CN103957797B - 自适应二次靶向重建与采集 - Google Patents
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Abstract
一种混合式成像系统包括：第一成像系统，其被配置为采集解剖结构的第一视场的解剖数据。第二成像系统，其被配置为采集所述解剖结构的功能数据，所述第二成像系统以二次列表模式采集方案采集功能数据。重建处理器被配置为基于衰减数据将所述功能数据重建为经衰减校正的图像并将所述解剖数据重建为一个或多个感兴趣区域的一个或多个高分辨率图像。
Description
技术领域
本申请涉及诊断成像系统和方法。其具体应用于改进图像采集/重建以及加快组合了MRI、CT和PET或SPECT中的一种的多模块成像系统的工作流程，但也适用于其他诊断或治疗系统。
背景技术
在多模态或混合成像系统中，使用两种不同的感测模态，例如像PET或SPECT的核成像扫描机与像CT、XCT、MRI的解剖成像扫描机等在对象空间内定位或测量不同组成成分。例如，PET和SPECT扫描机创建表示身体中代谢活动的功能性图像，而不是创建周围解剖结构的图像。CT和MRI扫描机允许医师察看诸如骨骼或脊柱的内部结构和诸如脑、血管、关节等的软组织结构等人体内的结构；在用于解决面临的临床问题上各有他们各自的优点和缺点。
患者接收一定剂量的放射药剂。该药剂例如被携带通过血液，在一个或多个靶器官或区域中富集并发出辐射。在核扫描程序期间，所发出的辐射被系统检测到并被重建为患者体内放射药剂分布的图像。该图像可以示出循环系统和/或所述放射药剂在不同器官或区域的相对吸收情况。例如，癌性肿瘤，吸收大量含有放射药剂的葡萄糖。在混合图像中整合来自解剖扫描程序的解剖数据和来自核扫描程序的代谢数据给予医师视觉信息以判断是否存在疾病、疾病的位置和范围以及跟踪疾病蔓延有多快。混合成像系统特别有助于难治性区域（如头颈区域、胸腔纵膈、术后腹部）以接收放射治疗或化疗患者的处置区域的定位。
解剖成像数据也可用于衰减校正，以进一步增强核成像数据。传统核成像系统中的衰减校正可能涉及透射扫描，其中外部放射性透射源绕视场（FOV）旋转并测量通过检查区域的衰减。CT图像也用于衰减校正。所述混合成像系统使用解剖数据来构建遍及全身范围的密度差异的衰减图并校正所发射的光子的吸收。
通常，在启动核成像扫描程序前，首先使用高分辨率、高剂量的CT成像系统对患者成像。在某些系统中，使用高分辨率MRI成像系统。混合成像系统上的典型程序是采集完整的高分辨率诊断CT图像，该图像跨过要检查的患者的整个区域。在产生CT图像后，生成被检查区域的核图像。将CT图像配准到核图像，并在重建核图像时用于衰减校正。此外，通常使用同一注射执行患者的多项研究；例如，全身研究和靶向研究。执行多项研究是因为所关注的肿瘤或区域经常不只局限于靶向研究的区域。
使用医师的临床经验和偏好而不是特定患者的客观信息来选择如何采集和重建数据。患者之间采集和重建参数的变化取决于一些基本的预定类别，例如解剖区域（脑、心脏、肺、全身）、年龄（婴儿或成人）、体重或BMI（用于区分肥胖和正常体重）等等。这些类别每者有几个，通常是仅两个集群，由于简单的二元分类方案，该分类是刚性的和不连贯的。全身研究通常为整个研究使用相同的采集和重建参数。此外，全身采集有时会被涉及独立采集和重建的另一项研究（如更高分辨率的头部研究）增强。
发明内容
本申请提供了一种新的改进的装置和方法，其克服了上述问题和其他问题。
