用于优化成像的刚性检测器机械运动的pet系统1.相关申请的交叉引用2.本技术要求于2021年7月27日提交，题为：“petsystemwithmechanicalmovementofrigiddetectorsforoptimizedimaging”的美国临时专利申请no.63/056,798的优先权，为实现所有目的，其全部内容通过引用并入本文。
背景技术：
：：3.就使用联合mri和pet技术进行人脑成像而言，特别是就诊断、分期、术前或治疗监测应用而言，患者通常面朝上躺在床上，将床和患者一起移动到mri pet系统内的位置。这种mri系统通常可以具有直径为50cm、60cm、70cm或更大的圆柱形孔，或者可以是使用两个平板的设计，这两个平板平板定向在患者上方和下方，例如hitachialtaire。这些系统的场强范围从7特斯拉到0.55特斯拉或更低。这种pet系统通常可以内置到mri系统中并与mri系统集成，例如siemensbiographmmr系统的情况，或者pet系统可以是改进的插入式pet系统。4.对于同时进行pet和mri的脑成像而言，最佳系统应具有非常靠近患者头部的pet系统和mri线圈系统，以实现最佳的灵敏度和空间分辨率。5.对于感兴趣的体积相对较小的脑成像应用而言，最佳系统将允许pet系统调整其位置，从而为感兴趣的体积提供尽可能高的分辨率和灵敏度。6.在现有技术中，pet成像系统已经被设计成具有可以在成像会话期间移动的各种物理几何形状，例如：[0007]“movableintegratedscannerforsurgicalimagingapplications”，如us8,295,905所示；[0008]“apparatusforimprovingimageresolutionandapparatusforsuper-resolutionphotographyusingwobblemotionandpointspreadfunction(psf),inpositronemissiontomography”，公开号为us20110268334a1，其中pet圆柱体摆动；[0009]“methodforacquiringpetimagewithultra-highresolutionusingmovementofpetdevice”，公开号为wo2013162172a1；[0010]“tomographicpetcamerawithadjustablediameterdetectorring”美国专利5825031a，其中pet圆柱体的直径可以改变；和[0011]“petcamerawithindividuallyrotatabledetectormodulesand/orindividuallymovableshieldingsections”，美国专利us6744053。[0012]这些系统设计允许检测器元件在径向方向移动以适应物体大小，或在成像开始之前在轴向方向移动以便适应外科手术要求，或摆动运动以优化响应线的采样。[0013]然而，需要一种可以使用刚性检测器元件沿轴向和曲率移动的pet系统。这两个动作对于优化大脑内较小体积的成像是必要的。技术实现要素：[0014]根据本发明的第一方面，提供了一种正电子发射断层扫描(pet)检测器阵列，包括：[0015]多个检测器元件，每个检测器元件安装在弹性的刚性支撑表面上，每个检测器元件包括一个位置指示器，[0016]一检测器元件移动系统，与每个相应的刚性支撑表面连接，所述检测器元件移动系统布置成单独地向每个相应的刚性支撑表面施加压力，用于移动与相应的相应刚性支撑表面连接的每个相应的检测器元件，以及[0017]一检测器元件位置检测系统，用于检测每个相应检测器元件的位置指示器。附图说明[0018]图1示出了mri101、扩展坞102、brainpet插入物103和躺在mri床104上的患者。患者头部105靠在头枕106上。[0019]图2示出了brainpet插入物的一些元件，包括头部固定器201、内径约为265mm的mri接收线圈202，该接收线圈安装在mri发射线圈203内，发射线圈203线圈安装在pet环204内。mri接收和发射线圈合称为mri线圈。mri线圈和pet环旨在以一种且仅一种方式安装，以确保患者图像的准确性。[0020]图3示出了患者插入其中的brainpet插入物的侧视图。患者头部301放置在头部固定器305上，并且头部被mri线圈302和pet环303环绕。pet环内部示出了pet检测器元件304。这些pet检测器元件轴向地和圆柱形地设置在患者头部周围。例如，在一些实施例中，轴向方向可以有3个pet检测元件，圆柱方向可以有16组pet检测器元件，因此在pet环设计中允许48个pet检测元件围绕患者头部布置。如本领域技术人员将理解的，由于年龄、大小、性别或其他差异导致的人类之间的生物学差异，不同的患者的头部大小可能不同。[0021]例如，如果每个pet检测器元件轴向长度为32mm，且如果轴向排列有3个元件，并且每个检测器元件之间有2mm的小间隙，则pet环的最大轴向成像视场为100mm。检测器元件之间的间隙区域不会造成患者的成像间隙，因为系统中使用了三维重建，因此仍然对整个患者头部进行采样，如下所述。[0022]图4示出了患者头部上方brainpet插入物元件的一种可能布置的更详细的侧视图。在这些实施例中，首先是估计轴向长度为140mm的患者头部407，然后接着依次是：轴向长度为260mm的插入物401的内径的塑料外壳，轴向长度为240mm的mri线圈402，总轴向长度为100mm的pet检测器元件403，其由其间间隙为2mm的3个32mm检测器元件组成，轴向长度为200mm的检测器元件移动系统404，轴向长度为200mm的检测器元件位置测量系统405，最后是轴向长度为260mm的外部塑料外壳406。该图示出了布置在轴向一端的三个pet检测器元件的实施例。由发射和接收部分组成的mri线圈通常具有大约240mm长的较长发射线圈和由围绕患者头部布置的多个小环制成的接收线圈。[0023]图5示出了图4所示系统在两种不同操作场景下的pet灵敏度性能。一条曲线是标准的三角形灵敏度曲线，如果pet环的位置在成像期间不会发生变化，则会出现这种曲线。这是图4中pet环的位置。在这种情况下，pet环对患者头部的下部100mm进行成像。在第二条曲线中示出了如果pet环从覆盖患者头部下部100mm的第一位置移动到覆盖患者头部上部100mm的第二位置时产生的灵敏度。从一个位置(如图4所示)到另一个位置(如图6所示)的移动将发生在成像期间的中途。我们不考虑这条简化曲线中放射性物质的衰变，也不考虑移动pet环所需的时间。这两个位置移动允许在轴向方向上的总成像区域为200mm。第二条曲线由两条分别以50mm和150mm为中心的三角形灵敏度曲线组成。[0024]图6示出了第二个轴向位置。在该实施例中，三个检测器元件位于pet环的另一端，并且pet检测器元件之间仍然具有2mm的间距。[0025]图7示出了6个三角形截面的组合灵敏度曲线。具体而言，该曲线代表具有更复杂的一组运动的实施例—沿轴向方向的6个位置。本实施例中的6个位置的采样位置中点例如为50mm、70mm、90mm、110mm、130mm和150mm。与其他曲线一样，放射性衰变和检测器移动所需的时间不包括在计算中。