CN104285161A - Spect/pet成像系统 - Google Patents

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Abstract

一种成像系统(100)，其包括探测器模块(108)的集合，所述探测器模块(108)的集合探测伽玛射线，所述伽玛射线具有在40至140keV范围内和511keV的能量，由检查区域中的放射性同位素发射，其中，511keV伽玛射线是用单模式探测的，在所述单模式中，个体511keV伽玛射线被探测并且511keV伽玛射线的符合对不被探测；能量鉴别器(132)，其将探测到的伽玛射线分仓到对应于511keV能量伽玛射线的第一能量仓中和对应于40至140keV能量伽玛射线的第二能量仓中；以及重建器(126)，其重建511keV能量伽玛射线从而生成第一放射性核素的分布的第一图像，并且重建在40与140keV之间的一个或多个范围的伽玛射线从而生成第二放射性核素的分布的第二图像。

Description

SPECT/PET成像系统
技术领域
本申请涉及单光子发射计算机断层摄影(SPECT)/正电子发射断层摄影(PET)成像系统。
背景技术
SPECT成像系统已经包括伽玛辐射探测器和准直器，所述伽玛辐射探测器和准直器被设置在检查区域与伽玛辐射探测器之间。准直器包括多个辐射衰减隔膜，所述多个辐射衰减隔膜仅允许具有特定入射角度的伽玛辐射到达伽玛探测器。伽玛辐射探测器已经包括闪烁体和光电倍增管(PMT)阵列，并且被配置为探测具有在诊断能量范围(例如，40至140keV)内的能量的伽玛射线。
通过围绕检查区域旋转伽玛辐射探测器，从关于检查区域的多个角度采集投影。重建投影以产生体积数据，所述体积数据表示在目标或对象中发射伽玛射线的放射性同位素的分布。数据的空间分辨率根据探测器与检查区域下的目标或对象之间的距离而变化，并且，一般随探测器与目标或对象之间的距离减小而增加。这样，探测器一般被安置靠近评估中的对象或目标。
PET扫描器已经包括伽玛辐射探测器环，所述伽玛辐射探测器环被布置为围绕检查区域，并且被配置为探测指示发生在检查区域中的正负电子衰变的511keV伽玛射线。所述探测器已经包括闪烁体晶体和对应的PMT阵列。闪烁体晶体响应于接收511keV伽玛射线而生成光子爆发(通常在可见光范围内或与其接近)，每个爆发通常包括延续大约几十纳秒(ns)时间段的大约数百至数千个光子。
大多数衰变导致彼此相对几乎180度发射的两个511keV伽玛射线。这样，现代PET扫描器将源沿着响应线(LOR)定位。PMT将光子转化为对应的电信号，并且符合事件识别器通过识别在时间上符合地(或接近同时)探测到的光子来识别符合伽玛对。所识别的对用于生成指示衰变的空间分布的数据。忽略在几纳秒的时间窗之内未到达的光子对。
SPECT扫描器已经包括准直器，所述准直器包括铊掺杂碘化钠或Nal(Tl)。这样的材料一般具有合适的光输出效率、阻止能力(密度)以及衰变时间(死时间)，以探测发射的40-140keV SPECT伽玛射线。另外，SPECT扫描器使用准直器以获得关于探测到的伽玛射线的来源的空间信息。相比之下，PET扫描器已经包括闪烁体，所述闪烁体包括正硅酸钇镥或LYSO，所述正硅酸钇镥或LYSO相对于Nal(Tl)具有更低的光输出效率但更高的密度，并且因此具有针对更高能量511keV PET伽玛射线的更高的良好阻止能力和更快的衰变时间，以测量PET符合事件。PET扫描器使用符合探测(来自每个衰变的511keV PET伽玛射线对的探测)，以获得关于产生伽玛射线的湮灭事件的来源的空间信息。
发明内容
本文描述的各方面解决了以上提到的问题和其他问题。
在一方面中，一种成像系统包括探测伽玛射线的集合的探测器模块，所述伽玛射线具有在40至140keV范围内和511keV的能量，由在检查区域中的放射性同位素发射，其中，511keV伽玛射线是用单模式探测的，在所述单模式中，个体511keV伽玛射线被探测并且511keV伽玛射线的符合对不被探测；能量鉴别器，其将探测到的伽玛射线分仓到对应于511keV能量伽玛射线的第一能量仓中和对应于40至140keV能量伽玛射线的第二能量仓中；以及重建器，其重建511keV能量伽玛射线从而生成第一放射性核素的分布的第一图像，并且重建在40与140keV之间的一个或多个范围内的伽玛射线从而生成第二放射性核素的分布的第二图像。
在另一方面中，一种方法包括交替地以SPECT模式或PET模式操作成像系统，取决于操作模式，采集SPECT数据或PET数据，像素化的探测器模块被布置在围绕检查区域的环中，其中，每个模块包括定义伽玛射线探测区的准直器；并且重建所采集的数据，从而产生SPECT图像数据或PET图像数据。
