CN102598059A - 利用偏移探测器几何结构生成计算断层摄影图像的方法和设备 - Google Patents

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CN102598059A CN2010800343548A CN201080034354A CN102598059A CN 102598059 A CN102598059 A CN 102598059A CN 2010800343548 A CN2010800343548 A CN 2010800343548A CN 201080034354 A CN201080034354 A CN 201080034354A CN 102598059 A CN102598059 A CN 102598059A
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Abstract

根据本发明的一个方面，提供了一种利用具有偏移探测器几何结构的CT成像装置生成完整定位扫描的方法和设备。根据本发明的另一方面，提供了一种为具有偏移探测器几何结构的CT成像装置增大可重建视场的方法和设备。根据本发明的另一方面，提供了一种利用具有偏移探测器几何结构的CT成像装置进行感兴趣区域图像重建和整个身体成像的方法和设备。根据本发明的另一方面，提供了一种组合式x射线和SPECT成像系统。

Description

利用偏移探测器几何结构生成计算断层摄影图像的方法和设备
本申请总体上涉及医疗成像技术。更具体而言，本申请提供了用于生成计算断层摄影(CT)定位扫描(scout scan)图像的方法和设备，以及CT图像的重建和组合式x射线和单光子发射计算断层摄影(SPECT)成像。本申请的主题至少适用于CT成像和其他基于x射线的成像以及组合式x射线和SPECT成像，并将具体参考它们加以描述。不过，它还可以更一般地应用于其他成像方法和其他技术，例如正电子发射断层摄影(PET)。
常规CT成像装置包括设置于检查区域相对侧上的x射线源和x射线敏感探测器。在检查区域中由适当的支座支撑人类患者或其他待检查的对象。在x射线源和探测器绕着旋转中心旋转时x射线源发射x射线辐射，其贯穿检查区域并由探测器探测。能够具有偏移探测器几何结构的CT成像装置包括x射线源和x射线敏感探测器，在特定配置中，其可以在过轴平面中相对于旋转中心横向移置。这样的偏移探测器几何结构CT成像装置可能是合乎需要的，因为它们能够增大视场或能够使用尺寸更小且因此较便宜的探测器。
具有偏移量几何结构能力的CT成像装置可以适于允许用户从一定范围的可用偏移距离中选择源和/或探测器从旋转中心偏移的距离。通过这种方式，可以改变或调节x射线源和/或探测器的偏移量以适应特定的患者或医疗成像流程。此外，偏移几何结构CT成像装置可以在医疗成像流程期间或之间实现偏移量的调节。例如，可以在成像流程期间连续改变源或探测器的偏移量。而且，根据这样的装置，可以在初始偏移位置执行特定的医疗成像流程(或医疗成像流程的一部分)。然后可以在不同的偏移位置执行后续的医疗成像流程(或医疗成像流程的部分)。
希望提供一种利用具有偏移探测器几何结构的CT成像装置生成完整的定位扫描的方法和设备。此外，希望提供一种为具有偏移探测器几何结构的CT成像装置增大可重建视场的方法和设备。还希望提供一种利用具有偏移探测器几何结构的CT成像装置进行感兴趣区域和整个身体成像的方法和设备。还希望提供一种用于组合式x射线和SPECT成像的成像系统。
本发明的各方面解决了这些问题和其他问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种利用具有偏移探测器几何结构的CT成像装置生成被成像对象的完整定位扫描图像的方法和设备。
根据本发明的另一方面，提供了一种通过从至少一对具有不同探测器偏移量的数据采集生成组合的数据集来增大具有偏移探测器几何结构的CT成像装置的可重建视场的方法和设备。
根据本发明的另一方面，提供了一种利用具有偏移探测器几何结构的CT成像装置，通过在扫描采集期间(例如，180度采集)连续改变探测器偏移量来重建感兴趣区域的图像的方法和设备。根据本发明的另一方面，提供了一种利用具有偏移探测器几何结构的CT成像装置通过从至少一对具有不同探测器偏移量的短扫描数据采集生成组合的数据集来重建被成像对象的全身图像的方法和设备。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于组合式x射线和SPECT成像的设备，其包括公共旋转机架上的x射线源、x射线探测器和两个SPECT伽马照相机。根据本发明的另一方面，提供了一种用于组合式x射线和SPECT成像的设备，其包括第一万向框架上的x射线源、x射线探测器和两个SPECT伽马照相机，第一万向框架可旋转地附接到第二万向框架。
本领域技术人员在阅读并理解说明书之后将领会到本发明的更多方面。对于在阅读下文有关优选实施例的详细描述之后的本领域技术人员而言，本发明的众多其他优点和益处将变得显而易见。
本发明可以实现为各种部件和部件布置，以及各种过程操作和过程操作的安排。附图仅仅用于图示说明优选实施例，不应被解释为限制本发明。
图1是根据本发明实施例的偏移探测器CT采集几何结构的过轴视图，其中源和探测器被示于两个相对位置；
图2是根据本发明实施例的成像系统；
图3描绘出根据本发明实施例的用于采集定位扫描图像的示范性方法；
图4A是利用处于第一偏移位置的探测器第一次越过被成像对象的示意图；
图4B是利用处于第二偏移位置的探测器第二次越过被成像对象的示意图；
图4C是通过组合来自第一和第二次越过的定位扫描图像生成的完整定位扫描图像的示意图；
图5是利用圆形采集轨迹的锥束CT成像的重建子体积的视图；
图6描绘出增大具有偏移几何结构的CT成像装置的重建体积的示范性方法；
图7是利用处于第一偏移位置的探测器进行第一次360度采集的示意图；
图8是图7的360度采集期间采集的图像数据的示意图；