[0026]图8示出了pet检测器元件，其中三个pet检测器元件彼此之间具有2mm的间隙，位于200mm轴向范围的中间位置，作为上述轴向移动的替代方案。[0027]图9示出了pet检测器元件以大于2mm的间隙间距隔开，作为上述轴向移动的另一种替代方案。这种类型的移动还允许使用轴向范围为100mm的较小pet环对较大的头部(例如160mm)进行成像。得到的pet灵敏度曲线将是三角形灵敏度曲线的合成，如果位置之间没有移动，则将获得该曲线。在这些位置上花费的时间将影响沿整个200mm轴向范围测量的特定灵敏度。对预期灵敏度的更详细计算将考虑放射性衰变和pet检测器元件所需的移动时间。[0028]图10示出了上述移动类型的灵敏度曲线。[0029]图11示出了pet检测器元件的第三种移动，其中移动系统提供了pet检测器元件的轴向曲率。[0030]图12示出了brainpet成像系统的元件。具体实施方式[0031]除非另有定义，否则本文使用的所有技术和科学术语与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。尽管在本发明的实践或测试中可以使用与本文描述的那些方法和材料相似或等效的任何方法和材料，但现在描述的是优选的方法和材料。下文提及的所有出版物均通过引用并入本文。[0032]本文描述的是一种pet系统，该系统可以使用刚性检测器元件沿轴向和曲率移动。这两种运动足以优化大脑内较小体积，例如丘脑底核(stn)的成像。[0033]如本领域技术人员将理解的，在成像期间移动检测器元件的优点是，一旦知道有关被成像对象的尺寸和方向的信息，一旦知道诸如对象内的感兴趣区域、对象的固有组织特性和对象内的放射性分布的活动特性之类的细节，就可以优化pet成像，如本文所讨论的。也就是说，如果可以在成像期间移动检测元件，就可以最大化pet扫描的有效性。[0034]如本领域技术人员将理解的，存在许多种用于确定最佳或优选位置以实现特定成像目标和/或减少误差的可能方法。例如，该系统可用于在患者进入视场之前，例如通过考虑患者头部大小和头部固定器中的方向，然后估计感兴趣区域的尺寸和位置来提供pet系统移动。然后，pet系统将在轴向和曲率方向上移动，以优化预测区域的成像。[0035]实际上，pet系统可能不可能有大量的校准表，因此系统可以从一组标准的预先测量的校准表中选择最佳的pet系统方向。[0036]可以理解的是，由头部引起的pet衰减将需要针对不同的pet系统方向进行计算。在这种情况下，可以使用校准程序的查找表。[0037]不同的方法将有一组校准估计计算，可以针对pet系统的不同位置进行这种计算，这些校准估计计算将能够根据较少数量的位置的测量校准参数预估较多数量的位置的校准参数。[0038]然而，在所有情况下，如本文所讨论的，在成像期间调整检测器元件的定位的能力将提高pet扫描的有用性和灵敏度。[0039]例如，在某些情况下，大型对象可能需要通过一组较小的pet检测器进行成像。例如，患者头部的轴向长度可能为160mm，但出于价格和成本原因，pet检测器元件的轴向长度可能仅为100mm。在这种情况下，本文讨论的移动可用于扩展和优化成像体积。[0040]例如，将为大脑成像而优化的brainpet插入物插入mri中，以允许同时进行pet和mri成像。由于将不同大小的人类头部插入到brainpet中，如果感兴趣的对象是相对较小的大脑体积，例如丘脑下核(stn)，则正在成像的至少每个不同头部大小的stn的位置也会不同。例如，如果stn是大脑中最感兴趣的对象，那么能够优化pet系统以尽可能最佳的空间分辨率和/或灵敏度对stn进行成像将是有用的。本文以stn为例，因为stn比较小，长宽约7mm。stn作为一些深部脑刺激(dbs)术的目标很重要。dbs是一种允许将电子设备放置在大脑中以影响大脑电行为的技术。与心脏起搏器可用于调节和稳定心脏运作的方式相同，神经电子学可用于调节电信号以控制帕金森震颤和其他运动和肌张力障碍。其他疾病应用也可能对大脑的其他部分感兴趣。在这些系统中，部分电子设备通常会留在大脑中多年，电极线从头部连接到安装在身体上的接收器，并使用其他方法控制系统。[0041]如本文所讨论的，为了优化用于这种类型的小体积成像的brainpet的性能，可以使用一组小的但可移动的检测器元件。例如，可以集中pet视场以对小区域进行成像。此外，即使pet视场很大，有时也可以对pet系统进行物理调整和定向，以便以优化的方式检测发射的放射性。[0042]可以在将患者插入pet/mri系统之前、在获取mri图像之后或在获取pet/mri图像期间进行检测器元件的这种物理定向和调整。[0043]如本文所讨论的，在插入患者之前，可以测量和计算头部尺寸和感兴趣区域，并且可以计算最佳brainpet元件位置。插入患者后，可以快速拍摄mri图像，以便更好地估计感兴趣区域的位置，然后将pet系统定位在被检查头部的最佳位置。在pet/mri操作期间，可以根据从患者身上检测到的信号进行优化。此外，在一些实施例中，跟踪附接到dbs电极插入系统的放射性传感器在大脑中的位置可能是有意义的。此外，在一些实施例中，在成像期间跟踪大脑中放射性分布的位置可能是有意义的，其中使用灵活的pet系统来最佳追踪放射性分布。[0044]如本文所讨论的，该设计中没有使用柔性闪烁体材料和柔性pcb板和读出板系统，因此假设由固定尺寸的闪烁体、固定尺寸的sipm像素和光学凝胶和胶水和反射材料组成的刚性检测器元件足以创建所需的集成和刚性检测器元件。这些检测器元件本身是刚性的，并提供可以朝向或远离给定位置定向的刚性平坦表面区域。每个检测器元件具有来自它的多个电子信号线，因此在一些实施例中，在具有许多检测器元件以实现更大的曲率灵活性或导致信号线数量减少和曲率灵活性降低的更少检测器元件的设计之间折中设置。尽管不希望受制于特定理论或假设，但发明人相信曲率的这种灵活性对于在重建过程中最小化伪影的产生可能是重要的。在当前的pet系统中，检测器元件之间的间隙经过精心设计，以便重建软件可以在软件操作期间有效地解释间隙。在本文所述的灵活系统中，由于检测器元件定位的灵活性，这种间隙填充算法方法是比较复杂的；然而，当使用较少数量的较大检测器时，这种复杂性将是最大的。[0045]根据本发明的一个方面，提供了一种正电子发射断层扫描(pet)检测器阵列，包括：[0046]多个检测器元件，每个检测器元件安装在弹性的刚性支撑表面上，每个检测器元件包括位置指示器，[0047]一检测器元件移动系统，与每个相应的刚性支撑表面连接，所述检测器元件移动系统布置成单独地向每个相应的刚性支撑表面施加压力，用于移动与相应的相应刚性支撑表面连接的每个相应的检测器元件，以及[0048]一检测器元件位置检测系统，用于检测每个相应检测器元件的位置指示器。[0049]检测器元件移动系统可以布置成移动相应的检测器元件，使得相应的检测器元件的位置在轴向方向上移动。[0050]检测器元件移动系统可以布置成移动相应检测器元件，使得相应检测器元件和相邻检测器元件之间的间隙增加或减少。[0051]检测器元件移动系统可以布置成移动相应检测器元件，使得相应检测器元件的轴向曲率增加或减少。[0052]例如，检测器元件移动系统可以布置成将每个相应的检测器元件在轴向方向上移动高达100mm和/或在径向方向上移动高达20mm。