CN101460095A - 支持结构化假设检验的多模成像系统和工作站 - Google Patents
支持结构化假设检验的多模成像系统和工作站 Download PDFInfo
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Abstract
对疾病体内模型的调查要求成像研究涉及单一成像阶段中的单一对象、对个体或群组对象串行成像以及集成各种不同试验方法的数据。每种类型的试验优选由各种特征组支持，可以严格地应用所述特征组以产生定量可再现结果。当前成像扫描仪未装配有支持适于假设检验的自动和科学严格工作流程的标准化能力。成像系统(10)包括用户可以设计、执行、研究和报告成像计划的研究工作站(30)。系统(10)的模块化设计带来的灵活性允许用户定制工作流程参数，用于更具鲁棒性的假设检验。
Description
本申请涉及体内成像技术。其在与研究环境中的小动物成像相关的工作流程和软件处理中有特殊应用，并且将特别参考其进行描述。应当意识到，本申请还可在其它临床和研究设置中使用，诸如对人类对象的研究。
目前，可获得的成像扫描仪没有装配支持适于医学假设检验的自动和在科学上严格的工作流程的标准化仪器和技术。临床前成像帮助在尚未证明可靠的医学治疗想法与人类治疗应用之间架起桥梁。临床前动物成像研究可以用于定义临床试验的条件和终点。具体来说，临床前小动物体内成像提供了使代谢活动、细胞增殖、细胞凋亡、受体状态和免疫反应、血管新生和组织缺氧以及其它相关生理过程显像并对其量化的能力。这是通过借助各种手段、最常规使用利用放射性标记示踪剂的发射成像(emissionimaging)技术间接测量基因表达、酶活性、受体和转运器以及分子的区域浓度来实现的。
该研究由好奇心和/或通常由政府补贴支持的假设驱动计划来刻画，从而探索或探究对生物过程的新认知。同样，诸如灵敏度和空间分辨率的设备特征是非常重要的，尤其当持续需要使越来越小的结构和过程显像的时候。另外，随着研究从描述系统进展到测量系统，量化这些过程的需求得以增加。该工作主要在医学理论中心中进行。同样，通过文献、会议和座谈会推广为公众知识。通常，还进行小规模应用以找到有前途的研究结果。成功的标准包括清楚和有效地说明和扩展理解的能力，无论其是否导致直接的商业活动。
生物研究的更具体表达是对生物标记物、药物和疗法的系统探索和开发，一旦在临床前研究期间证明它们是有前途的，就将它们最终从动物模型转用至人类。将该领域与更可变的一般生物领域区分开是遵循能够支持严格管理存档(regulatory filing)的标准化、已校准过程的需要。同样，该工作通常(但是并非排它地)在商业药物公司和/或仪器公司中进行，因为它们试图探索、开发药物和疗法并最终使这些药物和疗法商业化以获取经济回报，而不是仅仅将该一般知识建立在过程中。
量化对于采集数据的可靠评估是重要的。在示踪剂开发过程中，如果没有以物理绝对单位表示的示踪剂浓度信息，不同的示踪剂不能客观地彼此比较。同样，从采集图像提取的诊断信息的质量关键取决于数据的可量化性。尤其对于小动物成像来说，诸如部分容积效应的各方面考虑起到了重要的作用，并且应当得以校正以便获得有意义的浓度值。可以使用单成像模式设计和/或校正、或者通过使用诸如(但不局限于)来自CT扫描的解剖信息的补充模态数据，来减轻这些效应，这在本文中是非常有用的。
量化在市场上是有价值的。处理部分容积和运动校正等的软件工具是可获得的，并且对于可靠的量化来说是有价值的。动物成像在示踪剂开发和验证过程中起到了重要的作用，这由于其减少了用于评估示踪剂特性所需耗费的时间和工作量。使用体内成像，可以在一时间段中对同一动物执行一系列分析，并且进而在长时间跨度上研究例如示踪剂的生物分布。如果不成像，相同的研究将涉及许多动物，不得不在各个时间点处死这些动物以使用体内方法测量示踪剂分布。而且，通过应用诸如药动学建模的技术，可以在一次成像过程中一次评估多个生物参数。
药效学的药动学建模允许一次同时评估多个生物和分子参数。由于时间进展过程中示踪剂在动物中的分布是动态过程，与动态序列分析相比，静态成像仅包含有限的信息，所述动态序列分析允许存取管理动力学过程的速度恒量。
支持该活动的临床前应用可以概括为向用户提供进行范围变化的研究的能力，下列每个水平使得提高了对设备的要求或者使得聚焦在设备领域。
单一对象的快照测量，例如，摄取；
在放射性标记的标记物的1—5个半衰期期间的时间活性；
多个成像阶段上对单一对象的纵向研究；
对同一实验室中的多个对象的群组研究；以及
对多个分布式研究和/或方法的种群分析。
