CN100498380C - 射线照相成像的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
一种射线照相成像系统(10)包括用于探测从对象(14)发出的第一辐射的探测器(16)的阵列。探测器(16)围绕圆形孔(18)进行布置，限定了成像系统(10)的视场。端屏蔽(40)被布置在轴向视场的入口和出口上，从而限定了对象接纳孔(46)。部分地覆盖圆周的一个或多个隔片(50)屏蔽探测器(16)，以免受源自轴向视场外部的辐射以及身体散射的辐射。隔片(50)在视场上稀疏地进行散布，使得被隔片(50)屏蔽的区域与视场的比率是可忽略的。在不损害3D成像的情况下，患者孔(46)增加。
Description
技术领域
本发明涉及诊断成像系统和方法。本发明发现了结合正电子发射断层摄影术(PET)扫描仪的特别应用并且将特别参考其进行描述。应当理解的是，本发明也可应用于其它的放射线(学)扫描仪和类似物。
背景技术
PET是利用正电子发射化合物的有价值的患者成像技术。PET提供了关于组织的特定新陈代谢信息，所述信息是诸如CT和MRI这样的传统扫描仪所不能提供的。典型地，PET扫描仪包括基本圆形的孔，其被探测同时能量事件的探测器的阵列所围绕。在扫描之前，患者被注射由细胞吸收的正电子发射放射性同位素。当正电子从放射性同位素发出时，它与电子组合以产生湮没反应，其中所述电子对的质量被转化为能量。所述能量以在180度相反方向上传播的两条511keV γ射线或光子的形式被分散。当两个探测器同时或彼此在纳秒内“看到”来自湮灭事件的511keV光子时，所述探测器沿探测器点之间的线-响应线(LOR)来记录重合(coincidence)。PET系统绘出每个探测对之间的响应线，记录扫描期间的重合(并发)事件。当扫描完成时，带有更多交叉线的区域表示放射性(能)更集中的区域。所述系统使用该信息来重构体内放射性同位素分布的三维图像。
扫描仪接收来自视场的任何地方的光子，并且另外接收传播到视场中的源自视场外部的光子。源自视场外部的光子并不包含用于图像重构的有用信息。典型地，利用PET扫描仪圆形孔的入口和出口处的凸缘铅屏蔽将探测器屏蔽而免受视场外事件。所述凸缘从圆形孔的外周边朝着圆形孔的中轴延伸并且离开直径大约为50-60cm的圆形患者孔(径)。
通常，期望具有较大患者孔(径)，大约为70-80cm，这是因为较小的孔在体形较大的患者不是舒适地通过(穿过)它相配时产生问题。一个解决方案是将屏蔽直径增加到大约70cm并且将探测器直径同样保持在大约80-90cm。然而，研究表明测量到的图像退化发生的程度是不可接受的。另一解决方案是将探测器直径增加到大约100cm，同时将屏蔽孔增加到大约70cm。通过增加探测器环的直径，视场外活动性受到限制并且保持在当前使用的系统的水平。然而，当探测器直径(因此探测器的数量)增加时，该方法需要更多的成本，并且造成了总灵敏度减小。在一些PET扫描仪中利用的另一种方法是在每个闪烁晶体元件之间安装环形抗散射隔片，例如铅板。大约15-24个环形隔片沿整个轴向视场隔开，从而允许探测器仅仅接收实际准直的事件。因而再一次，该方法(被称为2D探测)存在缺陷，原因在于它限制了在视场内事件以及非期望的视场外事件之后寻找的一些探测。为了执行3D成像，可以使得隔片可移动或可收回，从而允许在实际准直2D模式或3D模式下工作。该设计的缺陷在于：探测器对于两种工作模式的每一种具有不同的特定灵敏度。此外，可移动或可收回隔片增加了机械复杂性和劳动。
需要一种经济有效的方法和装置，其将允许使用较大的患者孔，同时不损害图像质量。本发明提供了一种克服上述问题和其它问题的新的和改进的成像装置和方法。
发明内容
根据本发明的一个方面，公开了一种射线照相成像系统。探测装置围绕限定所述成像系统的视场的圆形孔进行布置，其探测从对象发出的第一辐射。一个或多个周向延伸的隔片屏蔽所述探测装置以免受源自所述圆形孔外部的发射辐射，所述隔片在所述视场上稀疏地散布开。
