CN101517434B - 具有轨迹优化的心脏spect系统 - Google Patents
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Abstract
在一种公开的成像方法中，按照围绕对象(S、SS、SXL)的探测器头(14、16)沿路径(P)的位置对所述探测器头的瞬时速度或数据采集驻留时间进行优化。所述优化相应于小于所述整个对象的感兴趣区域(H、HS、HXL)的期望放射性发射分布图(EPROI)。利用优化的瞬时速度或数据采集驻留时间(40)使探测器头沿着路径横过。在所述横过期间，利用探测器头采集成像数据。重建所采集的成像数据，以生成至少感兴趣区域的重建图像。还公开了一种配置为执行上述成像方法的伽马相机(10)。
Description
下述涉及成像技术。其尤其应用于核医学成像以及用于执行核医学成像的装置。然而，下述通常更普遍地应用于断层成像方法和装置。
在单光子发射计算机断层摄影(SPECT)中，围绕对象布置一个或多个辐射探测器。预先施予到对象的放射性示踪剂(例如，预先施予到人类医学患者的放射性药物)生成被辐射探测器探测为辐射事件或计数的放射性发射。辐射事件探测定义了成像数据，重建这些数据以生成通常指示对象中放射性药物分布的图像。在一些方法中，选择放射性药物以优先在器官或其他感兴趣区域(诸如用于心脏成像目的的心肌)中积累。辐射探测器被典型地布置成具有安装于机架上的一个或多个辐射探测器头的伽马相机，该机架使得这些探测器头能够围绕对象进行断层摄影移动，从而在典型地处于约180°和360°之间的角跨度上采集视图，从而便于重建三维图像。
在典型的心脏SPECT相机中，两个探测器头位于圆形或半圆形的机架上彼此以固定的90°偏移，并且一致地围绕患者旋转至少约90°，从而提供至少约180°角跨度的成像数据。将患者躯干的中心典型地置于探测器头旋转的等中心上。这种布置对扫描设置来说很方便，但是它将心肌放置在相对于等中心偏移的位置。
重建SPECT成像数据以产生三维图像是一个计算上复杂的过程。在一些方法中，采用单程滤波反投影重建。该方法相对快速，并且本质上具有确定性。然而，单程滤波反投影易受由图像数据中的噪声而导致生成图像伪影的影响。已开发出诸如最大似然期望最大化(ML-EM)的迭代统计方法。这些技术在本质上具有不确定性，即统计性，并且基本上比滤波反投影更缓慢且更计算密集。然而，与滤波反投影相比，诸如ML-EM的统计技术具有改进的对噪声的鲁棒性。
为了解决ML-EM收敛慢的问题，已开发出一种被称作有序子集期望最大化(OS-EM)的加速导数技术。OS-EM也是一种迭代过程，但是通过处理成像数据集的选定的子集来进行操作。代替在已评价所有投影之后计算估计更新(如在ML-EM方法中)，在OS-EM方法中，投影被分组成适当的子集，并且在评价每个子集之后计算估计更新。
处理数据子集基本上提高了收敛速度，但是却引入了某些缺点。例如，OS-EM的收敛速度和准确度取决于详细的投影子集布置或选择，并且取决于关于每个投影数据子集中所包含的对象的总信息。虽然ML-EM通常在足够数量的迭代的情况下提供确保的收敛，但是OS-EM和处理数据子集的相关技术只在达到被称为子集平衡准则的准则的情况下才确保收敛。以简化方式陈述，子集平衡准则要求每个投影子集包含关于所观察的示踪剂分布的相同量的信息。如果不满足子集平衡准则(典型地在临床应用中)，则已知OS-EM重建收敛于所谓的极限环，其由解空间中有限数量的不同位置给出。其结果为关于最后评价哪个子集的决策对最终重建结果有影响。实际上，典型地在出现极限环之前停止迭代SPECT重建算法，因为在达到极限环之前一直进行迭代趋向于生成非物理的噪声结果。然而，即使在早期就终止，当未能满足子集平衡准则或未能良好地逼近子集平衡准则时，重建图像的质量取决于对投影子集及其处理顺序的选择。
根据一个方面，公开了一种成像方法。按照围绕对象的探测器头沿路径的位置对探测器头的瞬时速度或数据采集驻留时间进行优化。该优化相应于小于所述整个对象的感兴趣区域的期望放射性发射分布。利用优化的瞬时速度或数据采集驻留时间使探测器头沿着路径横过。在横过期间，利用探测器头采集成像数据。重建所采集的成像数据以生成至少感兴趣区域的重建图像。
根据另一方面，公开了一种配置为执行前面段落的方法的伽马相机。
根据另一方面，公开了一种伽马相机，其包括一个或多个探测器头和机架，该机架配置为以可控的可变速度或可控的数据采集驻留时间使一个或多个探测器头沿探测器头路径移动。
根据另一方面，公开了一种成像方法。使围绕对象间隔开的多个探测器头沿着路径同时横过，并且以不同的瞬时速度或以不同的数据采集驻留时间移动。在横过期间，利用多个探测器头采集成像数据。重建所采集的成像数据以生成对象的至少感兴趣区域的重建图像。
