SPECT准直器几何及图像重建算法的进展

早期的γ相机和SPECT探头上准直器孔径的排列都是平行的,如图1。由于要兼顾人体多种器官的通用性,一般来讲,探头的面积是比较大的,这对于某些体积比较小的器官,比如脑、心脏、肾等,我们得到的图像实际只占整个探头面积的一小部分,即探头对小脏器的灵敏度要低一些,由此噪声、散射对图像造成的影响就要增大很多。为了克服这一缺陷,人们将准直器孔径排列成扇形分布,如图2。在大视野范围内探测小脏器的灵敏度当然会有很大的提高[1]。

如果不考虑衰减因素的影响,对于平行状排列的准直器,通过2-D Radon逆变换公式,我们可以利用标准的FBP计算方法重建图像[2]。对于扇形分布准直器,它的重建计算方法就略显复杂一些,最直观的想法是将探测数据重排化为平行束数据处理,但重排既花费计算时间又会带来伪影,因此Herman-Naparstek得到了扇形数据的FBP计算方法[3],由此扇形数据的图像重建问题得到了很好的解决,另外最新的关于重建问题的结果是修正FBP算法[4]。

扇形准直器的设计在γ相机和SPECT设备的发展过程中无疑是一重大突破,但我们注意到,由于视野的扩大,探测器不仅记录了所关心脏器的放射性药物分布,而且在感兴趣脏器

以外的更大范围内也同时作了记录,无关区域采集数据的出现必然会影响图像的质量,因而在实际处理过程中要对投影数据进行截断,文献[5]指出,这样会产生环状伪影。为了解决这一问题,从90年代开始人们设计的准直器孔径的排列在中心具有发散性质,而在边缘部分尽量趋近于平行束,这就是多聚焦形式的扇形准直器(图3),容易看出,这里准直器孔径的聚焦点分布在这一线段上。新准直器的设计原则是同时兼顾提高灵敏度和减低伪影这两大因素,它在中心区域具有高灵敏度,而在边缘部分大大降低截断引起的伪影。对于这样排列的准直器,当然需要有效的图像重建计算方法,才能使新的设计应用到商用产品中。重排技术当然是最容易想到的,但类似于FBP的直接算法对实际操作更具有吸收力,这方面的研究工作有文献[5～9]。可以预料有效的重建计算方法会使这种新的设计有广泛的应用前景。

上面介绍的准直器设计统称为2-D探测,这一技术目前在商用产品中已经取得了很大的成功,大部分产品采用这种设计方法。进入80年代,Jaszcak等人设计出锥状分布的准直器(见图4)。新准直器的设计极大地提高了探测灵敏度,估计大约为10倍,同时也大大地缩短了探测时间,因为在2-D情形下我们需对目标进行多断层探测才能获得一幅三维图像。但锥束投影数据的图像重建从一开始就是一个非常复杂、实现难度大的问题,到现在仍是大家研究的一个热点。