的信號(來自數據收集部150的輸出中的4個)的振幅。
[0056]來自數據收集部150的輸出被供給至CPU170。CPU170對來自數據收集部150的輸出實施信號處理。信號處理包含來自數據收集部150的輸出的能量以及位置、和對於各事件的來自時間標記輸出的到達時間的推定。另外，為了改善能量、位置、以及時間的推定值的精度，信號處理也可以包含適用基於過去的校正的多個校正處理。作為個別的邏輯門，CPU170能夠安裝為特殊用途集成電路(ASIC)、現場可編程邏輯門陣列(FPGA)、或者其他的複雜可編程邏輯器件(CPLD)。FPGA或者CPLD的安裝可以由VHDL、Verilog、或者其他的任意的硬體記述語言來符號化，符號在FPGA或者CPLD內可以直接保存於電子存儲器，或者也可以保存於單獨的電子存儲器。另外，電子存儲器也可以是ROM、EPR0M、EEPR0M、或者FLASH存儲器等非易失性的。電子存儲器還可以是靜態或者動態RAM等易失性的、以及微控制器或者微處理器等處理器，也可以為了管理電子存儲器、FPGA或者CPLD與電子存儲器之間的相互作用而設置。
[0057]或者，CPU170也可以安裝為保存於上述的電子存儲器、硬碟驅動器、⑶、DVD、FLASH驅動器、或者其他的任意的既知的存儲介質的任一個的、計算機可讀命令集。另外，計算機可讀命令作為與美國英特爾公司(Intel)的Xenon處理器或者美國AMD公司的Opteron處理器等處理器、和Microsoft (註冊商標)_VISTA (註冊商標)、UNIX (註冊商標)、Solaris(註冊商標)、LINUX (註冊商標)、Apple (註冊商標)、MAC-0S、以及本領域的技術人員既知的其他的作業系統等作業系統聯動地執行的、應用程式，背景程式、或者作業系統的組件、或者它們的組合來提供。
[0058]如果由CPU170進行處理，則處理完成的信號保存於電子存儲裝置180，或者顯示於顯示裝置145。電子存儲裝置180也可以是硬碟驅動器、⑶-ROM驅動器、DVD驅動器、FLASH驅動器、RAM、ROM、或者該領域中既知的其他的任意的電子存儲裝置。顯示裝置145也可以安裝為IXD顯示器、CRT顯示器、等離子顯示器、0LED、LED、或者該領域中既知的其他的任意的顯示裝置。
[0059]如圖6所示，本實施方式所涉及的PET裝置包含接口 175。本實施方式所涉及的PET裝置經由接口 175，與其他的外部設備或用戶通過接口連接。例如，接口 175也可以是USB接口、PCMCIA接口、乙太網(註冊商標)接口、或者在該領域既知的其他的任意的接口。另外，接口 175可以是有線的也可以是無線的，或者是鍵盤或滑鼠、是與用戶進行相互作用的在該領域中既知的其他的人機接口設備。
[0060]圖7是表示在本實施方式所涉及的檢測器模塊的時間解析度的測量中所使用的改良型的PET裝置的結構的一個例子的圖。如圖7所示，基準檢測器400以及試驗用檢測器(DUT:detector under test) 500被配置在68Ge或者22Na等放射性同位素300的兩側。放射性同位素300放射具有511keV的一對Y射線。基準檢測器400包含基準檢測器閃爍體晶體200和基準檢測器光傳感器205。
[0061]在通過收集系統對同時計數判定窗口(coincidence window)內的事件進行了配對之後，定時頻譜看上去如圖8那樣。通過真的同時計數事件的一小部分，得到在基準檢測器400以及試驗用檢測器500的雙方中大致同時檢測的Y射線，生成圖8所示的那樣的瞬發同時計數峰值(prompt coincidence peak)。除了同時計數事件之外,各檢測器還檢測對應的Y射線沒有被相對的一側的檢測器檢測的單一的Y射線。例如，一部分的Y射線不會發生相互作用而通過檢測器。這些單一 Y射線也可以通過收集系統，與相對的一側的檢測器中的其他的單一 Y射線不規則地配對。這些不是真的同時計數，因此，它們的時間分布不規則，因此，得到圖8所示的那樣的、定時頻譜的偶發同時計數的連續分量(randomcoincidence continuum)。對於檢測器對(即，試驗用檢測器500以及基準檢測器400)的測量時間解析度Atmrasurrai也可以與減去偶發同時計數的連續分量之後的定時頻譜的半最大值全寬度(FWHM)相等。
