3.2 Аппаратные артефакты

3.2 Аппаратные артефакты

аиболее распространенные источники артефактов могут быть разделены на три основные группы: аппаратное обеспечение, система сбора информации и система цифровой обработки. Для того, чтобы определять источник артефактов на ПЭТ-изображениях, важно хорошо знать аппаратное обеспечение сбора и обработки информации, используемое на разных этапах формирования конечных ПЭТ-изображений.

Регистрация совпадения

3.2 Аппаратные артефактыРис.9 Схема регистрации совпадений coincidence detection — детекция совпадений sinogram – синограмма angle — угол position — положение.

Когда действительное событие регистрируется парой детекторов оно отсортировывается в синограмму. Синограммой является способ сортировки данных в виде, удобном для реконструкции изображений. Если рассматривать линии совпадения, параллельные при определенном угле, то формируется одна проекция обзора. Она заносится в синограмму в виде одного ряда. Если рассмотреть другой набор параллельных линий совпадений при другом угле, то они сортируются в другой ряд синограммы. Все ряды в синограмме являются проекциями обзора при разных углах.

3.2 Аппаратные артефактыРис.10. Построение синограммы по данным совпадений

Если рассмотреть все линии совпадения для отдельного детектора, то получится расходящийся пучок. Это приводит к тому, что на синограмму данные заносятся вдоль наклонных линий. В зависимости от положения детектора эти линии могут иметь положительный или отрицательный наклон.

Отказ детектора

3.2 Аппаратные артефактыРис.11. Влияние на изображение отказа одного или нескольких детекторов bad detector — неисправный детектор bad block — неисправный блок детекторовbad controller — неисправный контроллер

В позитронно-эмиссионной томографии из артефактов, обусловленных аппаратным обеспечением, чаще всего встречается артефакт, вызванный отказом в системе детекторов или системе последующей сортировки. Причина артефактов такого рода легко определяется на синограмме (см. выше). Чаще всего можно наблюдать артефакт, вызвнный отказом детектора. Это обычно обусловлено отказом фотоумножителя связанного с кристаллами сцинтиллятора.

3.2 Аппаратные артефактыРис. 12. Рябь на изображении, связанная с отказом детектора.

Артефакт от отказа детектора создает на изображении веерообразную рябь, которая соответствует расходящемуся пучку линий совпадений, которую формируют детектор с противоположным детектором. На синограмме (справа) отказ одного детектора отражается как одна наклонная линия (либо холодная, либо горячая по отношению к окружению). Интенсивность артефакта зависит от количества детекторов в одном кольце системы. В системе с большим количеством детекторов маловероятно, что при выпадении одного детектора приведет к сколь-нибудь серьезным артефактам.

В позитронно-эмиссионных томографах, в которых используются модельные детекторные системы (к примеру, те детекторные системы, в которых группы сцинтилляторов связаны с общей группой фотоумножителей), отказ одного фотоумножителя затронет большее число каналов детекторов. На реконструированном изображении опять будет наблюдаться веерообразная рябь, но более выраженная чем при отказе одного детектора. На синограмме этот отказ отобразится в виде широкой наклонной полосы (холодной или горячей в зависимости от характера отказа фотоумножителя). В отличии от отказа одного детектора, отказ детекторного модуля приведет к появлению артефактов на нескольких отображаемых плоскостях.

Детекторы позитронно-эмиссионых томографов обычно группируются в корзины или кассеты. Потоком данных от детекторов корзины обычно управляет корзинный контроллер. Если контроллер отказывает, затрагивается большое число детекторов, что также отразится на синограмме в виде широкой полосы. На реконструированных изображениях данный артефакт иногда менее выражен чем в случае  с выпадением одного модуля. Это связано с наложением нескольких волнообразных веерных искажений друг на друга.

Ошибка памяти

После регистрации события совпадения сканером, событие сортируется и считается в гистограммной памяти. Ошибки в сортировщике или гистограммной памяти являются еще одним потенциальным источником артефактов в позитронно-эмиссионной томографии. Проблемы такого рода возникают, когда одна или более ячейки памяти не обнуляются правильным образом и заполнены ошибочным числом событий. На синограмме это отображается в виде одного или множества горячих пятен. После реконструкции данных эти горячие пятна преобразуются одиночные полоски на изображении. Эти артефакты могут быть убраны вручную путем удаления этих горячих пятен из синограммы и повторной реконструкции данных. Однако, при выраженной проблеме это может стать утомительным. Одним из наилучших способов проверки функциональности ПЭТ-системы является пробный сбор данных с вращающимся в плоскости источником. Визуальная проверка полученных синограмм обычно позволяет обнаружить любой тип аппаратной неисправности. Этот тест должен являться частью ежедневной проверки работоспособности и качетсва позитронно-эмиссионного томографа.

Аппаратура обработки

3.2 Аппаратные артефактыРис.13. Пример артефакта, вызванного аппаратурой обработки. Слева — изображение однородного цилиндра, восстановленного путем использования многоступенчатого процессора. В середине представлена синограмма с которой реконструировали изображение.

Кольцеобразная картина, присутствующая в восстановленном изображении напоминает кольцевые артефакты, замеченные в рентгеновских СТ-системах с вращающимися банками детектора, где один или больше датчиков были повреждены. Изображение справа — восстановленное изображение того же самого набора данных, но без array processor. В этом случае артефакт исчез, что подтверждает, что действительно проблема в array processor.