Реконструкция времяпролетной позитронно-эмиссионной томографии с помощью содержания изображения, формируемого поэтапно на основе времяпролетной информации
Изобретение относится к технологиям получения изображения с помощью позитронно-эмиссионной томографии. Техническим результатом является обеспечение быстрого формирования предварительных изображений для контроля или планирования сбора клинических PET-изображений. Способ содержит этапы, на которых: формируют содержание изображения независимо для каждого события позитронно-электронной аннигиляции из множества событий позитронно-электронной аннигиляции из набора данных для получения РЕТ-изображения, основываясь на времяпролетной (TOF) локализации, чтобы создать сформированное изображение (34), содержащее накопление независимо сформированного содержания изображения; и очерчивают пространственный контур (56) изображения объекта в наборе (30) данных для получения РЕТ-изображения, основываясь на сформированном изображении (34); при этом операции формирования и очерчивания выполняются цифровым процессором (18). 5 н.и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Приведенное ниже описание относится к технологиям получения изображения, технологиям получения изображения с помощью позитронно-эмиссионной томографии (PET), технологиям получения изображения с помощью времяпролетной (TOF) PET, технологиям получения медицинских изображений и сопутствующим областям техники.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Получение PET-изображения влечет за собой введение в объект радиоактивного медицинского препарата, содержащего радиоизотоп, излучающий позитроны, и обнаружение гамма-излучения с энергией 511 кэВ, возникающего при событиях позитронно-электронной аннигиляции. Сохранение момента и энергии заставляет каждое событие позитронно-электронной аннигиляции излучать два противоположно направленных гамма-излучения с энергией 511 кэВ - соответственно, два, по существу, одновременных явления обнаружения гамма-излучения с энергией 511 кэВ соответствуют одному обнаруженному событию позитронно-электронной аннигиляции. Обнаруженное событие позитронно-электронной аннигиляции, не обладающее рассеянием, лежит где-то на прямом участке линии, соединяющей два события обнаружения гамма-излучения с энергией 511 кэВ.
Набор данных для получения PET-изображения содержит набор таких обнаруженных событий позитронно-электронной аннигиляции, который может быть реконструирован в изображение, используя соответствующий алгоритм реконструкции. Реконструированное изображение представляет пространственное распределение событий позитронно-электронной аннигиляции, которое эффективно соответствует пространственному распределению радиоактивного медицинского препарата в объекте за счет короткого среднего пути прохождения позитронов перед аннигиляцией. Радиоактивный медицинский препарат может быть выбран так, чтобы он накапливался в интересующем органе или ткани, таких как печень или мозг, чтобы обеспечивать клинически полезное изображение для медицинских или ветеринарных целей. Если радиоактивный медицинский препарат является веществом, которое вводится в метаболический цикл, PET-изображение может предоставлять функциональную информацию о метаболическом цикле. Некоторые известные алгоритмы реконструкции PET-изображения содержат отфильтрованную рирпроекцию и итерационную рирпроекцию. Последний способ является устойчивой к шуму и хорошо подходит для реконструкции данных изображения в присутствии шума.
Улучшением традиционного PET-изображения является времяпролетное (TOF) PET-изображение. TOF-PET дополнительно локализует событие позитронно-электронной аннигиляции на прямой линии, соединяющей два события обнаружения гамма-излучения с энергией 511 кэВ, основываясь на разнице во времени (или ее отсутствии) между двумя, "по существу, одновременными" событиями обнаружения гамма-излучения с энергией 511 кэВ. Интуитивно, это можно представить следующим образом. Если одно событие обнаружения происходит раньше, чем другое, то событие позитронно-электронной аннигиляции, вероятно, должно происходить в точке на соединительной линии, пропорционально более близкой к более раннему событию обнаружения. С другой стороны, если два события обнаружения совершенно одновременны, то событие позитронно-электронной аннигиляции, вероятно, должно иметь место в точке, лежащей примерно на середине соединительной линии. На практике, локализация TOF ограничивается временной разрешающей способностью детекторов гамма-излучения, и может быть представлена как "ядро" TOF, индицирующее пиковую функцию плотности вероятности вдоль соединительной линии.
Реконструкция PET-изображения посредством итерационной рирпроекции в вычислительном отношении весьма напряженна. Может потребоваться несколько минут или больше, чтобы реконструировать изображение с клинически полезной точностью и разрешающей способностью для медицинского или ветеринарного применения. Использование TOF-локализации при реконструкции изображения вносит дополнительную вычислительную сложность и приводит в результате к еще более длительному времени итерационной реконструкции. Пока итерационная реконструкция не закончится, обычно неизвестно, будет ли конечное изображение иметь удовлетворительное клиническое качество. Объект (например, медицинский или ветеринарный пациент) обычно находится в PET-сканере до тех пор, пока реконструкция изображения не закончится и пока врач визуально не проверит, что конечное реконструированное изображение обладает удовлетворительным качеством, так чтобы могли быть получены дополнительные данные для получения изображения, если конечное реконструированное изображение оказывается неудовлетворительным. Это неприятно для пациента, а также снижает пропускную способность средства получения PET-изображения.
Другая проблема существующих средств получения PET-изображения заключается в ослаблении объектом гамма-излучения. В целом, области накопленного радиоактивного медицинского препарата проявляются в PET-изображении как яркие области (предполагающие позитивное изображение), тогда как области, которые остаются относительно свободными от радиоактивного медицинского препарата, проявляются как более темные области. Области без радиоактивного медицинского препарата вообще, такие как воздух, окружающий объект, являются совершенно темными или невидимыми (пренебрегая любым шумом или артефактами изображения). Темные области объекта не являются, однако, не представляющими интерес, они накапливают некоторые гамма-частицы и, следовательно, уменьшают число отсчетов с энергией 511 кэВ, в целом, в пространственно изменяющейся манере. Для компенсации, во время итерационной реконструкции, как известно, используют карту ослабления объекта, чтобы учесть пространственно изменяющееся ослабление гамма-излучения с энергией 511 кэВ. В некоторых существующих системах PET-сканер объединяется со сканером трансмиссионной компьютерной томографией (CT) и последний используется для сбора данных ослабления радиации, которые могут использоваться для создания карты ослабления объекта. Хотя излучение, используемое при получении CT-изображения, обычно не обладает энергией 511 кэВ, соответствующая компенсация разности в энергии излучения известна и легко выполняется.
