具有用於慢ct採集的不規則採樣的門控ct的製作方法

2023-05-27 01:47:26

專利名稱：具有用於慢ct採集的不規則採樣的門控ct的製作方法
具有用於慢CT採集的不規則採樣的門控CT
本申請涉及診斷成像領域。其特別適用於結合帶有衰減補償的單光子 發射斷層攝影(SPECT)系統使用，並將通過特別參考該系統對其進行描 述。應該認識到本發明還適用於其他成像系統，諸如正電子發射斷層攝影 系統(PET)、計算機斷層攝影系統(CT)等。
核醫學成像利用放射性源對病人進行成像以獲得功能級或分子水平的 診斷信息。典型地，將一種或多种放射性藥物注射到病人體內。放射性藥
物化合物包含以可預料的速率和特徵能量進行Y射線衰變的放射性同位素。 將一個或多個輻射探測器放置在病人附近以監測和記錄發射的輻射。有時， 使探測器圍繞病人旋轉或對探測器進行編址以從多個方向監測所發射的輻 射。基於諸如探測位置和能量的信息，確定體內的放射性藥物分布並重建 該分布的圖像以研究循環系統、所選器官或組織中攝取的放射性藥物等。
在門控心臟成像中，每個心動周期中的特徵點觸發數據收集。這使得 能夠通過心臟相位對所採集的數據進行分類。例如，在觸發時間之後，將 到下一個觸發時間前的間隔劃分成幾個相等的段，例如每個心動周期有16 個段。在多個預選心動周期上，針對多個心臟相位中的每個採集完整數據 集。基於一種已知算法對來自多個周期中的每個中的同一心臟相位的數據 進行組合以獲得足夠的統計量。
通常，在臨床研究中，由於存在衰減效應，對象體內的輻射不能以相 等的概率到達探測器，該衰減效應取決於病人解剖結構中變化的吸收特徵。 因此，利用由透射輻射源生成的或CT圖像的衰減圖(透射圖)來提供附加 衰減信息以校正發射數據。然而，當前，門控發射研究通常不具有衰減校 正，這影響到準確的診斷。
一種解決方案是為心動周期的所有相位提供共同的衰減圖，例如，在 SPECT序列中可以收集與發射具有不同能量的透射輻射。可以將在心動周 期的所有相位上收集的透射數據重建成衰減圖，該衰減圖具有與SPECT圖
7像可比的解析度。然而，針對單一源透射方法，透射數據在統計學上不足 以被門控並重建成針對每個心臟相位具有足夠解析度的衰減圖。由於心臟 ,和心臟周圍的密度大的組織在心動周期期間運動，由在整個心動周期上 、收集到的數據生成的衰減圖是模糊不清的，並可能導致來自獨立心臟相位
的SPECT數據不準確。例如，當前SPECT/CT系統中的大約20-30%的心 髒研究受到這一問題的困擾。
本申請提供新的改進的方法和設備，其克服了上述問題及其他問題。
根據一個方面，公開一種成像系統。生理參數監測器監測周期性生理 參數並生成周期性參數相位指示信號。輻射系統設置在檢查區域附近以生 成透射輻射數據和發射輻射數據。第一和第二分類設備將相應的透射和發 射輻射數據分類成與多個周期性參數相位中的每個相對應的透射輻射數據 集和發射輻射數據集。數據處理器針對多個周期性參數相位中的每個，根 據透射數據重建衰減圖。圖像處理器通過同一周期性參數相位的衰減圖校 正每個周期性參數相位的發射輻射數據，並且針對每個周期性參數相位， 將衰減校正的發射數據集重建為圖像表示。
根據另一方面，公開一種成像方法。監測周期性生理參數。生成周期 性參數相位指示信號。將輻射系統設置在檢查區域附近，以生成透射輻射 數據和發射輻射數據。將相應的透射和發射輻射數據分類成與多個周期性 參數相位中的每個相對應的透射輻射數據集和發射輻射數據集。針對多個 周期性參數相位中的每個，根據透射數據重建衰減圖。通過同一周期性參 斂相位的衰減圖校正每個周期性參數相位的發射輻射數據。針對每個周期 性參數相位，將衰減校正的發射數據集重建為圖像表示。