图9是利用处于第二偏移位置的探测器进行第二次360度采集的示意图，其中与第一次360度采集的探测器偏移相比，第二偏移位置在对象的相对侧；
图10是第一次360度采集和第二次360度采集期间采集的图像数据的示意图；
图11是具有位于中心的探测器的常规CT成像装置的视场示意图，其中探测器未跨过被成像对象的整个宽度；
图12是探测器位于横向移位的偏移位置的CT成像装置的视场示意图；
图13描绘出用于重建被成像对象之内感兴趣区域图像的示范性方法；
图14是图13的感兴趣区域成像方法期间采集的图像数据的示意图；
图15示出了基于从一对短扫描采集所采集的数据而重建整个对象的图像的示范性方法；
图16是利用处于第一偏移位置的探测器进行第一次短扫描采集的示意图；
图17是利用处于第二偏移位置的探测器进行第二次短扫描采集的示意图，其中与第一次短扫描采集的探测器偏移相比，第二偏移位置在对象的相对侧；
图18是在图16的第一次短扫描采集和图17的第二次短扫描采集期间采集的图像数据的示意图；
图19是根据本发明实施例的组合式x射线和SPECT成像系统的正视图；以及
图20是图19的组合式x射线和SPECT成像系统的侧视图。
图1描绘出用于根据本发明实施例的成像设备的示范性偏移探测器几何结构100的过轴视图。偏移探测器几何结构100具有x射线源102，例如x射线管，以及x射线敏感探测器104，例如在横向方向和轴向方向上延伸的平板面积探测器阵列。对象支座110在检查区域106中支撑被检查对象108。将示范性偏移探测器几何结构100的探测器104的探测器中心112在过轴平面中从旋转中心114横向移置或偏移距离“d”。
X射线源102和x射线敏感探测器104在特定成像流程期间绕旋转中心114旋转。源102和探测器104一般安装到旋转机架(未示出)，以绕着检查区域106旋转。图1中用虚线圆示出了源102的示范性采集轨迹120。不过，在一些实施例中，在移动和/或转动对象108以产生必要的角采样时，源102和探测器104可以保持在恒定的角位置。在其他成像流程期间，源102和探测器104可以沿纵向方向越过被成像对象108。
如图1所示，示范性偏移探测器几何结构100具有横向视场(“FOV”)118。在图1中，示范性偏移探测器几何结构100的x射线源102和探测器104被示为过轴平面中的两个相对位置，实线的位置A和虚线的位置B。在如图所示的源位置A，源102设置于对象108上方，探测器104设置于对象108下方。在源位置B，x射线源102和探测器104从位置A绕旋转中心114旋转180度，使得源设置于对象108下方。如图1中所示，探测器中心112在两个位置都在过轴平面中与旋转中心114偏移距离“d”。图1中还示出，源102在源位置A生成辐射锥122，在源位置B生成辐射的重叠锥124。
可以通过改变探测器中心112和旋转中心114之间的距离“d”来改变锥122和124之间的交叠量。减小距离“d”增大了横向FOV 118的尺寸。相反，增大距离“d”减小了横向FOV 118的尺寸。
在本发明的不同实施例中，x射线源102和/或探测器104可以在过轴平面中与旋转中心114偏移各种距离“d”。通过这种方式，可以改变或调节x射线源102和/或探测器104的偏移量以适应特定的患者或医疗成像流程。在本发明的一些实施例中，可以在医疗成像流程期间或之间调节x射线源102和/或探测器104的偏移量。例如，可以在成像流程期间连续改变源102或探测器104的偏移量。而且，可以在源102和/或探测器104具有初始偏移的情况下执行特定医疗成像流程(或医疗成像流程的一部分)。然后可以利用不同的偏移距离执行后续的医疗成像流程(或医疗成像流程的部分)。
可以通过任何适当手段移位探测器104以改变横向FOV 118的尺寸。例如，可以通过人类用户手工地或通过机械驱动器相对于旋转机架和旋转中心114沿各种方向移动探测器104。可以线性移位它，这对于平板探测器可能是有用的，或者旋转地移位，这对于曲线探测器是有用的。尽管所述示范性偏移探测器几何结构100包括位于中心的源和偏移探测器，但应当理解，预见有更多的包括偏移源或偏移源和偏移探测器的附加CT成像装置几何结构。
尽管附图和说明书重点都放在平板探测器的使用上，但也可以使用拱式探测器或具有其他形状的探测器。此外，尽管附图和说明书重点放在了源102是点源的CT系统上，但也预见有其他选择。例如，源102可以是线源。也可以使用伽马和其他辐射源。还可以提供多个源102和探测器104，在这种情况下，可以使源和探测器的对应组彼此在角度上和/或沿纵向偏移。
图2描绘出适用于上述示范性偏移探测器几何结构100的CT成像系统200。CT成像系统200包括CT数据采集系统202、重建器204、图像处理器206、用户接口208和用户输入210。CT数据采集系统202包括源102和探测器104，它们安装到旋转机架212以绕着检查区域旋转。预见有圆形或其他角采样范围，以及轴向、螺线形、圆形和线、马鞍或其他期望的扫描轨迹。图2中所示的CT成像装置系统200的实施例包括驱动器214，例如微步电动机，其提供移动源102和/或探测器104所需的必要的力。
重建器204利用重建技术重建由数据采集系统202生成的数据以生成表示被成像对象的体数据。图像处理器206根据需要处理体数据，例如为了在用户接口208上以期望方式显示，用户接口208可以包括一个或多个输出装置，例如监视器和打印机。
用户接口208有利地是利用通用或其他计算机执行的软件指令实现的，以便提供图形用户界面(“GUI”)，用户接口208允许用户控制成像系统200或以其他方式与成像系统200交互，例如选择期望的FOV配置或尺度、发起和/或终止扫描、选择期望的扫描或重建规程、操纵体数据等。
操作地连接到用户接口208的用户输入装置210控制CT数据采集系统202的工作，例如执行期望的扫描规程，任选地定位探测器104和/或源102以便提供期望的FOV等。
I.定位扫描图像的生成