Однако CT-сканер может быть недоступен или может иметь меньшее поле зрения (FOV), чем PET-сканер. Например, некоторые системы получения изображения объединяют PET-сканер с магнитно-резонансным (MR) сканером, который обычно имеет существенно меньшее FOV, чем PET-сканер. В таких случаях полная карта ослабления объекта не может быть создана непосредственно из CT- или MR-изображения.
Описанное ниже обеспечивает новые и улучшенные устройства и способы, которые решают упомянутые выше и другие проблемы.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с одним раскрытым вариантом, способ обработки набора данных для получения изображения объекта с использованием позитронной эмиссионной томографии (PET), собранных для объекта, содержит формирование содержания изображения независимо для каждого события позитронно-электронной аннигиляции из множества событий позитронно-электронной аннигиляции из набора данных для получения PET-изображения, основываясь на времяпролетной (TOF) локализации, чтобы создать сформированное изображение, содержащее накопление независимо формируемого содержания изображения, при котором операции формирования выполняются цифровым процессором.
В соответствии с другим раскрытым вариантом, способ обработки набора данных для получения изображения с помощью позитронно-эмиссионной томографии (PET), собранных для объекта, содержит независимо локализуемое каждое событие позитронно-электронной аннигиляции набора данных для получения PET-изображения, основываясь на времяпролетной (TOF) локализации события позитронно-электронной аннигиляции, чтобы получить сформированное изображение, в котором независимые операции локализации выполняются цифровым процессором.
В соответствии с другим раскрытым вариантом, способ получения PET-изображения содержит этапы, на которых определяют вероятное местоположение обнаруженного события позитронно-электронной аннигиляции, основываясь на времяпролетной (TOF) информации, повторяют определение для множества обнаруженных событий позитронно-электронной аннигиляции для создания предварительного изображения и отображают на дисплее предварительное изображение.
В соответствии с другим раскрытым вариантом, раскрытый цифровой процессор выполнен с возможностью осуществления способа, изложенного в любом из трех непосредственно предшествующих абзацев. В соответствии с другим раскрытым вариантом, раскрытый носитель данных хранит команды, исполняемые цифровым процессором, чтобы выполнить способ, изложенный в любом из трех непосредственно предшествующих абзацев.
Одно из преимуществ состоит в обеспечении более быстрой итерационной реконструкции PET-изображения.
Другое преимущество состоит в обеспечении более точной реконструкции PET-изображения.
Другое преимущество состоит в обеспечении более точной и полной карты ослабления объекта для использования при реконструкции PET-изображения.
Другое преимущество состоит в обеспечении быстрого формирования предварительных изображения для контроля или планирования сбора клинических PET-изображения.
Дополнительные преимущества будут очевидны для специалистов в данной области техники после прочтения и понимания последующего подробного описания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг.1 схематически представлена система получения изображения с помощью позитронно-эмиссионной томографии (PET), используя содержание изображения, формируемое поэтапно от события к событию на основе времяпролетной (TOF) информации.
На Фиг.2 и 3 схематично представлены альтернативные подходы для поэтапного формирования содержания изображения, основываясь на времяпролетной (TOF) информации.
На Фиг.4 и 5 схематично представлена блок-схема последовательности выполнения операций создания предварительного изображения и способов обработки, соответственно выполняемых системой получения PET-изображения, показанной на Фиг.1.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Со ссылкой на Фиг.1, система 10 получения изображения содержит, по меньшей мере, возможность получения изображения с использованием времяпролетной (TOF) позитронной эмиссионной томографии (PET). С этой целью система 10 получения изображения содержит опору 12 объекта для загрузки объекта, изображение которого должно быть получено, в отверстие портальной рамы 14, в которой находятся одно или более колец детекторов PET (не показаны), способных обнаруживать гамма-излучение с энергией 511 кэВ. Как вариант, система 10 получения изображения может быть способна выполнять, по меньшей мере, один дополнительный способ получения изображения, помимо PET, такой как получение изображения с помощью магнитного резонанса (MR) или получение изображения с помощью трансмиссионной компьютерной томографии (CT). Например, портальная рама 14 может дополнительный содержать магнит, катушки градиентного магнитного поля и другие компоненты для получения MR-изображения (не показаны). Альтернативно, система 10 получения изображения может содержать дополнительную портальную раму (не показана) с отверстием, расположенным коаксиально с отверстием показанной портальной рамы 14, так чтобы опора 12 объекта могла загружать объект в портальную раму 14 или в дополнительную портальную раму. В дополнительную портальную раму могут устанавливаться компоненты, осуществляющие другой способ получения изображения, такой как MR или CT. Некоторыми подходящими системами получения изображения являются, например, системы получения TOF-PET/CT-изображения серии GeminiTM, которые обеспечивают возможности получения TOF-PET-изображения и CT-изображения в отдельных PET- и CT-портальных рамах с коаксиальными отверстиями, выровненными для работы с общей опорой объекта (доступной от Koninklijke Philips Electronics N.V., Эйндховен, Нидерланды).