根據另一方面，公開一種診斷成像系統。CT掃描器包括圍繞檢查區域 旋轉的旋轉掃描架、用x射線照射檢查區域的x射線源以及探測橫貫了檢 査區域的x射線的輻射探測器。核掃描器探測來自檢査區域中的對象的區 域的發射輻射。心臟監測器監測所述對象的心動周期。至少一個分類設備 將來自CT掃描器的x射線輻射數據分類成在多個心動周期上收集的針對多 個預選心臟相位中的每個的透射數據集，並且將發射輻射數據分類成在多 個心動周期上收集的針對多個預選心臟相位中的每個的發射數據集。至少
8一個數據處理器針對多個預選心臟相位中的每個，將透射數據集重建為衰 減圖，通過與預選心臟相位中的同一個相對應的衰減圖校正來自針對多個 預選心臟相位中的每個的發射數據集的發射數據，並且針對預選心臟相位 中的每個，根據衰減校正的發射數據重建圖像表示。
一個優點在於針對每個獨立心臟相位確定衰減圖，以得到更好的準確度。
在閱讀和理解下述詳細說明的基礎上，本領域普通技術人員將認識到 本發明的更多優點。
本發明可以由各種組件和組件布置，以及各種步驟和步驟布置而變得 明顯。附圖僅用於圖示說明優選實施方式的目的，而不應被解釋為對本發 明進行限制。
圖l是成像系統的圖解說明；以及
圖2是旋轉掃描架的圖解說明，其中在每個心臟相位處採集透射輻射 數據。
參考

圖1 ，成像系統8包括諸如SPECT或PET掃描器的核成像系統10 和CT掃描器12。更具體地，由可旋轉掃描架16承載一個或多個核探測頭 14以探測從感興趣區域或檢查區域18發出的輻射事件。每個探測頭14包 括例如閃爍體的探測器元件的二維陣列和例如光電倍增管、光電二極體等 的光敏元件的陣列。例如CZT元件的直接Y射線-電轉換器也是可預期的。 作為替代，特別是在PET掃描器中，典型地由環形固定探測頭圍繞檢查區 域。每個頭14包括用於將每個輻射響應轉換成指示其在探測器面上的位置 (x， y)、其能量(z)、頭的角位置以及探測時間的數位訊號的電路。在具 有標稱為x和y坐標的二維(2D) Cartesian坐標系中解析和/或確定探測器 上的事件的位置。然而，其他坐標系也是可預期的。在SPECT掃描器中， 準直儀控制方向和角度擴展，由此探測器的每個元件都能夠接收輻射，即 探測器只能接收沿已知射線的輻射。因此，探測器上的已確定的位置(在 此處探測輻射)以及頭14的角位置限定標稱的射線，每個輻射事件沿著該 射線發生。由於發射數據通常包含由病人的解剖結構的變化的吸收特徵導致的不
準確度(即衰減效應)，在一種實施方式中，CT掃描器12被用於提供附加 的衰減信息以校正發射數據。CT掃描器12包括不旋轉的掃描架20。諸如 x射線管的一個或多個輻射源22安裝在可旋轉掃描架24上。孔26限定CT 掃描器12的檢查區域28。諸如L形、弧形和其他形狀的無孔系統也是可預 期的。輻射探測器陣列或輻射探測器30設置在可旋轉掃描架上以在x射線 橫貫檢查區域28之後接收來自x射線管22的輻射。作為替代，使用Y輻 對源來提供透射輻射源。在一種實施方式中，輻射探測器30包括平板探測 器。
軌道32平行於對象支架或床34的縱軸延伸，由此使得SPECT掃描器 10和CT掃描器12能夠形成封閉系統。提供諸如馬達和驅動器的移動裝置 36來移動SPECT掃描器10進出該封閉系統。諸如馬達和驅動器的床移動 裝置38提供床34在檢査區域18、 28中的縱向運動和垂直調節。可預期的 是，CT和SPECT掃描器的相對位置(前或後)取決於特定設計或應用的 需求。