本发明的一个方面总体上涉及一种利用具有偏移探测器几何结构的CT成像装置生成完整定位CT图像的方法和设备。定位CT图像可以用作规划CT成像流程的辅助，用作诊断工具或用于其他用途。具有偏移几何结构的CT成像装置可能是以典型方式生成定位CT图像的障碍。这种CT装置的偏移几何结构仅允许在单一投影中覆盖一部分被成像对象。
图3中示出了根据本发明一个方面的示范性定位扫描图像生成方法300。示范性方法300利用从具有偏移探测器几何结构的CT成像装置获得的投影数据生成定位扫描图像。再次参考图1，示范性偏移几何结构100包括锥束x射线源102和x射线敏感探测器104。对象支座110在检查区域106中支撑被检查对象108。将示范性偏移探测器几何结构100的探测器104的探测器中心112从旋转中心114偏移开。探测器104可以在过轴平面中从旋转中心114偏移各种距离“d”。
在步骤302中，在探测器104处于第一偏移位置的条件下，利用CT成像系统200第一次越过被成像对象108。在这次越过被成像对象108期间，x射线源102和探测器104不绕被成像对象108旋转。相反，如图4A所示，探测器104和源102(未示出)沿纵向方向Z从位置410到位置420经过被成像对象108。在越过被成像对象108期间，保存关于探测器104相对于被成像对象108的位置的位置信息。例如，可以将对象支座110的位置用作对象108在支座110上位置的代表。
尽管图4A中探测器104被示为相对于被成像对象108移动，但在其他实施例中可以相对于x射线源102和探测器104移动被成像对象108。在本发明的各实施例中，探测器104从被成像对象108的前端移动到后端。不过，在其他实施例中，探测器104从被成像对象108的后端移动到前端。在其他实施例中，探测器104可以沿横向方向越过被成像对象。
如图4A所示，在步骤302的第一次越过期间将探测器104设置一偏移量，使其大体覆盖被成像对象108的宽度的至少一半。在其他实施例中可以在步骤302的第一次越过期间将探测器104设置在各种偏移距离。步骤302的第一次越过生成被成像对象108的至少一半的第一定位扫描图像304。
在步骤306中，在探测器104处于第二偏移位置的条件下，利用CT成像系统200第二次越过被成像对象108。对于步骤306的第二次越过，与针对步骤302的第一次扫描的探测器104位置相比，将探测器104偏移到被成像对象108的另一侧。这可以通过相对于被成像对象108横向移位探测器104或在平行于对象支撑110和被成像对象108的平面中将探测器104旋转180度来实现。如图4B所示，探测器104和源102(未示出)沿纵向方向Z从位置430到位置440经过被成像对象108。
如图4B所示，在步骤306的第二次越过期间将探测器104设置在一偏移量，使其大体覆盖被成像对象108的宽度中未被302的第一次越过覆盖的一半以及交叠区域。在其他实施例中可以在步骤306的第二次越过期间将探测器104设置在各种偏移距离。步骤306的第二次越过生成被成像对象108的至少一半的第二定位扫描图像308。在本发明的其他实施例中，在每次这样越过期间在探测器104处于不同偏移位置的条件下执行超过两次越过。
在步骤310中，组合第一定位扫描图像304和第二定位扫描图像308以生成被成像对象108的最终定位扫描图像312。图4C示出了示范性完整定位扫描图像460。在各种实施例中可以利用几种不同方法中的任何一种或多种组合第一定位扫描图像304和第二定位扫描图像308。例如，可以并排显示定位扫描图像304、308。在其他实施例中，可以交织来自每幅定位扫描图像304或308的交替采集线以生成最终定位扫描图像312。在其他实施例中，可以计算定位扫描图像304或308的交叠值的平均并显示为最终定位扫描图像312。在本发明的各实施例中，可以在组合定位扫描图像304、308之前水平或垂直翻转定位扫描图像304、308之一以生成最终定位扫描图像312。在本发明的各实施例中，可以向x射线源102进行准直，从而向探测器104投射辐射的薄扇形。利用校准图，或利用基于源102和探测器104之间距离的几何计算，补偿沿被成像对象108的宽度的投影失真。
如前所述，在一些实施例中，可以向x射线源102进行准直，从而向探测器104投射辐射的薄扇形。或者，可以通过电子方式准直探测器104采集的数据，使得在探测器104越过被成像对象108时向定位扫描图像增加小的(例如1-2mm)轴向轮廓。或者，在计算定位扫描图像期间可以应用来自探测器104的位置信息，丢弃期望轴区外部的信息。
在生成最终定位扫描图像312时可以实现多种组合。例如，如图4C中所示，可以通过组合利用处于第一和第二偏移位置的探测器104的完整长度越过的数据来获得被成像对象108的整个宽度的完整长度定位图像。可以从处于一个偏移位置的探测器一次完整长度越过的数据获得被成像对象108的大致一半的全长定位扫描图像。可以通过组合利用处于第一和第二偏移位置的探测器104的部分长度越过的数据来获得被成像对象108的仅一部分长度的完整宽度定位扫描图像。可以从处于一个偏移位置的探测器104一次部分长度越过获得被成像对象108的仅一部分长度的大约半宽定位扫描图像。可以从探测器104行进的开始和终止位置针对探测器104的每个相反取向获得一幅部分长度图像，连接来自每个位置的图像以创建定位扫描图像。可以通过各种额外方式组合从这些越过获得的数据。
尽管结合CT成像装置描述了本发明，但其还适用于混合式医疗成像装置，例如SPECT/CT或PET/CT装置。可以利用发射(SPECT，PET)或透射(CT)模态生成用于规划目的的定位扫描。这里公开的生成定位扫描图像的方法可以例如消除使用低分辨率(PET或SPECT)图像在混合式医疗成像系统上进行采集规划的需求。
II.具有偏移几何结构的CT成像装置的增大的轴向范围
具有偏移几何结构的CT成像系统的重建体积限于在采集特定被成像对象108期间由采集锥束“照射”的体素。类似于图5中标记为“c”的区域指定所得的可重建体积的形状，因为这是利用具有偏移几何结构的CT成像系统进行360度采集期间源102照射的唯一区域。