Системой 10 получения изображения управляет контроллер 16 системы получения изображения, который взаимодействует с пользователем-человеком (например, радиологом, врачом, ветеринаром или так далее) через показанный для примера компьютер 18, имеющий дисплей 20 и одно или более устройств 22 ввода данных пользователем, или через другой соответствующий интерфейс пользователя. Контроллер 16 системы получения изображения и интерфейс 18 пользователя могут быть осуществлены по-разному, например, контроллер 16 системы получения изображения может быть осуществлен как цифровой процессор, такой как компьютер 18, на котором выполняется соответствующее программное обеспечение управления системой получения изображения, или может дополнительно или альтернативно содержать специализированное аппаратурное обеспечение управления системой получения изображения, такое как один или более специализированных цифровых процессоров управления системой получения изображения и так далее. Показанным для примера устройством 22 ввода данных пользователем является клавиатура, но в более общем смысле могут быть обеспечены одно или более интерфейсных устройств пользователя, таких как, например, любая комбинация клавиатуры, "мыши", трекбола, сенсорного экрана и так далее. Дисплей обеспечивает обратную связь пользователю от системы 10 получения изображения, а также отображает различные полученные изображения. Хотя для примера показан одиночный дисплей 20, предполагается наличие двух или более дисплеев, таких как, например, графический дисплей для показа полученных изображения и один или более текстовых графических дисплеев или графических дисплеев с более низкой разрешающей способностью (таких как, например, жидкокристаллический экран) для отображения текстовых сообщений при взаимодействии, столбиковых индикаторов с низкой разрешающей способностью или других графических индикаторов с низкой разрешающей способностью и так далее.
Система 10 получения изображения собирает набор 30 данных для получения TOF-PET-изображения под управлением контроллера 16 и с дополнительным вводом управления от пользователя через интерфейс 18 пользователя. С этой целью, объекту (такому объекту, как человек, изображение которого должно быть получено, животное, изображение которого должно быть получено, и так далее) вводят радиоактивный медицинский препарат, содержащий радиоизотоп, испускающий позитроны, и объект загружается в систему 16 получения изображения для получения PET-изображения. Радиоактивный медицинский препарат может вводиться до или после загрузки объекта в систему 10 получения изображения, но должно быть назначено достаточное время перед тем, как начинать сбор набора 30 данных для получения TOF-PET-изображения, так чтобы радиоактивный медицинский препарат мог накопиться или присоединиться к органу или интересующей ткани или мог метаболизироваться посредством интересующего метаболического цикла или мог как-либо иначе взаимодействовать или распределиться по объекту таким образом, чтобы собираемый набор 30 данных для получения TOF-PET-изображения содержал полезную информацию. Например, в случае получения изображения мозга должно быть обеспечено достаточное количество времени, чтобы позволить радиоактивному медицинскому препарату накопиться в интересующей мозговой ткани.
В случае живого человека или подопытного животного дозировка радиоактивного медицинского препарата предпочтительно ограничивается так, как предписывается принятыми медицинскими стандартами, ветеринарными стандартами, действующими государственными постановлениями, руководствами по применению, индивидуальным медицинским заключением и так далее. Дозировка обычно относительно низкая и, как следствие, обычно требуется несколько секунд, десятки секунд, несколько минут или больше, чтобы обнаружить достаточное количество событий позитронно-электронной аннигиляции для формирования клинически полезного изображения. Дополнительно реконструкция набора 30 данных для получения TOF-PET-изображения в вычислительном отношении является напряженной и может занять несколько секунд, десятки секунд, несколько минут или больше. Как следствие, время с начала получения изображения до отображения на дисплее реконструированного изображения может быть долгим.
Чтобы решить эти проблемы и обеспечить более быструю визуальную обратную связь с пользователем, формирователь 32 изображения выполнен с возможностью формирования содержания изображения независимо для каждого события позитронно-электронной аннигиляции (p-e), основываясь на времяпролетной локализации, чтобы создать сформированное изображение 34, содержащее накопление независимо сформированного содержания изображения. Формирователь 32 изображения формирует содержание изображения для каждого события аннигиляции p-e независимо и, соответственно, может начинать формирование содержания изображения формируемого изображения 34, как только первое событие аннигиляции p-e зарегистрировано в памяти, сохраняющей набор 30 данных для получения TOF-PET-изображения. Предварительный навигатор 36 сформированного изображения соответственно отображает сформированное изображение 34 на дисплее 22 для просмотра пользователем. Как вариант, предварительный навигатор 36 сформированного изображения может отображать содержание изображения для сформированного изображения 34 в режиме реального времени по мере того, как оно создается формирователем 32 изображения. Эффект состоит в том, чтобы показывать постепенное "заполнение" отображаемого изображения по мере того, как все больше и больше создается содержание формируемого изображения. Таким образом, пользователь принимает почти мгновенную визуальную обратную связь и может видеть, как созданное изображение формируется во времени, когда содержание изображения все больше и больше добавляется по мере увеличения во времени количества обнаруженных событий аннигиляции e-р.
С краткой ссылкой на Фиг.2 и 3, далее дополнительно описывается работа формирователя 32 изображения. На каждом из Фиг.2 и 3 схематично показана часть пространства S изображения с пикселами (или, в более общем смысле для трех измерений, вокселами), показанными сеткой прямоугольников. Каждый прямоугольник представляет пиксел или воксел. Хотя показанные для примера пикселы или вокселы являются квадратными, предполагаются также прямоугольные или иной формы пикселы или вокселы. На Фиг.2, первое показанное для примера обнаруженное событие аннигиляции e-р определяется двумя, по существу, одновременными событиями обнаружения гамма-излучения с энергией 511 кэВ, связанными соединительной линией или "линией реакции", обозначенной на Фиг.2 как LOR1. Времяпролетная информация для первого обнаруженного события аннигиляции e-р представляется как функция плотности вероятности или ядро, схематически изображенное на Фиг.2 как график, соответствующий линии реакции LOR1 и обозначенный TOF1. Точно также, второе показанное для примера событие аннигиляции e-р обозначается линией реакции LOR2 и времяпролетным ядром TOF2 и показанное для примера третье обнаруженное событие аннигиляции e-р обозначается линией реакции LOR3 и времяпролетным ядром TOF3. На Фиг.3 одиночная показанная для примера обнаруженная линия реакции LOR4 изображена с соответствующим ядром TOF как TOF4.
