本发明涉及用于确定正电子发射断层(positron emission tomography，pet)扫描装置中的相对探测器元件效能的方法。该方法可以特别地用于pet扫描装置的校准和/或由pet扫描装置获取的pet数据的校正。
背景技术：
1、在正电子发射断层扫描(pet)成像中，为了获取高质量且具有的伪影最小的图像，有必要在重建过程之前、重建过程中以及/或者重建过程之后进行多次校正。这些校正特别地包括探测器效能的归一化，以便于抵消不同探测器晶体的灵敏度因素和几何因素的变动。
2、在现有技术中，已知用于临床或临床前的pet扫描仪的三种归一化技术：i.直接归一化、ii.基于部件的归一化、以及iii.自归一化。在直接法的情况下，每条响应线(line ofresponse，lor)的归一化系数与通过对均匀且居中良好的柱形体模进行数小时扫描所获取的计数数目成反比。由于足够的统计精度，基于部件的归一化是应用于小动物pet扫描仪的成熟的方法。基于部件的归一化基于确定并计算影响lor灵敏度的因子，比如固有探测器效能、块相关参数、几何因子、以及时间上和空间上分别未对准。归一化因子可以使用旋转源、均匀平面源、以及均匀柱形体模进行计算。直接归一化和基于部件的归一化都有的缺点在于，体模扫描与患者扫描之间的情况可能会发生变化，并且因此，所应用的探测器效能的归一化可能对患者扫描而言不再是最佳的。自归一化是另一种选择，其中，归一化系数仅从pet发射数据中提取，而不需要额外的归一化测量。
3、us 7718954 b2公开了一种用于pet探测器效能归一化的方法，该方法需要获取第一体模和第二体模的正弦图数据。
4、us 9693751 b2涉及一种放射治疗装置，并提出了借助于以限定的辐射剂量照射患者来校准这种装置的pet探测器，以便于测量由该辐射剂量引起的患者身体中的活性的投影数据。
5、us 9804275 b2公开了一种用于直接基于对患者的扫描来确定晶体效能校正因子的方法。为此目的，使用患者的反映了探测到的响应线的正弦图数据。
6、在us10482596 b2公开的方法中，晶体效能归一化系数基于在患者轴向运动期间获取的患者数据来确定。
7、us2004/0206897 a1公开了一种归一化方法，该方法基于散射源在扫描仪视场(field-of-view，fov)中心处的定位以及无散射源在fov的径向边缘处的定位。
8、wo 2014/209972 a1公开了一种用于确定pet扫描仪探测器的归一化校正因子的方法，该方法基于对双符合事件和/或多个探测符合事件的测量。
9、与pet扫描仪的探测器归一化方法相关的其他文件有us 7038212b2、us 9474501b2以及us 8110805 b2。
10、在下述期刊文章中提出了一种用于确定pet扫描仪中的相对探测器效能的迭代方法：salomon a,goldschmidt b,botnar r,kiessling f,schulz v.使用正电子发射数据的用于pet扫描的自归一化重建技术，ieee医学影像汇刊，2012年12月；31(12):2234-40.doi：10.1109/tmi.2012.2213827.epub 2012年8月17日.pmid：22910096。为此目的，使用了pet扫描的符合发射数据和单一发射数据。
11、在下述文章中提出了一种自归一化方法：ishikawa,a.&kitamura,keishi&mizuta,t.&tanaka,k.&amano,m..(2004).用于3d pet中连续3d全身发射数据的自归一化》，filtration&separation(过滤与分离)即filtr sep，6.3634-3637vol.6.10.1109/nssmic.2004.1466670，在自归一化方法中，获取符合发射数据的直方图，从该直方图中去除低频失真。为了获取足够的计数和正确的结果，需要在连续的轴向床运动期间获取符合发射数据并对其求和。
12、使用上面所描述的现有技术的方法，在某些情况下需要复杂且因此而耗时的数学计算。在其他情况下，需要患者床的长时间持续和/或运动，以便于获取足够的数据来确定归一化因子。在几乎所有的情况下，由于扫描仪设计和不规则的源分布，归一化因子的计算受到几何因子的不利影响，这在实践中很难避免，如下面关于图2至图8c进行进一步更详细的解释。