本发明的一个方面总体上涉及一种采集方法和设备，与可以基于利用具有偏移几何结构的CT成像系统进行的单次360采集重建的体积相比，该方法和设备能够沿着被成像对象108的纵轴在增大的视场中进行图像重建。图6中示出了根据本发明一个方面的示范性图像采集方法600。该示范性图像采集方法600能够增大被成像对象108的可重建体积的轴向范围以包括图5中标记为“c”和“b”的区域。
在步骤602中，利用处于第一偏移位置的探测器104进行被成像对象108的第一次采集。例如，可以在步骤602中进行完整的360度采集。如图7中所示，在步骤602的第一次采集期间，将探测器104设置在与被成像对象108的一侧2有偏移的位置“C”，使其大体上跨过被成像对象108的宽度的大致一半。在其他实施例中可以在步骤602的第一次越过期间将探测器104设置在各种偏移距离。尽管x射线源102和探测器104被图7中的箭头示为相对于被成像对象108旋转，但在其他实施例中可以相对于x射线源102和探测器104旋转被成像对象108。即使x射线源102和探测器104在图7中被示为相对于被成像对象108逆时针旋转，但在其他实施例中它们可以顺时针旋转。
在步骤602的第一次采集期间，生成第一采集数据集604。可以组合数据集604中的相对图像，例如图8中所示，以覆盖整个对象108。不过，因为每个相对图像都被截断，自身不覆盖整个对象，所以仅取决于数据集604的重建会限于图5中标记为“c”的区域。
在步骤606中，利用处于第二偏移位置的探测器104进行被成像对象108的第二次采集。例如，可以在步骤606中进行完整的360度采集。如图9中所示，对于步骤606的第二次采集，与步骤602中的探测器104的位置“C”比较，将探测器104偏移到被成像对象108的另一侧的位置“D”。在其他实施例中可以在步骤606的第二次采集期间将探测器104设置在各种偏移距离。尽管在图9中x射线源102和探测器104被示为相对于被成像对象108顺时针旋转，但在其他实施例中它们可以逆时针方向旋转。在步骤602和606的采集中，x射线源102和探测器104可以沿相反方向旋转，或者在每次相应采集期间可以沿相同方向旋转。在步骤606的第二次采集期间，生成第二采集数据集608。
在步骤610中，从第一采集数据集604和第二采集数据集608的组合生成组合的采集数据集612。如果在步骤602和604中进行两次完整360度采集，组合的采集数据集612将是针对被成像对象108的完整宽度设置的完整非截断数据集。图10中针对一种投影示意性示出了从利用处于位置“C”的探测器的采集和处于位置“D”的探测器的采集的组合获得的组合的采集数据集612。在步骤614中，重建组合的采集数据集612。可以利用不同的重建方法重建组合的采集数据集612。例如，可以利用如下文献中描述的重建方法重建组合的采集数据集612：M.Grass等人的“AngularWeighted Hybrid Cone-Beam CT Reconstruction for Circular Trajectories”Phys.Med.Biol.46，1595(2001)，该文献以引用方式并入本文中。
重建组合的采集数据集612产生了图5中标记为“c”和“b”的区域中的可重建体积。与利用具有偏移几何结构的CT成像装置的常规360度采集的双锥视场(“c”)相比，示范性采集方法600的视场形状大致为圆柱形(“c”和“b”)。与先前使用的单一360度采集相比，该示范性图像采集方法600增大了利用具有偏移几何结构的CT成像装置采集的视场。此外，可以使用标准重建方法重建组合的采集数据集612，而不使用为重建截断投影提出的各种特殊重建技术。因此，示范性图像采集方法600避免了用于截断投影的这些特殊重建技术获得的锥束和阴影伪影。
III.用于具有偏移几何结构的CT成像装置的改进的采集和重建方法
具有平板探测器的常规CT成像装置提供了大的视场和高的空间分辨率。不过，这种常规CT成像装置的主要缺点是常规平板探测器常常不跨过患者身体的整个宽度。如果探测器不跨过患者的整个宽度，位于中心的探测器104的可重建体积1102位于被成像对象108之内，如图11所示。这种“内部重建问题”使得不使用更大、因而更昂贵的探测器就不可能精确重建整个被成像对象108的图像。
可以使用探测器横向偏移到一侧的CT成像装置来通过执行360度采集重建对象的图像。如图12所示，利用偏移探测器进行这种360度采集的可重建体积1202是被成像对象108的整体。不过，从偏移探测器的360度采集获取的截断投影需要特殊的重建方法。这样的特殊重建技术常常采用冗余加权和/或投影完成以应对投影的截断。由于这些特殊重建技术不理想，常常会向重建图像中引入强的锥束和阴影伪影。
A.感兴趣区域成像
本发明的一个方面总体上涉及一种采集和重建方法和设备，其能够通过执行单次180度采集对被成像对象108之内的感兴趣区域成像。提出的采集和重建方法不需要使用针对截断投影的特殊重建方法。
图13中示出了根据本发明一个方面的示范性图像采集方法1300。示范性图像采集方法1300能够对被成像对象108之内的感兴趣区域成像，而无需特殊的重建来处理截断投影。在步骤1302中，利用处于向被成像对象108一侧移位的第一偏移位置(图14中示为位置“E”)的探测器104开始180度采集。在步骤1304中，在记录成像数据的同时，在180度采集期间连续移位探测器104的偏移(图14中示意性示出)。在步骤1306中，利用从180度采集开始向偏移位置相对侧移位(图14中示为位置“F”)的探测器104完成180度采集。在步骤1302、1304和1306的采集期间生成采集数据集1308。
在步骤1310中，重建采集数据集1308。根据示范性图像采集方法1300，可以针对感兴趣区域1400重建图像(如图14所示)。可以利用多种重建方法重建由示范性图像采集方法1300采集的图像数据1308。例如，可以利用下述文献描述的重建方法重建图像数据：L.Yu等人的“Region of InterestReconstruction from Truncated Data in Circular Cone-B eam CT”ICCC Trans.Med.Imag.25，869(2006)，该文献以引用方式并入本文。可以通过改变采集扫描1304的开始和结束角度来定制或选择感兴趣区域1400的定位和位置。