Ядра TOF для TOF1, TOF2, TOF3, TOF4 являются пиковыми распределениями, для которых расположения пиков вдоль соответствующих линий реакции LOR1, LOR2, LOR3, LOR4 определяются разностью во времени между двумя, по существу, одновременными событиями обнаружения гамма-излучения с энергией 511 кэВ, которые определяют обнаруженное событие аннигиляции e-р. Ширина ядер TOF для TOF1, TOF2, TOF3, TOF4 определяется временной разрешающей способностью детекторов PET.
В варианте осуществления, показанном на Фиг.2, формирователь 32 изображения функционирует, увеличивая величину пиксела или воксела пространства S изображения на пике локализации TOF на выбранную величину, так что накопление значения увеличивает формы сформированного изображения 34. Пик локализации TOF соответствует пику времяпролетного представления ядра, то есть самой вероятной локализации обнаруженного события аннигиляции e-р, и может быть вычислен, основываясь на линии реакции и разнице во времени между двумя, по существу, одновременными событиями обнаружения гамма-излучения с энергией 511 кэВ, которые определяют обнаруженное событие аннигиляции e-р. Например, на приведенной для примере Фиг.2, событие аннигиляции e-р, представленное линией реакции LOR1 и ядром TOF для TOF1, обрабатывается, чтобы создать содержание изображения, увеличивая значение пиксела изображения или воксела P1 пространства S изображения, которое, по всей вероятности, содержит событие аннигиляции e-р. Это обозначено на Фиг.2 светлой штриховкой пиксела или воксела Р1. С другой стороны, пики времяпролетных ядер TOF2, TOF3 вдоль соответствующих линий реакции LOR2, LOR3, как оказывается, должны совпадать в одном и том же пикселе или вокселе P2. Значение пиксела или воксела P2 поэтому увеличивается вдвое, как обозначено более темной штриховкой пиксела или воксела P2 на Фиг.2. Хотя это не показано, следует понимать, что третье или последующее из событий аннигиляции e-р, чьи ядра TOF, как оказывается, достигают максимума в одном и том же пикселе или вокселе, должны приводить в результате к дополнительным увеличениям значения этого пиксела или воксела. В совокупности, значение пиксела или воксела является признаком обнаруженной активности аннигиляции e-р в этом пикселе или вокселе пространства S и, следовательно, результирующее накопленное содержание изображения (соответствие увеличениям значения пиксела или значения воксела, полученным за счет событий аннигиляции e-р, лежащих в их основе) в совокупности определяет изображение активности аннигиляции e-р в пространстве S изображения, которое, в свою очередь, является представлением изображения распределения радиоактивного медицинского препарата в объекте.
Разрешающая способность сформированного изображения 34, формируемого, используя подход, показанный на Фиг.2, ограничивается шириной ядер TOF, то есть пространственной неопределенностью, введенной конечной временной разрешающей способностью информации TOF за счет конечной временной разрешающей способности PET-детекторов. Скорость света в вакууме составляет 3,00x1010 см/с. Если PET-детекторы обладают временной разрешающей способностью 300 пикосекунд, то ограниченная TOF пространственная разрешающая способность имеет порядок 10 см. Разрешающая способность может быть хуже, чем эта, например, если имеется размывание движения, размывание расстояния и так далее. Таким образом, для РЕТ-детекторов с временной разрешающей способностью 300 пикосекунд, сформированное изображение 34, когда оно используется в качестве предварительного изображения, не имеет клинического качества, однако, если радиоактивный медицинский препарат с низкой концентрацией проникает во весь объем объекта, то сформированное изображение 34 обеспечивает приемлемо точное очертание объекта, с более яркими областями, указывающими области более концентрированного накопления радиофармацевтического препарата. Сформированное изображение 34 может иметь разрешающую способность клинического качества, если РЕТ-детекторы имеют соответственно низкую временную разрешающую способность, например, порядка нескольких десятков пикосекунд и, более предпочтительно, порядка нескольких пикосекунд или меньше.
Подход к созданию сформированного изображения 34, описанный со ссылкой на Фиг.2, не учитывает ширину или форму ядер TOF (хотя пространственная разрешающая способность может ограничиваться шириной или формой ядер TOF).
Со ссылкой на Фиг.3, при альтернативном подходе варианте формирователь 34 изображения создает содержание изображения для каждого события аннигиляции e-р, увеличивая значения пикселей изображения или вокселей пространства S изображения на величины, соответствующие ядру TOF, представляющему локализацию TOF, так что накопление увеличений значений создает сформированное изображение. В примере, показанном на Фиг.3, ширина ядра TOF для TOF4 вдоль линии реакция LOR4 расширяется больше четырех пикселей или вокселей, обозначенных P10, P11, P12, P13. Пик ядра TOF для TOF4 приблизительно совпадает с пикселем или векселем P12, которому назначается наивысшее приращение значения, равное 5. (Заметим, что на Фиг.3 приращения значений указываются численно, а не затенением, как на Фиг.2). Пиксел или воксел P11 находится в нижней части ядра TOF для TOF4 и ему назначается соответственно более низкое приращение значения, равное 3. Остальным пикселам или вокселам P10, P13 назначаются соответствующие приращения значений, равные 1 и 2, соответственно, в соответствии со значениями ядра TOF для TOF4, совпадающего с этими пикселами или вокселами. Таким образом, содержание изображения, соответствующее событию аннигиляции e-р, является вкладом в распределение интенсивности при подходе, показанном на Фиг.3, конкретно, вкладов в распределение интенсивности по пикселам или вокселам P10, P11, P12, P13 для примера события аннигиляции e-p, схематично показанного на Фиг.3. Как и при подходе, показанном на Фиг.2, эти увеличения значений пикселей или вокселей выполняются на основе каждого из событий аннигиляции e-p и содержание изображения, содержащее эти увеличения значений, накапливается, чтобы создать сформированное изображение 34.