[0053]检测器元件位置检测系统可以将相应检测器元件的位置指示器检测到1mm以内。[0054]检测器元件移动系统可以通过至少一个气囊向刚性支撑表面施加压力。[0055]在一些实施例中，检测器元件布置成圆柱形阵列。[0056]例如，检测器元件可以布置成由两个或更多个近似等距间隔的列组成的圆柱形阵列。[0057]在一些实施例中，有16个大致等距间隔的列。[0058]在一些实施例中，在每个相应的一列中有两个或更多个等距间隔的检测器。[0059]例如，在每个相应的一列中可以有3个大致等距间隔的检测器。[0060]在一些实施例中，每个相应的一列安装到相应的一个刚性支撑表面。[0061]例如，可以有附接到每个相应的刚性支撑表面的一个单独的相应气囊，或者可以有一个共用气囊，该共用气囊布置成使得该一个共用气囊的各个单元控制相应刚性支撑表面的运动。[0062]或者，检测器元件移动系统可以通过铰接臂或通过齿轮系统向相应的刚性支撑表面施加压力。[0063]图1示意性地示出了可以插入mri系统的brainpet成像系统，包括先前安装的mri101；包含模数转换电子器件的扩展坞102；brainpet插入物103，滑入mri中，并通过电缆连接到扩展坞；以及患者104。图中未示出的是数据采集、重建和分析工作站和软件，在一些实施例中数据采集、重建和分析工作站和软件可以安装在mr设备室或控制室中。扩展坞和工作站之间的连接是光纤。同样未示出的还有带有控制和测量软件的控制工作站，以允许对brainpet插入物的内部元件进行位置移动和位置测量。[0064]在本发明的一个实施例中，brainpet插入物包括：[0065]1.一个集成mri线圈，[0066]2.带有检测器元件的pet环，[0067]3.检测器元件移动系统的末端执行器，以及[0068]4.位置检测系统的末端执行器。[0069]图4示出了brainpet插入物的元件顺序，首先是插入物401内径的塑料外壳，接着是mri脑成像线圈402，接着是pet检测器元件403，接着是检测器元件移动系统404，接着是检测器元件位置测量系统405，接着是外部塑料外壳406。这些物品包围患者头部407。用于该系统的电线未示出。这种类型的pet插入物设计可能需要也可能不需要冷却系统。还应注意，合适的冷却方法在本领域中是已知的并且如果需要或根据需要可以结合。[0070]塑料内盖401足够厚以允许内部元件的刚性和支撑该内部元件。在该示例性实施例中，为此分配了大约10mm。如本文所用，“大约”是指基值的正负10％的值。因此，在本示例中，“大约10mm”表示“大约9-11mm”。[0071]mri线圈402的厚度约为25mm或更小，并且可以是发射线圈和接收线圈。mri线圈的视场对于发射约为200mm，对于接收则至多约为200mm，发射和接收都可以使用相同的铜电路，或者可以使用单独的发射和接收线圈。mri线圈系统将患者头部围成一个圆。[0072]在示例性实施例中，pet系统包括48个检测器元件(de)，这些检测器元件(de)围绕患者头部所在的内部容积形成圆柱体，每个de安装在de移动系统404上。在该示例性实施例中，3个de是在一根轴向柱中，有16根柱围绕pet环的圆周。这些de如下所述移动，并且假设50mm分配给pet环厚度。[0073]de由闪烁体块、读出板元件、光学胶或凝胶、反射带和光学方法组成，以允许读出闪烁事件。在这个例子中，每个pet检测器元件在轴向方向上是50mm宽和32mm长，在轴向方向上检测器元件之间有2mm的间隙，3个de沿入口排列，以允许100mm的轴向视场。在该实施例中，16个柱可以围绕圆周均匀地间隔开，以允许大约250mm的横轴pet视场。如本领域技术人员将理解的，为实现某些目的可能需要其它合适的布置，且这些合适的布置在本发明的范围内。选择250mm直径的尺寸以便95％的人的头部适合成像体积。[0074]如果检测器元件的宽度为50mm，并且在圆柱方向上检测器元件之间的距离为5到10mm，则可以使用16列de将完整的圆周缠绕在患者头部周围。每列有3个de，因此总共需要48个de元件。如本领域技术人员所知，de之间的空间用于制造和移动公差。[0075]pet检测器元件403的厚度可以高达25或30mm，这取决于闪烁体的厚度、使用的闪烁体的类型以及检测器元件中使用的读出电子器件和检测asic电子器件的类型。在示例性实施例中，pet检测器元件403为闪烁体类型的lyso，设计为20mm厚，典型尺寸为33mm×48mm，并且重量估计有315克。闪烁体的重量为215克，密度约为每立方厘米7.1克，读出板和电子器件为100克。闪烁体宽度48mm，略小于总宽度50mm的检测器元件，以留出安装空间。[0076]检测器元件位置移动系统404是能够在轴向和径向移动检测器元件的mr兼容系统。在轴向上，典型的运动范围可能约为100mm，而在径向上，运动范围通常约为20mm。假定de位置移动系统的厚度约为20mm。[0077]de移动的一种方法可以包括膨胀或收缩以移动de的充气气囊。或者，在其他实施例中，de移动系统可以是铰接臂机构或安装在de背面的齿轮系统。[0078]如本文所讨论的，de位置测量系统将坐标信息传递回重建软件，以确保正确记录每个闪烁体晶体的正确定位以供图像重建使用。[0079]检测器元件位置测量系统405将能够以例如1mm的精度测量检测器元件的位置。假设de位置测量系统的厚度为5mm，并从孔的中间延伸，例如，225mm到230mm。[0080]位置测量精度的高低与闪烁体设计有关。在典型的pet系统中，闪烁体块由尺寸为2mmx2mmx20mm的lyso晶体构成，并且需要在真实空间中知道或校准晶体的位置，以便执行重建并获得良好的空间分辨率。对于2mm的晶体尺寸，假设1mm的位置测量精度就足够了。然而，也有采用分层方法的闪烁体设计，其中较小的晶体以偏移方式堆叠，以实现更高的空间分辨率。[0081]可商购并且可以与该系统集成的位置测量系统404的一个实施例是来自robinmedical的endoscout系统。该系统使用平面、立方体或圆柱体形状的传感器，允许在序列运行时测量mri内部的位置。如果这样的系统用于系统405，则这允许将位置测量系统与位置移动系统分开。[0082]位置测量系统404的另一个合适示例是基于基准点的系统，其中基准点附接到检测器元件上，并且mri线圈被定位，使得mri线圈在成像序列期间或在专门的搜寻序列期间测量基准位置用于定位基准点。[0083]在另一个实施例中，de位置测量系统可以是用于de的特定方向的预编程位置图。[0084]de移动系统允许进行三种类型的移动，它们是：[0085]1.轴向位移[0086]2.轴向间隙[0087]3.轴向曲率[0088]轴向位移[0089]在一些实施例中，mri线圈将具有例如大约200mm的视场，并pet环将更小，仅具有大约100mm的轴向视场。pet环可以在pet插入物中向前或向后滑动，以使其能够对大脑的不同部位进行成像。这些系统中的三个昂贵组件是像素、数据采集电子设备和闪烁体，因此这些检测器元件的数量和数目的任何减少都将降低系统的成本。[0090]图5说明了使用100mm长pet环的两种使用方法在200mm轴向长度上的预期灵敏度性能。如果将pet环检测器元件放置在200mm轴向视场的一端，则可以实现常见的三角形pet灵敏度。