根据另一方面，公开了一种查找表。该查找表包含优化的探测器头轨迹数据，该数据包括横过选定的路径并且采集来自对象的感兴趣区域的成像数据的辐射探测器头的优化的探测器头速度和优化的数据采集驻留时间中之一。
根据另一方面，公开了一种伽马相机，其包括设置在机架中的至少一个探测器头和虚约束，该虚约束约束至少一个探测器头沿着机架中或机架上的路径移动，并使所述至少一个探测器头的辐射敏感面面向感兴趣区域。
一个优点在于更快速的迭代图像重建。
另一优点在于更准确的迭代图像重建。
另一优点在于提供了一种对患者来说更舒适的心脏SPECT相机。
另一优点在于提供了一种改进的心脏SPECT相机。
在阅读和理解下列详细描述的基础上，本领域普通技术人员将会意识到本发明的更进一步的优点。
本发明可以由各种部件和部件布置、以及各种步骤和步骤布置而变得明显。附图仅用于图示说明优选实施例的目的，而不应被解释为限制本发明。
图1示出了布置用于人类对象的心脏成像的心脏SPECT相机的透视图。在图1中，SPECT相机的固定机架以半透明的方式示出，以显示包括两个辐射探测器头的内部部件；
图2图解地示出了穿过图1的SPECT相机和对象的躯干的轴向切片；
图3A图解地识别探测器头沿着路径的示例位置“A”、“B”和“C”；
图3B绘制了对象的放射性发射分布图和感兴趣的心脏区域的放射性发射分布图；
图4图解地示出了用于优化辐射探测器头的轨迹的系统；
图5图解地示出了利用图1和图2的相机适当地实践的成像方法；
图6图解地示出了图1和图2的SPECT相机如何利用辐射探测器头的固定路径适应不同尺寸的对象。
参考图1，诸如图示说明的心脏SPECT相机10的伽马相机包括设置在机架16上或机架16中的一个或多个探测器头，诸如图示说明的两个探测器头12、14。每个探测器头12、14采用适当的辐射探测器阵列，例如光电倍增管阵列、二极管探测器阵列、NaI晶体探测器阵列等。提供适当的准直以定义投影数据，例如利用设置于探测器阵列前方的吸收辐射的蜂窝状准直器。所图示说明的机架16包括外部椭圆壁18，其基本上符合探测器头12、14的椭圆路径P(由图1中的虚线指示)，并且还基本上符合人类对象S的躯干。更一般地，路径P为已知路径，所图示说明的实施例中的路径通常为椭圆形，从而基本上符合躯干的形状。对于其他对象或对象部分，非椭圆路径可能是优选的。例如，如果感兴趣区域为前列腺，则接近腹股沟的非椭圆路径可能是有利的。此外，预期路径P针对不同体型的患者是可调整的，例如通过增加或移除膨胀节。例如，对于两个任选插入的膨胀节，会有四个可选路径P，其对应于无膨胀节插入、将两个膨胀节都插入以及通过插入这两个膨胀节中选定的一个膨胀节而选择的两个额外路径。
在成像期间，一个或多个探测器头12、14沿着路径P移动并采集成像数据。在一些实施例中，探测器头连续移动并同时采集数据。在一些实施例中，探测器头以“步进扫描(stepandshoot)”配置移动，其中探测器头移动至采集位置，采集数据，然后移动至下一个采集位置，以此类推，只有在探测器头固定于采集位置时才采集数据。在一些实施例中，探测器头12、14可以相对快速地移动并且以往复的方式横过路径P若干次，同时采集成像数据。典型地，当探测器头往复扫描以采集数据时，连续的数据采集模式是有利的。将会理解到，探测器头的轨迹可以是连续轨迹(沿路径P的每个点处的瞬时速度是指定的)或步进扫描轨迹(探测器头在每个采集位置处的驻留时间是指定的)。此外，将会理解到，轨迹可以是单程轨迹(探测器头沿着路径P的一部分或全部以单程移动)或往复轨迹(探测头沿着路径P的一部分或全部以双程或更多行程往复移动)。还预期轨迹是多程轨迹，其中探测器头针对每个行程沿路径P回绕至同一起始位置，从而使得探测器头针对多个行程在数据采集期间沿同一方向移动。
将机架16配置为提供对探测器头12、14接近人类对象S的躯干的定位，并且提供从对象S观察为明显静态的机架。机架16内部的探测器头12、14的移动对对象S并不很明显，除非也许间接通过振动或噪音。固定的机架16任选地用作对象S的扶手或桌台。在一些实施例中，适形的外壁18相对薄并且与对象S直接接触，探测器头与壁18的内侧接触或以小的公差从外壁18的内侧分开，这使得探测器头12、14在其沿着路径P移动的整个过程中能够接近对象18。与将探测器头布置为距离对象S两厘米相比，利用这种直接接触布置可获得高约30％的效率。