Подход, показанный на Фиг.3, более точно учитывает разброс или неопределенность информации TOF, моделируя форму и ширину ядра TOF. Следует понимать, что ширина и форма ядра TOF могут учитывать другие источники ухудшения разрешающей способности помимо временной разрешающей способности РЕТ-детектора, такие как размывание расстояния, вызванное конечной пространственной разрешающей способностью РЕТ-детекторов. Дополнительно ширина и/или форма ядра TOF могут изменяться в пространстве S изображения, например, основываясь на расстоянии между пиком ядра TOF и ближайшим PET-детектором.
Снова обращаясь к Фиг.1, сформированное изображение 34 может использоваться различными способами, чтобы существенно улучшить получение TOF-PET-изображения. Как уже описано, сформированное изображение 34 может использоваться предварительным навигатором 36 сформированного изображения, чтобы обеспечить немедленную обратную связь пользователю в отношении прогресса сбора данных для получения PET-изображения. В зависимости от того, что пользователь видит в сформированном изображении 34, пользователь может принять решение - изменить положения объекта или выполнить дополнительные или другие корректировки при сборе РЕТ-информации. Если предварительный навигатор 36 отображает сформированное изображение 34 по мере того, как оно создается (то есть, по мере того, как обнаруживается все больше событий аннигиляции e-р и соответствующее содержание изображения создается на основе событий аннигиляции e-р), то тогда пользователь может иметь возможность идентифицировать определенные грубые проблемы изображения (такие как большая ошибка в расположении объекта или существенная неспособность радиоактивного медицинского препарата накапливаться в интересующем органе или ткани, возможно, из-за неправильного выбора радиоактивного медицинского препарата) на ранней стадии получения изображения и может принять меры по их устранению или вообще прервать сеанс получения изображения, основываясь на этой ранней информации.
Сформированное изображение 34 может использоваться для других целей. Например, в некоторых вариантах осуществления итерационный механизм 40 реконструкции РЕТ-изображения выполняет итерационную реконструкцию набора 30 данных для получения РЕТ-изображения, чтобы создать реконструированное изображение 42, которое отображается на дисплее 20 или используется как-либо иначе. В целом, итерационная реконструкция действует, начинаясь с начального изображения, моделирующего данные для получения РЕТ-изображения, которые, как ожидается, должны быть собраны, если объект, соответствующий начальному изображению, должен отображаться PET-сканером, и итерационно регулирует начальное изображение и повторяет моделирование до тех пор, пока моделированные данные для получения РЕТ-изображения не станут, по существу, соответствовать набору 30 данных для получения РЕТ-изображения. Скорость и точность итерационной реконструкции в существенной степени зависят от того, насколько близко начальное изображение к конечному реконструированному изображению. В варианте осуществления, показанном на Фиг.1, итерационная реконструкция использует сформированное изображение 34 в качестве начального изображения для итерационной реконструкции. Сформированное изображение 34, как ожидается, должно быть таким же, как конечное реконструированное изображение, за исключением того, что сформированное изображение 34 обычно имеет существенно более грубую разрешающую способность, поскольку она ограничивается пространственной разрешающей способностью TOF. Соответственно, сформированное изображение 34 является соответствующим выбором в качестве начального изображения для итерационной реконструкции. Как вариант, начальное изображение может быть получено из сформированного изображения 34 соответствующей обработкой, такой как сглаживание, масштабирование интенсивности или другой предварительной обработкой (не показана).
Продолжая ссылаться на Фиг.1, другим соответствующим использованием сформированного изображения 34 является создание карты ослабления объекта для использования при итерационной реконструкции 40 изображения (как показано) или для использования в другом типе реконструкции изображения. Настоящая заявка основана на радиоактивном медицинском препарате, присутствующем с обнаруживаемым уровнем концентрации в большей части или во всей части объекта, расположенной в объеме получения РЕТ-изображения. Например, радиоактивный медицинский препарат, предназначенный для мозговой ткани, как ожидается, будет накапливаться в мозге, но более низкая концентрация радиоактивного медицинского препарата будет также, как ожидается, присутствовать в кровотоке и, следовательно, как ожидается, будет проходить в кожу, мышцы или другие ткани в голове и части плеч пациента, которые расположены в объеме для получения РЕТ-изображения (в случае получения изображения мозга). В результате, сформированное изображение 34 содержит пригодное для распознавания изображение части объекта, расположенной в объеме для получения РЕТ-изображения, в целом. Формирователь 50 карты ослабления объекта применяет устройство 52 сглаживания изображения и детектор 54 краев или другой алгоритм сегментации изображения для идентификации пространственного контура 56 изображения объекта. Для идентификации пространственного контура 56 может использоваться другая обработка. Кроме того, относительно грубая разрешающая способность, определяемая пространственной разрешающей способностью TOF, в случае некоторых РЕТ-детекторов может обеспечить достаточное сглаживание, так что устройство 52 сглаживания контура изображения, по желанию, может быть исключено. Механизм 60 построения карты ослабления объекта создает карту 62 ослабления объекта для использования при реконструкции РЕТ-изображения, основываясь на пространственном контуре 56 объекта. Значения ослабления внутри пространственного контура 56 объекта могут быть определены из различных источников. В некоторых вариантах осуществления карта 64 ослабления объекта доступна посредством способов получения изображения, не связанных с PET. Например, если система 10 получения изображения содержит второй способ получения изображения, такой как MR или CT, то этот второй способ получения изображения может использоваться для получения карты 64 ослабления объекта. Однако в этом случае карта 64 ослабления объекта может быть усеченной из-за меньшего поля зрения при способе получения изображения с помощью MR или CT, по сравнению со способом получения РЕТ-изображения, используемого системой 10 получения изображения. Механизм 60 построения карты ослабления объекта использует усеченную карту 64 ослабления объекта в качестве ядра и пространственно расширяет усеченную карту 64 ослабления объекта, чтобы заполнить больший объем для получения РЕТ-изображения, основываясь на модели 66 объекта, такой как трехмерная анатомическая модель человека. Таким образом, например, если карта 64 ослабления объекта содержит области мышечной ткани, имеющей определенное среднее значение ослабления для мышцы, они могут быть пространственно расширены на другие области за пределы усеченной карты 64 ослабления объекта, которые, как ожидается, также будут содержать мышечную ткань, основываясь на модели 66 объекта.