在这种情况下，三角形的正常灵敏度曲线在前100mm上，但感兴趣的总的200mm轴向长度没有被采样。或者，如果pet环检测器元件首先位于200mm轴向长度的一端，然后在成像期间的中点移动到200mm轴向长度的另一端，则两个三角形灵敏度的组合模式会被发现。[0091]在这种情况下，对整个200mm轴向长度进行采样。[0092]在这个简单的示例中，不包括放射性衰变的影响，因此假设源在整个成像期间继续发射相同水平的放射性。如本领域技术人员将理解的，如果目标是使两个位置的计数相等，则更详细的协议允许将pet环稍微更早地移动到第二位置。[0093]图6示出了与图5的双位置曲线相关的第二个轴向位置。[0094]此示例仅使用轴向偏移，因此在整个成像过程中，pet环之间的间隙距离保持在相同的量，例如，间隙约为2mm。有了这个间隙量，可以使用各种其他采样协议。例如，如果需要更均匀分布的灵敏度曲线，可以使用6个轴向位置。在这种情况下实现的灵敏度如图7所示，该图显示了使用具有6个轴向位置的100mmpet环对200mm对象进行采样。[0095]如果使用6个轴向位移位置，100mmpet环的边缘位于0、20、40、60、80、100mm的位置，则灵敏度曲线将被平滑化，如图6所示。如果将100mmpet环固定在200mm感兴趣区域的一端，则可实现三角形曲线，但如果pet环沿轴向滑动，则可实现平滑曲线。两条曲线下的面积是相同的——在这个理论示例中，计数的数量没有差异。实际上，如果滑动运动太慢以至于影响了成像过程的很大一部分，则可能无法实现该理论示例曲线。例如，如果成像对象是人脑，成像时间是30分钟，如果滑动运动需要2分钟才能移动20mm的距离，那么总共需要10分钟来移动pet环，这可能会使pet图像明显模糊，除非使用运动补偿方法。[0096]这种成像的轴向位移方法特别令人感兴趣，因为pet成像系统的成本与设计中使用的检测器元件的数量密切相关。如果可以使用更少的检测器元件并在患者周围移动它们以获得结果，那么pet系统的价格可能会降低。当然，用于移动pet检测器的系统成本必须低于他们节省的pet检测器元件的成本。如本文所讨论的在当今的pet系统中，闪烁体、像素和数据采集电子设备是设计中昂贵的部件，使用这种滑动轴向方法可以减少所有这三个部分。[0097]此外，如今日渐趋于使用人工智能技术，如深度学习、机器学习、人工智能和相关技术，来减少所需的成像剂量。如本文所讨论的，结合需要较少计数来形成图像的ai方法可以有利地与这种滑动轴向技术相结合。[0098]请注意，如果pet系统仅保持在位置1，则可实现最高计数。折中考虑是可以成像的轴向区域只有100mm长。使用6位置方法，可以测量整个200mm的感兴趣区域，但沿轴的计数较少。但是，如果可以使用ai方法，那么较少的计数将无关紧要。在这些计算中也没有考虑放射性衰变。[0099]轴向间隙[0100]在其他实施例中，pet环将允许检测器元件之间的间隙间距变化。这允许平滑灵敏度和优化成像。在这种情况下，总轴向长度可以大于100mm，但轴向间隙会导致该位置的灵敏度变平。间隙灵敏度不会变为0，因此有关间隙之间该体积的pet排放的信息仍然可用。该技术可用于降低成本，但在更宽的轴向范围内保持灵敏度。图8示出了具有特定间隙配置的成像示例，图9示出了具有间隙量增加的不同配置。在图8中，轴向灵敏度将是一个100mm长的三角形图案，位于200mm总轴向范围的中间位置。[0101]图10示出了检测器元件的这两种定位所获得的灵敏度曲线。在第一种情况下实现了正常的三角形图案，但在第二种情况下，间隙中的灵敏度通过完成的3d重建来填充。这种间隙灵敏度与通过间隙体积发生的响应线的数量直接相关。[0102]这种轴向间隙方法需要比轴向移位方法更复杂的间隙填充算法，但却可以达到相同的目的。这种轴向间隙方法是移动检测器元件的替代方式。具体而言，虽然轴向移动方法需要整个100mm的检测器元件移动，但轴向间隙方法将需要一个移动系统，该移动系统仅移动外部的两个检测器元件，而中间的一个不移动。[0103]这种类型的移动在某些设计中可能很有用。这些检测器元件可能非常重。例如，对于典型的brainpet设计而言，检测器元件可能为40mmx50mm，lyso闪烁体厚度为20mm。lyso的密度为7.1克/立方厘米，因此对于40立方厘米的brainpet检测器元件而言，它的重量为284克。如本领域技术人员将理解的，轴向间隙或轴向移位可以是优选的实施方式，这取决于移动系统的期望成本、复杂性和性能。[0104]轴向曲率[0105]在一些实施例中，pet环的曲率被修改，就好像它聚焦在pet圆柱体中间的感兴趣区域上一样。将所有晶体元素指向孔中的集中位置的效果是视差效应，这种视差效应导致减少和/或消除了doi深度交互效应，从而提高了空间分辨率性能。曲率还可以允许改变重建方法。如本领域技术人员其中之一将理解的，装置的灵敏度不受影响，或受影响最小，因为闪烁体块仍延伸接近全径向范围。[0106]出现视差问题的原因是要重建的对象不直接与检测器元件对齐。这种离轴位置意味着有效闪烁体厚度看起来不同，具体取决于pet检测器晶体和感兴趣对象的相对方向，从而导致对象的重建模糊。这种模糊在轴向、径向和切向方向上会有所不同。但是，如果所有检测器元件都指向感兴趣区域，则可以在没有任何模糊的情况下重建图像，从而获得更清晰的图像。[0107]图11示出了pet环的侧视图，其中检测器元件呈弯曲方向。检测器元件本身是刚性的并且具有平坦的表面，但是中间检测器元件的提升和其他元件的侧部的提升产生了弯曲的整体视图。[0108]图12示出了brainpet成像系统元件。这些元件在硬件、固件和软件中实现。pet环将原始电压数据传输到扩展坞，扩展坞将电压数据转换为listmode值，指示闪烁体事件的发生地点和时间。将该单一数据传递到采集和重建工作站，以允许进行同步处理、图像重建和其他算法。一旦工作站完成创建dicom图像文件，这些文件就可以传输到网络中，通常传输到pacs系统中。在mridicom文件也可用的情况下，mri和petdicom文件可以一起使用以创建同步pet-mri图像。[0109]控制工作站对de移动和位置测量进行控制和监控。控制工作站可以是单独的工作站，安装在与mri室不同的位置，例如安装在过滤器面板后面，或者它可以位于容纳采集和重建工作站的同一机箱内，或者它可以包含在扩展坞中。[0110]控制工作站将运动命令传递给运动致动器，然后运动致动器移动插入物内的检测器元件。然后位置测量传感器将位置数据传递给控制工作站。请注意，此设置中隐含的是，移动系统不一定知道检测器元件的位置，而是依靠位置测量系统来确定检测器元件是否在正确的位置。[0111]检测器元件位置测量系统和扩展坞之间可能存在定时接口。该定时接口用于各种检测器元件位于不同位置下的时间需要输入为重建软件的选通信号的应用和系统设计中。[0112]如本文所讨论的，在该系统的最简单版本中，将存在用于检测器元件的预定位置，具有预定校准表和其他系统矩阵计算和表。[0113]对于这些类型的pet系统，如果不使用轴向曲率，则pet环可以做得比轴向曲率更薄。如本领域技术人员其中之一将理解的，不同的pet插入物设计将适用于不同的应用和用途，但在本发明的范围内。[0114]尽管上面已经描述了本发明的优选实施例，但是应当认识到并理解可以在其中进行各种修改，并且所附权利要求旨在覆盖可能落入本发明的精神和范围内的所有这些修改。当前第1页12当前第1页12