这些水平最直接地应用于药物和生物标记物的探索和开发过程。实现这些研究类型的软件应用程序是重要的，因为这样做有利于标准化，从而进行更高质量、更可再现的研究，这种研究代替了耗时和易出错的手动方法，或者给定了与该工作相关的数据体积的情况下尤其困难的常规编程方法。重要的标准化应当由仪器驱动，而不是取决于各个主要调查员(investigator)。
本申请提供了一种新的改进的小动物处置、成像和研究数据分析技术，其克服了上述和其它问题。
根据一方面，提供了一种体内成像系统。使用至少一种成像模态来采集成像设备中成像区域内的对象的体内成像数据。重建处理器将原始数据重建成图像表示。准备模块提供了在其中准备用于以该成像模态成像的对像的空间。研究工作站向用户提供了与该成像模态的电子接口。
根据另一方面，提供了一种体内成像方法。将该研究设计为在体内成像系统上执行。选择所需的数据挖掘和计算的生物信息学活动作为成像研究的补充。采集和处理成像数据。量化处理后的成像数据。对处理后的成像数据和/或使用计算活动的结果执行统计分析。随后，以用户选择的形式报告该统计分析。
根据另一方面，提供了一种用于设计体内成像研究的研究工作站。该工作站包括用于创建和定义该研究的研究设计门户。用户可以从工作站在数据挖掘门户可以访问的资源中选择与该研究相关的数据。用户可以从图像采集、重建和/或图像处理门户中选择可获得的工具。用户可以在量化门户从预定义的一组工具和临床包中选择可获得的工具。
用户可以在统计分析门户选择预定义后处理分析和特定(ad hoc)后处理分析中的至少一个。报告门户允许用户定制数据报告方法。
根据另一方面，提供了一种设计一项研究的方法。由用户制定能够在体内成像环境中被检验的假设。在工作站计算机上初始化研究设计工作流程的例程。指定成像和计算方法之间的关系。指定该研究的参数。当对该研究进行设计时，通过请求构建该研究的可能结果的模型而获得在该研究设计中的置信水平。
一个优点在于改进了研究的再现性。
另一优点在于用户设计和执行研究具有更大的灵活性。
另一优点在于可访问现存的研究和信息数据库。
另一优点在于设置用于成像研究的标准化协议的能力。
另一优点在于对成像数据进行结构化后处理以最大化该结果的统计置信度。
另一优点在于利用确定新诊断和治疗的功效的管理存档中的报告结果的能力。
本领域技术人员，在阅读和理解下列详细说明书之后，将意识到本发明的其它优点。
本发明的形式可以是各种部件和部件的布置，以及各种步骤和步骤的布置。附图仅出于说明优选实施例的目的，并且不应理解为限制本发明。
图1标识了所述系统和工作站起作用的内容；
图2是根据本发明的动物成像系统的示意说明；
图3示出了围绕公共中心点放射状定向的数种模态；
图4示出具有多个模态的旋转扫描架；
图5是动物成像舱的侧面视图；
图6示出用户可获得的研究工作站的子系统；
图7是说明了图2的系统的部件之间的关系的流程图。
参考图1，示出了用于诊断、治疗和/和研究活动的成像系统的典型内容。
参考图2和继续参考图1，示出了典型的成像系统10。图上包括有助于小动物成像的任选部件。本申请预期如下系统，该系统具有用于正电子发射断层扫描(PET)、计算机断层扫描(CT)、单光子发射计算机断层扫描(SPECT)、动物准备的模块，用于显像、图像配准、融合和分析能力的工作站，和其他成像和数据处置。将各种模块组合在覆盖物下，该覆盖物允许以并排、背对、分布式和/或成行配置的各种组合，根据空间和吞吐量问题确定灵活的配置。还预期具有公共的对象定位器，以及可以相对于该定位器对接和脱离的动物固定器。在并排配置中，如图2所示，通过对接特征实现精确的图像配准，其在动物固定器对接和脱离时提供了定位的精确性和可重复性。通过使用基准标记物可以获得附加的图像配准。
参考图5并继续参考图2，成像模态12负责对数据采集成像。如上所述，模态12可以是任何成像模态，包括但不局限于PET、SPECT、CT和MRI中的一个或多个。动物舱14在成像阶段期间固定一个或多个动物。舱14通常包括一个或多个固定器或床16、圆柱形盖18、生理参数传感器20、诸如与动物鼻子相适合的鼻锥体的麻醉设置22以及固定器侧对接接口24。作为选择，盖18可以包括袋，其可以被抽空以与对象保持一致。对接接口24优选以这样的方式设计，即当将固定器插入成像模态12中时施加最小插入/扭转力。优选地是，当将动物从一种模态转移至另一种模态时，不打扰动物的位置。通过使用相同的对接接口24配置所有模态和对接站(dockingstation)，处置者可以在不同的模态和对接站之间交换固定器。对接接口功能包括向处置者提供监测、加热和麻醉接口，并且提供对多至四个动物的支撑。出于安全理由，麻醉阀在舱14分离时可以自动关闭而当舱14连接时可以再打开。优选将舱建立为能经受许多清洁处理和消毒，例如酒精、蒸汽、辐射等。