具体地，本发明提供一种射线照相成像系统，包括：
用于探测从检查区中的对象发出的第一辐射的装置，所述探测装置围绕圆形孔进行布置并且限定所述成像系统的轴向视场；和
一个或多个周向延伸的隔片，用于屏蔽所述探测装置以免受源自轴向视场的外部或远离轴向视场的中心的第一辐射，所述隔片在所述视场上轴向地进行散布；和
对象支承物，其适于被接纳在圆形孔中，进一步包括对象支承物屏蔽，该对象支承物屏蔽被布置在所述对象支承物的一部分的下方，以增强阻挡源自轴向视场的外部或远离轴向视场的中心的辐射。
根据本发明的另一方面，公开了一种3D射线照相成像的方法。从对象发出的第一辐射利用PET扫描仪的探测装置进行探测，所述探测装置围绕限定成像系统的视场的圆形孔进行布置。所述探测装置由一个或多个周向延伸隔片屏蔽而免受源自所述圆形孔外部的第一辐射，所述隔片在所述视场上稀疏地散布。响应线利用计算电路来计算。图像表示由重构处理器重构。所述图像表示的至少一部分被显示在显示器上。
特别地，本发明还提供一种3D射线照相成像的方法，包括：
利用本发明的扫描仪的探测装置，探测从对象发出的第一辐射；
利用计算电路，计算响应线；
利用重构处理器，重构图像表示；和
在显示器上，显示所述图像表示的至少一部分。
本发明的一个优点在于在不损害3D成像的情况下允许增加患者孔的有效抗散射过滤。
本发明的另一优点在于使得对探测器的灵敏度的影响保持为最小的有效抗散射过滤。
在阅读和理解优选实施方式的以下具体描述后，本发明的进一步优点和益处对于本领域的普通技术人员来说将变得显而易见。
附图说明
本发明可以采用各种部件和部件的布置、各种步骤和步骤的安排的形式。附图仅仅为了举例说明优选实施方式而不应当被理解成限制本发明。
图1是诊断成像系统的示意图；
图2是带有180度隔片的圆形对象接纳孔的示意图；
图3是从图2横向观察的带有180度隔片的诊断成像系统的一部分的示意图；
图4是带有360度隔片的圆形对象接纳孔的示意图；
图5是带有部分隔片的非圆形对象接纳孔的示意图；
图6是带有有限弧形隔片和发射第二辐射的源的圆形对象接纳孔的示意图；
图7是包括发射第二辐射的源、带有部分隔片的非圆形对象接纳孔的示意图。
具体实施方式
参考图1，成像系统10包括对象支承装置12，例如台或床，其支承正被成像的对象14。对象14被注射一种或多种放射性同位素以诱发正电子发射。探测器16的圆柱形的环形阵列围绕限定轴向视场的PET扫描仪20的圆形孔18而布置。当探测器可以具有平面时，探测器阵列16可以是近似圆形的八边形或其它规则多边形。典型地，单独的探测器元件具有1cm2量级或更小的辐射接收面。探测器元件优选地安装在首尾相连地安装以限定探测器阵列16的平面子阵列中。也可以设想其它类型的探测器并且再次优选地具有1cm或更好的分辨率。对象支承物12被推进和缩回以在圆形孔18所限定的检查区22内获得对象14的期望的定位，例如以探测器阵列的视场(FOV)为中心的关心区域。探测器16所探测到的辐射事件由响应线(LOR)计算电路24收集。LOR计算器24包括重合(coincidence)探测器26，所述重合探测器确定何时两个事件处在同时的预选时间窗口内。从探测器16的位置和每个探测器内的位置，在该处接收重合辐射，辐射探测点之间的射线由线外推器28来计算。
获得的LOR数据优选地存储在数据存储器或缓冲器30中。数据重构处理器32根据存储在数据存储器30中的LOR数据来重构电子图像表示，并且将所产生的图像表示存储在图像存储器34中。存储的图像表示的部分由图像处理器36取回，并且被转换成合适的格式，用于显示在监视器38上，监视器例如有影像机、CCD、有源矩阵、等离子体或其它监视器。当然，彩色打印机或其它输出设备也可以用于以适宜的格式呈现数据。