例如，在由于机械或流程约束不能执行完整360度采集时，示范性图像采集方法1300是有利的。此外，示范性图像采集方法1300的辐射剂量一般是完整360度采集中施加给患者的一半。
B.全身成像
本发明的另一方面总体涉及一种采集和重建方法和设备，其能够通过执行两次180度采集来对整个被成像对象108成像。提出的采集和重建方法不需要使用针对截断投影的特殊重建方法。
图15中示出了根据本发明一个方面的示范性图像采集和重建方法1500。示范性图像采集方法1500能够从两次短扫描采集重建整个被成像对象108的图像，而无需特殊的重建算法以处理截断投影。
在步骤1502中，利用处于第一偏移位置的探测器104进行被成像对象108的第一次采集。例如，可以在步骤1502中执行短扫描(180度加上扇角)。图16中示出了这个范例。尽管x射线源102和探测器104在图16中被示为相对于被成像对象108旋转，但在其他实施例中可以相对于x射线源102和探测器104旋转被成像对象108。在步骤1502的第一次采集期间，生成第一采集数据集1504。图16中示意性示出了步骤1502的示范性短扫描采集期间采集的数据。
如图16中所示，在步骤1502的第一次采集期间，将探测器104设置在与被成像对象108的一侧有偏移的位置“G”，使其大体上跨过被成像对象108的宽度的大致一半。在其他实施例中可以在步骤1502的第一次采集期间将探测器104设置在各种偏移距离。尽管x射线源102和探测器104在图16中被箭头示为相对于被成像对象108逆时针旋转，但在其他实施例中它们可以顺时针方向旋转。
在步骤1506中，利用处于图17的第二偏移位置“H”的探测器104进行被成像对象108的第二次采集。例如，可以在步骤1506中执行短扫描采集(180度加上扇角)。如图17中的箭头所示，对于步骤1506的第二次采集，与步骤1502中的探测器104的位置比较，将探测器104移位到被成像对象108的另一侧。在其他实施例中可以在步骤1506的第二次采集期间将探测器104设置在各种偏移距离。尽管x射线源102和探测器104在图17中被另一箭头示为相对于被成像对象108顺时针旋转，但在其他实施例中它们可以逆时针方向旋转。在图15的示范性方法中，在步骤1502和1506的相应采集中x射线源102和探测器104沿相反方向旋转。在步骤1506的第二次采集期间，生成第二采集数据集1508。图17中示意性示出了步骤1506的示范性短扫描采集期间采集的数据。
在步骤1510中，从第一采集数据集1504和第二采集数据集1508的组合生成组合的采集数据集1512。图18中示意性示出了组合数据集1512中包括的数据。在步骤1514中，重建组合的采集数据集1512。可以利用不同的重建方法重建组合的采集数据集1512。例如，可以利用诸如FDK重建的标准重建方法重建组合的采集数据集1512。
示范性图像采集和重建方法1500能够对整个被成像对象成像而无需冗余加权和/或投影完成。因此，示范性方法避免了这种方法可能导致的强阴影和锥束伪影。示范性方法1500中所需的投影次数仅稍高于利用恒定探测器偏移进行一次360度采集所需的次数。因此，示范性方法1500的辐射剂量仅稍高于利用具有偏移几何结构的CT成像装置进行常规360度采集的辐射剂量。
IV.组合式X射线和SPECT成像系统
希望提供一种用于组合式x射线和SPECT成像的成像系统。这样的组合式x射线和SPECT成像系统具有很多应用。例如，这样的系统对于诊断心血管疾病和心肌灌注不足是有用的。当前，用于诊断心血管疾病和心肌灌注不足的最常用成像模态分别是C臂x射线系统上的介入式冠状动脉血管造影术和SPECT心肌灌注成像。冠状动脉血管造影术精确地对冠状动脉成像并能够检测到狭窄或阻塞的血管。
为了完全且彻底地评估冠状动脉的健康和心肌灌注，因此希望既执行x射线冠状动脉血管造影术又执行SPECT心肌灌注成像。到目前为止，两项检查是在独立成像设备中依次，一个接一个地执行的。常常在x射线指导下以微创基于导管的方式执行相继处置。组合式x射线和SPECT成像系统的有用性不仅仅限于心脏护理，而是组合式x射线和SPECT成像系统可应用于很多其他领域，例如肿瘤学，或在任何其他SPECT/CT的应用中。
本发明的一个方面总体上涉及一种组合式x射线和SPECT成像系统。根据本发明的一个方面，提供了一种组合式x射线和SPECT成像系统，其能够在同一系统中执行x射线冠状动脉血管造影术、SPECT和后续的x射线指导的介入。根据本发明的另一个方面，提供了一种组合式x射线和SPECT成像系统，其提供了类似于常规C臂系统的x射线成像能力，提供了大范围的可能观察方向和容易接近患者的开放式设计。
图19和20示出了根据本发明实施例的示范性组合式x射线和SPECT成像系统1900。组合式x射线和SPECT成像系统1900包括x射线源1902，例如x射线管，以及x射线敏感探测器1904，例如在横向方向和轴向方向上延伸的平板面积探测器阵列。提供对象支座1910以在检查区域1906中支撑正进行成像流程的对象。
源1902和探测器1904一般安装到第一万向框架1920，以绕着检查区域1906旋转。第一万向框架1920可以绕图19中示为X的轴(即患者的横轴)自由旋转(CAUD/CRAN转动)。第一万向框架1920可旋转地附接到第二万向框架1930。第二万向框架1930可以绕图20中示为Z的轴(即患者的头足轴)自由旋转(LAO/RAO转动)。
在示范性组合式x射线和SPECT成像系统1900中，将两个SPECT伽马照相机1940安装到第一万向框架1920上。绕着Z轴旋转第二万向框架1930使得能够进行旋转SPECT采集。在其他实施例中，可以使用一个SPECT伽马照相机或各种数量的SPECT伽马照相机。在其他实施例中，源1902、探测器1904和/或伽马射线摄像机1940可以安装到第二万向框架1930上。