参考图2，图解地示出了穿过SPECT相机10和对象S的躯干的轴向切片。在图2中，使用“心脏”符号图解地指示对象S中的心肌H的位置。对于心脏成像而言，心肌H是感兴趣区域。在其他临床或诊断应用中，另一器官或组织可能是感兴趣区域，诸如前列腺。放射性药物被典型地选择为优先在感兴趣的器官或组织中积累。探测器头12、14所遵循的路径P通常以心脏H为中心，尽管与心脏的中心定位存在一些偏离是可预期的。图2中指示了探测器头12、14沿路径P的各个采集位置的视场边缘线的轨迹。由于在探测器头12、14中典型地应用线形或小角度锥形准直器，每个位置的视场边缘线基本上垂直于探测器头的面。如图2中所指示的，视场边缘线的轨迹共同地定义了大致为圆形或椭圆形的视场边界FOV，其大致以心脏H为中心，心脏H大约位于路径P的等中心并且相对于对象S的躯干不对称。
参考图3A和图3B，图示说明了通过沿着路径P的探测器头12、14而观察到的放射性发射特性。图3A图解地示出了穿过探测器头12、14的轴向切片和包括心脏H的对象S。在图3A中，为了清晰而省略了机架16。在图3A中图示说明的时间点，探测器头14位于表示为“A”的位置，而探测器头12位于表示为“B”的位置。还标记了在位置“A”和“B”之间的中间的额外位置“C”。图3B绘制了沿着路径P每单位时间从总对象S采集的期望总信息，即放射性发射分布图EP总，并且还绘制了沿着路径P每单位时间从感兴趣区域H采集的信息(即放射性发射分布图EPROI)。总发射分布图EP总和来自心脏H的发射分布图EPROI在幅值和形状或形式上是不同的。例如，在位置“B”，总发射分布图EP总具有相对沿着路径P的其他位置较高的值，然而，来自心脏H的放射性发射分布图EPROI在位置“B”相对较低。相反，在位置“C”，总发射分布图EP总相对较低，而感兴趣区域发射分布图EPROI在位置“C”达到其峰值。总放射性发射分布图EP总和感兴趣区域发射分布图EPROI的不同形状反映出区分因素，诸如“探测器至躯干”与“探测器至心脏”的距离关系、诸如骨骼的介入辐射吸收组织的分布、探测器头相对于躯干或心脏的视线的角度等。
为了适应感兴趣区域(即心脏成像的示例情况中的心脏H)的非恒定的放射性发射分布图EPROI，独立地配置每个SPECT相机10的轨迹，以使每个探测器头12、14沿着路径P独立地移动，从而优化相应于感兴趣区域发射分布图EPROI的数据采集，以便于满足或基本上满足子集平衡准则。通过优化或平衡所采集的成像数据中的信息分布，在迭代重建期间更容易满足或逼近子集平衡准则，其转而使得迭代重建更快速且更准确。
通过相应于感兴趣区域H(其小于整个对象S)的放射性发射分布图EPROI按照沿路径P的位置对每个探测器头的瞬时速度或数据采集驻留时间进行优化来使轨迹优化。相对于感兴趣区域放射性发射分布图EPROI而不是相对于总发射分布图EP总来对每个探测器头的瞬时速度和数据采集驻留时间进行优化，这是因为期望优化感兴趣区域内的重建图像。在每个优化的轨迹中，在来自感兴趣区域H的放射性发射分布图EPROI低的路径P的那些部分中，探测器头相对更加缓慢地移动(在连续数据采集的情况下)或具有相对更长的数据采集驻留时间(在离散的步进扫描成像的情况下)。相反，在来自感兴趣区域H的放射性发射分布图EPROI高的路径P的那些部分中，探测器头相对更快速地移动或具有相对更短的数据采集驻留时间。轨迹优化的目的在于，针对沿路径P的每个角间隔或数据采集驻留时间，从感兴趣区域H获得基本相同期望计数的放射性事件。将会理解到，在此使用的术语“优化”和“进行优化”被广泛地解释为包含对相应于来自感兴趣区域H的放射性发射分布图EPROI的轨迹进行的非全局优化或近似优化。例如，可以应用迭代优化，在针对每个角间隔或数据采集驻留时间的放射性事件期望计数在指定的度量内一致时，终止迭代优化。
参考图4，描述了一种用于优化探测器头12、14的轨迹的适当的系统20。系统20接收对象S的感兴趣区域H的放射性示踪剂分布22作为输入。任选地，系统20还接收诸如从透射型计算机断层摄影(CT)成像数据或另一来源导出的衰减图24之类的额外信息作为输入。基于这些信息源，期望放射性发射分布图计算处理器30估计或计算对象S的感兴趣区域H的期望放射性发射分布图EPROI。采集参数计算处理器32基于感兴趣区域H的期望放射性发射分布图EPROI对每个探测器头12、14计算适当的探测器头轨迹数据40。例如，在连续采集的情况下，采集参数计算处理器32将轨迹41计算为按照沿着路径P的位置的探测器头速度，或者对于步进采集成像，将轨迹41计算为每个采集位置的探测器头位置驻留时间。
可以用各种方式获得放射性示踪剂分布22，诸如根据相似的早期检查或根据理论计算。可从CT成像、与期望的或典型的放射性示踪剂分布22相联合的线/点源扫描等获得衰减图24或其他结构信息。如果吸收信息24不可获得，利用估计的对象轮廓线适当地执行轨迹优化，例如假定对象均匀地充满水或其他适当材料。