13、总之，根据现有技术，通常的pet探测器归一化方法固有地受到实践中不可避免的几何因子的影响。可以克服这些缺点的其他方法是已知的，但是计算密集并且/或者需要大量的扫描时间。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种用于以特别快速且可靠的方式来确定正电子发射断层(pet)扫描装置中的相对探测器元件效能的方法。
2、该目的通过如权利要求1所要求保护的用于确定pet扫描装置中的相对探测器元件效能的方法来解决。从属权利要求2至10中提供了该方法的其他实施方式。权利要求11中要求保护一种pet扫描装置，其配置成执行用于确定相对探测器元件效能的方法。权利要求12中要求保护一种用于确定pet扫描装置的相对探测器元件效能的计算机程序。
3、因此，本发明提供了一种用于pet扫描装置中的相对探测器元件效能的方法，该方法包括下述步骤：
4、a)借助于pet扫描装置的探测器来获取单一发射数据的直方图，其中，直方图的每个直条与探测器的多个探测器元件中的一个探测器元件相关联，并且反映了在特定时间段期间由相应的探测器元件探测到的单一发射的总和；以及
5、b)将空间高通滤波器应用于所获取的单一发射数据的直方图。
6、通过获取单一发射数据的直方图并对直方图数据应用空间高通滤波器，可以以准确且特别快速的方式确定pet扫描装置的相对探测器元件效能。令人惊讶的是，通过使用单一发射数据而不是符合数据，可以获取受几何因素的不利影响较小的相对探测器元件效能：在用符合发射数据的情况下，直方图的每个数据点总是两个探测器元件的结合测量的结果。因此，测量的数据点不仅取决于探测器内的辐射源的实际分布，而且还取决于两个探测器元件相对于该源的几何布置。相反地，在考虑单一发射数据的情况下，直方图中数据点的测量受到探测器几何因素的影响要小得多，如下面关于图3a至图6c的进一步更详细地解释的。此外，发现通过使用单一发射数据而不是符合发射数据，可以显著减少用于获取相对探测器元件效能的获取时间，因为在这种情况下，所有探测到的发射都可以用于直方图，而在用符合发射数据的情况下，探测器元件探测到的发射中的大部分发射并不构成符合探测并因此需要被丢弃。
7、通过在步骤b)中应用空间高通滤波器，可以显著降低探测器内的实际源分布的影响。因此，借助于空间高通滤波器，可以减少与非最佳源分布——其对相对探测器元件效能的确定产生不利影响——相关的影响。如果辐射源的尺寸明显小于探测器开口以及/或者如果源分布不对称和/或不均匀，则例如存在这种具有非最佳源分布的情况。已经发现在这些情况下，通过应用空间高通滤波器，可以大大降低对所确定的相对探测器元件效能的相应不利影响。
8、因此，通过考虑单一发射数据而不是符合发射数据，并且通过应用空间高通滤波器，可以基于几乎任意形状的体模或者甚至直接基于患者数据而以快速且准确的方式确定相对探测器元件效能。因此，在前一情况下，所获取的相对探测器元件效能可以用于直接归一化，并且在后一情况下，所确定的效能可以用于探测器效能的自归一化。
9、在本文件中的内容中，术语“单一发射数据”或缩写形式的“单一”是指探测器元件探测到单个光子发射的事件。相反地，术语“符合发射数据”或缩写形式的“符合”是指通过两个探测器元件对沿大致相反方向移动的一对光子进行的同步探测或符合探测。术语“单一”和“符合”二者对于pet成像领域中的该领域技术人员来说都是公知的。
10、术语“探测器元件”优选地是指pet成像装置的探测器的单一探测器晶体。探测器晶体通常处于无机闪烁体晶体的形式，其用于记录发射的光子、即通过被注入的示踪剂所发射的正电子的湮灭而产生的伽马射线。因此，探测器元件优选地由探测器的用于对发射的光子进行探测的最小功能单元形成。然而，每个探测器元件也可能由多个这样的探测器晶体形成，这些探测器晶体在这种情况下有利地靠近彼此布置但不一定靠近彼此布置。因此，术语“探测器元件”也可以指一组探测器晶体。
11、探测器是pet扫描装置的功能部分，其用于接收和探测所发射的光子。探测器特别地由pet扫描装置的包括探测器晶体的部分形成。
12、探测器优选地形成闭合环，即探测器可以沿圆周方向闭合。通过形成闭合环，探测器元件可以沿着探测器环的整个内表面进行最佳布置。如果探测器形成闭合环，则其整体优选地具有基本筒形的形状。探测器有利地具有筒形的内表面。探测器整体的筒形形状或探测器内表面的筒形形状限定了探测器的轴向方向和径向方向。在探测器不是由闭合环形成而是例如由部分开口的环形成的情况下，探测器的轴向方向和径向方向通常也由探测器的内表面限定。作为整体，探测器例如可以具有环形即筒形、或者多边形形状。
