RU2847440C2 - Methods and systems for reducing artifacts in image reconstruction - Google Patents
Methods and systems for reducing artifacts in image reconstructionInfo
- Publication number
- RU2847440C2 RU2847440C2 RU2022101461A RU2022101461A RU2847440C2 RU 2847440 C2 RU2847440 C2 RU 2847440C2 RU 2022101461 A RU2022101461 A RU 2022101461A RU 2022101461 A RU2022101461 A RU 2022101461A RU 2847440 C2 RU2847440 C2 RU 2847440C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pet
- image
- attenuation
- pet image
- photons
- Prior art date
Links
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИAREA OF TECHNOLOGY
Настоящее изобретение в целом относится к реконструкции изображений, включая позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ) и компьютерную томографию (КТ). Точнее, настоящее изобретение относится к способу уменьшения артефактов при реконструкции томографических изображений. Настоящее изобретение также относится к системе уменьшения артефактов при реконструкции томографических изображений.The present invention generally relates to image reconstruction, including positron emission tomography (PET) and computed tomography (CT). More specifically, the present invention relates to a method for reducing artifacts in tomographic image reconstruction. The present invention also relates to a system for reducing artifacts in tomographic image reconstruction.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИPRIOR ART
Одна из проблем при создании томографических изображений объектов (с использованием ионизирующего излучения) заключается в том, что различные физические воздействия, в частности рассеяние и ослабление радиационной визуализации, приводят к искажениям или «артефактам» на реконструированных изображениях, которые ухудшают качество изображения. Рассеяние относится к физическому процессу, который изменяет направление движения частицы, а ослабление - к физическому процессу, который уменьшает интенсивность излучения, например, поглощая некоторые частицы.One of the challenges in creating tomographic images of objects (using ionizing radiation) is that various physical effects, particularly scattering and attenuation of radiation imaging, lead to distortions or "artifacts" in the reconstructed images, which degrade image quality. Scattering refers to a physical process that changes the direction of particle motion, while attenuation refers to a physical process that reduces the intensity of radiation, for example, by absorbing certain particles.
Двумя наиболее важными типами процесса визуализации преимущественно являются позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) и компьютерная томографию (КТ), далее именуемая КТ. ПЭТ использует излучение, создаваемое внутри объекта в результате ядерного распада, и рассеяние и ослабление испускаемого излучения негативно сказываются на качестве изображения. При КТ-сканировании используются рентгеновские лучи, создаваемые на одной стороне объекта и отображаемые на другой стороне с помощью подходящей детекторной установки. В этом случае ослабление рентгеновских лучей представляет собой физический процесс, который измеряется, и, следовательно, не нуждается в компенсации, но рассеяние по-прежнему приводит к ухудшению изображения.The two most important types of imaging are positron emission tomography (PET) and computed tomography (CT), hereafter referred to as CT. PET uses radiation generated within an object as a result of nuclear decay, and the scattering and attenuation of the emitted radiation negatively impacts image quality. CT scanning uses X-rays generated on one side of the object and imaged on the other side using a suitable detector system. In this case, X-ray attenuation is a physical process that is measured and therefore does not require compensation, but scattering still results in image degradation.
В настоящем изобретении ссылка делается на ПЭТ в условиях разработки месторождений полезных ископаемых (MinPET) для разъяснения заявленного изобретения коррекции ослабления и рассеяния в процессе реконструкции изображений, поскольку эта задача изначально стояла перед авторами настоящего изобретения. Однако, специалистам в данной области техники очевидно, что авторы изобретения также признают, что идеи настоящего изобретения применимы соответствующим образом и к другим томографическим процессам, таким как ПЭТ и КТ-сканирование в медицине (клинические и научные исследования), поскольку получаемые томографические изображения, связанные с этими томографическими процессами, также подвергаются негативному воздействию имеющихся на них артефактов.In this invention, reference is made to PET in a mining environment (MinPET) to explain the claimed invention of attenuation and scatter correction during image reconstruction, as this was the original goal of the present inventors. However, as will be apparent to those skilled in the art, the inventors also recognize that the concepts of the present invention are appropriately applicable to other tomographic processes, such as PET and CT scanning in medicine (clinical and scientific research), since the resulting tomographic images associated with these tomographic processes are also negatively affected by artifacts present therein.
В качестве пояснения приводятся стандартные операции по добыче алмазов, которые требуют огромного количества ресурсов, таких как вода и энергия для переработки преимущественно непродуктивных пород, чтобы извлечь алмазы. Переработка горной породы, как правило, включает наносящую ущерб последовательность операций по дроблению породы и извлечению алмазов, зачастую с относительно низкой эффективностью, например, примерно 1 карат на тонну переработанной породы. Однако дробление горной породы обычным образом может привести к разрушению алмазов, снижая таким образом рентабельность алмазного рудника.To explain, standard diamond mining operations require enormous amounts of resources, such as water and energy, to process mostly unproductive rock to extract diamonds. Rock processing typically involves a damaging sequence of operations to crush the rock and extract the diamonds, often with relatively low efficiency, for example, approximately 1 carat per ton of processed rock. However, conventional rock crushing can lead to the destruction of diamonds, thereby reducing the profitability of a diamond mine.
Технологии на основе использования датчиков или детекторов стремятся нивелировать эти нежелательные воздействия путем обеспечения возможности раннего обнаружения относительно непереработанных алмазосодержащих пород (например, кимберлита), которые затем можно отделить и переработать более экологически безопасным способом, при котором сохраняется целостность алмаза.Sensor- or detector-based technologies aim to mitigate these unwanted impacts by enabling the early detection of relatively unprocessed diamond-bearing rocks (e.g. kimberlite), which can then be separated and processed in a more environmentally friendly manner that preserves the integrity of the diamond.
Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) позволяет обнаруживать минералы, в частности алмазы в горной породе. Этот подход включает облучение горной породы пучком гамма-лучей от тормозного излучения, например электронов с энергией 40 МэВ, или другого источника фотонов, отличающегося от тормозного излучения, например, обратного комптоновского рассеяния, или других технологий. Порода возвращается к умеренным уровням удельной радиоактивности в течение нескольких минут, к этому времени доминирующую остаточную активность представляют собой изотопы ПЭТ. Если примерно через 30 минут ПЭТ-изотоп 11С демонстрирует доминирующую активность, то порода проверяется с помощью детекторной установки для определения наличия или отсутствия в ней алмаза. Детекторная установка, как правило, включает множество отдельных чувствительных элементов. Например, детекторная установка может включать пару расположенных на расстоянии друг от друга детекторных массивов, расположенными параллельно друг другу, при этом каждый массив состоит из нескольких отдельных чувствительных элементов.Positron emission tomography (PET) can detect minerals, particularly diamonds, in rock. This approach involves irradiating the rock with a beam of gamma rays from bremsstrahlung, such as 40 MeV electrons, or another photon source other than bremsstrahlung, such as inverse Compton scattering, or other technologies. The rock returns to moderate levels of specific radioactivity within a few minutes, by which time the dominant residual activity is PET isotopes. If, after approximately 30 minutes, the PET isotope 11C exhibits dominant activity, the rock is tested using a detector array to determine the presence or absence of diamond. The detector array typically includes multiple individual sensing elements. For example, a detector array might include a pair of spaced detector arrays arranged parallel to one another, with each array consisting of several individual sensing elements.
Данные классификации, получаемые при использовании ПЭТ-подхода, обычно связаны с фотонами, обнаруживаемыми детекторной установкой. Эти фотоны излучаются из горной породы в результате аннигиляции позитронов в породе. Когда ПЭТ-изотоп в породе излучает позитронную частицу в результате бета-распада, позитрон аннигилирует с соседним электроном после прохождения пути, который может задействовать несколько рассеяний. Наиболее распространенный результат такой аннигиляции - это образование почти коллинеарных противоположно ориентированных фотонов гамма-излучения 511 эВ. Каждый фотон проходит через окружающий материал, иногда по пути изменяя энергию и направление. Когда фотоны достигают детекторной установки, детекторная установка может выдавать данные классификации в форме данных о событии столкновения/соударения с чувствительным элементом.The classification data obtained using the PET approach are typically associated with photons detected by a detector array. These photons are emitted from the rock as a result of positron annihilation in the rock. When a PET isotope in the rock emits a positron particle through beta decay, the positron annihilates with a neighboring electron after a path that may involve several scatterings. The most common result of such annihilation is the formation of nearly collinear, oppositely oriented 511 eV gamma-ray photons. Each photon passes through the surrounding material, sometimes changing energy and direction along the way. When the photons reach the detector array, the detector array can output classification data in the form of collision/impact event data with the sensing element.
Обычно, два противоположно ориентированных фотона должны обнаруживаться примерно в одно и то же время на противоположных плоскостях детекторной установки (например, над и под кимберлитом, подвергающемуся анализу на наличие алмазов), чтобы образовать линию ответа (LoR). В контексте настоящего описания термин «событие» означает фотон зарегистрированный одним чувствительным элементом, при этом информация может включать энергию, положение и время, связанные с событием. Линия ответа представляет собой совпадающие события от противоположных детекторных блоков, которые поступили в пределах короткого временного интервала (известного как окно совпадений) и, таким образом, считаются возникшими из одной и той же аннигиляции позитронов. Окно совпадений определяет максимальное время между совпадающими событиями для данной системы обнаружения, чтобы отнести такие события к линии ответа. Другими словами, если разница во времени обнаружения двух коллинеарных событий меньше, чем окно совпадений, они классифицируются как совпадающие и определяют линию ответа.Typically, two oppositely oriented photons must be detected at approximately the same time on opposite planes of a detector array (e.g., above and below kimberlite being analyzed for diamonds) to form a line of response (LoR). As used herein, the term "event" refers to a photon detected by a single sensing element, where the information may include the energy, position, and time associated with the event. A line of response represents coincident events from opposite detector units that arrived within a short time interval (known as the coincidence window) and are thus considered to originate from the same positron annihilation event. The coincidence window defines the maximum time between coincident events for a given detection system to classify such events as a line of response. In other words, if the difference in the detection times of two collinear events is less than the coincidence window, they are classified as coincident and define a line of response.
Во многих случаях необходимо создавать/реконструировать своего рода изображение (здесь именуемое как реконструированное изображение) на основании необработанных данных, полученных детекторной установкой, при этом на таком изображении предпочтительно выделяются интересующие области. При обнаружении алмазов методом ПЭТ желательно создавать изображение, показывающее распределение плотности ПЭТ-изотопа в горной породе так, чтобы определять вероятные алмазосодержащие зоны.In many cases, it is necessary to create/reconstruct a type of image (here referred to as a reconstructed image) from the raw data acquired by the detector system, preferably highlighting areas of interest within such an image. When detecting diamonds using PET, it is desirable to create an image showing the density distribution of the PET isotope within the rock to identify likely diamond-bearing zones.
Чтобы реконструировать изображение распределения плотности ПЭТ-изотопа, из четырехмерной (4D) синограммы можно получить трехмерную (3D) модель. Эта синограмма состоит из полного набора данных обнаружения, получаемых детекторной установкой, как правило, после сортировки линий ответа по углу и положению. Например, синограмма может быть образована объединением линий ответа в набор поперечных (х, у) проекций для набора θ, ϕ) углов. В случае если детекторная установка содержит пару детекторных массивов, как описано выше, синограмма представляет собой 4D объект, указанный двумя углами в сферических координатах, θ и ϕ, и двумя координатами места по плоскости посередине между двумя детекторными массивами, u и ν. В контексте настоящего описания 3D модель или сформированное изображение называется «реконструированное изображение ПЭТ» «томографическое реконструированное изображение», «реконструированное томографическое изображение», «реконструированное изображение», «реконструкция томографического изображения» или «томографическое изображение».To reconstruct the PET isotope density distribution image, a three-dimensional (3D) model can be obtained from a four-dimensional (4D) sinogram. This sinogram consists of the complete set of detection data acquired by the detector setup, typically after sorting the response lines by angle and position. For example, a sinogram can be formed by combining the response lines into a set of transverse (x, y) projections for a set of angles (θ, ϕ). In the case where the detector setup contains a pair of detector arrays, as described above, the sinogram is a 4D object specified by two angles in spherical coordinates, θ and ϕ, and two coordinates of the location on the plane midway between the two detector arrays, u and ν. In the context of this description, the 3D model or formed image is called a "reconstructed PET image", "tomographic reconstructed image", "reconstructed tomographic image", "reconstructed image", "tomographic image reconstruction", or "tomographic image".
В контексте обнаружения минералов методом ПЭТ реконструированное изображение ПЭТ, таким образом, означает 3D модель распределения плотности ПЭТ-изотопа, полученную из 4D синограммы. В этом описании «проекция» означает разновидность 4D синограммы, соответствующую одному определенному выбору углов θ и ϕ. Проекция, таким образом, представляет собой двухмерный (2D) объект, указанный u и ν. Кроме того, «элемент проекции» означает один элемент проекции, т.е. значение проекции для данных u и ν. Оно представляет совокупное значение всех линий ответа с одинаковыми углами и положениями, которые были сгруппированы в один набор.In the context of PET mineral detection, a reconstructed PET image thus refers to a 3D model of the PET isotope density distribution obtained from a 4D sinogram. In this description, a "projection" refers to a variation of the 4D sinogram corresponding to a specific choice of θ and ϕ angles. A projection is thus a two-dimensional (2D) object specified by u and ν. Furthermore, a "projection element" refers to a single projection element, i.e., a projection value for given u and ν. It represents the cumulative value of all response lines with identical angles and positions, which have been grouped into a single set.
Авторам изобретения известно несколько технологий, которые могут быть использованы для преобразования синограммы в реконструированное изображение ПЭТ в виде количественного 3D изображения точек источников. Они установили, что в настоящее время самая современная технология основана на итерационном алгоритме, который предназначен для поиска наиболее вероятной начальной плотности точек источника 3D. Реконструированное изображение ПЭТ по сути представляет собой обработанную форму необработанных данных, полученных детекторной установкой, при этом часть информации теряется во время обработки.The authors are aware of several technologies that can be used to convert a sinogram into a reconstructed PET image, representing a quantitative 3D representation of source points. They found that the most advanced technology currently available is based on an iterative algorithm designed to find the most probable initial density of 3D source points. The reconstructed PET image is essentially a processed form of the raw data obtained by the detector system, with some information being lost during processing.
Как упомянуто выше, проблема, связанная с реконструкцией изображения ПЭТ при использовании итерационных методов, заключается в том, что в реконструированное изображение ПЭТ попадают систематические артефакты, если в процессе реконструкции не учитывается воздействия ослабления и рассеяния двух противоположно ориентированных коллинеарных и совпадающих фотонов при их прохождении сквозь исследуемую среду (например, кимберлит). Авторы настоящего изобретения установили, что в результате этих воздействий в процессе построения линии ответа, как правило, могут использоваться всего лишь 3% фотонов. Много ослабленных фотонов теряется, а рассеянные фотоны могут привести к построению ложной линии ответа. Если в среднем длина пути лини ответов в породе длиннее, чем длина ослабления рентгеновского излучения, то оказываемое воздействие сильнее. На длину пути влияют промежутки в слое породы и положение точки источника ПЭТ-изотопа в породе. Авторы настоящего изобретения установили, что способ реконструкции изображения ПЭТ, в котором не учитывается данное явление, воспринимает повышенное проявление линий ответа, связанных с открытыми участками или граничными участками, как повышенные концентрации точек источников ПЭТ. Например, отдельный сферический кусок породы, который имеет равномерное распределение точек источников ПЭТ-изотопов, будет реконструирован как имеющий увеличенное в радиальном направлении распределение точек источников ПЭТ-изотопов.As mentioned above, a problem associated with PET image reconstruction using iterative methods is that systematic artifacts are introduced into the reconstructed PET image if the attenuation and scattering effects of two oppositely oriented, collinear, and coincident photons as they pass through the studied medium (e.g., kimberlite) are not taken into account during the reconstruction process. The present authors found that, as a result of these effects, only 3% of the photons can typically be used in the response line construction process. Many attenuated photons are lost, and scattered photons can lead to the construction of a false response line. If the average response line path length in the rock is longer than the X-ray attenuation length, the effect is greater. The path length is affected by gaps in the rock layer and the position of the PET isotope source point in the rock. The authors of the present invention have found that a PET image reconstruction method that does not account for this phenomenon interprets increased expression of response lines associated with open areas or boundary areas as increased concentrations of PET source points. For example, a single spherical rock sample with a uniform distribution of PET isotope source points will be reconstructed as having an increased radial distribution of PET isotope source points.