背景技术：
：：3.就使用联合mri和pet技术进行人脑成像而言，特别是就诊断、分期、术前或治疗监测应用而言，患者通常面朝上躺在床上，将床和患者一起移动到mri pet系统内的位置。这种mri系统通常可以具有直径为50cm、60cm、70cm或更大的圆柱形孔，或者可以是使用两个平板的设计，这两个平板平板定向在患者上方和下方，例如hitachialtaire。这些系统的场强范围从7特斯拉到0.55特斯拉或更低。这种pet系统通常可以内置到mri系统中并与mri系统集成，例如siemensbiographmmr系统的情况，或者pet系统可以是改进的插入式pet系统。4.对于同时进行pet和mri的脑成像而言，最佳系统应具有非常靠近患者头部的pet系统和mri线圈系统，以实现最佳的灵敏度和空间分辨率。5.对于感兴趣的体积相对较小的脑成像应用而言，最佳系统将允许pet系统调整其位置，从而为感兴趣的体积提供尽可能高的分辨率和灵敏度。6.在现有技术中，pet成像系统已经被设计成具有可以在成像会话期间移动的各种物理几何形状，例如：[0007]“movableintegratedscannerforsurgicalimagingapplications”，如us8,295,905所示；[0008]“apparatusforimprovingimageresolutionandapparatusforsuper-resolutionphotographyusingwobblemotionandpointspreadfunction(psf),inpositronemissiontomography”，公开号为us20110268334a1，其中pet圆柱体摆动；[0009]“methodforacquiringpetimagewithultra-highresolutionusingmovementofpetdevice”，公开号为wo2013162172a1；[0010]“tomographicpetcamerawithadjustablediameterdetectorring”美国专利5825031a，其中pet圆柱体的直径可以改变；和[0011]“petcamerawithindividuallyrotatabledetectormodulesand/orindividuallymovableshieldingsections”，美国专利us6744053。[0012]这些系统设计允许检测器元件在径向方向移动以适应物体大小，或在成像开始之前在轴向方向移动以便适应外科手术要求，或摆动运动以优化响应线的采样。[0013]然而，需要一种可以使用刚性检测器元件沿轴向和曲率移动的pet系统。这两个动作对于优化大脑内较小体积的成像是必要的。技术实现要素：[0014]根据本发明的第一方面，提供了一种正电子发射断层扫描(pet)检测器阵列，包括：[0015]多个检测器元件，每个检测器元件安装在弹性的刚性支撑表面上，每个检测器元件包括一个位置指示器，[0016]一检测器元件移动系统，与每个相应的刚性支撑表面连接，所述检测器元件移动系统布置成单独地向每个相应的刚性支撑表面施加压力，用于移动与相应的相应刚性支撑表面连接的每个相应的检测器元件，以及[0017]一检测器元件位置检测系统，用于检测每个相应检测器元件的位置指示器。附图说明[0018]图1示出了mri101、扩展坞102、brainpet插入物103和躺在mri床104上的患者。患者头部105靠在头枕106上。[0019]图2示出了brainpet插入物的一些元件，包括头部固定器201、内径约为265mm的mri接收线圈202，该接收线圈安装在mri发射线圈203内，发射线圈203线圈安装在pet环204内。mri接收和发射线圈合称为mri线圈。mri线圈和pet环旨在以一种且仅一种方式安装，以确保患者图像的准确性。[0020]图3示出了患者插入其中的brainpet插入物的侧视图。患者头部301放置在头部固定器305上，并且头部被mri线圈302和pet环303环绕。pet环内部示出了pet检测器元件304。这些pet检测器元件轴向地和圆柱形地设置在患者头部周围。例如，在一些实施例中，轴向方向可以有3个pet检测元件，圆柱方向可以有16组pet检测器元件，因此在pet环设计中允许48个pet检测元件围绕患者头部布置。如本领域技术人员将理解的，由于年龄、大小、性别或其他差异导致的人类之间的生物学差异，不同的患者的头部大小可能不同。[0021]例如，如果每个pet检测器元件轴向长度为32mm，且如果轴向排列有3个元件，并且每个检测器元件之间有2mm的小间隙，则pet环的最大轴向成像视场为100mm。检测器元件之间的间隙区域不会造成患者的成像间隙，因为系统中使用了三维重建，因此仍然对整个患者头部进行采样，如下所述。[0022]图4示出了患者头部上方brainpet插入物元件的一种可能布置的更详细的侧视图。在这些实施例中，首先是估计轴向长度为140mm的患者头部407，然后接着依次是：轴向长度为260mm的插入物401的内径的塑料外壳，轴向长度为240mm的mri线圈402，总轴向长度为100mm的pet检测器元件403，其由其间间隙为2mm的3个32mm检测器元件组成，轴向长度为200mm的检测器元件移动系统404，轴向长度为200mm的检测器元件位置测量系统405，最后是轴向长度为260mm的外部塑料外壳406。该图示出了布置在轴向一端的三个pet检测器元件的实施例。由发射和接收部分组成的mri线圈通常具有大约240mm长的较长发射线圈和由围绕患者头部布置的多个小环制成的接收线圈。[0023]图5示出了图4所示系统在两种不同操作场景下的pet灵敏度性能。一条曲线是标准的三角形灵敏度曲线，如果pet环的位置在成像期间不会发生变化，则会出现这种曲线。这是图4中pet环的位置。在这种情况下，pet环对患者头部的下部100mm进行成像。在第二条曲线中示出了如果pet环从覆盖患者头部下部100mm的第一位置移动到覆盖患者头部上部100mm的第二位置时产生的灵敏度。从一个位置(如图4所示)到另一个位置(如图6所示)的移动将发生在成像期间的中途。我们不考虑这条简化曲线中放射性物质的衰变，也不考虑移动pet环所需的时间。这两个位置移动允许在轴向方向上的总成像区域为200mm。第二条曲线由两条分别以50mm和150mm为中心的三角形灵敏度曲线组成。[0024]图6示出了第二个轴向位置。在该实施例中，三个检测器元件位于pet环的另一端，并且pet检测器元件之间仍然具有2mm的间距。[0025]图7示出了6个三角形截面的组合灵敏度曲线。具体而言，该曲线代表具有更复杂的一组运动的实施例—沿轴向方向的6个位置。本实施例中的6个位置的采样位置中点例如为50mm、70mm、90mm、110mm、130mm和150mm。与其他曲线一样，放射性衰变和检测器移动所需的时间不包括在计算中。[0026]图8示出了pet检测器元件，其中三个pet检测器元件彼此之间具有2mm的间隙，位于200mm轴向范围的中间位置，作为上述轴向移动的替代方案。