13、探测器元件优选地以环的形式布置，其中，每个环由多个探测器元件组成，并且其中，有利地，多个这样的环沿着探测器的轴向方向彼此相邻地布置。多个环中的每个环优选地包括相同数目的探测器元件。
14、直方图是每个探测器元件探测到的单一发射数据的频率分布图。该图可以呈例如对pet扫描装置的用户的图形可视化的形式。在这种情况下，直方图优选地为坐标图，其中，y轴线表示探测器环，并且x轴线表示每个环的探测器元件。该坐标图可以是三维坐标图，其中，z轴线表示每个探测器元件探测到的单一发射数据的计数。然而，该坐标图也可以是灰度编码或颜色编码的坐标图，其中，灰度值或颜色反映了每个探测器元件探测到的单一发射数据的计数。例如，图4b、图5b、图7a以及图10a中分别示出了单一发射数据的灰度坐标图。因此，直方图的“直条(bin)”是指在特定时间段即获取时间期间，由相应的一个探测器元件探测到的单一发射数据计数的数目、即总和。
15、然而，通常直方图不会以坐标图的形式呈现给用户，而只是(或附加地)在内部呈现、特别地以数码形式呈现在例如pet成像装置的处理器或存储装置中。
16、优选地对所确定的相对探测器元件效能和/或所获取的直方图数据进行存储，以便在稍后的时间点进一步使用例如以用于记录和/或比较目的，以及/或者至少部分地基于先前确定的相对探测器元件效能和/或获取的直方图来随后确定相对探测器元件的效能。
17、步骤a)中单一发射数据直方图的获取通常涉及对来自放射性示踪剂的发射进行探测，该放射性示踪剂存在于待扫描的对象身体内部或者存在于成像体模内部。成像体模——也被简称为“体模”——是本领域技术人员所公知的用于例如评估、分析和/或调整pet成像装置性能的专门设计的物体。为了对来自放射性示踪剂的发射进行探测，探测器通常包括多个探测器元件，这些探测器元件优选地形成为传感器并且包括用于记录所发射的光子的至少一个探测器晶体。探测器元件可以布置成圆周环或多边形环，以便围绕例如患者的头部或身体定位，从而用于探测从患者头部或身体发射的pet辐射。
18、因此，直方图数据可以从体模或者从人类患者或动物患者获取。从体模获取的优点是，可以使用预先已知的源分布，该源分布甚至可以针对相应目的、即确定相对探测器元件效能进行优化。体模通常具有规则的源分布，并且可以在没有运动伪影的情况下进行扫描。此外，可以使用针对探测器在形状和尺寸方面进行优化的体模。如果直方图数据是从体模获取的，那么体模的长度优选地与探测器的轴向长度相同或大于探测器的轴向长度。另一方面，从人类患者或动物患者获取的优点在于，可以应用pet扫描装置的自归一化，即基于无论何种方式获取的成像数据来进行归一化。在这种情况下不需要额外的测量，这导致节省了大量时间。此外，在这种情况下，归一化数据的获取与患者的实际成像之间没有时间间隔，即探测器元件效能随时间的偏移不会导致归一化误差。
19、pet扫描装置优选地为脑部pet扫描仪，即专门适用于人类脑部的pet成像的装置。在这种情况下，pet扫描装置优选地包括探测器环，该探测器环适于包围成年人类患者的头部。探测器的主开口的尺寸然后地有利被最佳地设计并定尺寸成在其中容置人类头部。然而，在其他实施方式中，pet扫描装置可以是全身扫描仪的形式，其具有用于将处于水平位置的人类患者接纳的竖向开口。然后，该竖向开口定尺寸成使得成年人类患者可以沿着他的/她的身体纵向轴线被移动通过。
20、为了调整待扫描对象相对于探测器的位置，可以移动待扫描对象(待扫描对象例如可以是人类患者或体模)或者可以移动探测器或者可以使两者都移动。移动该探测器的优点是不必打扰待扫描的对象。如果探测器被移动，该探测器可以具体地相对于pet扫描装置的主支承结构被旋转并且/或者被平移地移位。因此，在优选实施方式中，探测器附接至主支承结构使得探测器可以沿着例如主支承结构的导引轨道平移地移位。然后，患者可以在pet成像期间处于坐姿或卧姿，并且探测器可以在不必移动患者的情况下相对于患者最佳地(良好地)定位。在pet扫描装置的正常使用中，主支承结构如果通常承载探测器的主要重量，如果不是承载探测器的全部重量的话。因此，在扫描过程期间，主支承结构通常用于将探测器环支承并且保持在稳定位置。