继续参考图1并且进一步参考图2-4，辐射端屏蔽40安装在圆形孔18的入口42和出口44，以限定PET扫描仪的接纳区域或入口孔46。抗散射过滤器或隔片叶片或板50被布置在圆形孔18的圆周的至少一部分上。抗散射过滤器50优选地包括两个固定隔片，每个在轴向方向，例如在沿着圆形孔18的中心轴的方向上延伸大约2.5-3.5mm。隔片50在视场内被相等地隔开，例如隔片彼此间隔距离d，其和与表示视场边界的端屏蔽40间隔距离相同。通过使用电子校准，仅接受响应线的两端都在视场中并且带有预选角标准的事件对。隔片50由铅、钨或其它高密度(高-Z)屏蔽材料制造。探测器16的被屏蔽的区域(面积)与视场的比率是可忽略的，并且不影响扫描仪的几何形状或探测器的灵敏度。例如，如果两个板50均为3mm并且视场为18cm，则比率为1比30。优选地，取决于视场，板50的数量和厚度被选择成阻挡来自不同角度的511keV辐射，以优化这样的目标，该目标为保持探测器的高灵敏度，同时尽可能阻挡外部的入射射线。板50的数量和每个板的厚度可以变化，这取决于成像系统的参数，例如视场、外部屏蔽的尺寸、探测器的尺寸和其它。板50相对于探测器16的表面基本垂直地被安装，公差为5-10度或更小，以限制探测器上的遮蔽(shadowing)。将板升高在探测器之上大约4-5mm可以改善角谱宽度(角接受)(angular acceptance)。
在图2的实施方式中，每个过滤器50在圆形孔18圆周的上半部60上跨越180度。180度屏蔽有效地阻挡了杂散辐射，同时阻挡了较不有用的辐射到达探测器16。优选地，床12包括床屏蔽62，所述床屏蔽被布置在床12之下，以增强阻挡孔外辐射到达探测器16。
在图4的实施方式中，过滤器50延伸全360度，以屏蔽探测器16的整个环。
参考图5，端屏蔽40限定了非圆形孔46。优选地，非圆形孔46是椭圆，具有较大直径D1或沿着与通过床12的较短尺寸绘出的轴线平行的水平轴的长轴，和较小尺寸D2或沿着垂直于床12的垂直轴的短轴。孔46的尺寸被确定成使得以该孔为中心的标准尺寸的对象大致在所有方向与端屏蔽40等距。隔片50跨越沿椭圆的长轴为中心的两个单独的90度部分。优选地，过滤器50包括两个3.5mm厚的叶片。优选地，床12包括床屏蔽62，所述床屏蔽被布置在床12之下，被附加到床或端屏蔽，以增强阻挡孔外辐射到达探测器16。在优选的实施方式中，端屏蔽40的下表面符合床12的底部的形状。
参考图6和7，成像系统10包括发射第二辐射的源70，该发射第二辐射的源被布置在隔片50内部或之间，形成第二辐射源/过滤器组件72。第二辐射源70跨越检查区22将辐射传输到暴露于辐射的探测器16的未被阻塞的部分。电机装置74围绕检查区22旋转所述源/过滤器组件72以获取投影。用于重构第二辐射的数据优选地包括能量接近511keV的放射性同位素，但是显著不同之处在于它可以在光子能量z峰值的基础上与放射性药物辐射分离。重构处理器处理第二辐射以重构代表对象14所吸收的第二辐射的3D辐射图像表示。第二辐射用于校正注射的放射性药物中的重构的第一辐射图像表示，例如用于骨吸收的辐射。
在图6的实施方式中，取决于辐射源角λ，过滤器50跨越圆形孔18圆周的可变部分。当然，也可以设想：所述过滤器具有诸如180或360度的恒定角。
在图7的实施方式中，过滤器50跨越沿着不随源旋转的椭圆形孔46的长轴居中的两个固定90度部分。
作为另一选择，该源围绕该圆形孔旋转180+λ，并且隔片跨越未被辐照的180-λ。
已经参考优选实施方式描述了本发明。在阅读和理解前面的具体描述后可以作出改进和变化。这意味着：本发明应当被理解成包括涵盖在后附的权利要求书或其等同替换形式的范围内的所有这样的改进和变化。
Claims (20)
1.一种射线照相成像系统(10)，包括：
用于探测从检查区(22)中的对象(14)发出的第一辐射的装置(16)，所述探测装置(16)围绕圆形孔(18)进行布置并且限定所述成像系统(10)的轴向视场；