В качестве другой альтернативы, карта 64 ослабления объекта может быть получена, используя другую систему получения изображения, или она может быть вычислена от модели 66 объекта, основываясь на известном ослаблении излучения с энергией 511 кэВ различными тканями. В таких случаях, однако, карта 64 ослабления объекта может находиться вне пространственной регистрации, когда объект расположен на опоре 12 объекта для получения РЕТ-изображения. Например, карта ослабления объекта может быть составлена для объекта, находящегося в другом положении, или может быть создана для подобного, но другого объекта другого размера и так далее. В таких случаях пространственный контур 56 объекта может использоваться в качестве пространственного эталона и карта 64 ослабления объекта, соответственно, пространственно фиксируется с помощью пространственного контура 56 объекта посредством выбранного жесткого или нежесткого алгоритма пространственной регистрации.
Результирующая карта 62 ослабления объекта, соответственно, используется итерационным механизмом 40 реконструкции PET-изображения, чтобы учесть ослабление гамма-излучения с энергией 511 кэВ тканями объекта при выполнении итерационной реконструкции. Следует отметить, что сформированное изображение 34 может использоваться: (1) как при построении карты 62 ослабления объекта, так и в качестве начального изображения для реконструкции 40 (как показано); или (2) сформированное изображение 34 может использоваться только при построении карты 62 ослабления объекта, но не как начальное изображение для итерационной реконструкции (например, если используется неитерационный алгоритм реконструкции изображения, который не использует начальное изображение); или (3) сформированное изображение 34 может использоваться только в качестве начального изображения для реконструкции 40 (например, если удовлетворительная карта ослабления объекта, одинакового с объемом для получения РЕТ-изображения, уже доступна посредством получения СТ-изображения или из другого источника).
Со ссылкой на Фиг.4 и 5, эти приведенные для примера применения схематически показаны в формате блок-схемы последовательности выполнения операций. Как показано на Фиг.4, набор данных для получения TOF-PET-изображения обрабатывается формирователем 32 изображения, чтобы создать сформированное изображение 34. Формирователь 32 изображения функционирует независимо по каждому полученному событию позитронно-электронной аннигиляции, чтобы накапливать содержание изображения. В соответствующем процессе операция 70 принятия решения определяет, существуют ли данные для получения TOF-PET-изображения, которые должны обрабатываться. Если да, то событие позитронно-электронной аннигиляции выбирается для обработки в операции 72 и содержание изображения создается для выбранного события позитронно-электронной аннигиляции в операции 74, основываясь на линии реакции и локализации TOF. Операция 74 может использовать подход, схематично показанный на Фиг.2, при котором величина пиксела или воксела Р1, P2 пространства S изображения на пике локализации TOF увеличивается на выбранную величину. Альтернативно, операция 74 может использовать подход, схематично показанный на Фиг.3, при котором значения пикселей или вокселей изображения P10, P11, P12, P13 пространства S изображения увеличивается на величины, соответствующие ядру TOF для TOF4, представляющего локализацию TOF. В любом случае, накопитель 76 содержания изображения накапливает увеличение значения или увеличивает сформированное изображение 34, внося в него свой вклад. Обработка возвращается к операции 70 принятия решения, чтобы обработать следующее доступное полученное событие позитронно-электронной аннигиляции. Если никакие необработанные события не доступны, работа формирователя 32 изображения прекращается или переходит в холостой режим в операции 78. Например, если формирователь 32 изображения применяется после того, как сбор данных для получения РЕТ-изображения закончен, то операция 78 соответственно является операцией остановки. С другой стороны, если формирователь 32 изображения применяется непрерывно во время сбора данных для получения РЕТ-изображения, чтобы непрерывно добавлять содержание изображения к сформированному изображению 34, по существу, в реальном времени, то операция 78 является соответственно холостой операцией, при которой формирователь 32 изображения находится в режиме ожидания, пока не будут получены данные следующего события позитронно-электронной аннигиляции.
Результирующее сформированное изображение 34 соответственно служит в качестве предварительного изображения, которое может отображаться, представляться или как-либо иначе визуализироваться предварительным навигатором 36 сформированного изображения. В случае операции, производимой, по существу, в реальном времени, предварительное изображение кажется постепенно заполняемым по содержанию изображения, соответствуя вновь полученным событиям позитронно-электронной аннигиляции, которые добавляются формирователем 32 изображения. В этом случае, у пользователя соответственно есть вариант проведения операции 80 стирания изображения через предварительный навигатор 36, чтобы стереть сформированное изображение 34 и начать накопление содержания изображения, содержащего вновь формируемое изображение. Например, пользователь может выбрать операцию 80 стирания изображения, когда объект изменил положение, так что предварительное изображение больше не соответствует текущему положению объекта.