根据一个方面，提供了一种混合式成像系统。该混合式成像系统包括：第一成像系统，其被配置为采集解剖结构的第一视场的解剖数据。第二成像系统，其被配置为采集所述解剖结构的功能数据，所述第二成像系统以二次列表模式采集方案采集功能数据。重建处理器被配置为基于衰减数据将所述功能数据重建为经衰减校正的图像并将所述解剖数据重建为一个或多个感兴趣区域的一个或多个高分辨率图像。
根据另一方面，提供了一种方法。该方法包括：采集解剖结构的第一视场的解剖数据；采集所述解剖结构的所述第一视场的功能数据；使用用于衰减校正的所述数据将所述功能数据重建为经衰减校正的图像，所述功能数据是以二次列表模式采集方案采集的；采集包括一个或多个感兴趣区域的第二视场中的解剖数据，所述第二视场小于所述第一视场并且被限定于所述第一视场之内；并且将所述解剖数据重建为一个或多个高分辨率图像。
根据另一个方面，提供了一种混合式成像系统。该混合式成像系统包括：CT成像系统，其被配置为采集解剖结构的第一视场的衰减数据。PET成像系统，其被配置为在第一次中采集第一列表模式数据。重建处理器，其被配置为基于衰减数据将第一列表模式数据重建为经衰减校正的图像。PET成像系统进一步在第二次中采集第二列表模式数据，所述重建处理器进一步将所述经衰减校正的图像和所述第二列表模式数据重建为最终的衰减校正图像。
一个优点在于使用初步患者信息驱动随后的患者信息的收集。
另一个优点在于改进了工作流程。
另一个优点在于更高成像效率和患者处理量。
另一个优点在于节约了剂量。
本领域技术人员在阅读和理解以下详细描述之后将认识到本发明的其他优点。
附图说明
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安排。附图仅仅是为了图示优选实施例并且不应被解释为对本发明的限制。
图1是根据本申请的组合式PET/CT系统的图解视图。
图2是根据本申请的混合成像扫描流程的图解说明。
具体实施方式
图1图示了混合式成像系统10，其实施优化图像质量同时使扫描长度和/或持续时间最小化的工作流程。下文详细描述的工作流程是一种自适应二次连续列表模式PET采集和重建方案，其基于研究的细节（包括同位素类型和活动）以及患者的生理机能。该工作流程开始于使用低剂量计算机断层摄影（CT）的衰减校正（AC）扫描或快速磁共振（MR）成像流程。使用快速连续列表模式采集执行第一单光子发射计算机断层摄影（SPECT）和/或正电子发射断层摄影（PET）侦察扫描。与CT图像组合，PET侦察扫描提供了来自PET的统计学反馈加上来自CT的解剖信息，可用于驱动第二SPECT或PET扫描。第二次是“靶向扫描”，其瞄准可能非邻接的区域，由此可能减少CT所需的剂量。可以纯粹从侦察扫描和CT平片获得的经验数据以及界定特定区域的操作者输入来定义区域。区域（靶向区）允许采集时间随区域而变，在某个地方以及按照需要采集数据。可以使用噪声等效计数率（NECR）、单子率、总衰减等确定用于确定每个区域的时间的标准。可以通过重复使用从侦察扫描采集的数据来减少第二次所需的实际时间。重建参数可能随区域类似地变化。可以使用单回研究提供通常需要多回研究的数据。二次方式基于特定规程/研究最迫切的需求收集一区域的数据，更使得规程在特定区域中不需要同样多的数据以选择所需数据的量。
参考图1，多模态成像系统采用至少两种不同的成像模态。在本文阐述的例示性范例中，多模态成像设施采用了使用混合式PET/CT成像系统10的计算断层摄影（CT）和正电子发射断层摄影（PET）成像装置，成像系统10包括容纳于第一扫描架14之内的CT扫描机12。膛16界定CT扫描机12的第一检查区域18。辐射探测器20的阵列设置于旋转扫描架22上，被配置为从在旋转扫描架22上与探测器20相对设置的X射线源24接收发射辐射。混合式PET/CT成像系统10还包括第二扫描架28之内容纳的PET扫描机26，第二扫描架28界定患者接收膛30。在膛30周围布置一圈辐射探测器34，以界定第二或PET检查区域32。