Чтобы продемонстрировать проблемы, которые могут возникнуть, если не учитывать ослабление и/или рассеяние, рассмотрим пару чувствительных элементов, например, один чувствительный элемент из первого массива на детекторной установке и противоположный чувствительный элемент из второго массива на детекторной установке. Количество линий ответа, обнаруженных этой парой пропорционально количеству ядер ПЭТ-изотопов в линии между ними. Ослабление или рассеяние фотонов, которое уменьшает количество обнаруженных истинных линий ответа, представляет собой экспоненциальный распад, основанный на длине пути фотонов через породу. Это воздействие значительно больше выражено при использовании ПЭТ для обнаружения алмазов, чем при использовании ПЭТ в медицинских целях, поскольку горная порода способна со значительно большей вероятностью рассеивать или поглощать фотоны на единицу длины, чем биологическая ткань. В целом, можно ожидать, что количество линий ответа, N, между чувствительными элементами будет приблизительно пропорционально произведению длины пути, х, поскольку она определяет количество ядер источника, и также экспоненциальной функции распада из линейного ослабления:To demonstrate the problems that can arise when attenuation and/or scattering are not taken into account, consider a pair of sensors, for example, one sensor from a first array in a detector array and the opposite sensor from a second array in a detector array. The number of response lines detected by this pair is proportional to the number of PET isotope nuclei in the line between them. The attenuation or scattering of photons, which reduces the number of detected true response lines, is an exponential decay based on the path length of the photons through the rock. This effect is significantly more pronounced when using PET for diamond detection than when using PET for medical purposes, since rock is much more likely to scatter or absorb photons per unit length than biological tissue. In general, one would expect the number of response lines, N, between sensors to be approximately proportional to the product of the path length, x, since it determines the number of source nuclei, and the exponential decay function from the linear attenuation:
Формула (1) имеет максимум в точке х=1/μ. После этой точки при добавлении дополнительного материала уменьшается сигнал, наблюдаемый в каждом пикселе каждой проекции.Formula (1) has a maximum at x=1/μ. After this point, adding additional material reduces the signal observed in each pixel of each projection.
Однако, следует понимать, что реальная ситуация намного сложнее, чем подразумевает вышеуказанная простая формула (1). На практике фотоны не просто поглощаются или нет. Вместо этого они могут двигаться по сложным путям через породу, при этом возникает несколько рассеяний, каждое из которых может изменить их направление и энергию. Таким образом, для того, чтобы должным образом реконструировать изображения, необходимо учитывать воздействия ослабления и рассеяния.However, it should be understood that the real situation is much more complex than the simple formula (1) above implies. In practice, photons are not simply absorbed or not absorbed. Instead, they can travel along complex paths through the rock, causing multiple scattering events, each of which can alter their direction and energy. Therefore, to properly reconstruct images, the effects of attenuation and scattering must be taken into account.
Для дополнительной иллюстрации негативных последствий игнорирования факта ослабления и/или рассеивания фотонов, на Фиг. 1 и 2 показан первый пример артефактов, которые могут появляться на реконструированном изображении ПЭТ. Шар 2 из кимберлита с равномерным распределением алмазосодержащего материала и центральной полости, показанный на Фиг. 1, был смоделирован с использованием кода отслеживания траектории частиц Geant4's Monte Carlo. Это моделирование повторяет аннигиляции ПЭТ-изотопов, термализацию и аннигиляцию позитронов с последующим отслеживанием аннигиляционных фотонов через все материалы, включая все взаимодействия фотон-материал, а затем в конечном итоге показания детектора. Подбираются единичные события, образуя совпадающие события, которые образуют линии ответа, и они реконструируются в изображение ПЭТ с помощью итерационного алгоритма, который не имеет коррекции ослабления. Реконструированное изображение показано на Фиг. 2.To further illustrate the negative consequences of ignoring the fact of photon attenuation and/or scattering, Figures 1 and 2 show the first example of artifacts that can appear in a reconstructed PET image. Kimberlite sphere 2 with a uniform distribution of diamond-bearing material and a central cavity, shown in Figure 1, was simulated using Geant4's Monte Carlo particle tracking code. This simulation replicates PET isotope annihilations, thermalization, and positron annihilation, followed by tracking the annihilation photons through all materials, including all photon-material interactions, and then ultimately the detector readings. Single events are matched, forming coincident events that form response lines, and they are reconstructed into a PET image using an iterative algorithm that has no attenuation correction. The reconstructed image is shown in Figure 2.
На Фиг. 2, который представляет собой «срез» реконструированного шара 3 (созданного с использованием итерационной технологии), видны два типа артефактов. Во-первых, кимберлит вблизи границ 4 шара 3 неправильно усилен. Это обусловлено тем, что линии ответа из точек вблизи границ 4 имеют большой набор имеющихся углов, по которым они могут достигать противоположных детекторов, при этом длина пути через кимберлит мала. С другой стороны положения источников вблизи центра 5 должны проходить через большую часть диаметра породы независимо от направления линии ответа. Второй тип артефакта находится внутри полости. Она фактически заполнена воздухом, и в ней не могут возникать какие-либо события ПЭТ. Однако, на реконструированном изображении шара 3 плотность ПЭТ-изотопов показана выше в полости, чем снаружи шара 3. Это обусловлено воздействием полости, уменьшающей длину пути через кимберлит линии ответа, которая проходит через него.In Fig. 2, which is a "slice" of reconstructed sphere 3 (created using the iterative technique), two types of artifacts are visible. First, the kimberlite near boundaries 4 of sphere 3 is incorrectly enhanced. This is due to the fact that response lines from points near boundaries 4 have a large set of available angles through which they can reach opposite detectors, while the path length through the kimberlite is short. On the other hand, source positions near the center 5 should pass through a large part of the rock diameter, regardless of the direction of the response line. The second type of artifact is located inside a cavity. This cavity is effectively filled with air, and no PET events can occur within it. However, in the reconstructed image of sphere 3, the PET isotope density is shown to be higher in the cavity than outside sphere 3. This is due to the effect of the cavity, which reduces the path length through the kimberlite of the response line that passes through it.
На Фиг. 3 и 4 показан второй пример артефактов, которые могут возникать при использовании известных итерационных реконструктивных технологий. Четыре шара 6 расположены тетраэдрически, как хорошо видно на Фиг. 3. В центре 7 между шарами 6 должно быть положение с отсутствием активности, поскольку там нет породы, но при реконструировании оно снова демонстрирует повышенную активность, как показано на Фиг. 4. Другими словами, участок 9 между реконструированными шарами 8 должен на самом деле показывать отсутствие активности, но в результате вышеуказанных воздействий он реконструирован неправильно.Figures 3 and 4 show a second example of artifacts that can arise when using known iterative reconstruction techniques. Four spheres 6 are arranged tetrahedronally, as can be clearly seen in Figure 3. The center 7 between the spheres 6 should be a region with no activity, since there is no rock there, but when reconstructed, it again shows increased activity, as shown in Figure 4. In other words, the region 9 between the reconstructed spheres 8 should actually show no activity, but as a result of the above-mentioned influences, it is reconstructed incorrectly.
Фиг. 1-4 показаны просто в качестве примеров проблем, вызванных отсутствием компенсации этих воздействий. При более сложном расположении и формах кимберлита артефакты на изображении, возникшие в результате ослабления и рассеяния, значительно более сложные.Figures 1-4 are simply examples of the problems caused by the lack of compensation for these effects. With more complex kimberlite arrangements and shapes, image artifacts resulting from attenuation and scattering are significantly more complex.
Желательно иметь максимально возможное качество воспроизведения при создании реконструированного изображения ПЭТ, поскольку это изображение должно представлять максимально точно фактическое распределение плотности ПЭТ-изотопа в горной породе. Таким образом, варианты осуществления настоящего изобретения направлены на уменьшение артефактов при реконструкции изображения ПЭТ.It is desirable to achieve the highest possible reproduction quality when creating a reconstructed PET image, as this image should represent as accurately as possible the actual PET isotope density distribution in the rock. Therefore, embodiments of the present invention aim to reduce artifacts in PET image reconstruction.
В контексте настоящего описания термин «объект» может означать частицы породы, например, кимберлита, вне зависимости от ее размера или свободный алмаз. Таким образом, термины «объект», «порода» и «кимберлит» в данном документе могут использоваться как взаимозаменяемые. Однако термин «объект» может также распространяться и на другие объекты, которые визуализируются или анализируются при осуществлении способа обнаружения, и, таким образом, не ограничивается породой. В этой связи объектом может быть органическая ткань, тело человека или животного или его часть.In the context of this description, the term "object" can refer to rock particles, such as kimberlite, regardless of size, or to free diamonds. Therefore, the terms "object," "rock," and "kimberlite" may be used interchangeably in this document. However, the term "object" can also encompass other objects that are visualized or analyzed during the detection method and is therefore not limited to rock. In this regard, an object may include organic tissue, a human or animal body, or a part thereof.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯESSENCE OF THE INVENTION
В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения предлагается способ уменьшения артефактов при реконструкции томографических изображений, причем данный способ осуществляется полностью или частично компьютером или автоматизированной системой, соединенной с возможностью связи с детекторной установкой, которая содержит множество чувствительных элементов, при этом чувствительные элементы выполнены с возможностью обнаружения фотонов, связанных с объектом, и данный способ содержит следующие этапы:According to one embodiment of the present invention, a method is provided for reducing artifacts in the reconstruction of tomographic images, wherein the method is carried out in whole or in part by a computer or an automated system connected in communication with a detector installation that contains a plurality of sensitive elements, wherein the sensitive elements are configured to detect photons associated with an object, and the method comprises the following steps:
создают или получают начальную реконструкцию томографического изображения, связанного с объектом, при этом томографическое изображение по меньшей мере частично основано на линиях ответа (LoRs), обнаруженных детекторной установкой, при этом томографическое изображение включает множество вокселов, связанных с объемом или областью, анализируемой детекторной установкой;creating or obtaining an initial reconstruction of a tomographic image associated with an object, wherein the tomographic image is at least partially based on lines of response (LoRs) detected by a detector system, wherein the tomographic image includes a plurality of voxels associated with a volume or region analyzed by the detector system;
определение или получение матрицы системы, которая соотносит каждый воксел на томографическом изображении с чувствительными элементами;determining or obtaining a system matrix that relates each voxel in a tomographic image to sensitive elements;
создают или получают карту ослабления, причем карта ослабления основывается на томографическом изображении и определяется как множество вокселов, при этом каждый воксел карты ослабления содержит информацию о вокселе, касающуюся степени или вероятности ослабления и/или рассеянии, связанных с этим вокселом;creating or obtaining an attenuation map, wherein the attenuation map is based on a tomographic image and is defined as a plurality of voxels, wherein each voxel of the attenuation map contains information about the voxel concerning the degree or probability of attenuation and/or scattering associated with that voxel;
выполняют одну итерацию итерационного алгоритма томографической реконструкции для обновления томографического изображения, при этом выполнение итерации включает обновление матрицы системы на основе информации о вокселе карты ослабления;performing one iteration of the iterative tomographic reconstruction algorithm to update the tomographic image, wherein performing the iteration includes updating the system matrix based on information about the voxel of the attenuation map;
обновляют карту ослабления на основе обновленного томографического изображения; иupdate the attenuation map based on the updated tomographic image; and
повторяют одну итерацию алгоритма реконструкции и обновляют карту ослабления до тех пор, пока изображение не конвергируется, чтобы определить томографическое реконструированное изображение, уменьшая таким образом артефакты на томографическом изображении путем компенсации или принятия во внимание ослабления и/или рассеяния фотонов, связанных с объектом.repeating one iteration of the reconstruction algorithm and updating the attenuation map until the image converges to define a tomographic reconstructed image, thereby reducing artifacts in the tomographic image by compensating for or taking into account the attenuation and/or scattering of photons associated with the object.
Этот способ может использоваться для уменьшения артефактов при реконструкции изображения позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) путем компенсации или принятия во внимание ослабления и/или рассеяния фотонов, излучаемых из объекта. В этой связи томографическое изображение представлено в виде изображения ПЭТ, связанного с объектом, причем чувствительные элементы выполнены с возможностью обнаружения фотонов, излучаемых из объекта в результате аннигиляции позитронов, вызванной облучением объекта фотонами предварительно заданной энергии, при этом изображение ПЭТ дает представление о распределении плотности ПЭТ-изотопа в объеме или области, анализируемой детекторной установкой.This method can be used to reduce artifacts in positron emission tomography (PET) image reconstruction by compensating for or accounting for the attenuation and/or scattering of photons emitted from an object. In this regard, the tomographic image is represented as a PET image associated with the object, with the sensing elements configured to detect photons emitted from the object as a result of positron annihilation caused by irradiation of the object with photons of a predetermined energy. The PET image provides a representation of the density distribution of the PET isotope within the volume or region analyzed by the detector system.
Матрица системы может соотносить каждый воксел на изображении ПЭТ с каждой возможной парой чувствительных элементов.The system matrix can associate each voxel in the PET image with every possible pair of sensitive elements.
Этот способ может использоваться для уменьшения артефактов при реконструкции изображения компьютерной томографии (КТ) путем компенсации или принятия во внимание рассеяния фотонов из источника по мере его взаимодействия с объектом. В этой связи томографическое изображение может быть представлено в виде изображения КТ, связанного с объектом, причем чувствительные элементы выполнены с возможностью обнаружения фотонов из источника, проходящего через объект, при этом изображение КТ дает представление о плотности материала и/или электронной плотности в объекте, анализируемом детекторной установкой. Матрица системы может соотносить каждый воксел на изображении КТ с каждой возможной линией ответа от источника к чувствительным элементам.This method can be used to reduce artifacts in computed tomography (CT) image reconstruction by compensating for or accounting for the scattering of photons from a source as it interacts with an object. In this regard, the tomographic image can be represented as a CT image associated with the object, with the sensing elements configured to detect photons from the source passing through the object. The CT image provides information about the material density and/or electron density in the object analyzed by the detector system. The system matrix can associate each voxel in the CT image with each possible response line from the source to the sensing elements.
В случае КТ специалистам в данной области техники очевидно, что линия ответа может быть между источником рентгеновского излучения и положением столкновения с детектором. Другими словами, пут рентгеновских лучей или фотонов рентгеновского излучения от источника рентгеновского излучения до детекторной установки может представлять собой линию ответа.In the case of CT, those skilled in the art understand that the response line can be between the X-ray source and the collision position with the detector. In other words, the path of X-rays or X-ray photons from the X-ray source to the detector can constitute the response line.
Что касается КТ, линии ответа группируются для получения синограмм, которые реконструируются для получения количественных 3D изображений аналогичным образом, как и при ПЭТ. В этой связи термин «томографическое изображение», как описано здесь, может, таким образом, относиться к изображениям и ПЭТ и КТ. В частности, как описано выше в отношении изображений ПЭТ, изображения КТ также могут именоваться как «реконструированное изображение КТ» «томографическое реконструированное изображение», «реконструированное томографическое изображение» или просто «реконструированное изображение».With CT, the response lines are grouped to produce sinograms, which are reconstructed to produce quantitative 3D images in a manner similar to PET. In this regard, the term "tomographic image," as described here, can thus refer to both PET and CT images. In particular, as described above with respect to PET images, CT images may also be referred to as "reconstructed CT image," "tomographic reconstructed image," "reconstructed tomographic image," or simply "reconstructed image."
Следует понимать, что изображение КТ может быть в форме вокселизированного 3D изображения, аналогичного описываемому здесь изображению ПЭТ, и, следовательно, пояснения в отношении изображений ПЭТ применимы соответствующим образом к изображениям КТ. Количество, изображенное в каждом вокселе, может быть аналогичным плотности электронов до первого порядка. Из этого следует, что в самом простейшем случае изображение КТ может быть функцией плотности материала и электронной плотности на элемент в материале. Затем изображения КТ могут быть разбиты на сегменты/разделены на различные материалы. В изображениях ПЭТ плотность ПЭТ-изотопов внутри самих материалов разбивается на сегменты.It should be understood that a CT image can be a voxelized 3D image, similar to the PET image described here, and therefore the explanations regarding PET images apply accordingly to CT images. The quantity imaged in each voxel can be analogous to the electron density up to first order. It follows that, in the simplest case, a CT image can be a function of the material density and the electron density per element within the material. CT images can then be segmented/divided into different materials. In PET images, the density of PET isotopes within the materials themselves is segmented.