在另一方面中，一种SPECT/PET成像系统包括像素化的探测器模块(108)，当处于SPECT模式时，所述像素化的探测器模块(108)探测具有在40至140keV范围内的能量的伽玛射线，并且当处于PET模式时，所述像素化的探测器模块(108)仅探测具有约等于511keV的能量的个体伽玛射线；以及重建器，其重建探测到的伽玛射线，取决于所述模式而产生SPECT图像或PET图像。
附图说明
本发明可以采取各种部件和部件的布置，以及各种步骤和步骤的安排的形式。附图仅出于图示优选实施例的目的，并且不应被解读为对本发明的限制。
图1示意性地图示了具有探测器阵列的SPECT/PET成像系统，所述探测器阵列探测具有在40至511keV范围内的能量的伽玛射线。
图2示意性地图示了图1的系统的探测器模块的范例。
图3示意性地图示了图2的探测器模块的示例性晶体阵列。
图4示意性地图示了图1的系统的探测器模块的另一范例。
图5示意性地图示了图1的系统的探测器模块的另一范例。
图6示意性地图示了图1的SPECT/PET成像系统的变型，在所述变型中，至少一个探测器模块平移和/或旋转。
图7图示了根据本文描述的系统的示例性方法。
图8图示了根据本文描述的系统的另一示例性方法。
具体实施方式
图1示意性地图示了SPECT/PET成像系统100。所述系统100包括封闭环形环102，所述封闭环形环102被固定到基座104，并且包括定义检查区域106的膛(所述膛对于全身扫描是足够大的)。多个探测器模块1081、...、108I、...、108N(本文统称为模块108)被固定到环102。图示的实施例包括三个(N＝3)模块108，围绕环彼此成角度偏移大约一百二十度。在其他实施例中，更多或更少的模块108以相等或不等的间隔被固定到环102。尽管仅示出了单个环，但是应当理解，系统100可以包括沿着z方向的一个或多个这样的环。
每个探测器模块108包括闪烁体晶体110的二维阵列，所述闪烁体晶体110的二维阵列被光学地耦合到光传感器阵列112，例如像素化的硅光电倍增管(SiPM)。在图示实施例中，闪烁体晶体112包括铊掺杂碘化铯或Csl(Tl)。相对于Nal(Tl)，CsI(Tl)具有更高的光输出效率，但低得多的衰变时间。然而，当接收光子的个体像素经受产生的死时间，并且不经受具有PMT配置的闪烁体的大的区域时，像素化的SiPM允许更低的衰变时间。CsI(Tl)也具有针对伽玛射线的合适的阻止能力(密度)。模块108探测至少在从40keV至511keV范围内的辐射，并且，因此，探测针对SPECT成像(例如，40keV至140keV)和PET(例如，大约511keV)成像两者的辐射。
准直器114被固定到每个模块108。图2示出了具有扇形开口202或探测区的示例性准直器114，所述扇形开口202或探测区通向针孔204(出于图示性目的示出其尺寸)和探测器模块108。利用该配置，从检查区域108经过针孔204贯穿路径206的范围的光子照射闪烁体晶体110，并且通过准直器114衰减经过范围206之外的贯穿路径208的光子。图3示出了在方形晶体110的示例性集合中看到的视图。在其他实施例中，晶体100能够是六边形、矩形、八边形和/或其他形状。基于闪烁体晶体110的二维阵列中的哪个(哪些)晶体302l,l、...、302lnl、...、302m,1、...、302m,n被照射能够确定照射晶体110的光子的来源的位置。
图4示出了另一示例性准直器114。在该范例中，准直器114包括多个矩形形状的隔膜302，所述隔膜302被布置以定义多个矩形形状的开口304或探测区(出于图示性目的示出其尺寸)。利用该配置，从检查区域108经过开口304贯穿路径306的光子照射闪烁体晶体110，并且通过准直器114衰减贯穿路径308入射在隔膜302上的光子。类似地，基于闪烁体晶体110的二维阵列中的哪个(哪些)晶体302l,l、...、302lnl、...、302m,1、...、302m,n被照射能够确定照射晶体110的光子的来源的位置。
图5图示了示例性混合准直器114，所述混合准直器114包括与第二更密集隔膜404隔行的第一隔膜402，所述第一隔膜402提供针对SPECT成像的高分辨率，所述第二更密集隔膜404提供针对PET成像的足够阻止能力。一般，与隔膜404相比，隔膜402相对更薄。在该配置中，针对SPECT成像和PET成像两者配置每个模块108。本文也预期具有诸如圆锥形探测区和/或其他探测区的其他探测区形状的准直器114。
在变型中，仅针对SPECT成像配置模块108的第一子集，并且仅针对PET成像配置模块108的第二子集。利用该配置，模块108能够被布置在环形环102上，使得第一子集的模块(或一对，或三联体等)之后是第二子集的模块(或一对，或三联体等)，所述第二子集的模块(或一对，或三联体等)之后是第一子集的模块(或一对，或三联体等)。专用PET模块的闪烁材料能够包括CsI(Tl)、铊掺杂碘化钠或Nal(Tl)、铈掺杂溴化镧或LaBr3(Tl)和/或其他闪烁材料。以单模式和/或以符合探测模式能够重建使用专用PET模块采集的数据。