对于给定的探测器头和沿着该探测器头的路径P的给定的采集位置，基于放射性示踪剂分布22和吸收信息24得到放射性发射速率的估计EPROI。选择优化的探测器头速度41或数据采集驻留时间42，以便于在每时间单位采集的信息量较低的那些轨迹位置花费较多的采集时间，或在别处花费较少的时间。在图1和图2的示例SPECT相机10中，有两个探测器头12、14被配置为独立地进行扫描。在这种有多个探测器头可以独立地进行扫描的情况下，适当地将轨迹优化系统20独立地应用于每个探测器头，除非约束优化以确保避免探测器头发生碰撞是有利的。
继续参考图4并且进一步返回参考图1，在一些实施例中，在开始成像数据采集之前，由轨迹优化系统20计算探测器头轨迹数据40。控制器50利用预先计算的探测器头轨迹数据40控制SPECT相机10来执行单程数据采集，其中(多个)探测器头12、14利用所计算的轨迹40横过路径P，并且，在横过期间，利用(多个)探测器头12、14采集成像数据。所采集的成像数据存储于存储器52中，并且由执行处理数据子集的迭代重建算法(诸如有序子集期望最大化(OS-EM)算法)的迭代重建处理器54进行重建。由于在成像数据采集期间利用优化的预先计算的探测器头轨迹数据40，成像数据的子集典型地满足或基本上满足子集平衡准则，从而提高了迭代重建速度和准确度。重建处理器54生成至少感兴趣区域的重建图像，该图像存储于图像存储器56中。可以通过医院网络或互联网、或其他可采用的方式显示、处理、操作、传播重建图像。
如果采用多探测器头12、14，则形成了集合数据集，其组合来自多个探测器头12、14的所采集的成像数据。重建处理器54利用对集合数据集的选定的子集进行迭代处理的迭代重建算法(诸如OS-EM)来重建集合数据集以生成重建图像。
在其他实施例中，采用双程数据采集，其中将横过和采集作为一个整体过程来执行。在第一成像数据采集行程中，利用具有非优化(或局部优化)的瞬时速度或数据采集驻留时间的非优化(或局部优化)的轨迹，使(多个)探测器头12、14围绕对象S沿着路径P横过，并且在第一次横过期间，利用(多个)探测器头12、14采集第一成像数据。第一轨迹可以例如采用非优化的恒定瞬时探测器头速度或恒定数据采集驻留时间，或基于类似患者的先前成像的局部优化的速度或驻留时间。所产生的第一成像数据用于确定感兴趣区域H的期望放射性发射分布图EPROI，例如通过利用诸如滤波反投影的快速近似重建算法来对第一成像数据执行近似重建。基于期望发射分布图EPROI，采集参数计算处理器32确定缺乏第一成像数据的一个或多个角间隔。在第二成像数据采集行程中，利用由采集参数计算处理器32通过使用从作为输入的第一成像数据导出的期望发射分布图EPROI而计算的优化的瞬时速度或数据采集驻留时间40，使(多个)探测器头12、14至少沿着包括缺乏第一成像数据的一个或多个角间隔的路径P的那部分横过。在第二次横过期间，在缺乏第一成像数据的至少一个或多个角间隔上采集补齐成像数据。这形成了相应于感兴趣区域H满足或基本满足子集平衡准则的适当的集合成像数据集，其适用于由OS-EM重建算法或处理成像数据子集的另一迭代重建算法进行重建。
在另一方法中，第一行程采集定位(scout)成像数据，该定位成像数据不用于图像重建中，但是由滤波反投影等进行近似重建以生成感兴趣区域H的期望放射性发射分布图EPROI。从定位数据生成的期望放射性发射分布图EPROI被输入至采集参数计算处理器32，以生成优化的瞬时速度或数据采集驻留时间40。然后利用优化的瞬时速度或数据采集驻留时间40执行第二行程，以采集用于临床图像重建或诊断图像重建的成像数据，同时丢弃定位数据。
在一些实施例中，预期在横过和成像数据采集期间，基于所采集的成像数据和根据对象S的感兴趣区域H的期望放射性发射分布图EPROI估计的期望成像数据之间的差异来调整瞬时速度或数据采集驻留时间。
在一些实施例中，从数据存储器60检索例如优化的瞬时速度41或数据采集驻留时间值42的轨迹数据40。优化的瞬时速度41或数据采集驻留时间值42可以例如作为查找表存储于数据存储器60中。在这种实施例中，预先确定所检索的优化的轨迹数据40，以相应于感兴趣区域H的期望放射性发射分布图EPROI对其进行优化。在一些这种实施例中，优化包括确定感兴趣区域的尺度以及基于所确定的尺度来选择优化的瞬时速度或数据采集驻留时间值用于检索。例如，针对不同尺寸的心脏适合于不同的期望放射性发射分布图的轨迹可以存储于轨迹存储器60中。然后根据患者的体型、体重或其他特性以及所检索的合适的轨迹来估计要进行成像的患者的心脏的尺寸、重量或其他尺度。这种实施例中的存储的轨迹信息可以局部地进行存储，或可以来自通过互联网或其他数字网络可访问的区域数据库或国家数据库。代替存储优化的瞬时速度或驻留时间，在一些实施例中，存储感兴趣区域的期望放射性发射分布图EPROI，并且在成像之前将该分布图输入至轨迹优化处理器20以生成轨迹。