На Фиг.5 схематично представлена работа варианта осуществления механизма 60 построения карты ослабления объекта, показанного на Фиг.1. В этом варианте осуществления усеченная карта 64 ослабления объекта получена посредством другого способа получения изображения, такого как CT или MR, и механизм 60 построения карты ослабления объекта пространственно расширяет усеченную карту для заполнения поля зрения (FOV) для PET, основываясь на пространственном контуре 56 изображения объекта, который извлечен из сформированного предварительного изображения 34. Пространственный контур 56 может, например, быть сформирован посредством работы устройства 52 сглаживания изображения и детектора 54 краев, поясняемой на Фиг.1, как уже было описано. Если нужно, механизм 60 построения карты ослабления объекта использует усеченную карту 64 ослабления объекта в качестве ядра и пространственно расширяет усеченную карту 64 ослабления объекта, чтобы заполнить большее FOV для получения PET-изображения, основываясь на модели 66 объекта. С этой целью карта 54 ослабления объекта сравнивается с моделью 66 объекта, чтобы идентифицировать и табулировать характеристики ослабления для различных тканей при операции 90. При необходимости, карта 64 ослабления также пространственно фиксируется пространственным контуром 56 при операции 92. Карта 64 ослабления (после необязательной пространственной регистрации 92) затем расширяется до FOV при PET в процессе операции 94, основываясь на пространственном контуре 56, который идентифицирует, насколько объект выходит за пределы усеченного FOV карты 64 ослабления, и основываясь на идентификации ткани или тканей в расширенном FOV, определенном на основе модели 66 объекта и табулированных характеристиках ослабления для этих тканей, как определено операцией 90. Например, если карта 64 ослабления содержит удлиненную кость, окруженную мышцей, которая усечена на границе карты 64 ослабления, пространственный контур 56 и модель 66 объекта могут использоваться для определения расширенного диапазона костной ткани и мышечной ткани, соответственно, перекрывая FOV для PET, и карта ослабления расширяется, используя соответствующие значения ослабления костной ткани и мышечной ткани, определенные при в операции 90. Результатом является карта 62 ослабления объекта для использования при реконструкции PET-изображения.
Примеры применений сформированного изображения 34, в том числе, использование в качестве предварительного изображения, использование при построении карты ослабления объекта и использование в качестве начального изображения для итерационной реконструкции, как описано со ссылкой на Фиг.1, являются просто иллюстративными примерами. Предполагаются и другие применения для сформированного изображения 34. Например, если РЕТ-детекторы обеспечивают достаточную пространственную разрешающую способность TOF для данного клинического применения, сформированное изображение 34 рассматривается для использования в качестве клинического изображения, применяемого при медицинской или ветеринарной диагностике или других клинических применениях. Точно также, для сформированного изображения 34 предполагается использование при определенных процедурах медицинского скрининга, где ограниченная TOF пространственная разрешающая способность сформированного изображения 34 может быть достаточной для выполнения порогового скрининга. Например, если известно, что радиоактивный медицинский препарат накапливается в злокачественных опухолях в данной ткани, но не в здоровой ткани, то для скрининга на основе пороговой обработки интегрированной интенсивности PET-изображения для областей данной ткани по отношению к соответствующей интегрированной интенсивности РЕТ-изображения для тела в целом может быть достаточным, чтобы обеспечить скрининг для определенных типов рака в данной ткани. Еще одним предполагаемым применением сформированного изображения 34 является проверка правильности сложных итерационных алгоритмы реконструкции, которые могут иметь тенденцию сходиться к мнимым решениям. Сравнивая конечное итерационно реконструированное изображение со сформированным изображением 34 (которое, вероятно, будет физически точным, хотя и с грубой пространственной разрешающей способностью) мнимое итерационное решение может быть обнаружено и отклонено.
Еще одним предполагаемым применением является обнаружение движения объекта в приблизительно реальном времени. Как уже отмечалось, предварительный навигатор 36 сформированного изображения по желанию отображает сформированное изображение по мере того, как содержание изображения формируется при сборе данных изображения. Это непрерывно обновляемое предварительное изображение представляет распределение вероятности для явлений аннигиляции e-р. По мере того, как сбор PET-данных идет все дальше и дальше, непрерывно обновляемое предварительное изображение, как ожидается, должно становиться все более и более точным вероятностным распределением. Соответственно, данные для получения PET-изображения, собранные в любом заданном интервале [t0,t0+Δt] (где Δt является относительно коротким временным интервалом, но достаточно длительным, чтобы содержать статистически значимый подсчет событий обнаружения аннигиляций e-р), как можно ожидать, будут соответствовать вероятностному распределению сформированного изображения с все большей и большей точностью по мере того, как время t0 движется вперед при сборе данных для получения PET-изображения.
Если, однако, для этого соответствия со сформированным изображением наблюдается резкое уменьшение при определенном значении t0, это может быть признаком движения объекта (или, возможно, некоторой другой проблемы, такой как отказ оборудования) приблизительно в момент резкого уменьшения. При этом должны быть предприняты меры по устранению (например, отклоняя данные, следующие за движением, если это происходит достаточно поздно во время сеанса сбора данных, или отклоняя более ранние данные, если движение происходит раньше во время сеанса сбора данных и длится, соответственно, в течение времени сбора данных). Кроме того, для PET-данных в режиме списка, в которых хранится абсолютное время каждого события аннигиляции e-р, такой анализ для обнаружения движение объекта может быть выполнен ретроспективно на хранящемся наборе РЕТ-данных для получения изображения.
Компоненты 16, 32, 36, 40, 52, 54, 60 схематической обработки, показанные на Фиг. 1 для примера, могут быть по-разному осуществлены одним или более цифровыми процессорами. В некоторых вариантах осуществления показанный для примера компьютер 18 соответственно программируется, чтобы определить цифровой процессор, осуществляющий один, несколько или все показанные для примера компоненты 16, 32, 36, 40, 52, 54, 60 обработки. Предварительный навигатор 36 соответственно осуществляется цифровым процессором компьютера 18 вместе с дисплеем 20 для отображения сформированного изображения 34 для целей навигации пользователя. Дополнительно или альтернативно, один, несколько или все показанные для примера компоненты 16, 32, 36, 40, 52, 54, 60 обработки могут быть осуществлены одним или более цифровыми процессорами (не показаны), которые предназначаются для выполнения раскрытых операций, осуществляемых этими приведенными для примера компонентами 16, 32, 36, 40, 52, 54, 60 обработки.
Еще дополнительно, раскрытые операции, осуществляемые одним, несколькими или всеми показанными для примера компонентами 16, 32, 36, 40, 52, 54, 60 обработки, могут осуществляться носителем данных, хранящим команды, исполняемые цифровым процессором (такими как показанный для примера компьютер 18), чтобы выполнить раскрытые операции. Такой носитель данных может содержать, например, один или более из следующих носителей данных: жесткий диск или другой магнитный накопитель или носитель для хранения данных; оптический диск или другой оптический накопитель или носитель данных; оперативное запоминающее устройство (RAM), постоянное запоминающее устройство (ROM), флэш-память или другой электронный накопитель или носитель данных; различные их комбинации и так далее.