在一種實施方式中，核成像系統10和CT掃描器利用共同的掃描架。 ，這種系統中，同時或交叉地執行探測。
々繼續參考圖1，隨著CT掃描器12的可旋轉掃描架24以恆定速度旋轉， 將位於床或對象支撐臺34上的對象或病人移入檢査區域28內，在此處獲 取CT圖像。在一種實施方式中，掃描架運動控制器40將可旋轉CT掃描 架的旋轉速度w設定為低，例如從大約0.5RPM至大約6RPM。驅動器38 推進和/或縮回對象支架34以實現該對象在檢査區域28內的期望定位。將 由探測器30收集的x射線發射數據存儲在第一或CT數據存儲器42中。
周期監測器44監測病人的預先指定的生物學周期。在一種實施方式中， 周期監測器44監測病人的心臟。更具體地，通過附連到病人的引線，ECG 監測器採集來自病人的ECG數據。作為替代，可以通過例如回波心臟監測 器、超聲心臟監測器、心音監測器、脈搏血氧計等的另一種設備監測心臟。 在另一實施方式中，周期監測器44監測病人的呼吸周期。更具體地，呼吸 感測帶與平衡橋型壓力換能器相連接，該壓力換能器產生電信號，該電信 號的幅值隨著呼吸周期而變化。通常，心動周期的長度從大約半秒鐘至大約一秒鐘，而呼吸周期的長度從大約五秒鐘至大約十秒鐘。
繼續參考圖1並進一步參考圖2，隨著周期監測器44探測由臨床醫師 或用戶根據心臟的運動特徵、自R-波及所採集的診斷信息起的時間等在每 個R-R間隔中選擇的相位點，在每個表示的相位點處開啟x射線源22，並 且在每個相位46,、 462, ...， 46n期間收集一組或多組CT數據。作為替代， 可以連續收集CT數據，其中標記每個數據集以指示對其進行收集的心臟相 位。
第一或CT分類設備、處理器、機構或其他裝置48將衰減數據分類成 在所選擇的心臟相位中的每個期間收集的數據集，即存儲在第一相位存儲 器50中的心臟相位特異性數據集。在一種實施方式中，重組(re-binning) 處理器52將從錐束到平行束幾何形狀的心臟相位特異性數據重組為平行視 圖集。特別是對於由短時間窗口限定的心臟相位，針對一個心臟相位的數 據對應於在一個或多個旋轉和心動周期中的短弧形段上收集的數據。因為 可旋轉掃描架24被設定為低速運動，在弧形段中的每個中收集的數據足以 重建圖像。例如，如果將可旋轉掃描架24的速度設定為0.5RPM，對於具 有75次/分鐘的常規心跳的病人，在整個360。的迴轉之後，針對每個心臟 相位生成150組CT數據。
由於重組處理器52重組所收集的數據，重組處理器52監測針對不健 康跳動的數據。如果探測到不健康的心跳，則丟棄在該不健康跳動期間收 桌的任何數據。如果探測到過多數量的不健康跳動，可以適當擴大旋轉數 量以重新掃描帶有不健康跳動中的大多數的段或180。相對段。作為替代， 只要探測到不健康跳動，掃描架運動控制器40就可以重新跟蹤局部旋轉(將 探測器移回到探測到不健康跳動的點處)，以消除投影數據中的大採樣間 隙。
數據處理器60針對每個獨立心臟相位重建3D透射輻射圖像或衰減圖 62。對每個相位的CT數據進行稀疏採樣，並且典型地，由於非均勻的心跳 而對其進行非均勻採樣。數據處理器60利用例如對不均勻的數據採樣模式 進行建模的重建技術來重建CT數據。作為另一示例，可以利用插值技術和 歸一化技術。作為又一示例，可以使用來自相似心動周期的數據。根據每 個衰減圖62，確定針對每個相位的衰減因子陣列並將其存儲在相位衰減圖
ii存儲器64中。存儲在衰減圖存儲器64中的每個體素值指示相應體積中的 組織(例如心動周期的相應相位)造成的輻射衰減。SPECT圖像典型地具 有比CT圖像更低的解析度。以與SPECT解析度可比的解析度重建衰減圖 %助於補償數據的稀疏性。