Следует понимать, что само по себе 3D изображение при КТ сканировании может быть таким же или в целом аналогичным карте ослабления. Это обусловлено тем, что визуализация представляет «интенсивность ослабления» материалов. При использовании настоящего изобретения для разработки месторождений полезных ископаемых, в настоящем документе именуемое MinPET, и кимберлит и алмаз являются ПЭТ активными, поэтому изображение/карта ПЭТ может считаться как приближенное показание распределений материалов и, следовательно, картой ослабления. При использовании ПЭТ в медицине первичная карта ПЭТ составляется из функции (каким образом ПЭТ-изотопы метаболизируются в ткань), а не формы (материал и его формы). В этой связи данный способ может содержать прием снимка КТ для получения карты ослабления, которая используется для коррекции.It should be understood that the 3D image itself from a CT scan can be the same or generally similar to an attenuation map. This is because the visualization represents the "attenuation intensity" of materials. When using the present invention for mineral deposit mining, herein referred to as MinPET, both kimberlite and diamond are PET-active, so the PET image/map can be considered an approximate representation of material distributions and, therefore, an attenuation map. When using PET in medicine, the primary PET map is composed of function (how PET isotopes are metabolized in tissue) rather than shape (the material and its shapes). Therefore, this method may include acquiring a CT image to obtain an attenuation map, which is used for correction.
В связи с этим часто встречается совместное использование ПЭТ и КТ в медицине для того, чтобы получить функцию и форму, а затем сравнить. При корректировке снимка КТ он представляет собой собственную карту ослабления так, что он используется для корректировки воздействия рассеяния. Данный способ может включать создание или получение изображения КТ объекта и использование изображения КТ в качестве карты ослабления.For this reason, PET and CT are often used together in medicine to obtain function and shape for comparison. When correcting a CT image, it represents its own attenuation map, so it is used to correct for the effects of scattering. This method may involve creating or acquiring a CT image of the object and using the CT image as the attenuation map.
При использовании ПЭТ для разработки месторождений полезных ископаемых или в медицине корректируется ослабление и рассеяние, а не только рассеяние как в случае с КТ.When using PET for mining or medicine, both attenuation and scatter are corrected, not just scatter as is the case with CT.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается система для уменьшения артефактов при реконструкции томографических изображений, при этом данная система содержит компьютер или автоматизированную систему, соединенные с возможностью связи с детекторной установкой, которая содержит множество чувствительных элементов, при этом чувствительные элементы выполнены с возможностью обнаружения фотонов, связанных с объектом, при этом компьютер или автоматизированная система выполнены с возможностью:In accordance with another aspect of the present invention, a system is provided for reducing artifacts in the reconstruction of tomographic images, wherein the system comprises a computer or an automated system communicatively connected to a detector installation that comprises a plurality of sensitive elements, wherein the sensitive elements are configured to detect photons associated with an object, wherein the computer or automated system is configured to:
создания или получения начальной реконструкции томографического изображения, связанного с объектом, при этом томографическое изображение по меньшей мере частично основано на линиях ответа (LoRs), обнаруженных детекторной установкой, при этом томографическое изображение включает множество вокселов, связанных с объемом или областью, анализируемой детекторной установкой;creating or obtaining an initial reconstruction of a tomographic image associated with an object, wherein the tomographic image is at least partially based on lines of response (LoRs) detected by a detector system, wherein the tomographic image includes a plurality of voxels associated with a volume or region analyzed by the detector system;
определения или получения матрицы системы, которая соотносит каждый воксел на томографическом изображении с чувствительными элементами;determining or obtaining a system matrix that relates each voxel in the tomographic image to the sensitive elements;
создания или получения карты ослабления, причем карта ослабления основывается на томографическом изображении и определяется как множество вокселов, при этом каждый воксел карты ослабления содержит информацию о вокселе, касающуюся степени или вероятности ослабления и/или рассеянии, связанных с этим вокселом;creating or obtaining an attenuation map, wherein the attenuation map is based on a tomographic image and is defined as a plurality of voxels, wherein each voxel of the attenuation map contains information about the voxel concerning the degree or probability of attenuation and/or scattering associated with that voxel;
выполнения одной итерации итерационного алгоритма томографической реконструкции для обновления томографического изображения, при этом выполнение итерации включает обновление матрицы системы на основе информации о вокселе карты ослабления;performing one iteration of the iterative tomographic reconstruction algorithm to update the tomographic image, wherein performing the iteration includes updating the system matrix based on information about the voxel of the attenuation map;
обновления карты ослабления на основе обновленного томографического изображения; иupdating the attenuation map based on the updated tomographic image; and
повторения одной итерации алгоритма реконструкции и обновления карты ослабления до тех пор, пока изображение не конвергируется, чтобы определить томографическое реконструированное изображение, уменьшая таким образом артефакты на томографическом изображении путем компенсации или принятия во внимание ослабления и/или рассеяния фотонов, связанных с объектом.repeating one iteration of the reconstruction algorithm and updating the attenuation map until the image converges to determine a tomographic reconstructed image, thereby reducing artifacts in the tomographic image by compensating for or taking into account the attenuation and/or scattering of photons associated with the object.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается способ уменьшения артефактов при реконструкции томографических изображений, причем данный способ осуществляется компьютером или автоматизированной системой, соединенной с возможностью связи с детекторной установкой, которая содержит множество чувствительных элементов, при этом чувствительные элементы выполнены с возможностью обнаружения фотонов, связанных с объектом, при этом данный способ включает использование обучаемого на основе машинного обучения устройства визуализации для создания реконструированного томографического изображения, связанного с объектом, при этом устройство визуализации обучается по меньшей мере на изображениях, моделированными на компьютере, и/или данных об объекте, полученных от компьютеризованного моделирующего устройства, для компенсации или принятия во внимание ослабления и/или рассеяния фотонов, связанных с объектом, уменьшая таким образом артефакты в реконструированном изображении.In accordance with another aspect of the present invention, a method is provided for reducing artifacts in the reconstruction of tomographic images, wherein the method is performed by a computer or an automated system communicatively connected to a detector installation that contains a plurality of sensitive elements, wherein the sensitive elements are configured to detect photons associated with an object, wherein the method includes using a machine learning-trained visualization device to create a reconstructed tomographic image associated with the object, wherein the visualization device is trained on at least computer-simulated images and/or object data obtained from a computerized modeling device to compensate for or take into account the attenuation and/or scattering of photons associated with the object, thereby reducing artifacts in the reconstructed image.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается система для уменьшения артефактов при реконструкции томографических изображений, причем данная система содержит компьютер или автоматизированную систему, соединенную с возможностью связи с детекторной установкой, которая содержит множество чувствительных элементов, при этом чувствительные элементы выполнены с возможностью обнаружения фотонов, связанных с объектом, при этом компьютер или автоматизированная система выполнены с возможностью обнаружения фотонов, связанных с объектом, при этом данный способ включает использование обучаемого на основе машинного обучения устройства визуализации для создания реконструированного томографического изображения, связанного с объектом, при этом устройство визуализации обучается по меньшей мере на изображениях, моделированными на компьютере, и/или данных об объекте, полученных от компьютеризованного моделирующего устройства, для компенсации или принятия во внимание ослабления и/или рассеяния фотонов, связанных с объектом, уменьшая таким образом артефакты в реконструированном изображении.According to another aspect of the present invention, a system is provided for reducing artifacts in the reconstruction of tomographic images, wherein the system comprises a computer or an automated system communicatively connected to a detector installation that comprises a plurality of sensing elements, wherein the sensing elements are configured to detect photons associated with an object, wherein the computer or automated system is configured to detect photons associated with an object, wherein the method includes using a machine learning-trained imaging device to create a reconstructed tomographic image associated with an object, wherein the imaging device is trained on at least computer-simulated images and/or object data obtained from a computerized simulator to compensate for or take into account attenuation and/or scattering of photons associated with the object, thereby reducing artifacts in the reconstructed image.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается способ уменьшения артефактов при реконструкции томографических изображений, причем реконструированное томографическое изображение создается компьютером или автоматизированной системой, соединенной с возможностью связи с детекторной установкой, которая содержит множество чувствительных элементов, при этом чувствительные элементы выполнены с возможностью обнаружения фотонов, связанных с объектами, способ, включающий заполнение полостей между объектами или в них предварительно определенным материалом или материалами до выполнения анализа объектов детекторной установкой.In accordance with another aspect of the present invention, a method is provided for reducing artifacts in the reconstruction of tomographic images, wherein the reconstructed tomographic image is created by a computer or an automated system communicatively connected to a detector system that contains a plurality of sensitive elements, wherein the sensitive elements are configured to detect photons associated with objects, the method including filling cavities between or in the objects with a predetermined material or materials before analyzing the objects with the detector system.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается способ уменьшения артефактов при реконструкции изображений позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), причем данный способ осуществляется компьютером или автоматизированной системой, соединенной с возможностью связи с детекторной установкой, которая содержит множество чувствительных элементов, при этом чувствительные элементы выполнены с возможностью обнаружения фотонов, излучаемых из объекта в результате аннигиляции позитронов, вызванной облучением объекта фотонами предварительно заданной энергии, данный способ включает следующие этапы:In accordance with another aspect of the present invention, a method is provided for reducing artifacts in the reconstruction of positron emission tomography (PET) images, said method being carried out by a computer or an automated system connected in communication with a detector system that contains a plurality of sensitive elements, wherein the sensitive elements are configured to detect photons emitted from an object as a result of positron annihilation caused by irradiation of the object with photons of a predetermined energy, said method comprising the following steps:
создают или получают начальную реконструкцию изображения ПЭТ, связанного с объектом, при этом изображение ПЭТ по меньшей мере частично основано на линиях ответа (LoRs), обнаруженных детекторной установкой, при этом изображение ПЭТ включает множество вокселов и дает представление о распределении плотности ПЭТ-изотопа в объеме или области, анализируемой детекторной установкой;creating or obtaining an initial reconstruction of a PET image associated with an object, wherein the PET image is at least partially based on lines of response (LoRs) detected by a detector system, wherein the PET image includes a plurality of voxels and provides a representation of the density distribution of the PET isotope in a volume or region analyzed by the detector system;
определяют или получают матрицу системы, которая соотносит каждый воксел на изображении ПЭТ с каждой возможной парой чувствительных элементов;determine or obtain a system matrix that associates each voxel in the PET image with each possible pair of sensitive elements;
создают или получают карту ослабления, причем карта ослабления основывается на изображении ПЭТ и определяется как множество вокселов, при этом каждый воксел карты ослабления содержит информацию о вокселе, касающуюся степени или вероятности ослабления и/или рассеянии, связанных с этим вокселом;creating or obtaining an attenuation map, wherein the attenuation map is based on a PET image and is defined as a plurality of voxels, wherein each voxel of the attenuation map contains information about the voxel concerning the degree or probability of attenuation and/or scattering associated with that voxel;
выполняют одну итерацию итерационного алгоритма реконструкции ПЭТ для обновления изображения ПЭТ, при этом выполнение итерации включает обновление матрицы системы на основе информации о вокселе карты ослабления;performing one iteration of the iterative PET reconstruction algorithm to update the PET image, wherein performing the iteration includes updating the system matrix based on the attenuation map voxel information;
обновляют карту ослабления на основе обновленного изображения ПЭТ; и повторяют одну итерацию алгоритма реконструкции и обновляют карту ослабления до тех пор, пока изображение ПЭТ не конвергируется, чтобы определить реконструированное изображение ПЭТ, уменьшая таким образом артефакты на изображении ПЭТ путем компенсации или принятия во внимание ослабления и/или рассеяния фотонов, излучаемых из объекта.updating the attenuation map based on the updated PET image; and repeating one iteration of the reconstruction algorithm and updating the attenuation map until the PET image converges to determine the reconstructed PET image, thereby reducing artifacts in the PET image by compensating for or taking into account the attenuation and/or scattering of photons emitted from the object.
Этот способ может включать использование дополнительных данных от датчика для создания, получения и/или обновления карты ослабления.This method may include using additional data from the sensor to create, retrieve, and/or update the attenuation map.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается способ уменьшения артефактов при реконструкции изображений ПЭТ, причем данный способ осуществляется компьютером или автоматизированной системой, соединенной с возможностью связи с детекторной установкой, которая содержит множество чувствительных элементов, при этом чувствительные элементы выполнены с возможностью обнаружения фотонов, излучаемых из объекта в результате аннигиляции позитронов, вызванной облучением объекта фотонами предварительно заданной энергии, данный способ включает использование обучаемого на основе машинного обучения устройства визуализации для создания реконструированного изображения ПЭТ, которое дает представление о распределении плотности ПЭТ-изотопа в объеме или области, анализируемой детекторной установкой, при этом данный способ включает использование обучаемого на основе машинного обучения устройства визуализации для создания реконструированного томографического изображения, связанного с объектом, при этом устройство визуализации обучается по меньшей мере на изображениях, моделированными на компьютере, и/или данных об объекте, полученных от компьютеризованного моделирующего устройства, для компенсации или принятия во внимание ослабления и/или рассеяния фотонов, излучаемых из объекта, уменьшая таким образом артефакты в реконструированном изображении ПЭТ.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for reducing artifacts in the reconstruction of PET images, wherein the method is performed by a computer or an automated system communicatively connected to a detector setup that contains a plurality of sensing elements, wherein the sensing elements are configured to detect photons emitted from an object as a result of positron annihilation caused by irradiating the object with photons of a predetermined energy, wherein the method includes using a machine learning-trained imaging device to create a reconstructed PET image that provides a representation of the density distribution of a PET isotope in a volume or region analyzed by the detector setup, wherein the method includes using a machine learning-trained imaging device to create a reconstructed tomographic image associated with the object, wherein the imaging device is trained on at least computer-simulated images and/or object data obtained from a computerized simulator to compensate for or take into account the attenuation and/or scattering of photons emitted from the object, thereby reducing artifacts in the reconstructed PET image.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается система для уменьшения артефактов при реконструкции изображений ПЭТ, причем данная система содержит по меньшей мере один компьютер или автоматизированную систему, соединенные с возможностью связи с детекторной установкой, которая содержит множество чувствительных элементов, при этом чувствительные элементы выполнены с возможностью обнаружения фотонов, излучаемых из объекта в результате аннигиляции позитронов, вызванной облучением объекта фотонами предварительно заданной энергии, и при этом компьютер или автоматизированная система выполнены с возможностью осуществления, по существу, способа, описанного выше.According to another aspect of the present invention, a system for reducing artifacts in the reconstruction of PET images is proposed, wherein the system comprises at least one computer or automated system communicatively connected to a detector installation that comprises a plurality of sensitive elements, wherein the sensitive elements are configured to detect photons emitted from an object as a result of positron annihilation caused by irradiation of the object with photons of a predetermined energy, and wherein the computer or automated system is configured to implement, essentially, the method described above.
В соответствии с дополнительным аспектом настоящего изобретения предлагается система обработки данных алмазного рудника, которая включает, по существу, систему, описанную выше.According to a further aspect of the present invention, there is provided a diamond mine data processing system that includes substantially the system described above.
В соответствии с еще одним дополнительным аспектом настоящего изобретения предлагается компьютерный программный продукт, включающий по меньшей мере один машиночитаемый носитель, на котором хранится по меньшей мере одна компьютерная программа, при выполнении которой компьютером или автоматизированной системой, компьютер или автоматизированная система осуществляет, по существу, способ, как описано выше. Машиночитаемый носитель может представлять собой энергонезависимый машиночитаемый носитель.In accordance with yet another aspect of the present invention, a computer program product is provided, comprising at least one machine-readable medium on which is stored at least one computer program, which, when executed by a computer or automated system, the computer or automated system essentially performs the method as described above. The machine-readable medium may be a non-volatile machine-readable medium.