В этой заявке описаны один или более предпочтительных вариантов осуществления. После прочтения и понимания предыдущего подробного описания другими специалистами в данной области техники могут вноситься модификации и изменения. Предполагается, что заявка должна истолковываться как содержащая в себе все такие модификации и изменения настолько, насколько они попадают в рамки объема приложенной формулы изобретения или ее эквивалентов.
1. Способ обработки набора (30) данных для получения изображения позитронной эмиссионной томографии (PET), собранного для объекта, причем упомянутый способ содержит этапы, на которых:
формируют содержание изображения независимо для каждого события позитронно-электронной аннигиляции из множества событий позитронно-электронной аннигиляции из набора данных для получения РЕТ-изображения, основываясь на времяпролетной (TOF) локализации, чтобы создать сформированное изображение (34), содержащее накопление независимо сформированного содержания изображения; и
очерчивают пространственный контур (56) изображения объекта в наборе (30) данных для получения РЕТ-изображения, основываясь на сформированном изображении (34);
при этом операции формирования и очерчивания выполняются цифровым процессором (18).
2. Способ по п.1, в котором этап формирования содержит один из этапов, на которых:
(1) увеличивают значение пиксела или воксела (Р1, P2) изображения в пространстве (S) изображения на пике локализации TOF на выбранную величину таким образом, что накопление увеличений значений создает сформированное изображение (34); и
(2) увеличивают значения пикселей или вокселей (Р10, P11, Р12, Р13) изображения в пространстве (S) изображения на величины, соответствующие ядру TOF (TOF4), представляющему локализацию TOF, таким образом, что накопление увеличений значений создает сформированное изображение (34).
3. Способ по любому из пп.1-2, в котором этап очерчивания содержит этап, на котором:
применяют детектор (54) краев или алгоритм сегментации изображения к сформированному изображению (34).
4. Способ по п.3, в котором этап очерчивания дополнительно содержит этап, на котором:
сглаживают сформированное изображение (34) перед применением детектора краев или алгоритма сегментации изображения.
5. Способ по любому из пп.1-2, дополнительно содержащий этап, на котором:
создают карту (62) ослабления объекта для использования при реконструкции (40) РЕТ-изображения, основываясь частично на пространственном контуре (56).
6. Способ по п.5, в котором этап создания содержит этап, на котором:
пространственно расширяют усеченную карту (64) ослабления объекта, основываясь на пространственном контуре (56), чтобы создать карту (62) ослабления объекта для использования при реконструкции (40) РЕТ-изображения.
7. Способ по п.5, в котором этап создания содержит этап, на котором:
пространственно фиксируют карту (64) ослабления объекта с помощью пространственного контура (56), чтобы создать карту (62) ослабления объекта для использования при реконструкции (40) РЕТ-изображения.
8. Способ по п.5, дополнительно содержащий этап, на котором:
реконструируют набор (30) данных для получения РЕТ-изображения, чтобы создать реконструированное изображение (42), используя созданную карту (62) ослабления объекта.
9. Способ обработки набора (30) данных для получения изображения позитронной эмиссионной томографии (PET), собранного для объекта, причем упомянутый способ содержит этапы, на которых:
независимо локализуют каждое событие позитронно-электронной аннигиляции из набора данных для получения РЕТ-изображения, основываясь на времяпролетной (TOF) локализации события позитронно-электронной аннигиляции, чтобы создать сформированное изображение (34); и
выполняют итерационную реконструкцию (40) набора (30) данных для получения РЕТ-изображения, чтобы создать реконструированное изображение (42), причем итерационная реконструкция имеет начальное изображение, которое является сформированным изображением (34) или которое получено из сформированного изображения;
при этом операции независимой локализации и выполнения осуществляются цифровым процессором (18).
10. Способ по п.9, в котором этап независимой локализации содержит один из этапов, на которых:
(1) независимо локализуют каждое событие позитронно-электронной аннигиляции из данных (30) для получения РЕТ-изображения для наиболее вероятного воксела или пиксела (Р1, P2), основываясь на времяпролетной (TOF) локализации события позитронно-электронной аннигиляции; и
(2) определяют вклад распределения интенсивности в сформированное изображение (34), соответствующий времяпролетной (TOF) локализации события позитронно-электронной аннигиляции.
11. Способ по любому из пп.9-10, дополнительно содержащий этап, на котором:
очерчивают пространственный контур (56) изображения объекта в наборе (30) данных для получения РЕТ-изображения, основываясь на сформированном изображении (34).
12. Способ по п.11, дополнительно содержащий этап, на котором:
создают карту (62) ослабления объекта для использования при реконструкции (40) РЕТ-изображения, основываясь, по меньшей мере, частично на пространственном контуре (56).
13. Способ получения PET-изображения, содержащий этапы, на которых:
определяют вероятную локализацию (Р1, P2, P10, P11, P12, P13) обнаруженного события позитронно-электронной аннигиляции, основываясь на времяпролетной (TOF) информации;
повторяют этап определения для множества обнаруженных событий позитронно-электронной аннигиляции для формирования предварительного изображения (34);
отображают предварительное изображение; и
выполняют, по меньшей мере, одно из (i) осуществления итерационной реконструкции множества обнаруженных событий позитронно-электронной аннигиляции, используя предварительное изображение (34) в качестве начального изображения для формирования реконструированного изображения (42), и (ii) формирования карты ослабления, основываясь на предварительном изображении (34).
14. Цифровой процессор (18), выполненный с возможностью осуществления способа по любому из пп.1-13.
15. Носитель данных, хранящий команды, исполняемые цифровым процессором (18) для осуществления способа по любому из пп.1-13.