繼續參考圖1，將帶有對象的對象支撐臺34移入SPECT檢查區域18 以定位該對象以便獲取SPECT圖像。典型地，在檢査之前，對要成像的對 象注射一種或多种放射性藥物或放射性同位素。這種同位素的幾個示例是 Tc-99m、 Ga-67和In-Ill。對象體內存在的放射性藥物產生來自對象的發 射輻射。針對SPECT圖像的數據收集典型地在5-40分鐘的量級上。在數據 收集期間，典型地圍繞檢査區域18步進地或連續地旋轉SPECT探測頭14 以在多重投影方向收集投影發射數據。在一種實施方式中，在360°除以頭 的數量的弧形上旋轉這些頭。將投影發射數據，例如圍繞檢查區域18的每 個探測頭14的位置(x， y)、能量(z)和角位置(e)(例如從角位置解析 器70獲得)存儲在第二或發射數據存儲器72中。周期監測器44監測病人 的心動周期並典型地相對於每個周期的R-波，即在每個R-R間隔內，探測 相位點。在每個選擇的心臟相位76卜762,...,76 期間收集發射輻射數據。 第二或發射數據分類設備、處理器、機構或其他裝置64將發射輻射數據分 類成在所選擇的心臟相位中的每個期間收集的數據集，即存儲在相應的第 二相位存儲器78中的心臟相位特異性數據集。
在一種實施方式中，發射數據門和透射數據門中的一個或多個彼此不 同，即可以進行分組。
,《圖像處理器、算法、機構或其他裝置80迭代地重建圖像存儲器82中 的3D圖像表示。對於每條射線(沿該射線接收發射數據)，圖像處理器80 通過存儲在相位衰減圖存儲器64中的相應衰減圖陣列來計算相應的射線。 根據衰減因子加權或校正每個獨立心臟相位的發射數據的每條射線。
視頻處理器84從圖像存儲器檢索切片、投影、3D繪製和其他信息， 並針對一個或多個監測器86上的顯示適當地格式化圖像表示。可以使用任 何現有技術的顯示軟體。當然，也可以使用印表機或其他輸出設備來以方 便的格式呈現數據。
在一種實施方式中，用戶通過例如圖形用戶界面來選擇相位，該圖形用戶界面與監測器86或任何其他適當的個人計算機、PDA等集成在一起。 在一種實施方式中，由成像系統在不同時間和在沿掃描器軸線的不同 位置處組織圖像。例如，與成像對象的呼吸相耦合的呼吸標記隨著呼吸而 移動。布置該標記以使其與在不同時間和在沿掃描軸線的不同位置處採集 的圖像相交叉，且該標記可探測為圖像中的標記特徵，從而可以確定圖像 中的標識標記的位置。以這種方式，可以將呼吸監測數據直接嵌入在成像 數據中，從而避免了存儲分離的監測和成像數據集並使其在時間上同步的 需要。這種同步是自動實現的。
已經通過參考優選實施方式描述了本發明。在閱讀和理解前述詳細描 述的基礎上，其他人員可以進行修改和變化。意欲將本發明解讀為包括所 有這些修改和變化，只要它們落入所附權利要求書及其等價物的範圍內。
權利要求
1、一種成像系統，包括生理參數監測器(44)，其監測周期性生理參數並生成周期性參數相位指示信號；輻射系統(8)，其設置在檢查區域(18、28)附近以生成透射輻射數據和發射輻射數據；第一和第二分類設備(48、74)，其將相應的透射和發射輻射數據分類成與多個所述周期性參數相位中的每個相對應的透射輻射數據集(50)和發射輻射數據集(78)；數據處理器(60)，其針對所述多個周期性參數相位中的每個，根據所述透射數據重建衰減圖(62)；以及圖像處理器(80)，其通過同一周期性參數相位的所述衰減圖(62)校正每個周期性參數相位的所述發射輻射數據，並且針對每個周期性參數相位，將所述衰減校正的發射數據集重建為圖像表示。