在图示说明的SPECT相机10中，探测器头12、14都遵循相同的路径P，尽管每个探测器头在成像期间可能横过路径P的不同部分。在其他实施例中，预期探测器头在成像期间横过不同的路径。此外，虽然图示说明了两个探测器头12、14，在其他实施例中，可能包括一个、三个或更多探测器头。
参考图5，陈述了适当的成像顺序的框图。在运算64中确定感兴趣区域的期望放射性发射分布图EPROI。这可以用各种方式完成。例如，在一些实施例中，利用定位扫描为要进行成像的对象确定该分布图。在其他实施例中，从查找表或其他数据存储器60检索该分布图，例如检索尺寸最接近要进行成像的对象尺寸的对象的标准分布图。基于期望放射性发射分布图EPROI，在运算65中确定沿着路径P移动一个或多个探测器头12、14的瞬时速度或数据采集驻留时间。在一些实施例中，可以将运算64、65相结合，这是因为沿路径P的标准轨迹是基于期望放射性发射分布图EPROI而确定的并且被存储于存储器60中。在运算66中，以确定的(多个)优化速度或利用优化的驻留时间沿着路径P移动(多个)探测器头12、14。在移动的同时，在并行运算67中，(多个)探测器头12、14采集成像数据。在运算68中，将所采集的成像数据重建为至少感兴趣区域的重建图像。
图1和2示出了对对象S进行成像的SPECT相机10，对象S的躯干足够大以基本上填满机架的检查区域并且与适形外壁18的大部分相符合。实际上，对象可以有多种不同的体型，从小的瘦的人至大的胖的人。
参考图6，示出了相机10能够适应不同对象体型的范围，同时对辐射探测器头12、14采用单路径P。在图6中，将辐射探测器头12示出在其极端的顺时针方向位置，而将辐射探测器头14示出在其极端的逆时针方向位置。还在体模中示出了说明性的中间探测器头位置IP，其可以由任一辐射探测器头12、14占据，这取决于时间和轨迹。在图6的配置中，确定机架16以及尤其是面向检查区域的适形外壁18的尺寸和形状以刚好适应超大对象SXL。对于这样的对象，辐射探测器头在成像期间沿着路径P移动其全范围，以在足够大的角范围上采集成像数据，从而对超大对象SXL进行成像。
另一方面，小的对象SS并未填满相机10的检查区域。代替地，如图6所示，将小的对象SS定位为尽可能接近相机10的适形外壁18的中心部分，例如与该中心部分接触。与大的对象SXL相比，使小的对象SS的躯干旋转角α，这使得小的对象SS的较大部分与适形外壁18相接触或紧密接近。角α的精确值取决于对象躯干的尺寸和形状。通过将小的对象SS定位为尽可能接近机架16的适形外壁18，确保探测器头12、14接近小的对象SS，从而使得能够对SPECT图像质量进行内在的优化。
另外，通过角旋转α而使小的对象SS接近适形外壁18的中心部分的放置确保小的对象SS的感兴趣区域的中心(诸如图示说明的小的对象SS的心脏HS)和超大对象SXL的感兴趣区域的中心(诸如图示说明的超大对象SXL的心脏HXL)两者都具有沿着路径P的同一扫描中心SC。如图6所示，感兴趣区域中心HS、HXL都粗略地居中位于机架16的检查区域内，并且在大约同一扫描中心SC处具有最接近适形外壁18的状态。
优化路径P以用于对具有中心HXL的感兴趣区域进行成像。该路径P对具有中心HS的感兴趣区域的成像不是最优的，但是通过将中心HS定位为更接近辐射探测器12、14来对其进行补偿。探测器头12、14在对小的对象SS进行成像期间沿着相同路径P移动，正如探测器头12、14在对超大对象SXL进行成像期间沿着相同路径P移动那样。然而，与对超大对象SXL进行成像相比，在对小的对象SS进行成像期间，探测器头12、14任选地沿着路径P移动较小的范围。该较小的角范围以大约扫描中心SC为中心。更普遍地，适当地调整该角范围以用于不同体型的对象，其中每个体型的角范围以大约同一扫描中心SC为中心。在其他实施例中，不管患者体型如何，覆盖180°的范围或更大的范围。
超大对象SXL的躯干的一些典型尺度可以是例如46cm×32cm，同时小的对象SS的躯干的典型尺度可以是例如30cm×20cm。这些仅仅是示例，并且尺寸和长宽比应当与感兴趣人群的典型围长的范围相称。