可旋转第一万向框架1920和第二万向框架1930的组合增大了示范性组合式x射线和SPECT成像系统1900的可能观察方向的范围。大范围的可能观察方向，与示范性组合式x射线和SPECT成像系统1900提供的开放式设计一起，具有很多好处。例如，示范性组合式x射线和SPECT成像系统1900使得能够在x射线指导下执行基于导管的心脏内介入。此外，示范性组合式x射线和SPECT成像系统1900实现了旋转SPECT采集并为x射线成像提供了非平面采集轨迹。
示范性组合式x射线和SPECT成像系统1900采集的SPECT和x射线数据可以固有地是相互配准的，因为这种数据是在不移动患者的条件下采集的。组合式x射线和SPECT成像系统1900的一种示范性用途是用于诊断和治疗心肌灌注。例如，可以为医生或其他临床医师使用示范性组合式x射线和SPECT成像系统1900以组合并显示心肌灌注数据、冠状动脉的3D重建以及额外的2D血管造影投影。然后医生能够联合评估血管病灶和它们对心肌灌注的影响并以比当前成像系统可能的更高精确度和更大置信度来规划介入策略。可以进一步使用采集的图像数据为后续x射线指导的介入辅助路图规划和导航引导。最后，可以使用该系统就地评估处置的成功程度，以便即时确定是否需要额外的介入措施。
根据本发明的另一实施例，提供了一种组合式x射线和SPECT成像系统(未示出)。根据这种示范性组合式x射线和SPECT成像系统，在公共旋转机架上提供两个SPECT伽马照相机、x射线源和x射线平板探测器。安装x射线探测器使其具有横向偏移，以增大成像视场。调整示范性组合式x射线和SPECT成像系统，使得可以改变横向探测器偏移。这样的设备使得能够进行旋转x射线冠状动脉血管造影采集，例如执行3D冠状动脉成像。在介入期间，该系统能够绕着患者轴自由旋转到最佳观察方向。根据本发明的一个实施例，组合式x射线和SPECT成像系统可以是经过调整以包括一个或多个SPECT伽马照相机的改进型常规CT成像系统。
可以结合多种成像方法使用本文公开的组合式x射线和SPECT成像系统的各种实施例。例如，可以结合本文公开的示范性定位扫描图像生成方法300；示范性放大视场图像采集方法600；示范性感兴趣区域图像采集方法1300；和/或示范性全身图像采集方法1500或其他成像方法使用组合式x射线和SPECT成像系统。本文公开的组合式x射线和SPECT成像系统的各种实施例提供了大范围的可能观察方向和容易接近患者的开放式设计。本文提出的组合式x射线和SPECT成像系统能够大大改善心血管疾病的诊断和处置。集成式成像方案消除了将患者从一种成像系统移动到另一种以进行诊断和治疗的需求。x射线和SPECT成像模态的相互配准采集还提供了几种好处。例如，来自这两种成像模态的数据的相互配准采集使得能够联合评估冠状动脉病灶和心肌灌注。本文提出的组合式x射线和SPECT成像系统适用于心血管成像、心肌灌注评估、x射线引导的导管介入以及其他医疗应用和流程。
上述功能，例如，选择期望的FOV配置或尺度、发起和/或终止扫描、选择期望的扫描或重建规程、操纵体数据等，可以作为软件逻辑被执行。如本文使用的，“逻辑”包括但不限于硬件、固件、软件和/或每种的组合，以执行功能或动作，和/或从另一部件导致功能或动作。例如，基于期望的应用或需求，逻辑可以包括软件控制的微处理器、诸如专用集成电路(ASIC)的离散逻辑或其他可编程逻辑器件。也可以将逻辑完全实现为软件。
如本文使用的，“软件”包括但不限于一种或多种计算机可读和/或可执行指令，其令计算机或其他电子装置以期望方式执行功能、动作和/或行为。可以将指令实现为各种形式，例如例程、算法、模块或程序，包括来自动态链接库的独立应用或代码。可以将软件实现为各种形式，例如独立的程序、功能调用、小服务程序、小应用程序、存储在存储器中的指令、操作系统的一部分或其他类型的可执行指令。本领域技术人员将认识到，软件的形式取决于例如对期望应用、其运行的环境和/或设计员/程序员希望等的要求。
可以在各种平台上，例如包括联网的控制系统和独立控制系统上实施本文所述的系统和方法。此外，本文所示和所述的逻辑、数据库或表格优选位于计算机可读介质中或计算机可读介质上，例如成像系统200的部件，例如重建器204或图像处理器206。不同计算机可读介质的范例包括闪速存储器、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、可编程只读存储器(PROM)、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、磁盘或磁带、任选地包括CD-ROM和DVD-ROM的光学可读介质，和其他介质。再者，可以将本文描述的过程和逻辑并入一个大的过程流或分成很多子过程流。本文描述的过程流的次序不是关键性的，可以重新排列，而仍然实现相同的结果。实际上，可以根据批准或希望重新布置、合并和/或重新整理本文所述的过程流。
已经参考优选实施例描述了本发明。他人在阅读并理解说明书之后可能想到修改和变更。应当将本发明解释为包括所有这样的修改和变更，只要它们在权利要求书或其等价要件的范围之内。

Claims (33)

1.一种利用具有探测器(104)的成像设备(200)生成对象(108)的图像的方法，包括如下步骤：
利用与旋转中心(114)偏移开、处于第一偏移位置的所述探测器(104)收集关于所述对象(108)的第一成像数据；
将所述探测器(104)移位到与所述旋转中心(114)偏移开的第二位置，其中，所述第二偏移位置与所述第一偏移位置不同；
利用处于所述第二偏移位置的所述探测器(104)收集关于所述对象(108)的第二成像数据；以及
使用所述第一成像数据和所述第二成像数据重建所述对象(108)的图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一偏移位置跨过所述对象(108)的宽度的大致第一半，所述第二偏移位置跨过所述对象(108)的宽度中未被处于所述第一偏移位置的所述探测器(104)跨过的大致剩余一半。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一成像数据包括在所述探测器(104)第一次越过所述对象(108)时收集的第一定位扫描图像(304)；