一个或多个周向延伸的隔片(50)，用于屏蔽所述探测装置(16)以免受源自轴向视场的外部或远离轴向视场的中心的第一辐射，所述隔片(50)在所述视场上轴向地进行散布；和
对象支承物(12)，其适于被接纳在所述圆形孔(18)中，进一步包括对象支承物屏蔽(62)，该对象支承物屏蔽被布置在所述对象支承物(12)的一部分的下方，以增强阻挡源自轴向视场的外部或远离轴向视场的中心的辐射。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述隔片(50)相对于所述探测装置(16)被移位了限定的气隙。
3.如权利要求2所述的系统，其中被所述隔片屏蔽的面积与轴向视场的比率等于或小于1比25。
4.如权利要求1所述的系统，进一步包括：
端屏蔽(40)，用于屏蔽所述探测装置(16)以免受源自轴向视场的外部或远离轴向视场的中心的第一辐射，所述端屏蔽(40)位于所述圆形孔(18)的入口(42)和出口(44)处，至少一个所述端屏蔽限定对象接纳孔(46)。
5.如权利要求4所述的系统，其中所述隔片(50)包括：
布置在所述端屏蔽(40)之间的一对弯曲板，每个板在所述圆形孔(18)的轴向方向上具有2.5-3.5mm的厚度。
6.如权利要求4所述的系统，其中所述对象接纳孔(46)是圆形的，并且所述隔片(50)沿所述圆形孔(18)的圆周的上部(60)周向地延伸。
7.如权利要求6所述的系统，其中所述隔片(50)围绕所述圆形孔(18)的上半部周向地延伸。
8.如权利要求4所述的系统，进一步包括：
发出第二辐射的第二辐射源(70)，所述第二辐射源(70)被结合在所述隔片(50)内；和
用于围绕所述圆形孔(18)同时旋转所述第二辐射源和所述隔片的装置(74)。
9.如权利要求8所述的系统，其中所述第二辐射源(70)以辐射源角λ传输第二辐射，并且所述隔片(50)跨越未被所述第二辐射源(70)辐射的所述圆形孔(18)的圆周部分。
10.如权利要求4所述的系统，其中所述隔片(50)围绕所述圆形孔(18)周向延伸360°。
11.如权利要求4所述的系统，其中所述对象接纳孔(46)是非圆形的。
12.如权利要求11所述的系统，其中所述对象接纳孔(46)具有水平长轴和垂直短轴，并且所述隔片(50)跨越两个均以所述长轴为中心的单独的弧段。
13.如权利要求12所述的系统，其中由每个隔片(50)跨越的弧段为90°。
14.如权利要求4所述的系统，其中所述探测装置(16)包括被布置在圆柱形阵列中的多个辐射探测器，以限定所述圆形孔(18)，并且所述隔片(50)包括与沿着所述圆形孔(18)轴向散布的辐射探测器一样多的辐射屏蔽板的一部分。
15.如权利要求14所述的系统，其中两个轴向散布的辐射屏蔽板均延伸所述圆形孔(18)的圆周的一半。
16.如权利要求15所述的系统，其中每个辐射屏蔽板延伸所述圆形孔(18)的圆周的四分之一。
17.如权利要求14所述的系统，其中所述对象接纳孔(46)相对于短轴沿着长轴被伸长，并且所述隔片(50)在与短轴交叉的弧段中延伸。
18.如权利要求1所述的系统，其中所述成像系统(10)包括PET扫描仪(20)。
19.如权利要求1所述的系统，进一步包括：
响应线计算电路(24)，其对于探测到的并发事件计算响应线；
重构处理器(32)，其将探测到的辐射重构成体积图像表示；
图像存储器(34)，其用于存储所产生的体积图像表示；和
显示器(38)，其用于显示所述图像表示的至少一部分。
20.一种3D射线照相成像的方法，包括：
利用权利要求18的扫描仪(20)的探测装置(16)，探测从对象(14)发出的第一辐射；
利用计算电路(24)，计算响应线；
利用重构处理器(32)，重构图像表示；和
在显示器(38)上，显示所述图像表示的至少一部分。
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