在一种适当的机械结构中，在沿着基于对象尺寸选定的角范围(其通常对每个探测器头12、14是不同的)进行成像期间，两个探测器头12、14的中心沿着路径P移动。第一虚约束和第二虚约束对探测器头的运动进行约束，以使其遵循路径P，该第一虚约束由在每个探测器头12、14的一角处引导第一球轴承、凸轮、辊或其他联轴器R1的第一延伸凸轮表面、槽或其他导轨或轨道T1定义，该第二虚约束由在每个探测器头14的对角处引导第二球轴承、凸轮、辊或其他联轴器R2的第二延伸凸轮表面、槽或其他导轨或轨道T2定义。选择约束轨道T1、T2的曲率，以保持辐射探测器12、14的中心沿着路径P并且探测器头12、14的辐射敏感面面向最大的感兴趣区域的中心的位置(即面向超大对象SXL的心脏HXL)。对于小的对象SS，由于心脏HS相应于心脏HXL的位置偏移，探测器头12、14的辐射敏感面的方向将从心脏HS稍微偏离。然而，通过使探测器面的位置更接近心脏HS来对其进行补偿。此外，该偏离随着角位置远离扫描中心SC而增加，所以如果将较小的角范围用于对较小的对象SS进行成像，这还减少了方向偏离的效应。可替代地，可以覆盖180°的范围或更大的范围，而不管患者体型。
约束R1、R2、T1、T2可以采用各种机械形式。例如，可以将凸轮表面或轨道T1、T2用机器制成机架16中的弯曲的轨道、槽、表面等，机架16是通过铸造、铣削、磨削或另一过程，或使用重铸成适当的定义路径的形状的现有异型材来制造的。在一些实施例中，对应于适形外壁18的机架16的内壁用作约束探测器头12、14的移动的凸轮表面或轨道。
通过利用虚约束R1、R2、T1、T2，其中每个探测器头12、14的运动受到虚约束(与利用主动致动器、机器人臂等进行定义相反)，每个探测器头12、14的各自的单电机72、74足以独立地沿着路径P驱动两个辐射探测器头12、14，并使辐射敏感面连续地观察最大接受的感兴趣区域的HXL的中心。对于机械准确度而言，有利的是，使探测器头12、14在图像采集期间只在一个方向上(顺时针方向或逆时针方向)沿着路径P移动。然而，还预期双向移动，例如往复移动。通过对每个探测器头12、14提供分离的驱动电机72、74，探测器头12、14都可以沿着相同的路径P独立地移动。可以通过沿着轨道T1、T2的检测联轴器R1、R2的经过的传感器或通过在驱动电机72、74中建造的行程传感器等确定探测器头12、14沿着路径P移动的位置。此外，尽管诸如图示说明的虚约束R1、R2、T1、T2的虚约束具有至少包括在此陈述的那些优点的某些优点，还预期采用主动探测器头机器人、致动器等，以对一个、两个或更多辐射探测器头提供独立的移动，该移动任选地包括探测器头朝向或远离对象的移动。
任何适当的方法可用于对图像扫描定义角范围。在一些实施例中，利用一种元件确定对象尺寸。例如，该元件可以是卷尺测量(未示出)，其用于在对象进入检查区域之前测量对象的腰部尺寸，并且，角范围是根据使腰部尺寸与角范围相关的查找表或函数选择的。在另一预期的方法中，该元件为把手76，其可滑动地安装于在适形外壁18中形成的水平槽或缝隙中。把手76由对象的双手握住，以定义对象的角取向α。然后根据角取向α确定角范围。例如，把手76被示出为超大对象SXL将其握在前方的中心，而体模把手76′示出了小的对象SS将把手握在的位置。其他元件可以用于根据测量的参数确定对象尺寸□□例如，该元件可以是体重测量仪，并且可以根据测量的对象体重推断对象尺寸。如果初始定位扫描用于生成感兴趣区域H的期望放射性发射分布图EPROI以用于优化成像数据采集，则初始定位扫描还可以任选地用于确定患者的体型以及识别心脏HS或心脏HXL的尺寸和位置。
通过将由虚约束R1、R2、T1、T2约束的探测器头12、14的移动与对象(不管尺寸)尽可能接近扫描中心SC的定位相结合，无需机器人臂、致动器、膨胀节或其他机械复杂的特征来使系统适应不同的患者体型。每个探测器头12、14的单电机72、74通常足以驱动给定的辐射探测器头沿着约束的路径，尽管预期两个或更多电机或动力设备以提供更平滑的运动。虽然图解地说明了安装于各自的探测器头12、14中的电机72、74，可以采用其他动力设备，诸如用于每个探测器头的电机，其固定安装于机架16中并且通过传动链、传动带或其他机械联轴器与各自的探测器头可操作地相耦接。在图示说明的实施例中，探测器头12、14水平地移动，从而使得电机72、74或其他动力设备可以很小且低成本。通过将座椅上或其他对象支撑上的对象定位为尽可能接近扫描中心SC，或者在未提供对象支撑的情况下通过尽可能接近扫描中心SC站立，以直接的方式简单地完成对不同对象尺寸的适应。可以通过把手76或者位于患者前方的其他标志物来对系统提供关于对象角位置(例如，图6中的角α)的信息。成像期间探测器头12、14的角范围是唯一的其他尺寸适应，并且这可以完全以软件实现。可以将辐射探测器12、14制作得很小，因而探测器接近对象，以便于提高空间分辨率和系统效率。