[0062]通過檢測器各自的時間解析度的平方的加法的平方根(add in quadrature)，得到測量時間解析度At_SUMd。從而，假設基準檢測器400的時間解析度是既知的，試驗用檢測器500的時間解析度可以通過下式來提供。[0063]【數學公式1】
【權利要求】
1.一種檢測器模塊的配置確定方法，是確定多個檢測器模塊在Y射線檢測器內的配置的方法，該多個檢測器模塊構成為將響應起因於湮沒事件產生的入射Y射線而產生的光轉換成電信號，上述方法的特徵在於包括: 取得工序，取得上述多個檢測器模塊的每一個的性能信息， 相對的位置的確定工序，根據上述取得的性能信息，確定上述Y射線檢測器內的上述多個檢測器模塊的每一個模塊的相對的位置。
2.根據權利要求1所述的檢測器模塊的配置確定方法，其特徵在於還包括: 配置工序，為了形成搭載於上述Y射線檢測器的檢測器環，根據上述確定的相對的位置，在上述Y射線檢測器內配置上述多個檢測器模塊。
3.根據權利要求1所述的檢測器模塊的配置確定方法，其特徵在於:上述取得工序取得上述多個檢測器模塊的每一個模塊的時間解析度信息以作為上述性能信息。
4.根據權利要求1所述的檢測器模塊的配置確定方法，其特徵在於:上述相對的位置的確定工序為了使上述Y射線檢測器整體的時間解析度至少部分地均等化,確定上述多個檢測器模塊的每一個模塊的上述相對的位置。
5.根據權利要求1所述的檢測器模塊的配置確定方法，其特徵在於: 上述多個檢測器模塊的每一個模塊具有接收上述電氣信號的數據收集部， 上述檢測器模塊的配置確定方法還包括確定上述數據收集部的每一個的性能信息的工序， 上述相對的位置的確定工序還根據上述數據收集部的每一個的性能信息確定上述相對的位置。
6.根據權利要求2所述的檢測器模塊的配置確定方法，其特徵在於: 上述相對的位置的確定工序根據上述取得的性能信息，從上述多個檢測器模塊中確定多個對， 上述配置工序以構成上述多個對的每一個對的兩個檢測器模塊在上述檢測器環中相互離開180°而就位的方式，將上述多個對配置在上述檢測器環內。
7.根據權利要求6所述的檢測器模塊的配置確定方法，其特徵在於:上述相對的位置的確定工序根據上述性能信息對上述多個檢測器模塊添加順位，以上述多個對實質上具有相同的平均順位的方式，從上述多個檢測器模塊中確定上述多個對。
8.根據權利要求6所述的檢測器模塊的配置確定方法，其特徵在於:上述相對的位置的確定工序以比規定的順位低的順位的2個檢測器模塊成為一對的概率低於規定的閾值的方式，從上述多個檢測器模塊中確定上述多個對。
9.根據權利要求1所述的檢測器模塊的配置確定方法，其特徵在於: 上述相對的位置的確定工序還具備: 為了最佳化上述Y射線檢測器的時間解析度的均勻性，根據來自上述多個檢測器模塊的多個LOR確定上述相對的位置的工序。
10.一種Y射線檢測器，具備被配置成形成檢測器環的多個檢測器模塊，其特徵在於: 上述多個檢測器模塊的每一個模塊構成為將響應起因於湮沒事件產生的入射Y射線而產生的光轉換成電信號，根據上述多個檢測器模塊的每一個模塊的性能特性而被配置於上述檢測器環內。
11.一種PET裝置，其特徵在於: 具備檢測來自被檢體的Y射線的Y射線檢測器， 上述Y射線檢測器具有被配置為形成檢測器環的多個檢測器模塊， 上述多個檢測器模塊的每一個模塊構成為將響應起因於湮沒事件產生的入射Y射線而產生的光轉換成電信號，根據上述多個檢測器模塊的每一個模塊的性能特性而被配置於上述檢測器環內。
【文檔編號】G01T1/161GK103975252SQ201380003445
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年10月22日 優先權日:2012年10月22日
【發明者】王晉中, K·C·布爾, 杜慧妮, J·王 申請人:株式會社東芝, 東芝醫療系統株式會社