在图示的实施例中，两个扫描架14、28彼此相邻并共享公共的患者支撑体36，患者支撑体36沿两个检查区域18、32之间的纵轴，沿患者支撑轨道或路径38平移。电动机或其他驱动机构（未示出）提供检查区域18、32中的支撑体的纵向运动和垂直调节。在图示的实施例中，PET扫描架28沿扫描架轨道40平移，以减少成像系统12、26之间的过渡时间和距离。扫描架之间的邻近布置减小了患者运动的可能性和源自扫描时间增加的误配准误差。
除图示的混合式PET/CT成像系统10之外或作为替代，可以提供不同类型的混合式PET/CT成像系统或另一种混合式成像系统，例如混合式磁共振MR/PET成像系统等。此外，可以由一个或多个独立的成像系统替代地或额外地提供多模态成像，独立成像系统例如是独立的小剂量CT扫描机、C型臂X射线扫描机、独立的高剂量CT扫描机、独立的PET扫描机、独立的MR扫描机、被配置为进行SPECT成像的独立伽玛照相机等。再者，在一些实施例中，单个成像仪器可以被配置以提供多模态成像。例如，预期多模态成像系统包括公共扫描架中的PET和MR系统、单个扫描架中的PET和小剂量辐射源、公共扫描架中的PET和CT等。
继续参考图1，患者支撑体36将要被成像的患者或受检者定位到第一检查区域18，成像采集和控制单元42控制X射线管24和合作的X射线探测器阵列20（设置于CT扫描机12中的部件）以生成和采集平片CT投影数据。采集的平片CT投影数据被临时存储在数据缓存器50中并由CT重建处理器52重建以生成一个或多个平片CT图像，CT图像被存储在CT图像存储器56中。CT重建处理器52还生成表示第一检查空间18中被检查患者或受检者辐射衰减的信息。一般用Hounsfield单位（HU）表达衰减信息。由衰减校正单元58从衰减信息生成衰减图，PET重建处理器60使用衰减图生成经衰减校正的PET图像表示。使用来自衰减图的信息校正被检查患者或受检者的不均匀辐射衰减特性（例如，人类患者中骨骼的存在）导致的误差。
以类似的方式，患者支撑体36将要被成像的患者或受检者定位到第二检查区域32中，成像采集和控制单元42操作PET辐射探测器34以采集PET响应线数据（任选地包括飞行时间定位）。例如，触发和时间戳处理器监测每个探测器以发现由放射药剂生成的伽玛射线能量的能量尖峰特性，例如脉冲下方的积分面积。触发和时间戳处理器检查时钟并使用前沿接收时间和（飞行时间扫描机中的）飞行时间（TOF）为每个探测的伽玛射线事件打上时间戳。在PET成像中，首先由事件验证处理器使用时间戳、能量估计和探测器的位置判断是否有并发事件。接受的并发事件对界定响应线（LOR）。一旦由事件验证处理器验证了事件对，就将LOR连同其时间戳传递到事件存储缓冲器，在事件存储缓冲器中存储端点探测器位置作为响应线数据。PET响应线数据被临时存储在数据缓存器56中并由PET重建处理器60重建以生成存储于PET图像存储器62中的一个或多个PET图像。PET图像重建处理器60使用由衰减校正单元58生成的衰减图以从PET数据生成经衰减校正的PET图像表达。对于PET成像而言，在PET数据采集之前向受检者施予适当的正电子发射放射药剂。发射的正电子经历正电子/电子湮灭，每个这样的湮灭事件都生成沿相反方向行进的511keV的伽玛射线，从而界定响应线。