В соответствии с еще одним дополнительным аспектом настоящего изобретения предлагается способ уменьшения артефактов при реконструкции изображений ПЭТ, причем реконструированное изображение ПЭТ создается компьютером или автоматизированной системой, соединенной с возможностью связи с детекторной установкой, которая содержит множество чувствительных элементов, при этом чувствительные элементы выполнены с возможностью обнаружения фотонов, излучаемых из объектов в результате аннигиляции позитронов, вызванной облучением объекта фотонами предварительно заданной энергии, данный способ, включает заполнение полостей между или в объектах предварительно определенным материалом или материалами до выполнения анализа объектов детекторной установкой.In accordance with yet another additional aspect of the present invention, a method is provided for reducing artifacts in the reconstruction of PET images, wherein the reconstructed PET image is created by a computer or an automated system communicatively connected to a detector system that contains a plurality of sensitive elements, wherein the sensitive elements are configured to detect photons emitted from objects as a result of positron annihilation caused by irradiation of the object with photons of a predetermined energy, this method including filling cavities between or in the objects with a predetermined material or materials before analyzing the objects with the detector system.
В качестве материала могут использоваться стеклянные шарики, жидкость и т.п.Glass beads, liquid, etc. can be used as materials.
Специалистам в данной области техники очевидно, что вышеуказанные комментарии, относящиеся к одному аспекту изобретения, могут применяться, соответствующим образом, к другим аспектам настоящего изобретения.It will be apparent to those skilled in the art that the above comments relating to one aspect of the invention may be applied, correspondingly, to other aspects of the present invention.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS
На Фиг. 1 показано трехмерное изображение смоделированного шара из кимберлита с центральной полостью;Fig. 1 shows a three-dimensional image of a modeled kimberlite ball with a central cavity;
На Фиг. 2 показано трехмерное изображение «среза», выполненного через реконструированное изображение ПЭТ шара, показанного на Фиг. 1, на котором изображение было реконструировано с использованием известной итерационной технологии;Fig. 2 shows a three-dimensional image of a "slice" taken through the reconstructed PET image of the ball shown in Fig. 1, in which the image was reconstructed using a known iterative technique;
На Фиг. 3 показано трехмерное изображение четырех смоделированных шаров из кимберлита, расположенных тетраэдрически;Fig. 3 shows a three-dimensional image of four simulated kimberlite balls arranged tetrahedrally;
На Фиг. 4 показано трехмерное изображение «среза», выполненного через реконструированное изображение ПЭТ композиции, показанной на Фиг. 3, на котором изображение было реконструировано с использованием известной итерационной технологии;Fig. 4 shows a three-dimensional image of a "slice" taken through a reconstructed PET image of the composition shown in Fig. 3, in which the image was reconstructed using a known iterative technique;
На Фиг. 5 показана схема примера системы обработки данных алмазного рудника, в которой могут быть реализованы варианты осуществления настоящего изобретения;Fig. 5 is a diagram of an example of a diamond mine data processing system in which embodiments of the present invention may be implemented;
На Фиг. 6 показано изображение кимберлита на движущейся ленте между детекторными массивами, или плоскостями, детекторной установки в соответствии с примерным вариантом осуществления изобретения, на котором показаны два совпадающих противоположно ориентированных гамма-луча 511 эВ, которые вместе образуют линию ответа;Fig. 6 shows an image of kimberlite on a moving belt between detector arrays, or planes, of a detector setup in accordance with an exemplary embodiment of the invention, showing two coinciding, oppositely oriented 511 eV gamma rays which together form a response line;
На Фиг. 7 показана схема, иллюстрирующая пример способа, который может использоваться для уменьшения артефактов при реконструкции изображений ПЭТ путем коррекции ослабления;Fig. 7 is a diagram illustrating an example of a method that can be used to reduce artifacts in PET image reconstruction by attenuation correction;
На Фиг. 8 показаны примеры алгоритмов сегментации, которые могут быть использованы в вариантах осуществления настоящего изобретения для содействия реконструкции изображений ПЭТ;Fig. 8 shows examples of segmentation algorithms that may be used in embodiments of the present invention to assist in the reconstruction of PET images;
На Фиг. 9 показана схема конструктивной концепции метода, согласно которому вокселы могут подсчитываться на карте ослабления в соответствии с вариантами осуществления изобретения;Fig. 9 shows a schematic diagram of the design concept of a method according to which voxels can be counted in an attenuation map in accordance with embodiments of the invention;
На Фиг. 10 показана схема конструктивной концепции метода, согласно которому длина пути может определяться с помощью обнаружения границы в соответствии с вариантами осуществления изобретения; иFig. 10 shows a schematic diagram of a design concept of a method according to which the path length can be determined by detecting an edge in accordance with embodiments of the invention; and
На Фиг. 10 показано схематическое представление машины в примерной форме компьютерной системы, в которой может быть выполнен набор команд, предписывающих машине реализацию любой одной или нескольких методик, рассмотренных в данном документе.Fig. 10 is a schematic representation of a machine in the exemplary form of a computer system in which a set of instructions may be executed that cause the machine to implement any one or more of the techniques discussed herein.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СО ССЫЛКАМИ НА ЧЕРТЕЖИDETAILED DESCRIPTION WITH LINKS TO DRAWINGS
Последующее описание изобретения предоставлено для более полного понимания изобретения. Специалисты в соответствующей области техники должны понимать, что в описанные варианты осуществления можно внести множество изменений, при этом все еще достигая положительных результатов настоящего изобретения. Также должно быть очевидно, что некоторые из желаемых преимуществ настоящего изобретения могут быть достигнуты путем выбора некоторых признаков настоящего изобретения без использования прочих признаков. Соответственно, специалисты в данной области техники должны понимать, что модификации и адаптации настоящего изобретения возможны, и даже могут быть желательны при определенных обстоятельствах, при этом они являются частью настоящего изобретения. Таким образом, последующее описание приведено для иллюстрирования принципов настоящего изобретения, а не его ограничения.The following description of the invention is provided for a more complete understanding of the invention. Those skilled in the art will appreciate that many modifications can be made to the described embodiments while still achieving the beneficial effects of the present invention. It will also be apparent that some of the desired advantages of the present invention can be achieved by selecting certain features of the present invention without using other features. Accordingly, those skilled in the art will appreciate that modifications and adaptations of the present invention are possible, and may even be desirable under certain circumstances, and they form part of the present invention. Therefore, the following description is provided to illustrate the principles of the present invention and not to limit it.
Следует понимать, что выражение «например», «такой как» и его варианты описывают неограничивающие варианты осуществления раскрываемого объекта изобретения. Ссылка в описании на «один примерный вариант осуществления», «другой примерный вариант осуществления», «некоторый примерный вариант осуществления» или их варианты означает, что конкретный признак, структура или характеристика, описанные в связи с вариантом(-ами) осуществления, включены, по меньшей мере, в один вариант осуществления раскрываемого объекта изобретения. Таким образом, использование фразы «один примерный вариант осуществления», «другой примерный вариант осуществления», «некоторый примерный вариант осуществления» или их вариантов не обязательно относится к одному и тому же варианту(ам) осуществления.It should be understood that the expressions "for example," "such as," and variations thereof describe non-limiting embodiments of the disclosed subject matter. Reference in the description to "one exemplary embodiment," "another exemplary embodiment," "some exemplary embodiment," or variations thereof means that a particular feature, structure, or characteristic described in connection with the embodiment(s) is included in at least one embodiment of the disclosed subject matter. Thus, use of the phrase "one exemplary embodiment," "another exemplary embodiment," "some exemplary embodiment," or variations thereof does not necessarily refer to the same embodiment(s).
Если не указано иное, некоторые особенности объекта, описанного в данном документе, которые для ясности описаны в контексте отдельных вариантов осуществления, также могут быть предоставлены в комбинации в одном варианте осуществления. Аналогично, различные признаки раскрытого здесь объекта изобретения, которые описаны в контексте одного варианта осуществления, также могут быть предоставлены отдельно или в любой подходящей субкомбинации.Unless otherwise indicated, certain features of the subject matter described herein, which for clarity are described in the context of separate embodiments, may also be provided in combination in a single embodiment. Similarly, various features of the subject matter disclosed herein, which are described in the context of a single embodiment, may also be provided separately or in any suitable subcombination.
Со ссылкой на Фиг. 5 чертежей пример системы обработки данных алмазного рудника обычно обозначается номером позиции 12. Обнаружение алмазов в данном описании используется в качестве примера реализации вариантов осуществления изобретения. Однако следует понимать, что альтернативные варианты осуществления распространяются на другие типы обнаружения и реконструкции изображения, в частности, в условиях работы с большими объемами и интенсивным расходом. Идеи, описанные в настоящем документе, могут применяться соответствующим образом к другим технологиям томографического изображения, таким как ПЭТ и/или КТ для уменьшения артефактов на изображении, вызванных ослаблением и/или рассеянием.With reference to Fig. 5 of the drawings, an example of a diamond mine data processing system is generally designated by reference numeral 12. Diamond detection is used herein as an example of implementing embodiments of the invention. However, it should be understood that alternative embodiments extend to other types of detection and image reconstruction, particularly in high-volume, high-flow environments. The concepts described herein can be applied accordingly to other tomographic imaging technologies, such as PET and/or CT, to reduce image artifacts caused by attenuation and/or scattering.
Система 12 обработки данных алмазного рудника, как правило, включает систему 10 классификации или обнаружения, которая обычно представляет собой автоматизированную систему, выполненную с возможностью визуализации и обнаружения как отдельных объектов, находящихся во вмещающих объектах, так и объектов, включенных в массу других объектов.The diamond mine data processing system 12 typically includes a classification or detection system 10, which is typically an automated system capable of visualizing and detecting both individual objects within host objects and objects included in a mass of other objects.
Особая востребованность настоящего изобретения заключается в том, что система 12 выполнена с возможностью создания реконструированных изображений ПЭТ горной породы для облегчения обнаружения алмазов.A particular advantage of the present invention is that the system 12 is capable of producing reconstructed PET images of a rock to facilitate diamond detection.
Система 12 обработки данных алмазного рудника может находится на алмазном руднике или рядом с ним и может содержать подходящее стандартное горнодобывающее оборудование, такое как дробилка 14 для грубого дробления горной массы (например, кимберлита) на куски размером примерно 160 мм в диаметре или меньше. Система 12 дополнительно содержит соответствующий излучатель 16 для облучения дробленой породы фотонами. Фотоны, которые облучают горную породу, могут происходить из пучков гамма-лучей от тормозного излучения электронов с энергией примерно 40 МэВ. Вместо или помимо того, эти фотоны могут происходить из обратного комптоновского рассеяния, плазменного устройства кильватерного поля и т.п. Фотоны действуют с энергией, при которой возникает гигантский дипольный резонанс (GDR) из-за ядерной реакции между фотонами и углеродом в горной породе.The diamond mine data processing system 12 may be located at or near the diamond mine and may include suitable standard mining equipment, such as a crusher 14 for coarsely crushing rock mass (e.g., kimberlite) into pieces approximately 160 mm in diameter or smaller. The system 12 further comprises a suitable emitter 16 for irradiating the crushed rock with photons. The photons that irradiate the rock may originate from electron bremsstrahlung gamma-ray beams with an energy of approximately 40 MeV. Alternatively, or in addition, these photons may originate from inverse Compton scattering, a plasma wakefield device, etc. The photons operate at an energy that causes giant dipole resonance (GDR) due to a nuclear reaction between the photons and carbon in the rock.
Система 12 содержит засыпной аппарат 18, 19, выполненный с возможностью удержания облученной горной породы в течение предварительно заданного промежутка времени. Облученная порода возвращается к умеренным уровням удельной радиоактивности в течение нескольких минут, и к этому времени доминирующую остаточную активность представляют собой изотопы ПЭТ. В этой связи засыпной аппарат 18, 19 выполнен с возможностью удержания облученной горной породы в течение времени удержания от двадцати до тридцати минут изотопы, при котором ПЭТ 11С представляют собой доминирующую активность. Затем по истечении времени удержания засыпной аппарат 18, 19 может автоматически сбрасывать горную породу.System 12 comprises a filling apparatus 18, 19 configured to retain irradiated rock for a predetermined period of time. The irradiated rock returns to moderate levels of specific radioactivity within a few minutes, by which time the dominant residual activity is PET isotopes. Therefore, filling apparatus 18, 19 is configured to retain the irradiated rock for a retention time of 20 to 30 minutes, during which PET 11C isotopes represent the dominant activity. Then, after the retention time has elapsed, filling apparatus 18, 19 can automatically discharge the rock.
Система 12 содержит конвейерную установку 20, содержащую соответствующие конвейерные ленты, не ослабляющие фотоны ПЭТ, для транспортировки породы в систему 12 в автоматизированном режиме. Конвейерная установка 20 может быть выполнена с возможностью транспортировки породы в потоке пород в системе 12 с постоянной предварительно заданной скоростью, например, 1 метр в секунду.System 12 comprises a conveyor system 20, comprising suitable conveyor belts that do not attenuate PET photons, for transporting rock into system 12 in an automated mode. Conveyor system 20 can be configured to transport rock in a rock flow within system 12 at a constant, predetermined speed, for example, 1 meter per second.
Система также содержит детекторную установку 22, которая расположена за засыпным аппаратом 18, 19 и рядом с конвейерной установкой 20, в частности ее лентой так, чтобы обнаруживать фотоны ПЭТ, излучаемые из нее.The system also comprises a detector unit 22, which is located behind the filling unit 18, 19 and next to the conveyor unit 20, in particular its belt, so as to detect PET photons emitted from it.
В одном примерном варианте осуществления, и как показано на Фиг. 5 и 6, детекторная установка 22 может содержать пару детекторных массивов 22.1 и 22.2 (детекторные плоскости), которые расположены над и под конвейерной лентой соответственно так, чтобы между ними фактически помещалась лента и порода, движущаяся по ней. В других вариантах осуществления детекторная установка может иметь другую конфигурацию, например, она может быть практически цилиндрической с размещением конвейерной ленты внутри цилиндра.In one exemplary embodiment, and as shown in Figs. 5 and 6, the detector setup 22 may comprise a pair of detector arrays 22.1 and 22.2 (detector planes), which are positioned above and below the conveyor belt, respectively, so that the belt and the rock moving along it are effectively placed between them. In other embodiments, the detector setup may have a different configuration, for example, it may be substantially cylindrical with the conveyor belt positioned within the cylinder.
Массив 22.1 может определять верхнюю детекторную плоскость, которая состоит из множества отдельных чувствительных элементов или детекторных блоков, а массив 22.2 может определять нижнюю детекторную плоскость, которая состоит из множества отдельных чувствительных элементов или детекторных блоков. Массивы 22.1, 22.2 имеют оси зондирования, которые, по существу, расположены поперечно относительно направления перемещения А породы. В данном примерном варианте осуществления детекторная установка 22 содержит детекторы, рассчитанные на обнаружение фотонов. В связи с этим детекторы установки 22 могут быть в виде сцинтиллирующих кристаллов и фотоэлектронных умножителей (РМТ) или аналогичных датчиков с соответствующей электроникой.Array 22.1 may define an upper detector plane, which consists of a plurality of individual sensing elements or detector units, and array 22.2 may define a lower detector plane, which consists of a plurality of individual sensing elements or detector units. Arrays 22.1, 22.2 have probing axes that are substantially located transversely relative to the direction of rock movement A. In this exemplary embodiment, detector assembly 22 comprises detectors designed to detect photons. In this regard, the detectors of assembly 22 may be in the form of scintillating crystals and photomultiplier tubes (PMTs) or similar sensors with appropriate electronics.
Система 12 также содержит подходящий сортировщик 24, который может быть механическим сортировщиком 24 с электронным управлением, который выполнен с возможностью сортировки потенциально алмазоносных или, другими словами, содержащих алмазы пород или свободных алмазов от потенциально непродуктивных пород или, другими словами, горных пород, не содержащих алмазов.The system 12 also comprises a suitable sorter 24, which may be a mechanical sorter 24 with electronic control, which is configured to sort potentially diamond-bearing or, in other words, diamond-containing rocks or free diamonds from potentially unproductive rocks or, in other words, rocks that do not contain diamonds.