应当理解，不同的闪烁体能够自动和/或手动地可交换地用于使准直变化。另外，不同的准直器可以用于定义不同形状的探测区。
返回到图1，通用计算机充当操作者控制台118。所述控制台118包括诸如监测器或显示器的人类可读输出设备和诸如键盘和鼠标的输入设备。驻留在控制台118上的软件允许操作者控制扫描器的操作。这包括识别操作120的模式，包括操作的SPECT 122模式或操作的PET 124模式中的至少一个。即，系统100能够以SPECT模式122、PET(单)模式124或SPECT模式122和PET模式124的组合来运行，以所述SPECT模式122执行常规SPECT扫描或其他SPECT扫描，以所述PET(单)模式124探测单个511keV伽玛射线(并且不探测符合511keV伽玛射线对)，以所述SPECT模式122和PET模式124的组合同时执行SPECT和PET。
重建器126包括重建所采集的SPECT数据的SPECT重建器128和重建所采集的PET数据的PET重建器130。能量鉴别器132能够用于将探测到的光子能量鉴别到不同能量仓中，以分离针对同时发生的SPECT扫描和PET扫描的数据。
图6示意性地图示了SPECT/PET成像系统100的变型，在所述变型中，模块108被可移动地固定到环形环102。在该范例中，模块108中的至少一个经由构件118被平移地固定到环102，并且被配置为朝向和远离检查区域106径向平移。对于SPECT，空间分辨率根据模块108与对象或目标之间的距离减小而增加。对于PET，探测位置准确度根据模块108与对象或目标之间的距离增加而增加。备选地或额外地，模块108中的至少一个被可旋转地固定到环102，并且被配置为旋转通过一弧度，扫掠探测区以创建感兴趣的区。旋转控制器602控制旋转模块108的旋转驱动系统604，并且平移控制器606控制平移模块108的平移驱动系统608。
图7图示了示例性方法。
在702处，以SPECT模式放置成像系统。
在704处，探测器模块探测从检查区域中的对象或目标中的放射性同位素发射的伽玛射线，所述伽玛射线具有在40至140keV之间的(一个或多个)范围内的能量。
在706处，重建探测到的伽玛射线，从而生成指示对象或目标中的放射性同位素的分布的SPECT图像数据。
在708处，以PET单模式放置成像系统。
在710处，探测器模块探测从检查区域中的对象或目标中的不同的放射性同位素发射的个体伽玛射线，所述个体伽玛射线具有大约511keV的能量。
如本文讨论的，探测器模块可以包括探测40至140keV伽玛射线和511keV伽玛射线两者的个体模型和/或仅探测40至140keV伽玛射线或511keV伽玛射线的个体模型。
在712处，重建探测到的伽玛射线，从而生成指示对象或目标中的放射性同位素的分布的PET数据。
图8图示了示例性方法。
在802处，以同时发生的SPECT/PET单模式放置成像系统。
在804处，探测器模块探测从检查区域中的对象或目标中的放射性同位素发射的伽玛射线，所述伽玛射线具有在40至140keV之间的(一个或多个)范围内的能量，并且探测从检查区域中的对象或目标中的不同的放射性同位素发射的个体伽玛射线，所述个体伽玛射线具有大约511keV的能量。
如本文讨论的，探测器模块可以包括探测40至140keV伽玛射线和511keV伽玛射线两者的个体模型和/或仅探测40至140keV伽玛射线或511keV伽玛射线的个体模型。
在806处，重建探测到的40至140keV伽玛射线，从而生成指示对象或目标中的放射性同位素的分布的SPECT图像数据，并且重建探测到的511keV伽玛射线，从而生成指示对象或目标中的放射性同位素的分布的PET数据。
应当理解，以上动作的排序并非是限制性的。这样，本文预期其他排序。另外，可以省略一个或多个动作和/或可以包括一个或多个额外的动作。
以上可以以计算机可读指令的方式实施，所述计算机可读指令被编码或嵌入在计算机可读存储介质上，当(一个或多个)计算机处理器执行所述计算机可读指令时，所述计算机可读指令令(一个或多个)处理器执行描述的动作。额外地或备选地，计算机可读指令中的至少一个由信号、载波或其他瞬态介质承载。
已经参考优选实施例描述了本发明。其他人在阅读和理解以上具体实施方式的情况下可能想到修改或替代。本文旨在将本发明解释为包括所有这种修改和替代，只要它们落入权利要求书及其等价要件的范围之内。

Claims (20)

1.一种成像系统(100)，包括：