与采用椭圆探测器头轨道和2cm的对象至准直器距离的现有相机相比，相机10所提供的接近接触被期望以相同的空间分辨率对小的患者SS和大的患者SXL平均提供高30％的系统效率。使对象处于坐或站的位置和利用小的探测器头能够使相机10具有小的占地面积(footprint)。很容易与由虚约束R1、R2、T1、T2约束的受虚约束的探测器头移动相联合地采用参考图2-4讨论的采用独立的探测器头移动的优化的数据采集。可以与虚约束布置一起使用有角度的步进扫描采集或连续的表模式采集。可以与常规平行孔准直器相联合地采用常规重建技术。相对小的Anger探测器头12、14与诸如凸轮、辊、球轴承、轨道、槽等的低成本虚约束的结合提供了低成本系统。还很容易与CZT或基于SiPM的SPECT探测器相联合地使用相机10，这是因为主动探测器面积可以很小，例如30cm×20cm。可以将这种探测器制作得小于Anger相机以进一步减小尺寸。将相机10任选地构造为可移动设备，例如在轮上或辊上，从而使得能够在重症监护、创伤中心、急症室或其他可以对病危患者进行成像的环境中将相机10移动至对象。
已参考优选实施例描述了本发明。在阅读和理解先前的详细描述的基础上，其他人员可以做出修改和改变。本发明意欲被解释为包括所有这些修改和改变，只要它们落在所附权利要求书及其等同物的范围内。
Claims (25)
1.一种成像方法，包括：
按照围绕对象(S、SS、SXL)的单光子发射计算机断层摄影(SPECT)相机(10)的一个或多个探测器头(12、14)沿路径(P)的位置对所述一个或多个探测器头的瞬时速度或数据采集驻留时间进行优化以实现针对沿所述路径的每个角间隔或数据采集驻留时间来自感兴趣区域的基本相同期望计数的放射性事件，所述优化相应于感兴趣区域(H、HS、HXL)的期望放射性发射分布图(EPROI)，所述感兴趣区域(H、HS、HXL)小于整个对象；
利用所优化的瞬时速度或数据采集驻留时间(40)使所述一个或多个探测器头沿着所述路径横过；
在所述横过期间，利用所述一个或多个探测器头采集成像数据；以及
通过执行处理数据子集的迭代重建算法的迭代重建处理器重建所采集的成像数据，以生成至少所述感兴趣区域的重建图像。
2.如权利要求1所述的成像方法，其中，所述感兴趣区域(H、HS、HXL)相应于所述对象(S、SS、SXL)不对称地定位。
3.如权利要求1所述的成像方法，其中，所述对象(S、SS、SXL)是人，且所述感兴趣区域(H、HS、HXL)是心肌。
4.如权利要求1所述的成像方法，其中，所述重建包括：
利用有序子集期望最大化(OS-EM)重建算法重建所采集的成像数据。
5.如权利要求1所述的成像方法，其中，所述一个或多个探测器头是多个探测器头(12、14)，所述优化包括独立优化每个探测器头沿着该探测器头遵循的路径(P)的所述瞬时速度或数据采集驻留时间，并且所述重建在集合数据集上进行操作，所述集合数据集对来自所述多个探测器头的所采集的成像数据进行组合。
6.如权利要求5所述的成像方法，其中，所述独立优化包括：
约束所述独立优化以避免所述多个探测器头(12、14)的碰撞。
7.如权利要求5所述的成像方法，其中，所述重建包括：
利用对所述集合数据集的选定的子集进行迭代处理的迭代重建算法来重建所述集合数据集。
8.如权利要求1所述的成像方法，其中，所述优化包括：
利用所述一个或多个探测器头(12、14)采集定位成像数据；以及
基于所采集的定位成像数据确定所述感兴趣区域(H、HS、HXL)的所述期望放射性发射分布图(EPROI)。
9.如权利要求1所述的成像方法，还包括：
基于放射性示踪剂分布(22)和吸收图(24)确定所述感兴趣区域(H、HS、HXL)的所述期望放射性发射分布图(EPROI)。
10.如权利要求9所述的成像方法，还包括：
从利用透射型计算机断层摄影成像采集的吸收信息导出所述吸收图(24)。
11.如权利要求1所述的成像方法，其中，将所述优化、所述横过以及所述采集作为一个整体过程来执行，所述过程包括：
利用第一轨迹使所述一个或多个探测器头(12、14)围绕所述对象(S、SS、SXL)沿着所述路径(P)第一次横过；
在所述第一次横过期间，利用所述一个或多个探测器头采集第一成像数据；
确定缺乏所述第一成像数据的一个或多个角间隔；
利用优化的瞬时速度或数据采集驻留时间使所述一个或多个探测器头至少沿着所述路径的包括缺乏所述第一成像数据的所述一个或多个角间隔的那部分第二次横过；以及
在所述第二次横过期间，至少在缺乏所述第一成像数据的所述一个或多个角间隔上采集补齐成像数据。