其中，所述第二成像数据包括在所述探测器(104)第二次越过所述对象(108)时收集的第二定位扫描图像(308)；并且
所述方法还包括将所述第一定位扫描图像(304)和所述第二定位扫描图像(308)组合在一起以生成所述对象(108)的最终定位扫描图像(312)。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括基于所述第一定位扫描图像(304)和所述第二定位扫描图像(308)之间的相交部分生成被成像对象(108)的最终定位扫描图像(312)。
5.根据权利要求3所述的方法，还包括通过交织所述第一定位扫描图像(304)和所述第二定位扫描图像(308)的交替采集线生成被成像对象(108)的最终定位扫描图像(312)。
6.根据权利要求3所述的方法，还包括通过对所述第一定位扫描图像(304)和所述第二定位扫描图像(308)的交叠值求平均生成被成像对象(108)的最终定位扫描图像(312)。
7.根据权利要求2所述的方法，还包括在所述探测器(104)的大致360度旋转的第一成像采集(602)中收集所述第一成像数据(604)；
在所述探测器(104)的大致360旋转的第二成像采集(606)中收集所述第二成像数据(608)；
组合所述第一成像数据(604)与所述第二成像数据(608)以生成组合的采集数据集(612)；以及
重建所述组合的采集数据集(612)以生成所述对象(108)的重建图像。
8.根据权利要求2所述的方法，还包括在作为短扫描采集的第一成像采集(1502)中收集所述第一成像数据(1504)；
在作为短扫描采集的第二成像采集(1506)中收集所述第二成像数据(1508)；
组合所述第一成像数据(1504)与所述第二成像数据(1508)以生成组合的采集数据集(1512)；以及
重建所述组合的采集数据集(1512)以生成所述对象(108)的重建图像。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，沿着相反的旋转方向执行所述第一成像采集和所述第二成像采集。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，处于所述第一偏移位置的所述探测器(104)跨过所述对象(108)的宽度的大致第一半，并且所述方法还包括：
在成像采集期间移位所述探测器(104)，使得在完成所述成像采集时所述探测器(104)处于所述第二偏移位置，其中，所述第二偏移位置跨过所述对象(108)的宽度中未被处于所述第一偏移位置的所述探测器(104)跨过的大体剩余一半，并且
在所述成像采集期间利用处于所述第一偏移位置和所述第二偏移位置之间的多个中间位置的所述探测器(104)收集关于所述对象(104)的第三成像数据；以及
重建所述第一、第二和第三成像数据以生成所述对象(108)的重建图像。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述探测器(104)在所述成像采集期间大致旋转180度。
12.根据权利要求10或11所述的方法，还包括通过改变所述成像采集的开始角度和结束角度中的至少一个来定制感兴趣区域(1400)在所述对象(108)之内的位置。
13.根据权利要求10、11或12所述的方法，其中，在所述成像采集期间连续移位所述探测器(104)。
14.一种适于生成对象(108)的图像的医疗成像设备(200)，包括：
辐射源(102)；
探测由所述源(102)发射的辐射的探测器(104)；
其中，所述医疗成像设备(200)适于利用与旋转中心(114)偏移开、处于第一偏移位置的所述探测器(104)收集关于所述对象(108)的第一成像数据；
其中，所述医疗成像设备(200)适于将所述探测器(104)移位到与所述旋转中心(114)偏移开的第二位置，其中，所述第二偏移位置与所述第一偏移位置不同；
其中，所述医疗成像设备(200)适于利用处于所述第二偏移位置的所述探测器(104)收集关于所述对象(108)的第二成像数据；并且
其中，所述医疗成像设备(200)适于使用所述第一成像数据和所述第二成像数据重建所述对象(108)的图像。
15.根据权利要求14所述的设备(200)，其中，所述第一偏移位置跨过所述对象(108)的宽度的大致第一半，所述第二偏移位置跨过所述对象(108)宽度中未被处于所述第一偏移位置的所述探测器(104)跨过的大致剩余一半。
16.根据权利要求15所述的设备(200)，其中，所述第一成像数据包括在所述探测器(104)第一次越过所述对象(108)时收集的第一定位扫描图像(304)；
其中，所述第二成像数据包括在所述探测器(104)第二次越过所述对象(108)时收集的第二定位扫描图像(308)；并且
其中，所述设备(200)适于将所述第一定位扫描图像(304)和所述第二定位扫描图像(308)组合在一起以生成所述对象(108)的最终定位扫描图像(312)。
17.根据权利要求15所述的设备(200)，其中，所述设备(200)适于在所述探测器(104)的大致360度旋转的第一成像采集(602)中收集所述第一成像数据(604)；
其中，所述设备(200)适于在所述探测器(104)的大致360旋转的第二成像采集(606)中收集所述第二成像数据(608)；
其中，所述设备(200)适于组合所述第一成像数据(604)和所述第二成像数据(608)以生成组合的采集数据集(612)；并且
其中，所述设备(200)适于重建所述组合的采集数据集(612)以生成所述对象(108)的重建图像。
18.根据权利要求15所述的设备(200)，其中，所述设备(200)适于在作为短扫描采集的第一成像采集(1502)中收集所述第一成像数据(1504)；