探测器模块(108)的集合，其探测伽玛射线，所述伽玛射线具有在40至140keV范围内和511keV的能量，由检查区域中的放射性同位素发射，其中，511keV伽玛射线是用单模式探测的，在所述单模式中，个体511keV伽玛射线被探测并且511keV伽玛射线的符合对不被探测；
能量鉴别器(132)，其将探测到的伽玛射线分仓到对应于511keV能量伽玛射线的第一能量仓中和对应于40至140keV能量伽玛射线的第二能量仓中；以及
重建器(126)，其重建所述511keV能量伽玛射线从而生成第一放射性核素的分布的第一图像，并且重建在40与140keV之间的一个或多个范围内的所述伽玛射线从而生成第二放射性核素的分布的第二图像。
2.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述集合包括单个探测器模块，所述单个探测器模块被配置为探测40至140keV伽玛射线和511keV伽玛射线两者。
3.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述集合包括探测器模块的第一子集合和探测器模块的第二子集合，所述探测器模块的第一子集合被配置为仅探测40至140keV伽玛射线，所述探测器模块的第二子集合被配置为仅探测511keV伽玛射线。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的成像系统，还包括：
准直器(114)，其定义针对模块的辐射探测区。
5.根据权利要求4所述的成像系统，其中，所述探测区是扇形、圆锥形或矩形形状中的一种。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的成像系统，所述探测器模块，包括：
闪烁体(110)，其包括至少一个铊掺杂碘化铯闪烁晶体(112)。
7.根据权利要求1至5中的任一项所述的成像系统，所述探测器模块，包括：
闪烁体，其包括至少一个溴化镧闪烁晶体。
8.根据权利要求6至7中的任一项所述的成像系统，其中，所述闪烁体中的至少一个还包括至少一个铊掺杂碘化钠闪烁晶体。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的成像系统，其中，所述探测器模块被配置为朝向和远离所述检查区域径向平移。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的成像系统，其中，所述探测器模块被配置为旋转通过一弧度，以扫掠穿过所述检查区域的探测区。
11.一种方法，包括：
备选地以SPECT模式或PET单模式操作成像系统；
取决于所述操作模式，采集SPECT数据或PET数据，像素化的探测器模块被布置在围绕检查区域的环中，其中，每个模块包括定义伽玛射线探测区的准直器；并且
重建采集到的数据，从而产生SPECT图像数据或PET图像数据。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括：
同时以SPECT模式和PET模式操作所述成像系统。
13.根据权利要求11至12中的任一项所述的方法，其中，所述探测器模块中的至少一个包括用于探测SPECT数据的第一区域和用于探测PET数据的第二不同区域。
14.根据权利要求11至13中的任一项所述的方法，其中，所述探测器模块中的至少一个被配置为仅探测SPECT数据，并且所述探测器模块中的另一个被配置为仅探测PET数据。
15.根据权利要求11至14中的任一项所述的方法，还包括：
将每个模块朝向和远离所述对象或所述目标径向平移到扫描位置。
16.根据权利要求11至14中的任一项所述的方法，还包括：
在扫描期间将每个模块旋转通过一弧度，同时收集数据。
17.根据权利要求11至16中的任一项所述的方法，还包括：
基于感兴趣的能量范围的预定集合，将所述采集到的数据进行能量分仓；并且
选择性地重建对应于感兴趣的能量范围的采集到的数据。
18.根据权利要求11至17中的任一项所述的方法，其中，以采集并重建个体511keV伽玛射线的单模式采集PET数据。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，不探测符合对。
20.一种SPECT/PET成像系统(100)，包括：
像素化的探测器模块(108)，当处于SPECT模式时，所述像素化的探测器模块(108)探测具有在40至140keV范围内的能量的伽玛射线，并且当处于PET模式时，所述像素化的探测器模块(108)仅探测具有约等于511keV的能量的个体伽玛射线；以及
重建器(147)，其重建所述探测到的伽玛射线，取决于所述模式产生SPECT图像或PET图像。
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