2、 根據權利要求1所述的系統，其中，所述輻射系統(8)包括 可旋轉掃描架(24);掃描架控制器(40)，其控制所述可旋轉掃描架(24)的旋轉速度(w)，所述旋轉速度(w)從大約0.5RPM至大約6RPM;輻射源(22)，其安裝在所述可旋轉掃描架(24)上；以及 輻射探測器(30)，其在所述掃描架(24)旋轉時探測來自所述輻射源的橫貫了所述檢查區域(28)的輻射。
3、根據權利要求1所述的系統，其中，所述輻射系統(8)包括CT掃描器(12)，其在與所述周期性參數相位相對應的多個時間窗口 (46^ 462，...，46n)內採集投影數據集，所述掃描器(12)包括 旋轉掃描架(24);錐束x射線輻射源(22)，所述錐束x射線輻射橫貫所述檢查區域 (28);以及輻射探測器(30)，其在所述x射線輻射穿過所述檢査區域(28) 之後對其進行探測並將其轉換成所述投影數據，所述輻射源(22)和 所述輻射探測器(30)相對地定位在所述旋轉掃描架(24)處以便圍 繞所述檢查區域(28)連續旋轉。
4、 根據權利要求3所述的系統，其中，所述CT掃描器(12)還包括: 掃描架控制器(40)，其以基本上低的速度旋轉所述可旋轉掃描架(24)，從而使得每次迴轉存在所述周期性參數相位的至少5次重複。
5、 根據權利要求3所述的系統，還包括門控系統(22、 44)，其用於通過周期性相位門控所述x射線束開/關以 在每個周期的每個相位中收集數據。
6、 根據權利要求1所述的系統，其中，所述數據處理器(60)根據在 所述可旋轉掃描架(24)的單次旋轉上收集的透射數據，針對每個周期性 參數相位重建衰減圖。
7、 根據權利要求1所述的系統，其中，所述生理參數監測器(44)監 測成像對象的心動周期，在該心動周期期間收集所述透射和發射輻射數據 以將其按照相應的心動周期相位分類。
8、 根據權利要求7所述的系統，其中，所述可旋轉掃描架(24)以0.5-6 RPM旋轉。
9、 根據權利要求1所述的系統，其中，所述心動周期可以由用戶在圖 形用戶界面(86)上選擇。
10、 根據權利要求1所述的系統，其中，所述數據處理器(60)根據 非均勻角採樣的所述透射數據重建衰減圖(62)。
11、 一種成像方法，其包括 監測周期性生理參數； 生成周期性參數相位指示信號； 將輻射系統設置在檢査區域附近； 生成透射輻射數據和發射輻射數據；將相應的透射和發射輻射數據分類成與多個所述周期性參數相位中的 每個相對應的透射輻射數據集和發射輻射數據集；針對所述多個周期性參數相位中的每個，根據所述透射輻射數據重建 衰減圖；通過同一周期性參數相位的所述衰減圖校正每個周期性參數相位的所 述發射輻射數據；以及針對每個周期性參數相位，將所述衰減校正的發射數據集重建為圖像表不o
12、 根據權利要求11所述的方法，還包括-控制可旋轉掃描架(24)的旋轉速度(w)，所述旋轉速度(w)從大約0.5RPM至大約6RPM;通過安裝在所述可旋轉掃描架上的輻射源發出輻射；以及 在所述掃描架旋轉時，探測來自所述輻射源的橫貫了所述檢査區域的輻射。
13、 根據權利要求ll所述的方法，還包括在與所述周期性參數相位相對應的多個時間窗口 (46卜462,...，46n)內 採集投影數據集，其包括通過錐束x射線輻射源(22)橫貫所述檢査區域(28)， 在所述x射線輻射穿過所述檢查區域(28)之後對其進行探測，以及將所述x射線輻射轉換成所述投影數據。'!-,
14、根據權利要求13所述的方法，還包括以基本上低的速度旋轉所述可旋轉掃描架，從而使得每次迴轉存在所述周期性參數相位的至少5次重複。