21、在步骤a)中获取pet数据集通常是通过在某个时间段期间探测并且整合正电子发射来执行。该时间段的持续时间优选地可以由pet扫描装置的操作员手动调整。通过手动调整该时间段的持续时间，操作员可以就质量以及时间而言对数据获取进行优化。在步骤a)中收集并整合正电子发射期间的时间段可以优选地由操作员在至少1s至1分钟的范围内进行调整。获取直方图数据期间的时间段优选地小于60s，更优选地小于30s，并且最优选地小于10s。由于使用单一发射数据而不是符合发射数据，因此可以实现如此短的扫描时间来获取归一化数据。
22、在某些实施方式中，在步骤a)中获取直方图数据期间的时间段可以通过pet扫描装置基于对先前获取的单一发射数据直方图数据的评估和/或基于实际获取的直方图数据来自动地调整。例如，可以在步骤a)中获取直方图数据，直到在所有探测器元件上达到某个总计数、平均计数和/或中值计数。可以考虑替代性的或附加的统计数据，以便于限定获取的持续时间。因此，只要相对于用于确定相对探测器元件效能的特定质量标准获取了足够的直方图数据，pet扫描装置就可以适于在步骤a)中自动终止直方图数据的获取。
23、如果将单一发射数据的获取限制在优选的375kev至700kev、更优选的400kev至675kev、最优选的425kev至650kev的能量窗内，则可以获取特别好的结果。
24、在特别优选的实施方式中，经高通滤波的直方图数据、特别是确定的相对探测器效能被用于pet扫描装置的校准、特别是归一化，并且/或者被用于校正pet扫描装置所获取的pet数据。因此，虽然通常可以设想将确定的相对探测器效能用于各种其他目的，但优选将其用于pet扫描装置的探测器效能的归一化。
25、该方法优选地还包括将直方图数据标准化为由所有探测器元件探测到的单一发射数据的总和或平均值的步骤。因此，直方图的每个直条优选除以直方图所有直条的总和。对直方图数据进行标准化的这一步骤优选地在应用高通滤波器之后，即在步骤b)之后进行。然而，也可以设想在步骤a)与步骤b)之间进行标准化。
26、如果在步骤a)中从体模获取直方图数据，那么体模的外表面可以就其尺寸和/或形状而言大致偏离探测器的内表面。所指示方法的特别的优点是，在体模就其外部尺寸和/或形状而言不是最佳地适于探测器的情况下，也可以以准确的方式确定相对探测器效能。因此，在用所指示的方法的情况下，不需要使用专门设计且适于特定pet扫描装置的体模。相反，适合于pet成像的任何体模都可以用于例如归一化的目的，这例如可以导致成本降低并更自在地处理体模。
27、如果探测器由闭合环形成，在理想情况下该闭合环具有探测器元件的圆形布置、特别是具有探测器元件的内表面的圆形布置，并且探测器还具有圆形内表面，该圆形内表面在理想情况下甚至由探测器元件直接形成。在这种理想情况下，可以提供体模以用于归一化，该体模完全填充探测器的整个主开口，该主开口即探测器的视场。
28、然而，在实践中，由于下述许多原因而通常无法提供这种理想的情况：通常探测器元件、即单个探测器模块具有平坦的内表面，使得探测器元件在以环状形状布置时以其内表面一起形成正多边形。此外，为了保护探测器晶体免受外部影响，探测器通常包括覆盖件，该覆盖件将探测器元件覆盖并形成探测器的内表面。在许多情况下，覆盖件的内表面布置成与探测器元件的内表面有一定距离，并且此外，覆盖件的内表面并不完全遵循探测器元件的内表面，而是例如具有圆形或圆化的形状。因此，在实践中，即使在使用最优化的体模——所述最优的体模完全填充探测器主开口并且以其外表面精确地反映探测器的内表面的情况下，探测器晶体与体模之间仍然存在无法放置辐射源以用于归一化测量的区域。由于这些几何因素，当根据现有技术的常用方法进行pet扫描仪的归一化时，会导致误差。然而，在用所指示的方法的情况下，即使体模的外表面就其尺寸和/或形状而言大致偏离pet扫描装置的探测器的内表面的情况下，也可以准确地确定相对探测器元件效能。
29、步骤b)中使用的空间高通滤波器基本上可以是任何类型的空间高通滤波器。空间高通滤波器可以应用于图像空间或傅里叶空间。然而，优选的是使用呈高斯高通滤波器形式的空间高通滤波器。以这种方式可以取得特别好的结果。
30、本发明还涉及一种pet扫描装置，该pet扫描装置优选地配置成执行上面所指示的方法，并且该pet扫描装置包括具有探测器元件的探测器以及控制单元，该控制单元配置成：