[0027]图9示出了pet检测器元件以大于2mm的间隙间距隔开，作为上述轴向移动的另一种替代方案。这种类型的移动还允许使用轴向范围为100mm的较小pet环对较大的头部(例如160mm)进行成像。得到的pet灵敏度曲线将是三角形灵敏度曲线的合成，如果位置之间没有移动，则将获得该曲线。在这些位置上花费的时间将影响沿整个200mm轴向范围测量的特定灵敏度。对预期灵敏度的更详细计算将考虑放射性衰变和pet检测器元件所需的移动时间。[0028]图10示出了上述移动类型的灵敏度曲线。[0029]图11示出了pet检测器元件的第三种移动，其中移动系统提供了pet检测器元件的轴向曲率。[0030]图12示出了brainpet成像系统的元件。具体实施方式[0031]除非另有定义，否则本文使用的所有技术和科学术语与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。尽管在本发明的实践或测试中可以使用与本文描述的那些方法和材料相似或等效的任何方法和材料，但现在描述的是优选的方法和材料。下文提及的所有出版物均通过引用并入本文。[0032]本文描述的是一种pet系统，该系统可以使用刚性检测器元件沿轴向和曲率移动。这两种运动足以优化大脑内较小体积，例如丘脑底核(stn)的成像。[0033]如本领域技术人员将理解的，在成像期间移动检测器元件的优点是，一旦知道有关被成像对象的尺寸和方向的信息，一旦知道诸如对象内的感兴趣区域、对象的固有组织特性和对象内的放射性分布的活动特性之类的细节，就可以优化pet成像，如本文所讨论的。也就是说，如果可以在成像期间移动检测元件，就可以最大化pet扫描的有效性。[0034]如本领域技术人员将理解的，存在许多种用于确定最佳或优选位置以实现特定成像目标和/或减少误差的可能方法。例如，该系统可用于在患者进入视场之前，例如通过考虑患者头部大小和头部固定器中的方向，然后估计感兴趣区域的尺寸和位置来提供pet系统移动。然后，pet系统将在轴向和曲率方向上移动，以优化预测区域的成像。[0035]实际上，pet系统可能不可能有大量的校准表，因此系统可以从一组标准的预先测量的校准表中选择最佳的pet系统方向。[0036]可以理解的是，由头部引起的pet衰减将需要针对不同的pet系统方向进行计算。在这种情况下，可以使用校准程序的查找表。[0037]不同的方法将有一组校准估计计算，可以针对pet系统的不同位置进行这种计算，这些校准估计计算将能够根据较少数量的位置的测量校准参数预估较多数量的位置的校准参数。[0038]然而，在所有情况下，如本文所讨论的，在成像期间调整检测器元件的定位的能力将提高pet扫描的有用性和灵敏度。[0039]例如，在某些情况下，大型对象可能需要通过一组较小的pet检测器进行成像。例如，患者头部的轴向长度可能为160mm，但出于价格和成本原因，pet检测器元件的轴向长度可能仅为100mm。在这种情况下，本文讨论的移动可用于扩展和优化成像体积。[0040]例如，将为大脑成像而优化的brainpet插入物插入mri中，以允许同时进行pet和mri成像。由于将不同大小的人类头部插入到brainpet中，如果感兴趣的对象是相对较小的大脑体积，例如丘脑下核(stn)，则正在成像的至少每个不同头部大小的stn的位置也会不同。例如，如果stn是大脑中最感兴趣的对象，那么能够优化pet系统以尽可能最佳的空间分辨率和/或灵敏度对stn进行成像将是有用的。本文以stn为例，因为stn比较小，长宽约7mm。stn作为一些深部脑刺激(dbs)术的目标很重要。dbs是一种允许将电子设备放置在大脑中以影响大脑电行为的技术。与心脏起搏器可用于调节和稳定心脏运作的方式相同，神经电子学可用于调节电信号以控制帕金森震颤和其他运动和肌张力障碍。其他疾病应用也可能对大脑的其他部分感兴趣。在这些系统中，部分电子设备通常会留在大脑中多年，电极线从头部连接到安装在身体上的接收器，并使用其他方法控制系统。[0041]如本文所讨论的，为了优化用于这种类型的小体积成像的brainpet的性能，可以使用一组小的但可移动的检测器元件。例如，可以集中pet视场以对小区域进行成像。此外，即使pet视场很大，有时也可以对pet系统进行物理调整和定向，以便以优化的方式检测发射的放射性。[0042]可以在将患者插入pet/mri系统之前、在获取mri图像之后或在获取pet/mri图像期间进行检测器元件的这种物理定向和调整。[0043]如本文所讨论的，在插入患者之前，可以测量和计算头部尺寸和感兴趣区域，并且可以计算最佳brainpet元件位置。插入患者后，可以快速拍摄mri图像，以便更好地估计感兴趣区域的位置，然后将pet系统定位在被检查头部的最佳位置。在pet/mri操作期间，可以根据从患者身上检测到的信号进行优化。此外，在一些实施例中，跟踪附接到dbs电极插入系统的放射性传感器在大脑中的位置可能是有意义的。此外，在一些实施例中，在成像期间跟踪大脑中放射性分布的位置可能是有意义的，其中使用灵活的pet系统来最佳追踪放射性分布。[0044]如本文所讨论的，该设计中没有使用柔性闪烁体材料和柔性pcb板和读出板系统，因此假设由固定尺寸的闪烁体、固定尺寸的sipm像素和光学凝胶和胶水和反射材料组成的刚性检测器元件足以创建所需的集成和刚性检测器元件。这些检测器元件本身是刚性的，并提供可以朝向或远离给定位置定向的刚性平坦表面区域。每个检测器元件具有来自它的多个电子信号线，因此在一些实施例中，在具有许多检测器元件以实现更大的曲率灵活性或导致信号线数量减少和曲率灵活性降低的更少检测器元件的设计之间折中设置。尽管不希望受制于特定理论或假设，但发明人相信曲率的这种灵活性对于在重建过程中最小化伪影的产生可能是重要的。在当前的pet系统中，检测器元件之间的间隙经过精心设计，以便重建软件可以在软件操作期间有效地解释间隙。在本文所述的灵活系统中，由于检测器元件定位的灵活性，这种间隙填充算法方法是比较复杂的；然而，当使用较少数量的较大检测器时，这种复杂性将是最大的。[0045]根据本发明的一个方面，提供了一种正电子发射断层扫描(pet)检测器阵列，包括：[0046]多个检测器元件，每个检测器元件安装在弹性的刚性支撑表面上，每个检测器元件包括位置指示器，[0047]一检测器元件移动系统，与每个相应的刚性支撑表面连接，所述检测器元件移动系统布置成单独地向每个相应的刚性支撑表面施加压力，用于移动与相应的相应刚性支撑表面连接的每个相应的检测器元件，以及[0048]一检测器元件位置检测系统，用于检测每个相应检测器元件的位置指示器。[0049]检测器元件移动系统可以布置成移动相应的检测器元件，使得相应的检测器元件的位置在轴向方向上移动。[0050]检测器元件移动系统可以布置成移动相应检测器元件，使得相应检测器元件和相邻检测器元件之间的间隙增加或减少。[0051]检测器元件移动系统可以布置成移动相应检测器元件，使得相应检测器元件的轴向曲率增加或减少。[0052]例如，检测器元件移动系统可以布置成将每个相应的检测器元件在轴向方向上移动高达100mm和/或在径向方向上移动高达20mm。[0053]检测器元件位置检测系统可以将相应检测器元件的位置指示器检测到1mm以内。[0054]检测器元件移动系统可以通过至少一个气囊向刚性支撑表面施加压力。[0055]在一些实施例中，检测器元件布置成圆柱形阵列。