单一动物舱14可以支撑数个不同的床16结构。一个舱14可以容纳多至两个(2)大鼠床16，并且作为选择，一个舱14可以容纳大量多个、例如四个(4)小鼠床16。除床固定件(mount)之外，每个舱接口24还提供与测量传感器20连接的一个或多个插孔、用于空气和麻醉剂的流体接口等。床16可以是仿形的床(profiled bed)或平托台(flat pallet)。为了提高加热效率，优选的是，使用分离并且尽可能小的圆筒18以围绕每个动物，而不是使用覆盖所有动物的一个大圆筒18，但是后一实施例也并非不可行。圆筒18优选易于移除。还提供了孔，通过孔可以插入或拔出用于同位素注射和/或任选的测量和物理作用的导管。
平托台式的床类型允许动物技师进行非标准测量或对非常规使用的动物结构工作。技师可以自由地放置不同大小和重量的不同动物。托台式床16上的鼻锥体22优选是可互换的，以适应不同大小的动物。鼻锥体22优选是对辐射半透明的，并且紧密地覆盖动物的头。另外，鼻锥体22可以移除，例如如果使用注射麻醉剂时。托台式床16在每侧装配有孔，用于安装运动限制器。
在另一实施例中，床16是样式适宜的仿形床。仿形床16优选使用一些类型，每种类型配置为适应不同的动物种类(大鼠、小鼠)和大小(小、中、大)。床曲线允许容易和可重复地动物定位，两者都具有时间远程扫描中的同一对象或者具有不同的对象。运动限制器集成在床中以阻止在扫描期间或扫描之间再布置对象。与床16集成的限制器还预期代替传统的用带子缠绕和解缠绕。
ECG和呼吸探头20优选与床16集成。作为选择，可以手动地将传感器应用于对象。SpO2和加热元件也可以是床16的一部分。床上的位置标记(即尺状标记)当将对象安置在床16上时协助再现位置。假设在脑部成像中需要精确的再定位，可以包括立体定向框架。为了允许在将对象固定在床16上时接近对象而不打扰对象的位置，优选地是当将动物固定在床16上时使得可接近动物的尾巴、腿和眼睛。这对于接触动物的高压蒸汽灭菌器而言是所需的，从而那些特殊部件优选可经受高温蒸汽清洁和消毒。床是可独立移除的，从而有助于接近多动物配置内的对象。对于大鼠和小鼠对象，加热的尾部固定器是优选的，因为他们帮助防止尾部血管在寒冷环境中收缩并且改变血液流速。可以包括吸收材料以在成像阶段期间处理排泄物；床设计可以适用一次性材料，或者它们可以集成到床16中。床16可以设计为所有或大多数所需探头嵌在床16中。作为选择，床可以设计为所有探头足够柔软以放置在操作者所需的任何位置。集成的传感器有助于标准化成像，尤其当吞吐量是问题的时候。在例如复杂的研究方案中可以使用外部探头，其中更重要的是以最大准确度执行给定方案。虽然预期动物准备和成像模块并且将其示为并排，但是动物准备和成像可以位于不同的房间内。
再参考图2，系统10包括对象定位器26，能够接收和对接舱14。定位器26用于在成像阶段期间将动物舱14最优地定位在扫描仪12的成像区域中。舱14具有标识符，用于向系统提供唯一的固定器身份。当固定器连接至对象定位器26时，可以读取该身份，例如在成像期间移动通过读卡机的条形码。虽然图2中仅示出了两个模块，可以预期的是，可以根据需要和空间允许而将数个更多的模块添加至系统。例如，PET模块可以邻接CT模块。或者，由于在PET成像中成像时间通常更长，可以对每个CT模块提供数个PET模块以提高吞吐量。定位器26能够将舱14从一个模块移动至另一个，例如，在扫描之间。定位器26还可以包括舱滚筒，能够使得舱14围绕其纵轴滚动，用于使舱14不同地定向。
可以以并行的方式并排布置模块，如图2中所示，但是例如也可以串行定向，即其中之一位于另一之后，或者围绕共有中心点径向布置，如图3中所示。模态的另一可能定向是旋转扫描架系统，如图4中所示。优选的是，模块12是可移动的，允许一个转换成另一个，或者进行不同的定向，这取决于用户当时的需求，但是还可以预期永久的或半永久的壁安装的模块。可移动模块优选装配有制动器或其他锚定设备以在用户已经将模块设置成所需配置之后防止移动。当连接了动物舱14等待扫描时，对接站28提供麻醉和监视。如图所示，对接站可以包括储存空间31，用于储存未使用的附加床16、圆筒18或其他未使用的设备。引导室(未示出)提供了放置有意识动物的区域，从而其可以在安放在动物床16之前得以麻醉。类似模态12，优选的是，对接站是可移动的。这样，用户可以将对接站移动至邻接他或她正以其操作的任何模态12。