具体而言，成像采集和控制单元42控制PET辐射探测器34以工作于自适应二次连续列表模式PET采集和重建方案中，该方案基于研究的细节（包括同位素类型和活动）以及患者的生理机能。二次连续列表模式PET采集包括患者支撑体36正在向第二检查区域32中移动时的第一侦察扫描以及患者支撑体36正在被定位为向第二检查区域32外移出时的靶向扫描。在侦察扫描期间，成像采集和控制单元42控制PET辐射探测器34以快速连续列表模式采集方式收集PET响应线数据。将PET响应线数据与平片CT图像组合以提供用于驱动靶向扫描的功能和解剖信息。具体而言，使用从侦察扫描收集的PET响应线数据和平片CT图像，根据患者的解剖区域（大脑、心脏、肺、整个身体）、年龄（婴儿或成年人）、体重或BMI（以区分肥胖和正常情况）等，为被扫描的患者确定最优的采集和重建参数。侦察扫描优选涉及跨越被检查患者的完整区域扫描患者。例如，如果从侦察扫描和平片CT收集的数据判定患者超重，成像采集和控制单元则将增加采集期间的计数次数，以便优化扫描采集。类似地，可以基于侦察扫描和平片CT数据改变其他重建参数，以优化扫描采集。此外，例如，如果从侦察扫描和平片CT收集的数据判定被扫描的患者解剖区域是大脑，PET重建处理器则将优化重建参数以考虑被扫描的解剖区域来生成更高分辨率的图像。还预期使用来自侦察扫描和平片CT的数据优化使用噪声等效计数率（NECR）、单粒子速率、总衰减等确定每个区域的时间的标准。可以通过重复使用从侦察扫描采集的数据来减少第二次所需的实际时间。重建参数可能按区域类似地变化。例如，PET成像系统使用从侦察扫描、平片CT扫描和靶向扫描收集的数据来生成最终图像。
在为被扫描患者确定最优采集和重建参数之后，成像采集和控制单元42控制PET辐射探测器34来根据那些参数为靶向扫描收集PET响应线数据。在靶向扫描期间，成像采集和控制单元42控制PET辐射探测器34以连续列表模式采集方式收集PET响应线数据。连续采集速度、每个区域的时间等基于侦察扫描和平片CT信息而变化。还预期侦察和/或靶向扫描不需要是连续的并且可以改变时间而非速度，例如步进拍摄采集方式。靶向扫描瞄准潜在的非邻接区域，由此可能减少CT所需的剂量。可以纯粹从侦察扫描和CT平片获得的经验数据以及界定特定区域的操作者输入来定义区域。例如，靶向扫描使得能够从单回采集（例如，大脑、心脏、整个身体）进行多种类型的研究。换言之，靶向扫描涉及在患者的特定部分或区域上方扫描患者，由此减少靶向扫描所需的实际时间。
自适应二次列表模式PET采集和重建方案使得来自侦察扫描的反馈以及诸如CT图像数据的其他研究信息能够驱动靶向图像采集和重建。换言之，来自侦察扫描的反馈驱动靶向或最终图像采集和重建。还想到这样的方案使得能够以不同方式扫描和重建患者的不同部分，并能够在需要时分配（或动态调节）采集时间。于是，可以通过在需要时采集更多数据来改善图像质量，在不需要这样多数据时可以减少执行时间。还应当理解，可以从单回二次采集获得多项研究；由此减少患者要在患者台上的时间。通常使用同一注射对患者执行多项研究；例如，全身研究和大脑扫描。标准做法会需要两回独立的采集和重建。自适应二次采集和重建方案改变与瞄准区域相关联的时间量（其被转换成连续采集的工作台速度）。使用全身和大脑的上述范例，会为大脑区域采集更多数据，但在全身重建中会仅使用大脑区域的数据的子集，以提供与统一采集一致的图像质量结果（也会更快地重建）。还预期将从初始侦查扫描获得的数据与基于区域的扫描期间获得的数据整合；由此减少在基于区域的扫描期间需要获得的数据量（以及执行时间）。
还预期自适应二次采集和重建方案根据患者病史、医院专科、医师偏好、造影剂、处于最佳摄取时间的感兴趣区域、体重指数、性别等确定最优采集和重建参数。例如，如果主治医师对图像重建有所偏好，二次采集和重建方案将调节采集和重建参数以适应医师的偏好。此外，二次采集和重建方案基于注射的造影剂、患者体重指数等调节采集和重建参数，以优化图像质量。此外，还预期由重建处理器使用侦察扫描和CT平片期间采集的数据来增强靶向PET图像表示。