[0056]例如，检测器元件可以布置成由两个或更多个近似等距间隔的列组成的圆柱形阵列。[0057]在一些实施例中，有16个大致等距间隔的列。[0058]在一些实施例中，在每个相应的一列中有两个或更多个等距间隔的检测器。[0059]例如，在每个相应的一列中可以有3个大致等距间隔的检测器。[0060]在一些实施例中，每个相应的一列安装到相应的一个刚性支撑表面。[0061]例如，可以有附接到每个相应的刚性支撑表面的一个单独的相应气囊，或者可以有一个共用气囊，该共用气囊布置成使得该一个共用气囊的各个单元控制相应刚性支撑表面的运动。[0062]或者，检测器元件移动系统可以通过铰接臂或通过齿轮系统向相应的刚性支撑表面施加压力。[0063]图1示意性地示出了可以插入mri系统的brainpet成像系统，包括先前安装的mri101；包含模数转换电子器件的扩展坞102；brainpet插入物103，滑入mri中，并通过电缆连接到扩展坞；以及患者104。图中未示出的是数据采集、重建和分析工作站和软件，在一些实施例中数据采集、重建和分析工作站和软件可以安装在mr设备室或控制室中。扩展坞和工作站之间的连接是光纤。同样未示出的还有带有控制和测量软件的控制工作站，以允许对brainpet插入物的内部元件进行位置移动和位置测量。[0064]在本发明的一个实施例中，brainpet插入物包括：[0065]1.一个集成mri线圈，[0066]2.带有检测器元件的pet环，[0067]3.检测器元件移动系统的末端执行器，以及[0068]4.位置检测系统的末端执行器。[0069]图4示出了brainpet插入物的元件顺序，首先是插入物401内径的塑料外壳，接着是mri脑成像线圈402，接着是pet检测器元件403，接着是检测器元件移动系统404，接着是检测器元件位置测量系统405，接着是外部塑料外壳406。这些物品包围患者头部407。用于该系统的电线未示出。这种类型的pet插入物设计可能需要也可能不需要冷却系统。还应注意，合适的冷却方法在本领域中是已知的并且如果需要或根据需要可以结合。[0070]塑料内盖401足够厚以允许内部元件的刚性和支撑该内部元件。在该示例性实施例中，为此分配了大约10mm。如本文所用，“大约”是指基值的正负10％的值。因此，在本示例中，“大约10mm”表示“大约9-11mm”。[0071]mri线圈402的厚度约为25mm或更小，并且可以是发射线圈和接收线圈。mri线圈的视场对于发射约为200mm，对于接收则至多约为200mm，发射和接收都可以使用相同的铜电路，或者可以使用单独的发射和接收线圈。mri线圈系统将患者头部围成一个圆。[0072]在示例性实施例中，pet系统包括48个检测器元件(de)，这些检测器元件(de)围绕患者头部所在的内部容积形成圆柱体，每个de安装在de移动系统404上。在该示例性实施例中，3个de是在一根轴向柱中，有16根柱围绕pet环的圆周。这些de如下所述移动，并且假设50mm分配给pet环厚度。[0073]de由闪烁体块、读出板元件、光学胶或凝胶、反射带和光学方法组成，以允许读出闪烁事件。在这个例子中，每个pet检测器元件在轴向方向上是50mm宽和32mm长，在轴向方向上检测器元件之间有2mm的间隙，3个de沿入口排列，以允许100mm的轴向视场。在该实施例中，16个柱可以围绕圆周均匀地间隔开，以允许大约250mm的横轴pet视场。如本领域技术人员将理解的，为实现某些目的可能需要其它合适的布置，且这些合适的布置在本发明的范围内。选择250mm直径的尺寸以便95％的人的头部适合成像体积。[0074]如果检测器元件的宽度为50mm，并且在圆柱方向上检测器元件之间的距离为5到10mm，则可以使用16列de将完整的圆周缠绕在患者头部周围。每列有3个de，因此总共需要48个de元件。如本领域技术人员所知，de之间的空间用于制造和移动公差。[0075]pet检测器元件403的厚度可以高达25或30mm，这取决于闪烁体的厚度、使用的闪烁体的类型以及检测器元件中使用的读出电子器件和检测asic电子器件的类型。在示例性实施例中，pet检测器元件403为闪烁体类型的lyso，设计为20mm厚，典型尺寸为33mm×48mm，并且重量估计有315克。闪烁体的重量为215克，密度约为每立方厘米7.1克，读出板和电子器件为100克。闪烁体宽度48mm，略小于总宽度50mm的检测器元件，以留出安装空间。[0076]检测器元件位置移动系统404是能够在轴向和径向移动检测器元件的mr兼容系统。在轴向上，典型的运动范围可能约为100mm，而在径向上，运动范围通常约为20mm。假定de位置移动系统的厚度约为20mm。[0077]de移动的一种方法可以包括膨胀或收缩以移动de的充气气囊。或者，在其他实施例中，de移动系统可以是铰接臂机构或安装在de背面的齿轮系统。[0078]如本文所讨论的，de位置测量系统将坐标信息传递回重建软件，以确保正确记录每个闪烁体晶体的正确定位以供图像重建使用。[0079]检测器元件位置测量系统405将能够以例如1mm的精度测量检测器元件的位置。假设de位置测量系统的厚度为5mm，并从孔的中间延伸，例如，225mm到230mm。[0080]位置测量精度的高低与闪烁体设计有关。在典型的pet系统中，闪烁体块由尺寸为2mmx2mmx20mm的lyso晶体构成，并且需要在真实空间中知道或校准晶体的位置，以便执行重建并获得良好的空间分辨率。对于2mm的晶体尺寸，假设1mm的位置测量精度就足够了。然而，也有采用分层方法的闪烁体设计，其中较小的晶体以偏移方式堆叠，以实现更高的空间分辨率。[0081]可商购并且可以与该系统集成的位置测量系统404的一个实施例是来自robinmedical的endoscout系统。该系统使用平面、立方体或圆柱体形状的传感器，允许在序列运行时测量mri内部的位置。如果这样的系统用于系统405，则这允许将位置测量系统与位置移动系统分开。[0082]位置测量系统404的另一个合适示例是基于基准点的系统，其中基准点附接到检测器元件上，并且mri线圈被定位，使得mri线圈在成像序列期间或在专门的搜寻序列期间测量基准位置用于定位基准点。[0083]在另一个实施例中，de位置测量系统可以是用于de的特定方向的预编程位置图。[0084]de移动系统允许进行三种类型的移动，它们是：[0085]1.轴向位移[0086]2.轴向间隙[0087]3.轴向曲率[0088]轴向位移[0089]在一些实施例中，mri线圈将具有例如大约200mm的视场，并pet环将更小，仅具有大约100mm的轴向视场。pet环可以在pet插入物中向前或向后滑动，以使其能够对大脑的不同部位进行成像。这些系统中的三个昂贵组件是像素、数据采集电子设备和闪烁体，因此这些检测器元件的数量和数目的任何减少都将降低系统的成本。[0090]图5说明了使用100mm长pet环的两种使用方法在200mm轴向长度上的预期灵敏度性能。如果将pet环检测器元件放置在200mm轴向视场的一端，则可以实现常见的三角形pet灵敏度。在这种情况下，三角形的正常灵敏度曲线在前100mm上，但感兴趣的总的200mm轴向长度没有被采样。或者，如果pet环检测器元件首先位于200mm轴向长度的一端，然后在成像期间的中点移动到200mm轴向长度的另一端，则两个三角形灵敏度的组合模式会被发现。