在图2的实施例中，系统10包括两个模块，即采集模块12和动物准备模块，即对接站28。优选地，对接站28增加了数个方面的功能。这些方面包括如前所述的在其中使得对象处于麻醉状态的引导室，将对象连接至床并且安装所需传感器的物理工作空间27、用于在研究之间维持对象的生命支持和麻醉的对接端口29、以及在对象(未示出)唤醒期间提供生命支持的“唤醒箱”。将舱对接至接收系统的优选方法是通过正锁闭机构，其通过位于定位器26中的致动器所施加的轴向力而接合。此外，致动器的接合应当不需要打扰动物。每个舱14上的对接接口24包括导线以接合动物监视和麻醉(AMA)系统38，其包括电气连接。麻醉连接包括“未连接时自动关闭”功能，以防止麻醉剂损失在周围环境中。
因而已经描述了系统的硬件和模块性，现在本申请转向描述对小动物对象成像的典型工作流程过程。首先，将动物置入设施中。过去，所研究的动物将通常需要处死以便于获得活体外测量，这基本上在一时间点冻结了摄取特征。在本系统中，这种处死不是必须的，因而可以在研究过程中对相同的动物成像多次。因而，动物通常保持在现场，但是可以预期的是，它们可以从装置外引入。将动物引入扫描室内并加以麻醉。如前所述，这是通过在引导室中使用低级麻醉(coarse anesthesia)而实现的。一旦动物得以麻醉，就将动物定位并且固定在成像床16上。除了定位动物的感兴趣区域之外，定位动物还包括将动物的头部牢固地定位在鼻锥体22中，鼻锥体用于自动持续地输送麻醉剂。此时，传感器20连接至对象动物。一旦动物位于床16上，将盖18置于动物上，并且将舱14连接至一个对接端口29。
其次，用户校准40该系统。这包括软件校准和硬件校准，诸如X和Y轴零位调整。一旦校准了扫描仪，定位器26就将舱14从准备模块28上的对接端口29重新定位至扫描模块12上的对接端口29。一旦舱已经正确地定位在扫描模块中，就初始化扫描。在扫描进行的同时，AMA38监视舱14的环境因素和对象的生命体征，并且持续地向对象提供麻醉。对象监测允许用户最大程度地排除生理学变量。通过控制生理学变量，研究设计置信度增强，并且结果将更易于再现。使用另一种方法，生理学变量的波动可以使得其他的完好研究变坏，从而需要尽可能多地控制这些变量。
一旦完成扫描，从舱中移除动物，并且将其放置在后麻醉室中进行唤醒。在此，AMA38监测室温。当动物恢复意识时，将其转移回其生活环境中。随后可以处理成像扫描，并且集成到用户的整体临床研究中。
为了有助于创建研究，该系统包括研究工作站30。该工作站30包括计算机，其控制主要系统功能，并且向用户提供用以操作图像数据的接口。该研究工作站30包括采集控制以允许开始、暂停、恢复和停止图像采集并且示出采集的状态和进展信息。该研究工作站30还与AMA38接合以便在工作站上显示数个模态和动物准备阶段上扫描的多个动物的生命体征。另外，采集控制和重建用户接口可以完全或局部位于研究工作站30中。在研究工作站30上包括多模态功能，诸如PET—CT非刚性配准。在这种情况下，可以经由研究工作站30实现与CT采集控制的接合。优选地是，研究工作站30向系统10的所有应用提供迁移路径，以使用用于基础服务和操作的共用平台。自然地，随着可获得新准备技术、扫描技术、软件、硬件等，可以更新该工作站30。
出于研究目的进行的研究通常是假设驱动的。技师或临床医生可能有一个想法，并且进行之。可能一项研究的结果使得技师对本来不会产生疑问的问题产生疑问。其他研究可能并非研究完全新的想法，而是支持已经存在的假设的有效性。在任一情况下，对于技师有利的是具有设计和修改成像研究的能力。这包括开发新方面的研究和需要已知方法和技术补充新想法。
参考图6，研究工作站30包括对象和研究管理的功能。研究管理部件与用于定义协议的协议设置部件交互。这允许用户设置和编辑参数。研究工作站30与模态控制器36交互以提供关于活动研究的信息并激活研究。模态控制器36请求激活研究。研究工作站30还与采集控制器12相交互，以将该协议传递给采集控制器12并开始、暂停、停止或恢复采集；研究工作站30从采集控制器12接收进展更新，并然后将它们显示给用户且将它们传递给模态控制器36。研究工作站30中的协议设置优选允许进行协议参数的编辑和输入。存储所得到的协议并且使之与研究相关。研究工作站30还接收来自模态控制器36的修改请求，并且向其提供协议信息。可以进行研究的协议设置直到在模态12处激活该研究的时候。