分析一个或多个PET图像以判断详细解剖信息是否对患者诊断有益以及哪里的信息有益。如果判定详细解剖信息对诊断有益，成像采集和控制单元42则控制患者支撑体36以将患者或受检者定位到第一检查区域18中并控制X射线管24和合作的X射线探测器阵列20（设置于CT扫描机12中的部件）以根据侦察扫描和平片CT图像确定的最优采集参数来生成和采集定位或诊断CT投影数据。为了减少患者剂量，定位或诊断扫描限于靶向的区域。所采集的定位或诊断CT投影数据被临时存储在数据缓存器50中并由CT重建处理器52重建以生成一个或多个定位或诊断CT图像，CT图像被存储在CT图像存储器56中。
融合处理器66对准、配准或融合衰减校正PET图像表示与（一个或多个）定位或诊断高分辨率CT图像表示，在一些实施例中，还融合低分辨率X射线图像以生成融合图像。在例如计算机74的显示器76上显示个体图像和融合图像。在显示器76上显示经衰减校正的PET图像表示、融合图像等。显示器还包括输入设备78，临床医师能够使用输入设备控制成像系统以选择扫描序列和规程、融合图像组合等。图形用户界面还同时显示预校正和校正图像，用于检验和/或进一步的人工校正。
成像采集和控制单元42由数字处理器或控制器，或由数字处理器或控制器的组合，与适当的电子线路、电源等（被配置为操作X射线管24和辐射探测器阵列20以操作旋转机构，旋转机构绕着CT扫描机12等之内的受检者转动X射线管）组合工作而适当地实现。由数字处理器或控制器，任选地与实现为例如专用集成电路（ASIC）硬件的专用成像采集和控制硬件来适当地实现图像分析单元64。重建处理器52、60由数字处理器或控制器或由数字处理器或控制器的组合，任选地与专用重建管道硬件（被实现为例如专用集成电路（ASIC）硬件）组合而适当地实现。提供用户接口，例如图示的计算机74，以使放射科医师或其他用户配置、发起和监测CT和PET成像会话，并使放射科医师或其他用户能够观察所得的CT和/或PET图像。图示的计算机74包括显示器76，其可以被实现为阴极射线管（CRT）显示器、液晶设备（LCD）显示器、等离子体显示器、有机发光设备（OLED）显示器等。计算机74还包括键盘78；不过，还可以包括额外的或其他输入设备（未示出），例如跟踪板、跟踪球、与显示器76相符的触敏矩阵以界定触敏屏幕等。在一些实施例中，可以将一些用户接口功能与CT扫描机12和/或PET扫描机26集成为内置LCD显示器、内置小键盘等。
参考图2，图示了混合式成像扫描流程。在步骤200中，采集解剖结构的第一视场的解剖数据。在步骤202中，采集解剖结构的第一视场的功能数据。在步骤204中，使用用于衰减校正的数据将功能数据重建为经衰减校正的图像。在一个实施例中，以二次列表模式采集方案采集功能数据。在步骤206中，采集包括一个或多个感兴趣区域的第二视场中的解剖数据。第二视场小于第一视场并且被限定于所述第一视场之内。在步骤208中，将解剖数据重建为一个或多个高分辨率图像。
已经参考优选的实施例描述了本发明。他人在阅读和理解以上详细描述之后可能进行修改和变型。应当将本发明解释为包括所有这样的修改和变型，只要它们落在权利要求或其等价方案的范围之内。
Claims (15)
1.一种混合式成像系统，包括：
第一成像系统，其被配置为采集解剖结构的第一视场的解剖数据；
第二成像系统，其被配置为采集所述解剖结构的功能数据，所述第二成像系统以二次列表模式采集方案采集功能数据，所述二次列表模式采集方案包括第一次中的侦察扫描和第二次中的靶向扫描，所述靶向扫描是基于从所述侦察扫描重建的侦察图像而被配置的；