12.如权利要求1所述的成像方法，其中，所述路径(P)具有距所述感兴趣区域(H、HS、HXL)的非恒定距离，所述一个或多个探测器头是多个探测器头(12、14)，并且所述优化包括：
独立优化每个探测器头沿该探测器头遵循的路径的所述瞬时速度或数据采集驻留时间，以针对沿着所述路径的每个角间隔或数据采集驻留时间从所述感兴趣区域获得基本相同计数的放射性事件。
13.如权利要求1所述的成像方法，其中，所述优化包括：
从数据存储器(60)检索优化的瞬时速度或数据采集驻留时间值(40)，预先确定所检索的优化的瞬时速度或数据采集驻留时间值，以相应于所述感兴趣区域(H、HS、HXL)的所述期望放射性发射分布图(EPROI)进行优化。
14.如权利要求13所述的成像方法，其中，所述优化还包括：
确定所述感兴趣区域(H、HS、HXL)的尺度；以及
基于所确定的尺度选择所优化的瞬时速度或数据采集驻留时间值以用于检索。
15.如权利要求1所述的成像方法，还包括：
从多个可选择的路径选择所述路径(P)。
16.如权利要求1所述的成像方法，其中，所述横过包括：
以往复方式横过所述路径(P)多次。
17.一种伽马相机(10)，包括：
一个或多个探测器头(12、14)；
机架(16)，将其配置为以可控的可变瞬时速度或可控的数据采集驻留时间使所述一个或多个探测器头沿通常为椭圆形的探测器头路径(P)移动；
虚约束(R1、R2、T1、T2)，其约束所述一个或多个探测器头(12、14)沿着所述路径(P)，并使所述一个或多个探测器头(12、14)的辐射敏感面大体连续面向感兴趣区域；
单电机(72、74)，其在所述辐射敏感面连续面对所述感兴趣区域的情况下独立地驱动每个探测器头(12、14)；
控制器(50)，将其配置为控制所述伽马相机以采集成像数据，同时利用相应于对象(S、SS、SXL)的小于整个对象的感兴趣区域(H、HS、HXL)的期望放射性发射分布图(EPROI)而进行优化的瞬时速度或数据采集驻留时间来独立移动所述一个或多个探测器头(14、16)以实现针对沿所述路径的每个角间隔或数据采集驻留时间来自感兴趣区域的基本相同期望计数的放射性事件；以及
迭代重建处理器(54)，将其配置为通过执行处理数据子集的迭代重建算法来迭代地重建所采集的成像数据以生成至少所述感兴趣区域的重建图像，其中，所述机架(16)包括至少外部椭圆壁(18)，其基本上符合所述椭圆路径和人类躯干这两者。
18.如权利要求17所述的伽马相机(10)，其中，所述一个或多个探测器头包括至少两个探测器头(14，16)，并且将所述机架(16)配置为：(i)利用所述至少两个探测器头采集成像数据；以及(ii)在所述采集成像数据期间，以基本独立控制的可变瞬时速度或独立控制的数据采集驻留时间移动所述两个或更多探测器头。
19.如权利要求17所述的伽马相机(10)，其中，所述探测器头路径(P)为非圆形和非半圆形，并且具有与感兴趣区域(H、HS、HXL)基本一致的等中心，偏移于包含所述感兴趣区域的对象(S、SS、SXL)的等中心定位所述感兴趣区域。
20.如权利要求19所述的伽马相机(10)，其中，所述对象是人类对象(S、SS、SXL)，并且所述感兴趣区域是所述对象的心脏(H、HS、HXL)。
21.一种成像方法，包括：
使围绕对象(S、SS、SXL)间隔开的单光子发射计算机断层摄影(SPECT)相机(10)的多个探测器头(14、16)沿着路径(P)同时横过，并且以不同的瞬时速度或以不同的数据采集驻留时间使其移动以实现针对沿所述路径的每个角间隔或数据采集驻留时间来自感兴趣区域的基本相同期望计数的放射性事件；以及
通过执行处理数据子集的迭代重建算法来重建所采集的成像数据，以生成所述对象的至少感兴趣区域(H、HS、HXL)的重建图像。
22.如权利要求21所述的成像方法，还包括：
针对每个探测器头(14、16)，选择沿着所述路径(P)的瞬时速度分布图或数据采集驻留时间(40)，从而针对沿着所述路径的多个相等的角间隔中的每个，采集源自所述感兴趣区域(H、HS、HXL)的基本相同数量计数的辐射事件。
23.如权利要求22所述的成像方法，其中，所述对象(S、SS、SXL)的所述感兴趣区域(H、HS、HXL)小于整个对象。
24.如权利要求21所述的成像方法，还包括：
将所述对象(SS、SXL)定位于靠近扫描中心(SC)；以及
基于所述对象的尺寸确定所述同时横过的角范围，所述角范围对较小的对象来说通常较小，所确定的角范围以大约所述扫描中心为中心。
25.如权利要求24所述的成像方法，还包括：
基于所述对象的角位置(α)确定所述对象的所述尺寸。
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