除研究设计和管理之外，研究工作站30还提供了可视用户研究设计接口33，用于评估研究方法、步骤、对象数量、统计分析和其他数据处理结果等。这在给定累计的系统精确度和误差时允许用户实现特定水平的置信度，以及指定局部成像和计算方法(诸如数据挖掘和生物信息学)之间的关系。研究工作站30允许用户使用选择进行研究的步骤序列的能力来图形地设置复杂的过程。用户可以指定各种广泛接受的研究类型，其范围从松散地结构化试验性研究至逐步增长的严格和受控的研究。
该研究设计能力的实现，是通过向用户提供能力以将表示各种数据输入、采集、处理、量化、显像、分析和报告能力的数据块“拖放”至表示根据用户需要的图像和数据流的选项板(palette)上。工作站30提供了大量的数据块，其提供了已建立的和新步骤的组合。一旦将数据块拖放在选项板上，允许用户设置该数据块的“特性”，这些特性将所述数据块配置为用于特殊研究并且考虑所需的用户定义的互连。系统提供用于评估系统准确度和置信水平的计算器，以及用于确定关于提供的假设实现预测统计显著性所需的对象或成像阶段的数量的装置。从研究、设置、索引、数据处置、控制和选项设置获得的结果都与指定的研究相关，并且可以再次调用用于之后使用。这样，用户可以简单地使得研究工作站30调用表现良好的研究，并且改变所选的参数或数据块以创建新研究，而不是从草稿(seratch)中定义新研究。
研究工作站30还包括数据挖掘/生物信息学设计接口或门户。该子屏幕允许用户访问第三方搜索引擎35a或者允许内部专有信息应用程序访问器官模型35b和疾病模型35c、种群数据库35d、对象特异性数据35e、IP数据35f、量化数据35g、报告数据35h、生物库35i、电子患者图(EPR)35j和其它知识数据库35k。这种信息可以包括可编辑的模板、STL文件、平均量(normals)、集合等。该方面提供了用于使信息研究应用商业化的场所，所述应用补充了标准成像。附带地，在已经创建和检验研究之后，该研究可以集成回到各种知识数据库35j中，用于将来作为参考。
用户可获得的另一设计接口或门户包括关于图像采集和重建37的选择。研究工作站30用于创建研究，配准动物数据和调用工作流程。研究工作站30支持显像协议中的操作者工作流程，从而提供采集控制和状态，并且提供用于回顾的图像。研究工作站30具有已连接的大型高分辨率显示器。该显示器支持灵敏的对象控制，并提供对大量信息的简单访问。这包括协议选择和修改。附带地，用户能够管理医学数字成像和通信(DICOM)58形式以及其它本地输入的图像形式。器械校准和准确度数据可以在私有标签中传送。不具有器械校准和准确度标签的外部数据可以基于研究工作站30的提示而手动输入。随后，数据可以输出至图像归档通信系统或PACS60。
在图像处理工作流程设计接口39，用户可以从各种后采集图像调整和增强中进行选择。在一个实施例中，该子屏幕呈现了用于各种类型配准、表面和体绘制、基于模型的分割、显像、融合等的图形用户接口。附加地，用户具有选项以选择校正，诸如部分容积校正和局部运动校正。数据可以表示为从多个输入到多个输出的“变换”，包括可显示部分(例如，图像)和非可显示部分(例如，变形场)。同样，图像处理子屏幕是包括纵向和群组研究协议56的便利场所。
研究工作站30还包括量化设计接口41。在该点，用户可以选择标准摄取值(SUVs)、药动学、与特定器官系统和/或疾病过程(诸如心脏病学、神经病学、肿瘤学、骨密度测量学、新生血管化)相关的工具以及其它包。一般地，用户具有选项以选择已经检验和经常重复使用的现有包，以及较不太熟知但是正在逐渐变得可接受的包。同样可优选地，如果需要，用户具有创建包的灵活性。一些分析一般与临床前领域相关，但是在一些情况下，这些包可以是较早的版本，其对于临床使用将最终是有效的。这样，系统辅助将该能力从动物模型转送至人类模型。
在统计分析工作流程设计接口43中，用户可以计划和执行对他们先前设计的研究的分析。在此，用户例如可以利用用于假设评估47的贝叶斯置信度计算。假设评估47包括研究设计33和统计分析43。一些自动评估框架结构可在熟知的研究形式中获得，这取决于用户希望从数据中获得的内容。该子屏幕还包括对用于特定后扫描分析的统计计算的访问，并且不限制于前设计研究。这样，如果用户怀疑在数据中可能存在一些倾向或联系，他们可以设计他们自己的分析以进行调查。
最终，当报告数据时，用户具有数个选项。在报告设计接口45中，用户可以获得图表、图形、文字概述、标准FDA报告等用于报告他们的研究。当然，用户还可以定制设计报告方法，其使得其本身说明当前的研究。优选地，工作站30还包括硬件建模功能，其允许用户设计由用户支配的硬件的定向和布置。由于每项研究设置将具有不同的能力和限制(研究经费、物理空间等)，每个设置可获得的硬件也将不同。用户可以告诉系统其可以获得什么硬件，并且随后设计该布置以帮助进行工作流程和对象处理。使用可移动模块模态，用户可以灵活地布置这些模态以最有利于执行他或她的假设检验。当评估该研究时，系统还可以考虑硬件布置，诸如识别潜在瓶颈、与长期保持对象麻醉相关的问题等。