重建处理器，其被配置为基于从所述解剖结构生成的衰减数据将所述功能数据重建为经衰减校正的图像并将所述解剖数据重建为一个或多个感兴趣区域的一个或多个高分辨率图像。
2.根据权利要求1所述的混合式成像系统，其中，所述重建处理器被进一步配置为将来自所述侦察扫描的数据重建为所述侦察图像；并且所述重建处理器被进一步配置为从来自所述靶向扫描和所述侦察扫描的数据重建所述高分辨率图像。
3.根据权利要求1-2中的任一项所述的混合式成像系统，其中，所述靶向扫描采集所述一个或多个感兴趣区域的功能数据。
4.根据权利要求3所述的混合式成像系统，其中，在所述靶向扫描期间，具有所述解剖结构的患者以非恒定速度相对于所述第二成像系统移动，在从所述一个或多个感兴趣区域采集功能数据时移动得更慢。
5.根据权利要求3所述的混合式成像系统，其中，在所述靶向扫描期间，具有所述解剖结构的患者和所述第二成像系统相对于彼此间歇地移动，在从所述一个或多个感兴趣区域采集功能数据时，运动停止更长时间。
6.根据权利要求1-2中的任一项所述的混合式成像系统，其中，所述侦察扫描采集所述解剖结构的所述第一视场中的功能数据。
7.根据权利要求1-2中的任一项所述的混合式成像系统，其中，来自所述侦察扫描的数据被用于为正被扫描的患者确定最优采集和重建参数。
8.根据权利要求1-2中的任一项所述的混合式成像系统，其中，所述重建处理器将所述经衰减校正的图像与所述一个或多个高分辨率图像融合在一起以生成融合图像，并且
其中，所述融合图像包括覆盖所述一个或多个感兴趣区域的解剖信息。
9.一种混合式成像方法，包括：
采集解剖结构的第一视场的解剖数据；
采集所述解剖结构的所述第一视场的功能数据；
使用从所述解剖结构生成的衰减数据将所述功能数据重建为经衰减校正的图像，所述功能数据是以二次列表模式采集方案采集的，所述二次列表模式采集方案包括第一次中的侦察扫描和第二次中的靶向扫描，所述靶向扫描是基于从所述侦察扫描重建的侦察图像而被配置的；并且
采集包括一个或多个感兴趣区域的第二视场中的解剖数据，所述第二视场小于所述第一视场并被限定于所述第一视场之内；并且
将所述解剖数据重建为一个或多个高分辨率图像。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括：
将来自所述侦察扫描的数据重建为所述侦察图像；并且
从来自所述靶向扫描和所述侦察扫描的数据重建所述高分辨率图像。
11.根据权利要求9和10中的任一项所述的方法，其中，所述靶向扫描采集所述一个或多个感兴趣区域的功能数据。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，在所述靶向扫描期间，具有所述解剖结构的患者以非恒定速度相对于用于采集所述功能数据的第二成像系统移动，在从所述一个或多个感兴趣区域采集功能数据时移动得更慢。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，在所述靶向扫描期间，具有所述解剖结构的患者和用于采集所述功能数据的第二成像系统相对于彼此间歇地移动，在从所述一个或多个感兴趣区域采集功能数据时，运动停止更长时间。
14.根据权利要求9-10中的任一项所述的方法，其中，所述侦察扫描采集所述解剖结构的所述第一视场中的功能数据。
15.根据权利要求9-10中的任一项所述的方法，其中，所述侦察数据被用于为具有所述解剖结构的患者确定最优采集和重建参数；并且
其中，所述靶向扫描是基于以下中的至少一项来控制的：
患者病史、医院专科、医师偏好、造影剂、处于最佳摄取时间的感兴趣区域、和体重指数。
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