15、 根據權利要求13所述的方法，還包括通過周期性相位門控所述源(22)開/關以在每個周期的每個相位中收 集數據。
16、 根據權利要求ll所述的方法，其中，所述重建步驟包括根據在所述可旋轉掃描架的單次旋轉上收集的透射數據，針對每個周 期性參數相位重建衰減圖。
17、 一種診斷掃描器(10、 12)，用於執行權利要求U所述的步驟。
18、 一種診斷成像系統(8),包括 CT掃描器(12)，其包括旋轉掃描架(24)，其圍繞檢査區域(28)旋轉， x射線源(22)，其用x射線照射所述檢查區域(28)，以及 輻射探測器(30)，其探測橫貫了所述檢查區域(28)的x射線； 核掃描器(10)，其探測來自檢査區域(18)中的對象的區域的發射輻射；心臟監測器(44)，其監測所述對象的心動周期；至少一個分類設備(48、 74)，其將來自所述CT掃描器(12)的x射 線輻射數據分類成在多個心動周期上收集的針對多個預選心臟相位中的每 個的透射數據集(50)，並且將所述發射輻射數據分類成在多個心動周期上 收集的針對所述多個預選心臟相位中的每個的發射數據集(78);至少一個數據處理器(60、 80)，其針對所述多個預選心臟相位中的每 個，將所述透射數據集重建為衰減圖(62)，通過與所述預選心臟相位中的 同一個相對應的所述衰減圖校正來自針對所述多個預選心臟相位中的每個 的所述發射數據集(78)的發射數據，並且針對所述預選心臟相位中的每 個，根據所述衰減校正的發射數據重建圖像表示。
19、 根據權利要求18所述的系統，還包括處理器(52)，其監測針對不規則心跳的所述x射線輻射數據，並且丟 棄在所述不規則心跳期間採集的數據。.
20、 根據權利要求19所述的系統，其中，所述x射線輻射數據被取回 以替代響應於所述不規則心跳而丟棄的數據。
21、 根據權利要求18所述的系統，還包括門控系統(22、 44、 48、 52)，其用於門控所述CT掃描器以在多個心 動周期中的每個中的所述預選心臟相位中的每個中生成數據。
22、 根據權利要求18所述的系統，其中，所述旋轉掃描架(24)比每 次迴轉在至少8個心動周期期間採集透射數據充分更慢地旋轉。
23、 根據權利要求18所述的系統，其中，所述核掃描器(IO)包括SPECT 掃描器和PET掃描器中的至少一個。
24、 一種生成核醫學圖像的方法，包括 接收發射圖像數據和透射圖像數據； 通過可選擇數量的心臟相位門控所述透射數據； 通過可選擇數量的心臟相位門控所述發射數據；針對所述心臟相位中的每個，根據所述門控的透射圖像數據生成衰減 校正圖；以及通過相應的門控的衰減校正圖校正所述門控的發射圖像數據。
全文摘要
一種生理參數監測器(44)監測周期性生理參數並生成周期性參數相位指示信號。將輻射系統(8)設置在檢查區域(18、28)附近以生成透射輻射數據和發射輻射數據。第一和第二分類設備(48、74)將相應的透射和發射輻射數據分類成與多個周期性參數相位中的每個相對應的透射輻射數據集(50)和發射輻射數據集(78)。數據處理器(60)針對多個周期性參數相位中的每個，根據透射數據重建衰減圖(62)。圖像處理器(80)通過同一周期性參數相位的衰減圖(62)校正每個周期性參數相位的發射輻射數據，並且針對每個周期性參數相位，將衰減校正的發射數據集重建為圖像表示。
文檔編號A61B6/03GK101495041SQ200780028204
公開日2009年7月29日 申請日期2007年7月18日 優先權日2006年7月31日
發明者J·耶, L·邵, R·庫普斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司