在图7中示出系统的元件以及它们彼此之间的关系。成像器12子系统包括检测器以及与特定系统相关的电子器件，无论其是PET、SPECT、CT、MRI、另一成像模态或其组合。局部用户接口32提供了用于指令输入和对象定位器26的状态或数据读出的局部用户通道，动物监测和麻醉系统38以及用于开始或中止采集序列的成像器控制。图2中所示的局部用户接口是触摸屏，但是其也可以是与数个不同的模态接合的普通可拆卸的控制板。对于彼此靠近定向的模块12，接口32可以安装在可移动平台上，其遵循沿着模块的线的轨道，从而接口32可以位于用户此时正好工作的任何地方。在又一备选实施例中，接口32可以是无线设备，诸如平板PC(tablet PC)、PDA或其它能够与系统10无线通信的无线设备。
服务器34处理扫描器12收集的数据，并且还向采集系统提供对可编程接口的控制、重建处理和支持。模态控制器36控制局部模态功能，并且保持对该模态定义的研究的跟踪。这些包括AMA子系统38、定位器26、对接29、用户接口32和定位激光器42。控制器36还提供从模态12的接口32至研究工作站计算机30的输入。控制器36允许当连接了舱14时对研究进行选择。其找回用于所选研究的协议信息，并且允许更新所选研究。当选择触摸屏32处的采集屏时，其激活了研究工作站30处的研究，导致协议由研究工作站30载入采集控制器12。
AMA子系统38执行生命体征监测(温度、脉搏率、血压、ECG等)、麻醉和废气清除，以及一个或多个对象的温度控制。AMA子系统38物理地连接至动物舱14，该舱14具有用于监视探头20的导线、用于温度控制的加热器和用于运送麻醉剂和废气的管道。
使用重建处理器44作为用于重建的计算资源。重建处理器44经由网络连接与服务器34连接，所述网络连接诸如第二细电缆网连接，其支持原始数据处置、重建控制和图像传送处置。附加模态可以引入系统10，并且结果，重建处理器44还可以处置那些图像信息任务。在这种情况下，重建处理器44经由专有高速串行链路接收原始图像数据。重建处理器44经由1GB细电缆网连接与服务器34连接，例如，其依次支持用于CT重建协议和图像传送的高级可编程接口。服务器34还使用该接口以经由可编程接口向重建处理器单元44提供重建控制。优选地，重建处理器44包括五个服务器，但是可以根据处理任务的要求包括更多或更少的服务器。研究工作站30包括如在此所述的工具，以及合适的快速原型(prototyping)环境软件。
定位器控制子系统46例如经由以太网连接接合至模态控制器36。经由该连接，发布移动命令并且返回状态和位置信息。定位器控制46负责控制对象定位器26的位置。通过模态控制器36和位置控制器46执行定位器26的运动。模态控制器36实现执行所选床运动的接口。定位器控制器46将其转换成伺服命令。高速路由器48将研究工作站30、重建处理器44和服务器34连接至成像器12。路由器优选是1GB智能路由器，其允许将采集子网络与部门(department)或外部网络50隔离。成像模态12、研究工作站30、服务器34、重建处理器44和路由器48可以集体认为是采集子网51。逻辑上，采集子网51连接采集控制(位于给定模态中)、服务器34、研究工作站30和重建处理器44。该接口将采集控制命令从研究工作站30运送至成像采集12和服务器，允许研究工作站30请求对象定位器26运动，并且提供路径，通过该路径原始成像数据从采集12传送至服务器34和重建处理器44。智能路由器48用于隔离该逻辑连接。至研究工作站30的连接还支持将最小处理的图像传送至服务器平台34和外部(即，专用网络)设备50。
电源52子系统向部件提供各种AC和DC电压。当电路受扰时，紧急关闭(E—停止)电路54切断电源。当激活E—停止电路54时，电源将切换成安全模式，例如，高压和运动控制电源可以关闭，同时计算元件可以保持工作。模态控制器36能够读取和控制状态。可以预期的是，电源系统52可以是工厂可配置的以接收120V或230V AC。另外，电源将包含电源适配模块。该模块将输出230V以便于对需要较高电压的模块，诸如重建处理器44供电。