Система 10 обнаружения соединено с возможностью связи с детекторной установкой 22 и сортировщиком 24 так, чтобы получать данные классификации от детекторной установки 22, создавать реконструированные изображения ПЭТ и создавать соответствующие сигналы управления на основании реконструированных изображений для управления сортировщиком 24 для отделения алмазоносных пород от непродуктивных пород. В этой связи важно, чтобы система 10 обрабатывала данные с достаточной скоростью, чтобы иметь возможность своевременно передавать сигналы активации на сортировщик 24.The detection system 10 is communicatively coupled to the detector system 22 and the sorter 24 to receive classification data from the detector system 22, create reconstructed PET images, and generate appropriate control signals based on the reconstructed images to control the sorter 24 to separate diamond-bearing rocks from non-productive rocks. In this regard, it is important that the system 10 process data at a sufficient rate to be able to transmit activation signals to the sorter 24 in a timely manner.
Сортировщик 24 может быть выполнен с возможностью сортировки алмазов или алмазоносных пород по одной или нескольким категориям в соответствии с одним или несколькими конкретными свойствами обнаруженного алмаза/алмазоносной породы, в отличие от простого отделения алмазов/алмазоносной породы от непродуктивной породы.The sorter 24 may be configured to sort diamonds or diamondiferous rocks into one or more categories according to one or more specific properties of the detected diamond/diamondiferous rock, as opposed to simply separating diamonds/diamondiferous rock from non-productive rock.
Система 10 может быть соединена с детекторной установкой 22 и/или сортировщиком 24 проводным или беспроводным соединением. В одном примерном варианте осуществления система 10 соединена с возможностью связи с установкой 22 через коммуникационную сеть, которая может содержать один или несколько различных типов коммуникационных сетей. В этом отношении коммуникационная сеть может представлять собой одну сеть или несколько сетей из Интернета, локальной сети (LAN), глобальной сети (WAN), городской сети (MAN), различных типов телефонных сетей (например, телефонная коммутируемая сеть общего пользования (PSTN) с технологией цифровой абонентской линии (DSL)) или сети мобильной связи (например, глобальная система мобильной связи (GSM), общая услуга пакетной радиосвязи (GPRS), множественный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA), а также другие подходящие технологии сети мобильной связи) или любое их сочетание. Отсюда следует, что, хотя это не обязательно может быть практичным, предполагается, что в некоторых примерных вариантах осуществления система 10 не обязательно должна находиться на территории рудника, а может быть удалена от нее. В некоторых вариантах осуществления установка 22 может составлять часть системы 10.The system 10 may be connected to the detector installation 22 and/or the sorter 24 by a wired or wireless connection. In one exemplary embodiment, the system 10 is communicatively connected to the installation 22 via a communications network, which may comprise one or more different types of communications networks. In this regard, the communications network may be one network or more networks of the Internet, a local area network (LAN), a wide area network (WAN), a metropolitan area network (MAN), different types of telephone networks (e.g., a public switched telephone network (PSTN) with digital subscriber line (DSL) technology) or a mobile communication network (e.g., a global system for mobile communications (GSM), general packet radio service (GPRS), code division multiple access (CDMA), and other suitable mobile communication network technologies), or any combination thereof. It follows that, although it may not necessarily be practical, it is contemplated that in some exemplary embodiments, the system 10 need not be located on the mine site, but may be remote from it. In some embodiments, installation 22 may form part of system 10.
Система 10 выполнена/запрограммирована с возможностью получения данных классификации, или необработанных данных, и определения того, является ли объект потенциально алмазом или алмазоносным путем обработки полученных данных классификации. Данные классификации, как правило, связаны с фотонами, обнаруживаемые установкой 22, которые излучаются из объекта в результате аннигиляции позитронов в облученном объекте, поступающем из бункера 18. В частности, со ссылкой на Фиг. 6 чертежей, когда ПЭТ-изотоп в кимберлите, излучает позитронную частицу в результате бета-распада, позитрон аннигилирует с соседним электроном. Как разъяснялось выше, в разделе «Предшествующий уровень техники», наиболее распространенный результат такой аннигиляции - это образование почти коллинеарных противоположно ориентированных фотонов гамма-излучения 511 эВ. Затем каждый фотон проходит через окружающий материал, иногда по пути изменяя энергию и направление. Когда фотоны достигают массивов 22.1, 22.2 детекторной установки в точках S1, S2, установка 22 выводит данные классификации в форме данных о событии столкновения/соударения с чувствительным элементом, например, которые содержат данные, указывающие на местоположение столкновения с массивом 22.1, 22.2, энергию фотона и временную метку. Это позволяет определить или вычислить положение алмаза (см., например, «D» на Фиг. 6).The system 10 is configured/programmed to receive classification data, or raw data, and to determine whether an object is potentially diamond or diamond-bearing by processing the received classification data. The classification data is typically associated with photons, detected by the installation 22, which are emitted from the object as a result of positron annihilation in the irradiated object coming from the hopper 18. In particular, with reference to Fig. 6 of the drawings, when the PET isotope in kimberlite emits a positron particle as a result of beta decay, the positron annihilates with a neighboring electron. As explained above in the "Background Art" section, the most common result of such annihilation is the formation of nearly collinear, oppositely oriented 511 eV gamma-ray photons. Each photon then passes through the surrounding material, sometimes changing energy and direction along the way. When photons reach arrays 22.1, 22.2 of the detector setup at points S1, S2, setup 22 outputs classification data in the form of collision/impact event data with the sensitive element, for example, which contains data indicating the location of the collision with array 22.1, 22.2, the photon energy and a time stamp. This makes it possible to determine or calculate the position of the diamond (see, for example, "D" in Fig. 6).
Как также разъяснялось выше, в разделе «Предшествующий уровень техники», для реконструкции изображения распределения плотности ПЭТ-изотопа можно получить 3D модель из 4D синограммы. Эта синограмма состоит из полного набора данных обнаружения, получаемых детекторной установкой 22 после сортировки линий ответа по углу и положению. Итерационный алгоритм обычно используется для поиска наиболее вероятной начальной плотности точек источника 3D, и, тем самым, для конструирования 3D модели.As explained above in the "Prior Art" section, a 3D model can be derived from a 4D sinogram to reconstruct the PET isotope density distribution image. This sinogram consists of the complete set of detection data acquired by detector setup 22 after sorting the response lines by angle and position. An iterative algorithm is typically used to find the most probable initial 3D source point density and, thus, to construct the 3D model.
Однако, исходя из опыта использования известных технологий, авторы настоящего изобретения установили, что артефакты появляются на реконструированном изображении ПЭТ, если в процессе реконструкции не учитывается воздействие ослабления и/или рассеяния фотонов, по мере их прохождения через породу. Варианты осуществления настоящего изобретения направлены на решение этой проблемы. Для этого могут использоваться различные способы компенсации ослабления и/или рассеяния. Во-первых, можно использовать математические алгоритмы, которые моделируют воздействие, используя только эволюционирующее приближенное представление, передаваемое алгоритмом реконструкции ПЭТ. Во-вторых, в качестве содействия алгоритму реконструкции ПЭТ могут использоваться технологии слияния данных путем получения дополнительных данных о геометрии потока пород, получаемых от других датчиков. В-третьих, промежутки между слоями породы или в них, которые могут привести к возникновению или увеличению артефактов, могут заполняться специальным материалом. В-четвертых, искусственный интеллект (AI) может использоваться для создания изображений практически не содержащих артефактов, путем обучения тому, как компенсировать ослабление и рассеяние. Каждый из этих способов, которые могут по отдельности или в комбинации использоваться системой 10 или любым другим компонентом системы 12 для уменьшения артефактов при реконструкции изображения ПЭТ, будут описаны ниже.However, based on experience using known technologies, the present inventors have found that artifacts appear in reconstructed PET images if the reconstruction process does not account for the attenuation and/or scattering of photons as they pass through the rock. Embodiments of the present invention address this problem. Various methods for compensating for attenuation and/or scattering can be used. First, mathematical algorithms can be used to model the effect using only the evolving approximate representation provided by the PET reconstruction algorithm. Second, data fusion technologies can be used to assist the PET reconstruction algorithm by obtaining additional data on the rock flow geometry obtained from other sensors. Third, gaps between or within rock layers that could lead to the occurrence or enhancement of artifacts can be filled with a special material. Fourth, artificial intelligence (AI) can be used to create images virtually free of artifacts by learning how to compensate for attenuation and scattering. Each of these methods, which may be used individually or in combination by system 10 or any other component of system 12 to reduce artifacts in PET image reconstruction, will be described below.
Первая технология, описываемая в настоящем документе, представляет собой использование алгоритмов, которые моделируют воздействие ослабления и/или рассеивания, используя только эволюционирующее приближенное представление, передаваемое алгоритмом реконструкции ПЭТ.The first technology described in this paper is the use of algorithms that model the effects of attenuation and/or scattering using only the evolving approximate representation imparted by the PET reconstruction algorithm.
В качестве приблизительной оценки объем, который визуализируется системой 12, показанной на Фиг. 5, состоит из двух типов материала: активированной породы, в которой находятся источники ПЭТ-изотопов, и промежутков между активированной породой, которые не имеют активности ПЭТ. Фотоны могут рассеиваться или поглощаться по мере их прохождения через породу, но это маловероятно в промежутках, особенно, если эти промежутки заполнены воздухом. Это означает, что ПЭТ-обнаружение алмазов в отличие от визуализации ПЭТ в других областях, например, в области медицины, обладает уникальными характеристиками, заключающимися в том, что активность данного объема является приближенной представительной переменной вероятности того, что фотоны будут рассеиваться или поглощаться в этом объеме.As a rough estimate, the volume imaged by system 12 shown in Fig. 5 consists of two types of material: activated rock containing the PET isotope sources and interstices between the activated rock that have no PET activity. Photons can be scattered or absorbed as they pass through the rock, but this is unlikely in the interstices, especially if these interstices are filled with air. This means that PET diamond detection, unlike PET imaging in other fields, such as medicine, has the unique characteristic that the activity of a given volume is an approximate representative variable of the probability that photons will be scattered or absorbed within that volume.
Между тем, следует понимать, что медицинская ПЭТ, как правило, визуализирует функцию. Эти корректировки требуют определенных входных данных о форме. Существует определенная визуализация ткани соразмерно ее функции или метаболизму. Однако, для того, чтобы полностью реализовать этот алгоритм коррекции, также требуется получить информацию о форме. ПЭТ для разработки месторождений полезных ископаемых (MinPET) визуализирует форму, поскольку все компоненты исследуемого объекта содержат определенные изотопные частицы, которые могут активироваться в ПЭТ-изотоп. Таким образом, все минералы в образце будут активироваться до определенной степени, чтобы стать излучателями ПЭТ, а следовательно быть количественно визуализированными.Meanwhile, it's important to understand that medical PET typically visualizes function. These corrections require specific shape inputs. There's a certain visualization of tissue proportional to its function or metabolism. However, to fully implement this correction algorithm, shape information is also required. Mineral PET (MinPET) visualizes shape because all components of the object under study contain specific isotopic species that can be activated to form a PET isotope. Therefore, all minerals in the sample will be activated to a certain degree to become PET emitters and therefore be quantitatively visualized.
Таким образом, корректировка рассеяния или ослабления при традиционной визуализации ПЭТ, как правило, требует дополнительной информации о структуре и составе сканируемых объектов, которое могут быть получены с помощью различных и дополняющих сопроводительных технологий сканирования, таких как КТ-сканирование (с использованием рентгеновского излучения) или магнитно-резонансная томография (МРТ). Однако при ПЭТ-визуализации алмаза реконструированное изображение ПЭТ само по себе может использоваться для получения информации о рассеянии и ослаблении. При использовании ПЭТ в медицине требуется предоставление сопроводительной информации о структуре с использованием альтернативной технологии согласно описанию. В случае улучшения качества реконструкции при использовании КТ используется примерная 3D визуализация формы, чтобы направить алгоритм реконструкции на повышение качества.Thus, correcting for scattering or attenuation in traditional PET imaging typically requires additional information about the structure and composition of the scanned objects, which can be obtained using various complementary scanning technologies, such as CT scanning (using X-rays) or magnetic resonance imaging (MRI). However, in PET imaging of diamond, the reconstructed PET image itself can be used to obtain scattering and attenuation information. When using PET in medicine, providing accompanying structural information using an alternative technology is required, as described. When improving reconstruction quality using CT, a rough 3D shape visualization is used to guide the reconstruction algorithm toward improved quality.
Из начальной реконструкции изображения ПЭТ можно гарантированно получить сегментацию, поскольку задействуется меньше типов материалов, нет зависимости от поглощения изотопов (биологическая функция) и существует более значительная разница в концентрациях изотопов в материалах. Например, область с низкой концентрацией изотопов при медицинской ПЭТ может представлять любую из нескольких типов ткани, тогда как при ПЭТ-визуализации алмаза в поле изображения существует, как говорилось выше, два основных типа материала: воздушные промежутки без ПЭТ-активности и порода/кимберлит, который предполагается быть относительно однородным. Если кимберлит или вмещающая порода в значительной степени не определяется приближенно как однородная для целей MinPET, можно только представить сегментирование на дополнительные типы материалов. В случае медицинской ПЭТ информация, зависящая от формы, собирается в ходе отдельного процесса, как описано выше, а в случае КТ ее можно получить из предыдущей итерации реконструкции КТ.A PET image's initial reconstruction can reliably yield segmentation because fewer material types are involved, there is no dependence on isotope uptake (a biological function), and there is greater variability in isotope concentrations across materials. For example, a region of low isotope concentration in medical PET could represent any of several tissue types, whereas in diamond PET imaging, as discussed above, there are two primary material types in the image field: air spaces without PET activity and rock/kimberlite, which is assumed to be relatively homogeneous. If kimberlite or host rock is not substantially uniformly approximated for MinPET purposes, segmentation into additional material types can only be imagined. In the case of medical PET, shape-dependent information is acquired in a separate process, as described above, while in the case of CT, it can be obtained from a previous iteration of the CT reconstruction.
Вышеуказанная информация может использоваться для задействования итерационной реконструктивной технологии. Определяется матрица системы, которая соотносит каждый воксел на изображении с каждой возможной парой чувствительных элементов. Ее значение по существу обеспечивает вероятность того, что аннигиляция позитронов в данном вокселе создаст линию ответа в данной паре чувствительных элементов. В ходе реконструкции изображения матрица системы может итерационно обновляться. Например, при итерационной реконструкции могут выполняться следующие этапы:The above information can be used to implement iterative reconstruction technology. A system matrix is defined that associates each voxel in the image with each possible pair of sensing elements. Its value essentially provides the probability that positron annihilation in a given voxel will create a response line in a given pair of sensing elements. During image reconstruction, the system matrix can be iteratively updated. For example, the following steps can be performed during iterative reconstruction:
1. Выполняется достаточно точное приближение в отношении формы визуализируемого объекта (например, порода определяется приближенно как однородный плоский слой материала). Это обеспечивает создание начального изображения.1. A sufficiently accurate approximation of the shape of the visualized object is made (for example, rock is approximately defined as a homogeneous flat layer of material). This ensures the creation of an initial image.
2. Интересующая область преобразуется (сегментируется) на карту ослабления на основе вокселов. Каждому вокселу присваивается значение 1, если предполагается, что он содержит породу, и значение 0, если предполагается, что он содержит воздух.2. The region of interest is transformed (segmented) into a voxel-based attenuation map. Each voxel is assigned a value of 1 if it is believed to contain rock, and a value of 0 if it is believed to contain air.
3. Чтобы обновить реконструированное изображение ПЭТ, выполняется один этап итерационной реконструкции ПЭТ. Значение матрицы системы для каждой линии ответа корректируется на основе того, через сколько вокселов породы на карте ослабления пройдет линия ответа.3. To update the reconstructed PET image, one iterative PET reconstruction step is performed. The system matrix value for each response line is adjusted based on how many rock voxels in the attenuation map the response line passes through.
4. Каждый воксел на карте ослабления обновляется на основе текущего изображения ПЭТ. Если активность ПЭТ превышает предварительно заданный порог, то считается, что в данном вокселе содержится порода и ему присваивается значение 1, в противном случае считается, что в нем содержится воздух и ему присваивается значение 0.4. Each voxel in the attenuation map is updated based on the current PET image. If the PET activity exceeds a predefined threshold, the voxel is considered to contain rock and is assigned a value of 1. Otherwise, it is considered to contain air and is assigned a value of 0.
5. Затем этот процесс повторяется с этапа 3, указанного выше.5. Then this process is repeated from step 3 above.