31、-借助于探测器获取单一发射数据的直方图，其中，直方图的每个直条与探测器的多个探测器元件中的一个探测器元件相关联，并且反映了在特定时间段期间由相应的探测器元件探测到的单一发射的总和；并且
32、-对获取的单一发射数据的直方图应用空间高通滤波器。
33、控制单元例如可以布置在pet扫描装置的主支承结构中，控制单元优选地具有：处理器，处理器特别是数字处理器；以及存储装置、即存储器，在该存储装置中存储有计算机程序，该计算机程序在由处理器执行时具有的作用是pet扫描装置执行上面所提及的方法。
34、因此，提供了一种计算机程序，该计算机程序优选地存储在计算机可读的存储装置上，该计算机程序用于对包括带有探测器元件的探测器的pet扫描装置进行控制，以便确定相对探测器元件效能，优选地根据所指示的方法确定相对探测器元件效能，并且该计算机程序优选地适于控制所指示的pet扫描装置。计算机程序优选地包括执行如上面所指示方法的可执行指令，并且至少包括以下可执行指令：
35、-借助于探测器获取单一发射数据的直方图，其中，该直方图的每个直条与探测器的多个探测器元件中的一个探测器元件相关联，并且反映了在特定时间段期间由相应的所述探测器元件探测到的单一发射的总和；并且
36、-对获取的单一发射数据的直方图应用空间高通滤波器。
37、因此，该计算机程序在pet扫描装置的处理器或者与pet扫描装置连接的处理器中被执行时，执行上面所描述方法的核心部分。计算机程序通常被实现为计算机程序代码元素，该计算机程序代码元素包括用于使处理器执行特定方法的计算机实现指令。计算机程序可以特别是以计算机程序产品的形式存在于合适的数据载体例如cd-rom、快闪存储器等等上，或者计算机程序可以经由网络提供下载。计算机程序可以以任何期望的形式存在，例如作为源代码、目标代码或者机器代码。
1.一种用于确定正电子发射断层(pet)扫描装置(1)中的相对探测器元件(22)效能的方法，所述方法包括下述步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，经高通滤波的直方图数据用于校准所述pet扫描装置(1)并且/或者用于校正由所述pet扫描装置(1)获取的pet数据。
3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括将所述直方图数据标准化为由所有探测器元件探测到的所述单一发射的总和或平均值的步骤。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，每个探测器元件(22)由所述pet扫描装置(1)的所述探测器(2)的单个晶体形成。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述直方图数据是从人类患者或动物患者获取的。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中，所述直方图数据是从体模获取的。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述体模的外表面就所述体模的尺寸和/或形状而言大致偏离所述pet扫描装置(1)的所述探测器(2)的内表面(23)。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述pet扫描装置(1)的所述探测器(2)具有非圆形内表面(23)。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，获取所述直方图数据的所述时间段的过程小于60s，优选地小于30s，并且最优选地小于10s。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述空间高通滤波器是高斯高通滤波器。
11.一种pet扫描装置(1)，所述pet扫描装置(1)优选地配置成执行根据前述权利要求中的一项所述的方法，并且所述pet扫描装置包括具有探测器元件(22)的探测器(2)以及控制单元(34)，所述控制单元(34)配置成：
12.一种用于控制pet扫描装置(1)的计算机程序，所述pet扫描装置(1)具有带探测器元件(22)的探测器(2)，其中，所述计算机程序优选地包括用于执行根据权利要求1至10中的一项所述的方法的可执行指令，并且其中，所述计算程序包括用于进行以下各者的可执行指令：