对接接口模块29负责允许将动物舱14精确对接至定位器26。而且，模块29负责形成牢固(robust)的电气连接。对接接口可以借助于致动器而电控制。一般地，采集模块12和对接站28装入框架中，该框架最优的为重量最小化并且系统的刚性最大化。另外，该框架实际上应当可透过辐射，从而其可以包围成像设备的膛。玻璃纤维是一种典型的框架材料。优选地，包括触摸屏32或其它局部用户接口用于控制定位器26、显示AMA数据和辅助对象定位。定位器控制器46经由同样在设备控制器36上运行以执行床运动的软件而从触摸屏32接收运动命令。触摸屏32提供部分模态人类接口。触摸屏32的软件在模态控制器36上运行，并且接合AMA38、运动控制和采集信息部件，还在模态控制器36上运行。局部用户接口32的位置由功能性考虑来描述，诸如在成像期间通常位于设备膛中或周围的对象等。优选地，框架装配有集成在E—停止电路中的盖开关，用于在打开盖时切换电源。
已经参考优选实施例描述了本发明。对于本领域技术人员而言，在阅读和理解了前述详细说明书之后，可以进行修改和改变。本发明意于构建为包括落入随附权利要求及其等效的范围中的所有这种修改和改变。
Claims (36)
1、一种体内成像系统，包括：
至少一种成像模态(12)，用于采集所述模态(12)的成像区域中的对象的体内成像数据；
重建处理器(34)，其将原始数据重建成图像表示；
研究工作站(30)，其向用户提供与所述成像模态(12)的电子接口，所述工作站包括研究设计用户接口，其允许用户进行创建新研究和修改现有研究中之一，以在所述体内成像系统中使用。
2、根据权利要求1所述的体内成像系统，其中，所述至少一个成像模态(12)是小动物成像模态。
3、根据权利要求1所述的体内成像系统，还包括：
至少第二成像模态(12)，其可相对于所述至少一个模态(12)移动，所述第二成像模态(12)可由用户定位以有助于所述用户的假设检验的需要，并且可与所述研究工作站(30)连接。
4、根据权利要求1所述的体内成像系统，其中，所述研究设计用户接口允许用户指定成像和计算方法之间的关系。
5、根据权利要求1所述的体内成像系统，其中，所述研究设计用户接口允许用户至少存储结果、索引设置、数据处置设置、控制设置和选项设置，用于之后回想。
6、根据权利要求1所述的体内成像系统，还包括：
数据挖掘用户接口，通过该接口用户执行与所创建或所修改的研究相关的数据挖掘任务。
7、根据权利要求1所述的体内成像系统，还包括：
量化用户接口，其允许所述用户调用现有的临床研究包，并且允许所述用户访问标准化摄取值工具、药动学工具、心脏病学工具、神经学工具、肿瘤学工具、骨密度测量工具和新生血管化工具中至少之一。
8、根据权利要求1所述的体内成像系统，还包括：
统计分析用户接口，其在用户控制下执行下列中至少之一：
分析先前设计的研究；
将贝叶斯置信度计算用于假设评估；
接收对于更熟知研究的自动分析；
分析含有大数据集的种群；以及
执行特定的后研究分析。
9、根据权利要求8所述的体内成像系统，还包括报告用户接口，其允许所述用户定制数据报告方法以报告所述统计分析。
10、根据权利要求1所述的体内成像系统，还包括麻醉控制用户接口，其可由所述用户控制以经由准备区域(28)和所述成像模态(12)中的至少一个管理麻醉供应。
11、根据权利要求1所述的体内成像系统，还包括：
定位器(26)，其在成像阶段期间将动物舱(14)最优地定位在所述成像模态(12)的成像区域中。
12、根据权利要求11所述的体内成像系统，其中，所述动物舱(14)可与位于所述准备区域(28)以及所述至少一个成像模态(12)中的若干对接接口(29)中的至少一个对接。
13、根据权利要求12所述的体内成像系统，还包括：
至少一个动物监测和麻醉系统(38)，用于在镇静阶段期间监测对象的生命体征，并且用于通过所述若干对接接口(29)向所述对象提供受管理的麻醉。
14、根据权利要求1所述的体内成像系统，还包括：
触摸屏(32)，其位于所述成像模态(12)上，通过该触摸屏所述用户与所述研究工作站(30)接合。
15、根据权利要求14所述的体内成像系统，还包括：
模态控制器(36)，其控制局部模态功能，保持跟踪对于该模态定义的所述研究，并且将来自所述模态(12)的所述触摸屏(32)的输入提供至所述研究工作站(30)。
16、一种诊断成像方法，包括：
构建可通过体内成像检验的假设；
设计在体内成像系统(10)上执行的用于检验所述假设的研究；
选择将在该研究中使用的预期数据挖掘和生物信息学；
采集和处理成像数据；
量化处理后的成像数据；
对所述处理后的成像数据执行统计分析；以及
报告所述统计分析。
17、根据权利要求16所述的方法，其中，所述设计研究的步骤包括：
进行创建新研究和修改现有研究中之一，以在所述体内成像系统(10)中使用。
18、根据权利要求17所述的方法，其中，修改现有研究包括：
调用先前存储的研究；以及