Вокселы на карте ослабления могут быть того же размера, что и вокселы на изображении ПЭТ, или иметь другой размер. Например, для увеличения скорости вычислений может потребоваться использовать вокселы более укрупненной карты ослабления.The voxels in the attenuation map can be the same size as the voxels in the PET image, or they can be different in size. For example, to increase computation speed, it may be necessary to use voxels from a coarser attenuation map.
В вышеприведенном алгоритме по мере конвергирования реконструированного изображения становится возможным различать контуры породы, что означает, что со временем карта ослабления становится более точной. Это в свою очередь улучшает качество реконструкции ПЭТ. Данная технология разъясняется более подробно ниже со ссылкой на Фиг. 7-10.In the above algorithm, as the reconstructed image converges, it becomes possible to distinguish rock contours, meaning the attenuation map becomes more accurate over time. This, in turn, improves the quality of the PET reconstruction. This technology is explained in more detail below with reference to Figs. 7-10.
Для реконструкции изображения может использоваться алгоритм ML-EM (максимизация ожидания максимального правдоподобия). Для применения алгоритма ML-EM используется временная метка каждой линии ответа, чтобы преобразовать ее положение из рамки рассмотрения породы в рамку рассмотрения конвейерной ленты. Линии ответа с аналогичной ориентацией (определяемой углами сферической системы координат φ и θ) группируются вместе для образования набора проекций, характеризуемых значениями φ и θ срединной точки, и двумя координатами для обозначения позиции вдоль центральной плоскости между детекторами, u и ν. Для упрощения обозначений используется единый показатель j для маркировки элементов проекции, поэтому набор всех проекций в 4D синограмме обозначается yi, где j вычисляется по всем комбинациям переменных проекции, u, ν, φ и θ.The ML-EM (maximum likelihood expectation maximization) algorithm can be used for image reconstruction. ML-EM uses the timestamp of each response line to transform its position from the rock frame to the conveyor belt frame. Response lines with similar orientations (defined by the spherical coordinate system angles φ and θ) are grouped together to form a set of projections characterized by midpoint values φ and θ and two coordinates for the position along the central plane between the detectors, u and ν. To simplify notation, a single exponent j is used to label projection elements, so the set of all projections in a 4D sinogram is denoted y i , where j is calculated over all combinations of projection variables, u, ν, φ, and θ.
Алгоритм начинается с исходного предположения (генерируемого случайным образом) в отношении распределения ПЭТ-изотопов в пределах данного объема, подлежащего обработке, обозначаемого xi (0), где показатель i вычисляется по всем вокселам в рассматриваемом объеме. В самой простой форме алгоритма ML-EM реконструкция изображения происходит в соответствии с:The algorithm starts with an initial guess (randomly generated) regarding the distribution of PET isotopes within a given volume to be processed, denoted x i (0) , where i is calculated over all voxels in the volume under consideration. In the simplest form of the ML-EM algorithm, image reconstruction occurs according to:
где:Where:
• xi (n) - значение воксела i после n итераций,• x i (n) is the value of voxel i after n iterations,
• Aij - «матрица системы», обеспечивает вероятность того, что события ПЭТ в вокселе i приводят к обнаружению в элементе проекции j, и• A ij is the “system matrix”, providing the probability that PET events in voxel i result in detection in projection element j, and
• yj представляет данные детектора, сгруппированные, как описано выше.• y j represents the detector data, grouped as described above.
Формула (2) может пониматься как содержащая несколько этапов. С учетом текущих данных о ПЭТ-изотопах, xi (n), данные прямо проецируются, чтобы видеть что могло быть обнаружено, если бы это было истинным распределением ПЭТ-изотопов для данного элемента проекции j. Прямая проекция использует матрицу системы, А:Formula (2) can be understood as containing several steps. Given the current PET isotope data, x i (n) , the data are forward projected to see what would be found if this were the true PET isotope distribution for a given projection element j. The forward projection uses the system matrix, A:
Затем прямо спроецированные данные zj сравниваются с фактическими данными yj, используя соотношение:Then the directly projected data z j are compared with the actual data y j using the relation:
Затем вычисляется коррекция данного воксела путем сложения коррекций каждого элемента проекции j:The correction for a given voxel is then calculated by adding the corrections for each projection element j:
В вышеуказанной формуле (3) член в скобках представляет коэффициент нормализации. Член суммы справа является обратной проекцией отношения достоверных выявленных данных к прямо спроецированным данным. Затем эта суммарная коррекция применяется к текущему предположению xi (n) для получения следующего предположения xi (n+1). Этот этап известен как «обратная проекция».In formula (3) above, the term in parentheses represents the normalization factor. The sum term on the right is the back-projection of the ratio of the true detected data to the forward-projected data. This summed correction is then applied to the current guess x i (n) to obtain the next guess x i (n+1) . This step is known as "back-projection."
В основе успешности технологии ML-EM лежит способность точно выполнять прямое и обратное проецирование. Другими словами, если дано конкретное распределение изотопов и кимберлита, можно получить хорошее приближение того, что будет захвачено чувствительными элементами детекторной установки. После чего можно точно распространить коррекции обратно на изображение для следующей итерации.The success of ML-EM technology lies in its ability to accurately perform forward and back projection. In other words, given a specific isotope and kimberlite distribution, it's possible to obtain a good approximation of what will be captured by the detector array's sensitive elements. These corrections can then be accurately propagated back to the image for the next iteration.
В случае самой простой процедуры реконструкции матрица системы Aij равна нулю везде, за исключением тех мест, где данный воксел i находится непосредственно на пути элемента проекции j. Это не конвергируется в точное изображение, поскольку в действительности то, что было обнаружено, находится под воздействием таких факторов, как:In the simplest reconstruction procedure, the system matrix Aij is zero everywhere except where a given voxel i is directly in the path of projection element j. This does not converge into an exact image, since what is actually detected is influenced by factors such as:
• ослабление, которое уменьшает число линий ответа в элементе проекции в соответствии с количеством поглощающего материала вдоль этого элемента проекции;• attenuation, which reduces the number of response lines in a projection element in proportion to the amount of absorbing material along that projection element;
• случайные совпадение, которые приводят к фоновым линиям ответа по всей системе; и• random coincidences that lead to background response lines throughout the system; and
• рассеяние, которое приводит к событиям, возникающим в одном элементе проекции, при этом будучи обнаруженными в другом.• scattering, which results in events occurring in one projection element being detected in another.
Для того, чтобы точно создать реконструированное изображение ПЭТ, уравнение (2) необходимо обновить, чтобы учесть эти воздействия. Есть несколько способов сделать это. Один способ заключается в том, чтобы «корректировать» выявленные данные, чтобы рассчитать, что можно было бы обнаружить при отсутствии этих воздействий. Например, уравнение (2) можно расширить до:To accurately generate a reconstructed PET image, equation (2) must be updated to account for these effects. There are several ways to do this. One is to "correct" the detected data to calculate what would have been detected in the absence of these effects. For example, equation (2) can be expanded to:
где:Where:
• Rj - ожидаемое число случайных совпадений, обнаруженных элементом проекции j;• R j is the expected number of random matches detected by projection element j;
• Sj - ожидаемое число случайных рассеянных линий ответа, обнаруженных элементом проекции j;• S j is the expected number of random scattered response lines detected by projection element j;
• Tj - коэффициент, который фиксирует насколько уменьшилось число линий ответа в элементе проекции j из-за ослабления; и• T j is a coefficient that records how much the number of response lines in projection element j has decreased due to attenuation; and
• Nj - коррекция нормализации.• N j - normalization correction.
Еще один способ концептуализации корректировки рассеяния и ослабления заключается в том, чтобы ввести эти воздействия в матрицу системы самостоятельно:Another way to conceptualize the scattering and attenuation adjustments is to introduce these effects into the system matrix themselves:
где:Where:
• Sij обозначает вероятность того, что изотоп источника в вокселе i приведет к обнаружению в пределах элемента проекции j; и• S ij denotes the probability that a source isotope at voxel i will result in a detection within projection element j; and
• Tij представляет коэффициент ослабления, который уменьшает вероятность обнаружения события ПЭТ из воксела i в пределах элемента проекции j.• T ij represents the attenuation factor that reduces the probability of detecting a PET event from voxel i within projection element j.
Как разъяснялось выше, линия ответа создается только в том случае, если оба противоположно ориентированных фотона достигают своих соответствующих детекторов на обеих сторонах. Таким образом, каждая точка в пространстве между двумя чувствительными элементами должна пересекаться либо одним, либо другим фотоном. Таким образом, ослабление вдоль данной проекции не зависит в первом приближении от положения источника вдоль проекции. Таким образом, фактически T является только функцией элемента проекции j, а не того, какой воксел находится вдоль нее:As explained above, a response line is created only if both oppositely oriented photons reach their respective detectors on both sides. Therefore, every point in space between two sensitive elements must be intersected by one or the other photon. Therefore, the attenuation along a given projection does not depend, to a first approximation, on the position of the source along the projection. Thus, T is effectively only a function of projection element j, not of which voxel is located along it:
Матрица системы может, в принципе, быть чрезвычайно большой. Например, в объеме 20 см х 20 см х 20 см с разрешением 2 мм находится 1 000 000 вокселов. На 4D синограмме может быть 4000 различных наборов углов, при этом значения u и v доходят до 100, в общей сложности 40 000 000 элементов проекции. Таким образом, в этом случае матрица системы имеет область в 4 х 1013 значений. Как правило такой объем не поддается хранению и слишком затратный в вычислительном отношении для обработки, если каждое из потенциальных значений создается в реальном времени. Таким образом, итерационные технологии исходят из того факта, что большинство значений Aij равны нулю, что снижает число вычислений. Рассеяние может возникать под любым углом, поэтому, в принципе, все значения Sij отличны от нуля. Для того, чтобы вычисление оставалось разрешимым, его необходимо упростить, например, рассматривая только среднюю скорость рассеяния, которая зависит от угла, и в этом случае Sij может обрабатываться аналогично Rj в уравнении (4), или рассматривая только рассеяние на ближайшие элементы проекции, и в этом случае Sij служит для «расширения» Aij путем увеличения набора вокселов, которые участвуют в работе данного чувствительного элемента.The system matrix can, in principle, be extremely large. For example, a 20 cm x 20 cm x 20 cm volume with a resolution of 2 mm contains 1,000,000 voxels. A 4D sinogram may have 4,000 different angle sets, with u and v values reaching up to 100, for a total of 40,000,000 projection elements. Thus, in this case, the system matrix has a domain of 4 x 10 values. Typically, such a volume cannot be stored and is too computationally expensive to process if each potential value is generated in real time. Therefore, iterative technologies rely on the fact that most A ij values are zero, which reduces the number of calculations. Scattering can occur at any angle, so, in principle, all S ij values are nonzero. In order for the calculation to remain tractable, it needs to be simplified, for example by considering only the average scattering rate, which depends on the angle, in which case S ij can be treated similarly to R j in equation (4), or by considering only the scattering to nearby projection elements, in which case S ij serves to "expand" A ij by increasing the set of voxels that participate in the operation of a given sensor.
Важно учитывать распределение поглощающего материала на изображении, которое определяет Tj, и может вводить данные в Sij (в зависимости оттого, как моделируется рассеяние). Термин «ослабление» здесь используется в широком смысле того, с какой вероятностью оба фотона из события аннигиляции должны достичь детекторов на каждой стороне без значительных изменений, например, направления. Это значительно шире, чем традиционное использование термина «линейное ослабление», который говорит о том, поглощена ли частица или нет. Чтобы определить ослабление, вводится концепция «карты ослабления», которая представляет собой 3D изображение объема объекта, где каждый воксел содержит информацию о том, как происходит ослабление материала внутри этого воксела.It is important to consider the distribution of absorbing material in the image, which determines Tj and may contribute to Sij (depending on how scattering is modeled). The term "attenuation" is used here in the broad sense of the probability with which both photons from an annihilation event should reach the detectors on each side without significant changes, for example, in direction. This is significantly broader than the traditional use of the term "linear attenuation," which refers to whether a particle is absorbed or not. To define attenuation, the concept of an "attenuation map" is introduced. This map represents a 3D image of the object's volume, where each voxel contains information about how the material within that voxel is attenuated.
При ПЭТ-визуализации алмазов преимущество заключается в том, что рассматриваемый объем можно разделить в начальном приближении на кимберлит или воздух (алмазы достаточно малы, чтобы не принимать это в расчет для данного вычисления). Только один из них, а именно кимберлит, является потенциальным источником активности ПЭТ. Таким образом, можно вычислить ослабление Tj, используя информацию, содержащуюся на изображении ПЭТ. Пример общей схемы показан на блок-схеме 30 на Фиг. 7. Блоки в сплошных линиях обозначают этапы, которые характерны исключительно для способа в соответствии с вариантами осуществления изобретения, тогда как блоки в штриховых линях являются частью стандартной процедуры ML-EM.In PET imaging of diamonds, an advantage is that the volume under consideration can be divided, to a preliminary approximation, into kimberlite or air (diamonds are small enough that this is not taken into account for this calculation). Only one of these, kimberlite, is a potential source of PET activity. Thus, the attenuation T j can be calculated using the information contained in the PET image. An example of the general scheme is shown in flowchart 30 in Fig. 7. The blocks in solid lines indicate steps that are unique to the method according to embodiments of the invention, while the blocks in dashed lines are part of the standard ML-EM procedure.
Как разъяснялось выше, алгоритм начинается с исходного предположения (генерируемого случайным образом) в отношении распределения ПЭТ-изотопов в пределах данного объема, подлежащего обработке (см. этап 32).As explained above, the algorithm starts with an initial guess (randomly generated) regarding the distribution of PET isotopes within the given volume to be processed (see step 32).
Затем на этапе 34 выполняется сегментация изображения, как описано выше, чтобы определить карту ослабления. На Фиг. 8 показаны примеры этапа 34 сегментации изображения. На Фиг. 8 столбец А представляет реконструированное изображение ПЭТ, которое создается итерационно, конвергируясь из изначального шума в изображение трех пород. Следует понимать, что это не реальное изображение ПЭТ (поскольку реальное изображение - это 3D изображение), а смоделированное 2D изображение в иллюстративных целях. Остальные четыре столбца показывают различные подходы к сегментированию этого изображения, чтобы получить карту ослабления.Next, in step 34, image segmentation is performed as described above to determine the attenuation map. Figure 8 shows examples of step 34 of image segmentation. In Figure 8, column A represents a reconstructed PET image, which is created iteratively by converging from the original noise into an image of three rocks. It should be understood that this is not an actual PET image (since an actual image is 3D), but a simulated 2D image for illustrative purposes. The remaining four columns show various approaches to segmenting this image to obtain the attenuation map.
Столбец В представляет, пожалуй, самый простой способ, где высчитывается пороговое значение, и каждый воксел классифицируется как кимберлит (окрашен черным), если он превышает пороговое значение, а в противном случае классифицируется как воздух (окрашен белым). Полученная в результате карта ослабления относительно шумная и не представляет точно объекты на изображении, даже после 4 итераций, как видно из столбца В на Фиг. 8.Column B represents perhaps the simplest approach, where a threshold is calculated and each voxel is classified as kimberlite (colored black) if it exceeds the threshold, and otherwise classified as air (colored white). The resulting attenuation map is relatively noisy and does not accurately represent objects in the image, even after four iterations, as can be seen from column B in Fig. 8.
Столбец С демонстрирует карту ослабления с понижающей дискретизацией. В этом случае вокселы выбираются с понижающей дискретизацией с коэффициентом 4, т.е. каждый участок 4x4 исходного изображения ПЭТ PET приводит к образованию одного воксела на карте ослабления. Затем к карте с понижающей дискретизацией применяется аналогичный пороговый фильтр. Это дает два преимущества. Во-первых, выборка с понижающей дискретизацией способствует удалению некоторых шумов по сравнению с изображениями во втором столбце. Во-вторых карта ослабления с более низким разрешением позволяет быстрее проводить вычисления коррекции ослабления в матрице системы.Column C shows the downsampled attenuation map. In this case, voxels are downsampled by a factor of 4, meaning each 4x4 region of the original PET image results in one voxel in the attenuation map. A similar threshold filter is then applied to the downsampled map. This provides two advantages. First, downsampling helps remove some noise compared to the images in the second column. Second, the lower-resolution attenuation map allows for faster attenuation correction calculations in the system matrix.