[0091]在这种情况下，对整个200mm轴向长度进行采样。[0092]在这个简单的示例中，不包括放射性衰变的影响，因此假设源在整个成像期间继续发射相同水平的放射性。如本领域技术人员将理解的，如果目标是使两个位置的计数相等，则更详细的协议允许将pet环稍微更早地移动到第二位置。[0093]图6示出了与图5的双位置曲线相关的第二个轴向位置。[0094]此示例仅使用轴向偏移，因此在整个成像过程中，pet环之间的间隙距离保持在相同的量，例如，间隙约为2mm。有了这个间隙量，可以使用各种其他采样协议。例如，如果需要更均匀分布的灵敏度曲线，可以使用6个轴向位置。在这种情况下实现的灵敏度如图7所示，该图显示了使用具有6个轴向位置的100mmpet环对200mm对象进行采样。[0095]如果使用6个轴向位移位置，100mmpet环的边缘位于0、20、40、60、80、100mm的位置，则灵敏度曲线将被平滑化，如图6所示。如果将100mmpet环固定在200mm感兴趣区域的一端，则可实现三角形曲线，但如果pet环沿轴向滑动，则可实现平滑曲线。两条曲线下的面积是相同的——在这个理论示例中，计数的数量没有差异。实际上，如果滑动运动太慢以至于影响了成像过程的很大一部分，则可能无法实现该理论示例曲线。例如，如果成像对象是人脑，成像时间是30分钟，如果滑动运动需要2分钟才能移动20mm的距离，那么总共需要10分钟来移动pet环，这可能会使pet图像明显模糊，除非使用运动补偿方法。[0096]这种成像的轴向位移方法特别令人感兴趣，因为pet成像系统的成本与设计中使用的检测器元件的数量密切相关。如果可以使用更少的检测器元件并在患者周围移动它们以获得结果，那么pet系统的价格可能会降低。当然，用于移动pet检测器的系统成本必须低于他们节省的pet检测器元件的成本。如本文所讨论的在当今的pet系统中，闪烁体、像素和数据采集电子设备是设计中昂贵的部件，使用这种滑动轴向方法可以减少所有这三个部分。[0097]此外，如今日渐趋于使用人工智能技术，如深度学习、机器学习、人工智能和相关技术，来减少所需的成像剂量。如本文所讨论的，结合需要较少计数来形成图像的ai方法可以有利地与这种滑动轴向技术相结合。[0098]请注意，如果pet系统仅保持在位置1，则可实现最高计数。折中考虑是可以成像的轴向区域只有100mm长。使用6位置方法，可以测量整个200mm的感兴趣区域，但沿轴的计数较少。但是，如果可以使用ai方法，那么较少的计数将无关紧要。在这些计算中也没有考虑放射性衰变。[0099]轴向间隙[0100]在其他实施例中，pet环将允许检测器元件之间的间隙间距变化。这允许平滑灵敏度和优化成像。在这种情况下，总轴向长度可以大于100mm，但轴向间隙会导致该位置的灵敏度变平。间隙灵敏度不会变为0，因此有关间隙之间该体积的pet排放的信息仍然可用。该技术可用于降低成本，但在更宽的轴向范围内保持灵敏度。图8示出了具有特定间隙配置的成像示例，图9示出了具有间隙量增加的不同配置。在图8中，轴向灵敏度将是一个100mm长的三角形图案，位于200mm总轴向范围的中间位置。[0101]图10示出了检测器元件的这两种定位所获得的灵敏度曲线。在第一种情况下实现了正常的三角形图案，但在第二种情况下，间隙中的灵敏度通过完成的3d重建来填充。这种间隙灵敏度与通过间隙体积发生的响应线的数量直接相关。[0102]这种轴向间隙方法需要比轴向移位方法更复杂的间隙填充算法，但却可以达到相同的目的。这种轴向间隙方法是移动检测器元件的替代方式。具体而言，虽然轴向移动方法需要整个100mm的检测器元件移动，但轴向间隙方法将需要一个移动系统，该移动系统仅移动外部的两个检测器元件，而中间的一个不移动。[0103]这种类型的移动在某些设计中可能很有用。这些检测器元件可能非常重。例如，对于典型的brainpet设计而言，检测器元件可能为40mmx50mm，lyso闪烁体厚度为20mm。lyso的密度为7.1克/立方厘米，因此对于40立方厘米的brainpet检测器元件而言，它的重量为284克。如本领域技术人员将理解的，轴向间隙或轴向移位可以是优选的实施方式，这取决于移动系统的期望成本、复杂性和性能。[0104]轴向曲率[0105]在一些实施例中，pet环的曲率被修改，就好像它聚焦在pet圆柱体中间的感兴趣区域上一样。将所有晶体元素指向孔中的集中位置的效果是视差效应，这种视差效应导致减少和/或消除了doi深度交互效应，从而提高了空间分辨率性能。曲率还可以允许改变重建方法。如本领域技术人员其中之一将理解的，装置的灵敏度不受影响，或受影响最小，因为闪烁体块仍延伸接近全径向范围。[0106]出现视差问题的原因是要重建的对象不直接与检测器元件对齐。这种离轴位置意味着有效闪烁体厚度看起来不同，具体取决于pet检测器晶体和感兴趣对象的相对方向，从而导致对象的重建模糊。这种模糊在轴向、径向和切向方向上会有所不同。但是，如果所有检测器元件都指向感兴趣区域，则可以在没有任何模糊的情况下重建图像，从而获得更清晰的图像。[0107]图11示出了pet环的侧视图，其中检测器元件呈弯曲方向。检测器元件本身是刚性的并且具有平坦的表面，但是中间检测器元件的提升和其他元件的侧部的提升产生了弯曲的整体视图。[0108]图12示出了brainpet成像系统元件。这些元件在硬件、固件和软件中实现。pet环将原始电压数据传输到扩展坞，扩展坞将电压数据转换为listmode值，指示闪烁体事件的发生地点和时间。将该单一数据传递到采集和重建工作站，以允许进行同步处理、图像重建和其他算法。一旦工作站完成创建dicom图像文件，这些文件就可以传输到网络中，通常传输到pacs系统中。在mridicom文件也可用的情况下，mri和petdicom文件可以一起使用以创建同步pet-mri图像。[0109]控制工作站对de移动和位置测量进行控制和监控。控制工作站可以是单独的工作站，安装在与mri室不同的位置，例如安装在过滤器面板后面，或者它可以位于容纳采集和重建工作站的同一机箱内，或者它可以包含在扩展坞中。[0110]控制工作站将运动命令传递给运动致动器，然后运动致动器移动插入物内的检测器元件。然后位置测量传感器将位置数据传递给控制工作站。请注意，此设置中隐含的是，移动系统不一定知道检测器元件的位置，而是依靠位置测量系统来确定检测器元件是否在正确的位置。[0111]检测器元件位置测量系统和扩展坞之间可能存在定时接口。该定时接口用于各种检测器元件位于不同位置下的时间需要输入为重建软件的选通信号的应用和系统设计中。[0112]如本文所讨论的，在该系统的最简单版本中，将存在用于检测器元件的预定位置，具有预定校准表和其他系统矩阵计算和表。[0113]对于这些类型的pet系统，如果不使用轴向曲率，则pet环可以做得比轴向曲率更薄。如本领域技术人员其中之一将理解的，不同的pet插入物设计将适用于不同的应用和用途，但在本发明的范围内。[0114]尽管上面已经描述了本发明的优选实施例，但是应当认识到并理解可以在其中进行各种修改，并且所附权利要求旨在覆盖可能落入本发明的精神和范围内的所有这些修改。当前第1页12当前第1页12
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