其中，所述设备(200)适于在作为短扫描采集的第二成像采集(1506)中收集所述第二成像数据(1508)；
其中，所述设备(200)适于组合所述第一成像数据(1504)和所述第二成像数据(1508)以生成组合的采集数据集(1512)；并且
其中，所述设备(200)适于重建所述组合的采集数据集(1512)以生成所述对象(108)的重建图像。
19.根据权利要求17或18所述的设备(200)，其中，沿着相反的旋转方向执行所述第一成像采集和所述第二成像采集。
20.根据权利要求14所述的设备(200)，其中，处于所述第一偏移位置的所述探测器(104)跨过所述对象(108)的宽度的大致第一半，
其中，所述设备(200)适于在成像采集期间移位所述探测器(104)，使得在完成所述成像采集时所述探测器(104)处于所述第二偏移位置；
其中，所述第二偏移位置跨过所述对象(108)的宽度中未被处于所述第一偏移位置的所述探测器(104)跨过的大体剩余一半；
其中，所述设备(200)适于在所述成像采集期间利用处于所述第一偏移位置和所述第二偏移位置之间的多个中间位置的所述探测器(104)收集关于所述对象(104)的第三成像数据；并且
其中，所述设备(200)适于重建所述第一、第二和第三成像数据以生成所述对象(108)的重建图像。
21.根据权利要求20所述的设备(200)，其中，所述探测器(104)在所述成像采集期间大致旋转180度。
22.根据权利要求20或21所述的设备(200)，其中，所述设备(200)适于通过改变所述成像采集的开始角度和结束角度中的至少一个来定制感兴趣区域(1400)在所述对象(108)之内的位置。
23.根据权利要求20、21或22所述的设备(200)，其中，在执行所述成像采集期间连续移位所述探测器(104)。
24.一种组合式x射线和SPECT成像系统(1900)，包括：
第一万向框架(1920)；
第二万向框架(1930)，其中，所述第一万向框架(1920)和第二万向框架(1930)彼此可旋转地连接；
安装到所述第一万向框架(1920)的x射线辐射源(1902)；
安装到所述第一万向框架(1920)的x射线辐射探测器(1904)；以及
安装到所述第一万向框架(1920)的至少一对SPECT伽马照相机(1930)。
25.根据权利要求24所述的组合式x射线和SPECT成像系统(1900)，其中，所述第一万向框架(1920)能够绕患者的横轴(X)旋转。
26.根据权利要求24或25所述的组合式x射线和SPECT成像系统(1900)，其中，所述第二万向框架(1930)能够绕患者的头足轴(Z)旋转。
27.一种组合式x射线和SPECT成像系统，包括：
机架；
安装到所述机架的x射线辐射源(102)；
安装到所述机架的x射线辐射探测器(104)，其中，所述辐射探测器(104)适于可变地从旋转中心(114)偏移；以及
安装到所述机架的至少一对SPECT伽马照相机。
28.根据权利要求24或27所述的组合式x射线和SPECT成像系统，其中，所述成像系统适于利用与旋转中心(114)偏移开、处于第一偏移位置的所述探测器(104)收集关于所述对象(108)的第一成像数据；
其中，所述成像系统适于将所述探测器(104)移位到与所述旋转中心(114)偏移开的第二位置，其中，所述第二偏移位置与所述第一偏移位置不同；
其中，所述成像系统适于利用处于所述第二偏移位置的所述探测器(104)收集关于所述对象(108)的第二成像数据；并且
其中，所述成像系统适于使用所述第一成像数据和所述第二成像数据重建所述对象(108)的图像。
29.根据权利要求28所述的组合式x射线和SPECT成像系统，其中，所述第一偏移位置跨过所述对象(108)的宽度的大致第一半，所述第二偏移位置跨过所述对象(108)的宽度中未被处于所述第一偏移位置的所述探测器(104)跨过的大致剩余一半。
30.根据权利要求29所述的组合式x射线和SPECT成像系统，其中，所述第一成像数据包括在所述探测器(104)第一次越过所述对象(108)时收集的第一定位扫描图像(304)；
其中，所述第二成像数据包括在所述探测器(104)第二次越过所述对象(108)时收集的第二定位扫描图像(308)；并且
其中，所述成像系统适于将所述第一定位扫描图像(304)和所述第二定位扫描图像(308)组合在一起以生成所述对象(108)的最终定位扫描图像(312)。
31.根据权利要求29所述的组合式x射线和SPECT成像系统，其中，所述成像系统适于在所述探测器(104)的大致360度旋转的第一成像采集(602)中收集所述第一成像数据(604)；
其中，所述成像系统适于在所述探测器(104)的大致360旋转的第二成像采集(606)中收集所述第二成像数据(608)；
其中，所述成像系统适于组合所述第一成像数据(604)和所述第二成像数据(608)以生成组合的采集数据集(612)；并且
其中，所述成像系统适于重建所述组合的采集数据集(612)以生成所述对象(108)的重建图像。
32.根据权利要求28所述的组合式x射线和SPECT成像系统，其中，处于所述第一偏移位置的所述探测器(104)跨过所述对象(108)的宽度的大致第一半；
其中，所述成像系统适于在成像采集期间移位所述探测器(104)，使得在完成所述成像采集时所述探测器(104)处于所述第二偏移位置；
其中，所述第二偏移位置跨过所述对象(108)的宽度中未被处于所述第一偏移位置的探测器(104)跨过的大致剩余一半；
其中，所述成像系统适于在所述成像采集期间利用处于所述第一偏移位置和所述第二偏移位置之间的多个中间位置的所述探测器(104)收集关于所述对象(104)的第三成像数据；并且
其中，所述成像系统适于重建所述第一、第二和第三成像数据以生成所述对象(108)的重建图像。
33.根据权利要求32所述的组合式x射线和SPECT成像系统，其中，所述探测器(104)在所述成像采集期间大致旋转180度。
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