В способе, показанном в столбце D, применяются более сложные фильтры. Сначала изображение дважды размывается по Гауссу, а затем применяется пороговое значение. И наконец, в способе, показанном в столбце Е, применяется такая же процедура размывания по Гауссу, но затем проводится выборка с понижающей дискретизацией, как в столбце С перед тем, как применять пороговое значение. Могут применяться другие технологии сегментации изображения, известные из уровня техники. Очевидно, что более сложные технологии должны работать лучше, но это идет во вред времени вычисления.The method shown in column D uses more complex filters. It first applies two Gaussian blurs to the image, then applies thresholding. Finally, the method shown in column E uses the same Gaussian blurring procedure, but then downsamples as in column C before applying thresholding. Other prior art image segmentation techniques can be used. Clearly, more complex techniques should perform better, but this comes at the expense of computation time.
Для каждого значения j используется карта ослабления, чтобы вычислить значение Tj, которое, как объяснялось выше, является коэффициентом ослабления, который фиксирует насколько уменьшилось число линий ответа в элементе проекции j из-за ослабления (этап 36).For each value j, the attenuation map is used to calculate the value T j , which, as explained above, is an attenuation factor that captures how much the number of response lines in projection element j has been reduced due to attenuation (step 36).
С целью обновления матрицы системы (этап 38 на Фиг. 7) к ней может применяться коррекция ослабления. Она может применяться либо в соответствии с подходом по уравнению (4) или уравнению (5).In order to update the system matrix (step 38 in Fig. 7), an attenuation correction can be applied to it. This can be applied either according to the approach of equation (4) or equation (5).
На Фиг. 9 показан 2D аналог простого алгоритма выполнения вычисления ослабления для данной проекции. Показанные пиксели представляют собой крупный план нижней правой карты ослабления, показанной на Фиг. 8. Вдоль каждой проекции проведена линия. Затем карта ослабления 3D разделяется на слои х-у вдоль направления соединения детекторов z. Для каждого слоя находится воксел, наиболее близко расположенный к линии, путем нахождения центра воксела с ближайшим горизонтальным расстоянием до положения х, у линии в этом слое. Затем подсчитывается общее число вокселов, сегментированных в породу. Для элемента проекции 1 на Фиг. 9 это общее число составляет 14, а для элемента проекции 2 оно составляет 11. Затем коррекция применяется к этому подсчитанному числу в отношении наклонных линий. Если угол между данным элементом проекции и вертикалью равен q, то подсчитанное число вокселов необходимо умножить на 1/cos(q). Корректированное подсчитанное число вокселов приблизительно равняется длине пути через кимберлит для проекции.Figure 9 shows a 2D analog of a simple algorithm for performing the attenuation calculation for a given projection. The pixels shown are a close-up of the lower right attenuation map shown in Figure 8. A line is drawn along each projection. The 3D attenuation map is then split into x-y layers along the detector connection direction z. For each layer, the voxel closest to the line is found by finding the voxel center with the closest horizontal distance to the x,y position of the line in that layer. The total number of voxels segmented into the rock is then counted. For projection element 1 in Figure 9, this total is 14, and for projection element 2, it is 11. A correction is then applied to this counted number for slanted lines. If the angle between a given projection element and the vertical is q, then the counted number of voxels must be multiplied by 1/cos(q). The adjusted voxel count is approximately equal to the path length through the kimberlite for the projection.
где р - длина пути в см, N - число пересеченных вокселов, a w - ширина воксела.where p is the path length in cm, N is the number of voxels crossed, and w is the voxel width.
После того, как длина пути через кимберлит становится известной, можно вычислить ослабление фотонов. Стандартная формула линейного ослабления имеет следующий вид:Once the path length through kimberlite is known, the photon attenuation can be calculated. The standard formula for linear attenuation is:
где I0 - неоткорректированная интенсивность фотонов, I - интенсивность фотонов с поправкой на ослабление, a m - коэффициент линейного ослабления для данного материала.where I 0 is the uncorrected photon intensity, I is the attenuation-corrected photon intensity, and am is the linear attenuation coefficient for a given material.
И поглощение, и рассеяние могут препятствовать обнаружению точной линии ответа. Это известно как «затухание» в контексте измерения узкого пучка излучения. Затухание фотонов внутри породы можно измерять экспериментальным путем. Еще один возможный способ заключается в том, чтобы поместить точечный источник, содержащий ПЭТ-изотоп, между двумя небольшими чувствительными элементами и измерить частоту обнаружения линий ответа. Затем плоские куски кимберлита известной ширины последовательно помещают на пути линии ответа, обеспечивая возможность нанести на график частоту событий линии ответа в зависимости от ширины кимберлита. Эти данные можно привести в соответствие с функцией формы (6), чтобы вывести коэффициент эффективного ослабления meff. Затем для каждого элемента проекции j находится длина пути pj согласно уравнению (6), и затем ослабление Tj составляетBoth absorption and scattering can prevent the detection of an accurate response line. This is known as "attenuation" in the context of narrow beam measurements. The attenuation of photons within the rock can be measured experimentally. Another possible method is to place a point source containing the PET isotope between two small sensitive elements and measure the response line detection rate. Flat pieces of kimberlite of known width are then placed successively in the response line path, allowing the response line event rate to be plotted against kimberlite width. These data can be fitted to a function of the form (6) to derive the effective attenuation coefficient m eff . For each projection element j, the path length p j is then found according to equation (6), and the attenuation T j is then
Если экспоненциальная функция распада не согласовывается сданными при построении вышеуказанного графика, можно использовать другие функциональные формы, чтобы соотнести длину пути с частотой обнаружения линии ответа. Это также можно сделать в компьютере, используя, например, моделирования Geant4 постепенного увеличения диаметра породы. Помимо количественного определения ослабления данный эксперимент является полезным способом сопоставительного анализа результатов моделирования Geant4 в том, что касается точного оперирования с перемещением фотонов через кимберлит.If the exponential decay function is inconsistent with the data when plotting the above graph, other functional forms can be used to relate the path length to the detection frequency of the response line. This can also be done computer-based, for example, using Geant4 simulations of a gradual increase in rock diameter. In addition to quantifying attenuation, this experiment is a useful way to compare Geant4 simulation results with respect to the precise manipulation of photon transport through kimberlite.
Следует понимать, что возможно использование более сложных способов вычисления длины пути. Например, вместо вычисления одного воксела можно учитывать все вокселы, пересекаемые проекцией, а длина пути проекции через каждый воксел вычисляется для получения более точного результата. Такое вычисление можно выполнять для каждой из большого числа проекций на итерацию, на объем в реальном времени. Таким образом, выбираемый алгоритм должен учитывать время вычисления, а также точность, поэтому более быстрый алгоритм может быть предпочтительнее более точного алгоритма исходя из технических условий конкретного использования.It's important to understand that more complex path length calculation methods are possible. For example, instead of calculating a single voxel, all voxels intersected by the projection can be considered, and the projection path length through each voxel is calculated to obtain a more accurate result. This calculation can be performed for each of a large number of projections per iteration, per volume, in real time. Therefore, the chosen algorithm must consider computation time as well as accuracy; therefore, a faster algorithm may be preferable to a more accurate one, depending on the technical requirements of a specific application.
Альтернативный способ определения длины пути показан на Фиг. 10. Изображение А на Фиг. 10 это нижнее изображение из столбца А на Фиг. 8. Алгоритм обнаружения границ используется для обнаружения границ кимберлита, как показано на рисунке В. В этом случае для обнаружения границ использовался алгоритм Кэнни. Находятся точки пересечения между проекциями и границами (показаны в виде точек на границах породы на рис. С), и они используются для вычисления длины пути через кимберлит. Это выполняется в трех измерениях.An alternative method for determining path length is shown in Fig. 10. Image A in Fig. 10 is the bottom image from column A in Fig. 8. A boundary detection algorithm is used to detect kimberlite boundaries, as shown in Fig. B. In this case, the Canny algorithm was used to detect boundaries. The intersection points between the projections and the boundaries (shown as dots on the rock boundaries in Fig. C) are found and used to calculate the path length through the kimberlite. This is done in three dimensions.
Также можно использовать комбинации различных технологий. Например, алгоритмы обнаружения границ могут не обнаружить границы, которые полностью охватывают объемы на изображениях низкого качества, например, изображения, которые доступны при малом подсчитанном числе проекций. Например, можно использовать технологию сегментации по объему при малом числе итераций, а затем можно использовать технологию на основе обнаружения границ при более высоком числе итераций.Combinations of different technologies can also be used. For example, edge detection algorithms may fail to detect boundaries that completely enclose volumes in low-quality images, such as those available with a small number of projections. For example, volume segmentation technology can be used with a small number of iterations, followed by edge detection-based technology with a higher number of iterations.
Данный способ может далее обобщаться до более сложной сегментации на карте ослабления в зависимости от наличия наиболее распространенных материалов на конвейерной ленте. Например, вместо бинарной сегментации на кимберлит и воздух для создания карты ослабления может использоваться четырехсторонняя сегментация, которая проводит различие между воздухом, двумя типами кимберлита и вмещающей породой, каждый из которых имеет различный коэффициент ослабления. Это выполнимо только в том случае, если концентрации ПЭТ различных материалов значительно отличаются, чтобы иметь возможность дифференцировать материал.This method can be further generalized to more complex attenuation map segmentation based on the presence of the most common materials on the conveyor belt. For example, instead of a binary segmentation into kimberlite and air, a four-way segmentation can be used to create an attenuation map, distinguishing between air, two types of kimberlite, and host rock, each with a different attenuation coefficient. This is only feasible if the PET concentrations of the various materials differ significantly enough to allow material differentiation.
После обновление матрицы системы данные прямо проецируются (этап 40 на Фиг. 7), как описано выше, а затем обратно проецируются (этап 42) для вычисления обновленного объема источника, выступающего в качестве следующего предположения, и данный процесс продолжается итерационно таким же образом.After updating the system matrix, the data is forward projected (step 40 in Fig. 7) as described above and then back projected (step 42) to calculate an updated source volume serving as the next guess, and this process continues iteratively in the same manner.
Рассеяние может моделироваться путем включения элементов в матрицу системы Аij, которые отличны от нуля для ближайших вокселов источника, но не по прямому пути вдоль данной проекции. Это учитывает тот факт, что изменение направления движения фотона из-за рассеяния может привести к реконструированной линии ответа, которая не проходит через точку источника. Вероятность рассеяния пропорциональна длине пути через кимберлит. Таким образом, провести коррекцию рассеяния можно способом, аналогичным коррекции ослабления, а именно, сначала высчитывая длину пути, а затем вводя ненулевые элементы матрицы системы отдельно для каждой проекции.Scattering can be modeled by including elements in the system matrix A ij that are nonzero for nearby source voxels, but not along a direct path along a given projection. This accounts for the fact that a change in photon direction due to scattering can result in a reconstructed response line that does not pass through the source point. The scattering probability is proportional to the path length through the kimberlite. Therefore, scattering correction can be performed in a manner similar to attenuation correction, namely, first calculating the path length and then introducing nonzero elements of the system matrix separately for each projection.
Следует понимать, что существует много вариаций и расширений описанной выше схемы ML-EM, например, OS-ЕМ (максимизация ожидания упорядоченного подмножества), и реконструкция в режиме списка, которая обрабатывает отдельные линии ответа вместо группирования их в проекции в пользу повышенной точности в ущерб возможности обработки намного большего набора данных. Ключевые аспекты использования данных ПЭТ для создания карты ослабления в ходе процесса итерации не ограничиваются базовой схемой ML-EM, а могут использоваться во многих итерационных алгоритмах реконструкции аналогичным образом.It should be understood that there are many variations and extensions of the ML-EM scheme described above, such as OS-EM (ordered subset expectation maximization) and list-mode reconstruction, which processes individual response lines instead of grouping them into projections, favoring increased accuracy at the expense of processing a much larger data set. The key aspects of using PET data to create an attenuation map during the iteration process are not limited to the basic ML-EM scheme but can be applied in many iterative reconstruction algorithms in a similar manner.
Как упоминалось выше, в качестве содействия алгоритму реконструкции ПЭТ могут использоваться технологии слияния данных путем получения дополнительных данных о геометрии потока пород, получаемых от других датчиков.As mentioned above, data fusion technologies can be used to assist the PET reconstruction algorithm by obtaining additional flow geometry data from other sensors.
Другие данные могут быть доступны для содействия в создании карты ослабления. Эти дополнительные данные могут либо заменить алгоритм, как определено выше, либо дополнить его. Два примера дополнительной информации: данные с видеокамеры и сканирование лазерного отражения в облаке. Если поступающий материал сканируется до или после того, как он попадет в детекторную установку, в этом случае предоставляется по меньшей мере некоторая информация о форме частиц кимберлита. Данная информация может быть неполной или не совсем точной, например, если нет возможности определить наличие полостей внутри кимберлита, которые полностью скрыты от внешнего обзора. Тем не менее, карта поверхности кимберлита может содержать информацию, которая может быть использована для создания или помощи в создании карты ослабления.Other data may be available to assist in creating the attenuation map. This additional data may either replace the algorithm defined above or complement it. Two examples of additional information include video camera data and laser cloud reflectance scanning. If the incoming material is scanned before or after it enters the detector system, at least some information about the shape of the kimberlite particles is provided. This information may be incomplete or imperfect, for example, if it is impossible to determine the presence of cavities within the kimberlite that are completely hidden from external view. However, a kimberlite surface map may contain information that can be used to create or assist in creating an attenuation map.
Если для создания карты поверхности используется внешний видеосигнал, он может включать слияние нескольких внешних видеосигналов от различных углов. Повторное создание форм объектов на основе видеоинформации, полученной под различными углами, является хорошо изученной областью, и могут быть задействованы различные известные способы.If an external video signal is used to create a surface map, it may involve merging multiple external video signals from different angles. Re-creating object shapes from video information obtained at different angles is a well-studied area, and various known methods can be used.
Одним из вариантов осуществления дополнения карты ослабления, полученной из изображения ПЭТ, информацией о поверхности может быть использование информации о поверхности для сегментации всех участков снаружи поверхности, например, воздуха, а затем использование изображения ПЭТ для выполнения сегментации внутри объема, окруженного этой поверхностью.One option for augmenting the attenuation map obtained from a PET image with surface information would be to use the surface information to segment all regions outside the surface, such as air, and then use the PET image to perform segmentation within the volume enclosed by that surface.
Еще одним источником информации о кимберлите, которая может быть задействована, является шкала масс. Плотность кимберлита относительно хорошо изучена. Таким образом, позиционно-зависимая шкала в реальном времени может предоставлять информацию об общем объеме кимберлита, присутствующего на данном участке. Эта информация либо сама по себе, либо в комбинации с информацией о поверхности, описанной выше, может использоваться для ограничения возможных карт ослабления.Another source of kimberlite information that can be used is the mass scale. Kimberlite density is relatively well understood. Therefore, a position-dependent scale can provide real-time information on the total volume of kimberlite present in a given area. This information, either alone or in combination with the surface information described above, can be used to constrain potential attenuation maps.
Еще одной технологией уменьшения артефактов на изображении может быть заполнение промежутков между анализируемыми объектами. Существует множество способов заполнить полости между породами. Один из способов заключается в использовании жидкости, заливаемой в слой кимберлита. Слою кимберлита дают отстояться, затем его пропускают через детекторы, а затем жидкость выводится на другой стороне и используется повторно. Можно использовать воду, но ослабление в ней намного меньше, чем в кимберлите, поэтому более точные результаты можно получить при использовании более плотных жидкостей или, используя взвешенные частицы. Можно использовать железисто-кремниевую взвесь, плотность которой превышает плотность кимберлита. Также можно использовать кимберлитовый порошок. В этом случае вероятность заполнения всех полостей меньше, но зато этот порошок присутствует в большом количестве на алмазном руднике, не оказывает негативного воздействия на устойчивость пород и не нуждается в протяженных контурах для утилизации воды. Мелкие частицы (диаметр частиц кимберлита составляет менее 2 мм) получаются повсеместно при дроблении пород и в процессе транспортно-погрузочных работ. Обычно их удаляют при использовании стандартных способов обнаружения алмазов. Однако их можно сохранять и использовать для вышеуказанных целей. Вибрирующая транспортировочная лента может служить источником мелких частиц с жидкостными свойствами, и затем они могут быстро осаждаться в полостях между крупными породами.Another technique for reducing image artifacts is to fill the spaces between the analyzed objects. There are many ways to fill the voids between rocks. One method involves pouring a liquid into the kimberlite layer. The kimberlite layer is allowed to settle, then passed through detectors, and the liquid is withdrawn on the other side and reused. Water can be used, but its attenuation is much less than that of kimberlite, so more accurate results can be obtained using denser liquids or suspended particles. An iron-siliceous suspension, whose density exceeds that of kimberlite, can be used. Kimberlite powder can also be used. In this case, the likelihood of filling all the cavities is lower, but this powder is present in large quantities in diamond mines, does not negatively impact rock stability, and does not require extensive water disposal circuits. Fine particles (kimberlite particles are less than 2 mm in diameter) are commonly generated during rock crushing and transport and loading operations. These are typically removed using standard diamond detection methods. However, they can be preserved and used for the purposes mentioned above. A vibrating conveyor belt can act as a source of fine particles with liquid properties, which can then quickly settle into the cavities between larger rocks.