编辑所调用研究的各方面以应用于当前研究。
19、根据权利要求16所述的方法，其中，所述量化步骤包括：
选择标准化摄取值工具、药动学工具、心脏病学工具、神经学工具、肿瘤学工具、骨密度测量工具和新生血管化工具中的至少之一，以对处理后的图像数据进行操作。
20、根据权利要求16所述的方法，其中，所述执行统计分析的步骤包括至少下列之一：
将贝叶斯置信度计算用于评估假设；
自动评估更熟知的研究形式；
在大对象种群上执行种群分析；以及
执行特定后分析。
21、根据权利要求20所述的方法，还包括：
选择用于报告所述统计分析的定制形式。
22、根据权利要求16所述的方法，其中，所述设计、选择、采集、量化、执行统计分析和报告步骤中的至少一个包括从触摸屏接口(32)上导引所述系统(10)。
23、根据权利要求16所述的方法，还包括：
在与准备模块(28)和成像模态(12)相关的若干对接端口(29)中的一个处对接包含镇静后的动物的可对接舱(14)；以及
经由所述对接端口(29)监测所述动物的生命体征并向所述动物提供麻醉。
24、根据权利要求16所述的方法，还包括：
将多个成像模块(12)布置成有助于执行所述假设研究的配置。
25、一种执行根据权利要求16所述的步骤的装置。
26、一种计算机介质，对其编程以控制处理器执行根据权利要求16所述的方法。
27、一种工作站(30)，用于设计小动物的体内成像研究，其包括：
多个工作流程设计接口，该接口定制对用户假设进行最优检验的工作流程；
硬件设计接口，其对模块化布置建模以有助于所述假设的检验；
反馈设计接口，其标识所述用户研究设计的潜在问题，并且建议备选方案。
28、根据权利要求27所述的工作站，其中，所述多个工作流程设计接口包括：
研究设计门户，用于创建所述研究；
数据挖掘门户，用户在该门户可以从所述工作站(30)可以访问的资源(50)中选择与所述研究相关的数据；
量化门户，其允许所述用户从预先定义的工具组和临床包中选择可获得的工具；
统计分析门户，其允许用户选择预先定义的后处理分析和特定后处理分析中的至少一个；以及
报告门户，其允许用户定制数据报告方法。
29、一种计算机系统，包括：
a)研究设计子系统(33)，用户通过该子系统设计将要执行的研究；
b)数据挖掘子系统(35)，用户通过该子系统访问来自先前研究的数据；
c)图像产生和重建子系统(37)；
d)图像处理子系统(39)，用于修改来自所述图像产生和重建子系统(37)的图像；
e)量化子系统(41)，其评估和量化来自所述研究设计子系统设计的所述研究的数据和图像；
f)统计分析子系统(43)，其至少分析来自所述数据挖掘子系统(35)的数据；
g)报告子系统(45)，其编译从至少所述统计分析子系统(43)的输出，并且产生用户可读报告。
30、一种研究设计方法，包括：
a)制定能够在体内成像环境中检验的假设，以及至少下列之一：
i)在工作站(30)计算机上初始化研究设计工作流程例程；
ii)指定成像和计算方法之间的关系；以及
iii)指定所述研究的参数；
或者
i)设计用于检验所述假设的工作流程；以及
ii)将多个成像模态(12)布置成有助于执行所述研究的布置；
b)通过请求构建所述研究的可能结果的模型而获得所述研究设计的置信水平。
31、根据权利要求30所述的方法，其中，所述指定所述研究的参数的步骤包括：
访问至少一个已知研究并且使其适于对所述假设进行调查。
32、根据权利要求30所述的方法，其中，所述设置步骤包括将所述模态(12)布置成串行、并行、径向和旋转布置中之一。
33、一种模块化成像系统，包括：
至少一个可移动成像模态(12)；
至少一个可移动对接站(28)，其靠近所述至少一个可移动成像模态放置；
所述成像模态(12)和能够接收和与舱(14)接合的对接站(28)上的通用对接端口(29)；
至少一个舱定位器(26)，用于抵靠对接端口(29)定位所述舱(14)。
34、根据权利要求33所述的模块化成像系统，还包括：
至少第二可移动成像模态(12)，其与所述第一成像模态(12)相关布置以有助于对象研究的工作流程。
35、根据权利要求34所述的模块化成像系统，其中，所述第二模态(12)以与所述至少一个成像模态(12)为串行、并行、径向和旋转关系中之一布置。
36、根据权利要求33所述的模块化成像系统，其中，所述至少一个可移动成像模态(12)和所述至少一个可移动对接站(28)包括锚定设备，用于在放置好所述模态(12)和所述对接站(28)后防止运动。
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