[发明专利]用于重建正电子发射计算机断层成像图像的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种成像的方法，尤其涉及一种用于重建正电子发射计算机断层成像图像的方法。

背景技术

正电子发射计算机断层成像（Positron Emission Computed Tomography，PET)作为一种核医学成像技术，为重大疾病的诊断、愈后观测及新药物的研发等提供了重要信息，在临床应用和生物医学研究方面具有重要价值。其主要原理是：将标记了正电子核素的药物（示踪剂）注入被检测对象体内，示踪剂上的正电子核素发生衰变时发射出正电子，正电子与体内的电子发生湮灭反应生成两个方向相反、能量为511keV的伽马光子（背靠背伽马光子对），这两个伽马光子被放置在被检测对象周围的探测器探测到。一次湮灭反应被称为一个事例，如图1、图2a和图2b所示，探测到一个事例的两个伽马光子的晶体条之间的连线称作响应线（Line of Response，LOR）。其中，图1示出了正电子湮灭产生两个伽马光子，分别被作为探测器1的两个晶体条探测。图2a和图2b则示出了背靠背伽马光子对在被检测对象内发生散射过程，实线为光子传播路径，虚线为实际LOR线，背靠背伽马光子对具体包括被注入被检测对象体内标记了正电子核素的药物（示踪剂）中的正电子核素发生衰变发射出正电子与被检测对象体内的电子发生湮灭反应生成的两个方向相反、能量为511keV的伽马光子。另外，图2a示出了单光子单次散射，单光子单次散射事例具体包括背靠背伽马光子对中有且只有一个伽马光子与被检测对象相互作用发生一次康普顿散射后被探测器探测的散射光子事例，即发生单光子单次散射的背靠背伽马光子对。在单光子单次散射事例中，背靠背伽马光子对中未与被检测对象发生相互作用的伽马光子将被探测器直接探测。图2b示出了双光子单次散射，双光子单次散射事例具体包括背靠背伽马光子对中的两个伽马光子分别与被检测对象相互作用发生一次康普顿散射后被探测器探测的散射光子事例，即发生双光子单次散射的背靠背伽马光子对。在探测到大量的这种伽马光子后，经过图像重建即可获得示踪药物在被检测对象体内的分布。由于示踪药物参与生物体内的某个生理或生化过程，因此，利用PET图像可以得到生物体内的生理或生化信息。

上述PET成像过程只限于一种理想情况，即两个伽马光子在产生以后未与被检测对象发生使得伽马光子能量或传播方向发生改变的相互作用（例如康普顿散射，但不限于此），以直线传播的方式到达PET探测器被探测器探测到，这种事例被称为非散射光子事例（即好事例）。由于好事例中事例发生的位置在LOR上，因此，由好事例重建出的图像可以真实反映核素（示踪药物）的分布。然而，实际情况中，PET探测到的事例只有一部分是好事例，当一个事例的两个伽马光子在被检测对象内传播时，其中的一个或者两个伽马光子有可能与其中某个原子的核外电子发生碰撞，产生康普顿散射，光子能量和传播方向发生改变，这些发生过散射的事例称为散射光子事例，如前面所详述，散射光子事例具体包括双光子单次散射事例和单光子单次散射事例。由于散射光子事例的LOR线已经偏离了正电子湮灭所在的位置（如图2a、图2b），如果不予以剔除而将其用于图像重建，势必会造成PET图像不能真实反映示踪剂的分布，给后续的定量计算和临床诊断工作带来较大误差。因此，在传统PET中都是利用散射校正算法将散射光子事例剔除。

事实上，当建立合理的散射光子事例投影模型时，散射光子事例也可以用于图像重建获得放射性核素分布图像。由于散射光子事例在PET探测器全部探测到的事例中占了很大比例，同时利用散射光子事例和非散射光子事例进行图像重建，将提高PET的探测效率。在临床应用中，这将大幅度降低被检测对象及操作者所受的辐射剂量；在相同药物剂量下，这将缩短病人检查时间，提高PET的使用效率。

此外，PET探测器1有如图3a所示的环状结构（或闭合的多边形结构）和如图3b所示的双平板结构两种。与图3a所示的环形PET探测器1相比，图3b所示的双平板PET探测器1成本较低、安装维护简单，并且可具备更大的探测视野，有较好的应用和普及前景。但是，对于静态双平板PET探测器，发射轨迹与两平板没有交点或只有一个交点的LOR是无法被探测到的，如图4所示，在静态双平板PET探测器1中，利用散射光子事例解决数据采样不完备问题，虚线为非散射光子事例传播路径（探测器1无法获得沿该方向发射的事例），实线为散射光子事例可能的传播路径（探测器可以获得沿该方向发射的事例）。由于存在数据采样不完备问题，图像重建的质量不高，这限制了静态双平板PET探测器1的广泛应用。