Хотя заполнение дополнительным материалом полостей на уменьшает рассеяние полностью, поскольку новый материал также рассеивает фотоны, тем не менее он уменьшает вариации рассеяния в различных положениях внутри породы. Таким образом, потенциально данная технология также может помочь уменьшить артефакты на изображении.Although filling cavities with additional material does not completely reduce scattering, as the new material also scatters photons, it does reduce scattering variations at different positions within the rock. Therefore, this technology could potentially also help reduce artifacts in the image.
И наконец, искусственный интеллект (AI) может использоваться для создания изображений практически не содержащих артефактов, путем обучения тому, как компенсировать ослабление и/или рассеяние. Например, система искусственного интеллекта на основе глубокого обучения сверточной нейронной сети (CNN) может обучить тому как устранять воздействия ослабления и рассеяния из реконструированного изображения ПЭТ путем обработки после визуализации. CNN может быть обучена с использованием данных, моделированных Geant4, о различных фантомах породы для создания реалистичных изображений (с ослаблением и рассеянием), которые наряду с идеальными изображениями (предполагая линии ответа с одинаковой активностью без рассеяния/ослабления) могут представлять собой идеализированные геометрические формы, формируя «истинное» изображение ПЭТ. При использовании ПЭТ в медицине вышеуказанные операции не могут быть осуществлены. В этом случае имеет место большое увеличение числа клеток присутствующих возможных типов ткани без очевидной связи между интенсивностью источника ПЭТ и ослаблением фотонов. Кроме того, ослабление в биологической ткани меньше, чем в породе. Таким образом, артефакты на медицинских изображениях, вызванные рассеянием и ослаблением, в большинстве случаев слабо выражены, сложные, с высокой степенью зависимости от типа ткани, и их невозможно отличить от элементов изображения.Finally, artificial intelligence (AI) can be used to create images virtually free of artifacts by learning how to compensate for attenuation and/or scattering. For example, a deep learning AI system based on a convolutional neural network (CNN) can learn how to remove the effects of attenuation and scattering from a reconstructed PET image during post-imaging processing. The CNN can be trained using Geant4-simulated data on various rock phantoms to create realistic images (with attenuation and scattering), which, along with ideal images (assuming response lines with equal activity without scattering/attenuation), can represent idealized geometric shapes, forming a "true" PET image. When PET is used in medicine, these operations cannot be implemented. In this case, there is a large increase in the number of cells of the possible tissue types present, with no obvious relationship between the PET source intensity and photon attenuation. Furthermore, attenuation in biological tissue is less than in rock. Thus, scattering and attenuation artifacts in medical images are in most cases subtle, complex, highly tissue-dependent, and indistinguishable from image features.
С другой стороны, при ПЭТ-обнаружении алмазов при упрощенном наборе материалов с очевидной взаимосвязью между интенсивностью источника и ослаблением, а также при резком контрасте в ослаблении между породой и воздухом дефекты, вызванные ослаблением и рассеянием, крупные и отличаются от элементов изображения. Таким образом, генерационная нейронная сеть может выучить характеристики таких артефактов и создать изображение, которое соответствует тому, как должно выглядеть изображение без рассеяния и ослабления. И опять же, способность создавать данные Geant4 с «истинной» информацией является преимуществом, поскольку без этого будет трудно получить изображения без ослабления и рассеяния из экспериментов с реальными данными для обучения нейронной сети.On the other hand, in PET diamond detection, with a simplified set of materials with a clear relationship between source intensity and attenuation, as well as with a sharp attenuation contrast between rock and air, defects caused by attenuation and scattering are large and distinct from image features. Therefore, a generative neural network can learn the characteristics of such artifacts and create an image that corresponds to what an image without scattering and attenuation should look like. Again, the ability to create Geant4 data with "true" information is an advantage, as without it, it would be difficult to obtain images without attenuation and scattering from experiments with real data for training the neural network.
В другом варианте осуществления вместо применения нейронной сети к уже созданному изображению ее можно использовать в процессе итерационной реконструкции. В частности, нейронную сеть можно обучить создавать карту ослабления из текущей карты концентрации источников вместо различных технологий пороговых значений и сегментации, описанных выше.In another embodiment, instead of applying a neural network to an already-created image, it can be used in the iterative reconstruction process. Specifically, the neural network can be trained to generate an attenuation map from the current source concentration map, instead of the various thresholding and segmentation techniques described above.
Обратимся теперь к Фиг. 11 чертежей, где показано схематическое представление машины на примере компьютерной системы 100, в которой может быть выполнен набор команд, предписывающих машине осуществление любой одной или нескольких методик, рассмотренных в данном документе. В других примерных вариантах осуществления машина работает как автономное устройство или может быть подключена (например, по сети) к другим машинам. В сетевом примерном варианте осуществления машина может работать в качестве сервера или клиентской машины в сетевой среде сервер-клиент или как равноправная машина в одноранговой (или распределенной) сетевой среде. Машина может быть персональным компьютером (ПК), планшетным ПК, компьютерной приставкой к телевизору (STB), персональным цифровым помощником (PDA), сотовым телефоном, веб-устройством, сетевым маршрутизатором, коммутатором или шлюзом, или любым другим устройством, способным выполнять набор команд (последовательных или иных), которые определяют действия, подлежащие выполнению этой машиной. Кроме того, хотя для удобства показана только одна машина, термин «машина» также следует понимать как включающий в себя любую совокупность машин, включая виртуальные машины, которые индивидуально или совместно выполняют набор (или несколько наборов) команд для осуществления любой или нескольких методик, рассмотренных в данном документе.Referring now to Fig. 11 of the drawings, a schematic representation of a machine, in the example of a computer system 100, is shown, in which a set of instructions may be executed that cause the machine to perform any one or more of the techniques discussed herein. In other exemplary embodiments, the machine operates as a stand-alone device or may be connected (e.g., via a network) to other machines. In a networked exemplary embodiment, the machine may operate as a server or a client machine in a server-client network environment, or as a peer machine in a peer-to-peer (or distributed) network environment. The machine may be a personal computer (PC), a tablet PC, a set-top box (STB), a personal digital assistant (PDA), a cellular telephone, a web device, a network router, switch or gateway, or any other device capable of executing a set of instructions (sequential or otherwise) that specify actions to be performed by the machine. Furthermore, although only one machine is shown for convenience, the term "machine" should also be understood to include any collection of machines, including virtual machines, that individually or collectively execute a set (or multiple sets) of instructions to implement any or more of the techniques discussed herein.
В любом случае примерная компьютерная система 100 включает в себя процессор 102 (например, центральный процессор (CPU), графический процессор (GPU) или оба), основную память 104 и статическую память 106, которые обмениваются данными друг с другом через шину 108. Компьютерная система 100 может дополнительно включать в себя блок 110 отображения видео (например, жидкокристаллический дисплей (ЖКД) или электронно-лучевую трубку (ЭЛТ)). Компьютерная система 100 также включает в себя устройство 112 буквенно-цифрового ввода (например, клавиатуру), устройство 114 навигации по интерфейсу пользователя (UI) (например, мышь или сенсорную панель), блок 116 дисковода, устройство 118 подачи сигнала (например, динамик) и устройство 120 сетевого интерфейса.In any case, the exemplary computer system 100 includes a processor 102 (e.g., a central processing unit (CPU), a graphics processing unit (GPU), or both), a main memory 104, and a static memory 106 that communicate with each other via a bus 108. The computer system 100 may further include a video display unit 110 (e.g., a liquid crystal display (LCD) or a cathode ray tube (CRT)). The computer system 100 also includes an alphanumeric input device 112 (e.g., a keyboard), a user interface (UI) navigation device 114 (e.g., a mouse or a touchpad), a disk drive unit 116, a signal supply device 118 (e.g., a speaker), and a network interface device 120.
Дисковод 16 включает в себя энергонезависимый машиночитаемый носитель 122, хранящий один или несколько наборов команд и структур данных (например, программное обеспечение 124), реализующих любую одну или несколько методик или функций, описанных в данном документе, или используемых ими. Программное обеспечение 124 также может находиться, полностью или, по меньшей мере, частично в основной памяти 104 и/или в процессоре 102 во время его исполнения компьютерной системой 100, основной памятью 104 и процессором 102, также составляющими машиночитаемый носитель.The disk drive 16 includes a non-volatile computer-readable medium 122 storing one or more sets of instructions and data structures (e.g., software 124) implementing any one or more of the techniques or functions described in this document or used by them. The software 124 may also reside, in whole or at least in part, in the main memory 104 and/or in the processor 102 during its execution by the computer system 100, the main memory 104 and the processor 102 also constituting the computer-readable medium.
Программное обеспечение 124 дополнительно может быть передано или принято по сети 126 с помощью устройства 120 сетевого интерфейса с использованием любого из ряда широко известных протоколов передачи (например, HTTP).The software 124 may further be transmitted or received over the network 126 using the network interface device 120 using any of a number of well-known transmission protocols (e.g., HTTP).
Хотя машиночитаемый носитель 122 показан в примерном варианте осуществления как единственный носитель, термин «машиночитаемый носитель» может относиться к одиночному носителю или множеству носителей (например, централизованное или распределенное хранилище данных и/или связанные с ним буферная память и серверы), в которых хранятся один или несколько наборов команд. Термин «машиночитаемый носитель» также можно рассматривать, как включающий в себя любой носитель, который способен хранить, кодировать или переносить набор команд для выполнения их машиной, который предписывает машине осуществлять одну или несколько методик по настоящему изобретению, или который способен хранить, кодировать или переносить структуры данных, используемые таким набором команд или связанные с ним. Соответственно, термин «машиночитаемый носитель» может включать в себя, помимо прочего, твердотельную память, оптические и магнитные носители, а также сигналы несущей волны.Although the computer-readable medium 122 is shown in the exemplary embodiment as a single medium, the term "machine-readable medium" may refer to a single medium or multiple media (e.g., a centralized or distributed data storage and/or associated buffer memory and servers) that store one or more instruction sets. The term "machine-readable medium" may also be considered to include any medium that is capable of storing, encoding, or carrying a set of instructions for execution by a machine, which instruct the machine to implement one or more methodologies of the present invention, or that is capable of storing, encoding, or carrying data structures used by or associated with such a set of instructions. Accordingly, the term "machine-readable medium" may include, but is not limited to, solid-state memory, optical and magnetic media, and carrier wave signals.
Авторы настоящего изобретения полагают, что варианты осуществления настоящего изобретения могут эффективно уменьшать артефакты при реконструкции изображений ПЭТ. В частности, варианты осуществления настоящего изобретения могут позволять системе корректировать рассеяние и/или ослабление в процессе итерационной реконструкции изображений при использовании ПЭТ для обнаружения минералов.The present inventors believe that embodiments of the present invention can effectively reduce artifacts in PET image reconstruction. In particular, embodiments of the present invention can enable the system to correct for scattering and/or attenuation during the iterative image reconstruction process when using PET for mineral detection.
Как упомянуто выше, в разделе «Предшествующий уровень техники» мы использовали активизацию ПЭТ в условиях разработки месторождений полезных ископаемых (MinPET) для разъяснения данного изобретения коррекции ослабления и рассеяния в процессе реконструкции изображений. Однако, специалисту в данной области техники очевидно, что идеи настоящего изобретения применимы соответствующим образом к процессам ПЭТ и КТ-сканирования в медицине.As mentioned above, in the "Background Art" section, we used PET enhancement in a mining environment (MinPET) to explain the present invention for attenuation and scatter correction during image reconstruction. However, those skilled in the art will readily appreciate that the concepts of the present invention are equally applicable to PET and CT scanning in medicine.
Claims (41)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ZA2019/04070 | 2019-06-24 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2022101461A RU2022101461A (en) | 2023-07-24 |
| RU2847440C2 true RU2847440C2 (en) | 2025-10-03 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130294570A1 (en) * | 2011-01-27 | 2013-11-07 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Truncation compensation for iterative cone-beam ct reconstruction for spect/ct systems |
| US20190108441A1 (en) * | 2017-10-11 | 2019-04-11 | General Electric Company | Image generation using machine learning |
| US20190108904A1 (en) * | 2017-10-06 | 2019-04-11 | Canon Medical Systems Corporation | Medical image processing apparatus and medical image processing system |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130294570A1 (en) * | 2011-01-27 | 2013-11-07 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Truncation compensation for iterative cone-beam ct reconstruction for spect/ct systems |
| RU2606561C2 (en) * | 2011-01-27 | 2017-01-10 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | Truncation compensation for iterative reconstruction in computed tomography (ct) with conical beam in combined spect/ct systems |
| US20190108904A1 (en) * | 2017-10-06 | 2019-04-11 | Canon Medical Systems Corporation | Medical image processing apparatus and medical image processing system |
| US20190108441A1 (en) * | 2017-10-11 | 2019-04-11 | General Electric Company | Image generation using machine learning |
Non-Patent Citations (2)
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20240394935A1 (en) | Methods and systems for reducing artefacts in image reconstruction | |
| US10311606B2 (en) | Correction of beam hardening artifacts in microtomography for samples imaged in containers | |
| Frey et al. | Collimator-detector response compensation in SPECT | |
| Tuller et al. | Segmentation of X‐ray CT data of porous materials: A review of global and locally adaptive algorithms | |
| Bai et al. | Positron range modeling for statistical PET image reconstruction | |
| US12072306B2 (en) | Method and system for high speed detection of diamonds | |
| Lozano et al. | Comparison of reconstructed prompt gamma emissions using maximum likelihood estimation and origin ensemble algorithms for a Compton camera system tailored to proton range monitoring | |
| Melot et al. | Some proximal methods for Poisson intensity CBCT and PET | |
| CN115803825A (en) | Methods related to medical diagnosis and medical diagnosis system | |
| RU2847440C2 (en) | Methods and systems for reducing artifacts in image reconstruction | |
| Seong et al. | Preliminary study of artificial intelligence-based fuel-rod pattern analysis of low-quality tomographic image of fuel assembly | |
| Michelet et al. | A Geant4 simulation for three-dimensional proton imaging of microscopic samples | |
| CN113576504A (en) | Mu-sub imaging method for medium-low atomic number substances | |
| EP3016073A2 (en) | Projection method of three-dimensional imaging | |
| RU2813286C2 (en) | Detection device, detection system and method for positioning detection device for reducing image artifacts | |
| Kim et al. | Noise reduction in low-dose positron emission tomography with adaptive parameter estimation in sinogram domain | |
| RU2851075C2 (en) | Method and system for high-speed detection of diamonds | |
| Shi et al. | Multiple scattering correction with Monte Carlo simulations for Compton backscatter tomography | |
| Plougonven | Link between the microstructure of porous materials and their permeability | |
| Yang et al. | Reducing scan time in 177Lu planar scintigraphy using convolutional neural network: A Monte Carlo simulation study | |
| Harjupatana | Monitoring water transport and deformation in swelling materials using X-ray imaging and tomography | |
| Heijs et al. | Determination of pore networks and water content distributions from 3‐D computed tomography images of a clay soil | |
| Bretagne | Mineralogical Limitations for X-Ray Tomography of Crystalline Cumulate Rocks | |
| RU2022101461A (en) | METHODS AND SYSTEMS FOR ARTIFACT REDUCTION IN IMAGE RECONSTRUCTION | |
| Alatrash | Pore-network extraction from micro-Computed tomography images |