CN1053743C - 放射性乳腺x射线透视专用设备和方法 - Google Patents

放射性乳腺x射线透视专用设备和方法 Download PDF

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Abstract

该设备包括一用于提供一身体部分(12)的一内部组织图象的器械(X射线记录介质)和一用于要检测由渗入该身体部分的放射示踪剂发射的单一γ射线的器械(19)。

Description

放射性乳腺X射线透视专用设备和方法
本发明是美国专利申请08/063450(1993年5月18日提交，现美国专利No.5323006，1994年6月21日)的部分继续申请，而后者又是美国专利申请07/824804(1992年1月22日提交，现美国专利No.5252830，1993年10月12日)的继续部分申请。
本发明关于医疗检查设备。更具体说，本发明是关于对妇女乳房或其他器官中的放射剂浓度进行成象的设备和方法。
乳腺X射线透视是当前对乳腺癌的最有效的筛选方法。乳腺癌筛选的目的是为检查早期的模不出的肿块。虽然乳腺X射线透视在癌检测中灵敏度很高，但对于确定乳腺X射线照片的异常是由良性的还是恶性疾病引起的则没有什么特效(S.F.Sener，F.C.Candela，M.L.Paige，J.R.Bernstein，D.P.Winchester“乳腺X射线透视在辨别非浸润性癌方向的限制”，Surgery，Gynecology，and Obstetrics，1988年8月，167：135-140)。因此，一种认定可疑的乳腺X射线照片异常的恶性肿瘤的非扩散方法对于病人是十分有利的。在这方面，可降低良性的切除活组织检查的数量(接近全部切除活组织检查的75％)。
面对异常的乳房X射线照片时，医生的选择是有限的。对于最少怀疑的损伤，常建议短期重复检查(4至6个月的随后处置)。这可能引起病人心理上紧张，并导致由于日程安排或通讯差错所引起的病人随访丢失的可能。不能肯定地排除不象是可能的临时的肿块生长(M.Moskowitz“乳腺癌：特殊年岁的生长速率和筛选技巧”，Radiology，1986年10月，161：37-41)，特别是在50岁以下的病人。
超声波在澄清乳腺X射线照片异常的地位的作用仅限于从良性囊肿区分出实体。如果满足了对一简单囊肿的超声波性质的严格标准，有关的医生就可再次肯定该损伤是良性的。不幸的是当前的超声波空间分辨率使得这一技术对于损伤的限定值远小于5毫米。
曾主张以多普勒超声波作为区分良性与恶性物质的装置，但临床实验的结果是相矛盾的，而且多普勒方法在胸部成象方向无现实临床作用(V.P.Jackson“胸部成象中的超声波的作用”Radiology，1990年11月，177：305-311)。
细针抽取(FNA)胸部物质是一种其灵敏度和特效性能均依赖于操作人员的技术(L.Palombini等“胸部物质的细针抽取活组织检查”，Cancer，1988年6月1日，61：2273-2277)，并被认为是经验性的(D.B.Kopans“鉴别分析揭示胸部损伤”，Diagnostic Imaging，1991年9月，pp.94-101)。由于其成本相对较低和减少外科手术和麻醉方向的病状，有人建议FNA可用来代替切除活组织检查。不幸的是，当时摸不着的乳腺X射线照相术检查的损伤进行FNA时不充分的取样率很高(13￣50％)。所有这些否定的FNA情况均需进行切除的活组织检查(H.J.Wanebo等“处理初期乳腺瘤中代替开口式活组织检查的细针抽取细胞”，Annals of Surgery，1984年5月，199(5)pp.569-579)。而且FNA作为一种非成象物理疗法具有不能得到关于所检测肿块的实际分布信息的缺点。作为一种细胞病理学技术，FNA不能容易地在显著的发育异常、原生癌、或扩散癌之间加以区分。细针抽取技术通常不执行用于触摸不到的胸部损伤。
为对具有含糊不清的乳房X射线照片异常的病人的治疗安排的另一选择是在对应于乳房X射线照片异常区的区域中作乳房切除的活组织检查。恶性肿瘤的可能性范围从一确定范围的实体的2％到一针状作的病区块的90％(D.B.Kopans“鉴别分析揭示胸部损伤”，Diagnostic Inaging，1991年9月，pp.94-101)作为一乳房X射线照片筛选进程的结果所得到的活组织检查的真正有效部分在20％至30％之间(G.Hermann等“触膜不到的胸部损伤：预先活组织检查乳房X射线照片诊断的准确性”，Radiology，1987年11月，165：323-326；R.Brem，个人通讯)。切除活组织检查还有导致产生疤痕的附加缺点，它使得对随后的乳房X射线照片的解释更为困难(D.B.Kopans“鉴别分析揭示胸部损伤”，Diagnostic Imaging，1991年9月，pp.94-101)。切除活组织检查的另一缺点是，作为一非成象物理疗法，描述肿瘤的实际分布很差。
也可以采用放射性核素成象来检查癌。2-[F-18]-氟-2-脱氧-右旋糖(FDG)为一被癌细胞优先吸收的葡萄糖的放射性模拟(“初期和转移乳腺癌：利用以放射性同位素示踪的葡萄糖模拟2-[F-18]-氟-2-脱氧-右旋糖的PET的初步临床估定“，Radiolgy(1991)，179：765-770)。-氟-18核子以发射一被电子湮没在一毫米之内的正子而衰减。这种湮没的结果是产生在方向上相隔近180度的两条511Kev(千电子伏特)的γ射线。在一病人接收到静脉注射剂量的FDG之后她就可以用检测这些γ射线的检测器来进行检查。
前面的检测方法均包含以一特制准直平面γ摄象机成象(“前期乳腺癌的诊断和随后的处理中的[18-F]氟脱氧葡萄糖闪烁照相”，European Journal of NuclearMedicine(1989)15：61-66)和以一整体的正子放射X线体层照相(PET)扫描仪进行的(R.L.Wahl等“初期和转移乳腺癌：利用以放射性同位素示踪的葡萄糖模拟2-[F-18]-氟-2-脱氧-右旋糖的PET的初步临床估定”，Radiology(1991)，179：765-770)。被给以FDG的乳腺癌病人的PET成象已表明在小至3.2CM的肿瘤的成象和在乳房太密实而无法顺利地以乳房X射线透视成象的病人的情况下是有用的(R.L.Wahl，“初期和转移乳腺癌：采用以放射性同位素示踪的葡萄糖模拟2-[F-18]-氟-2-脱氧-右旋糖的PET的初步临床估定”Radiology(1991)，179：765-770)。
采用一特制准直平面γ摄象机来以这一高分辩率对乳房成象受到技术因素的限制。511Kev的能量穿透性太大以致普通γ摄象机无法很好地检测，而对高能量进行矫正所需的平行校准导致相当于因低光子通量造成的分辨率损失的信号的损失(信号数/象素)。
一般的PET成象装置为设计来对整体的横断面进行成象。因而，对于小的可疑乳房损伤以主要作用作为高分辨率的确认物理疗法而采用一整体PET扫描仪存在有数个缺点。为乳房成象采用一整体PET扫描仪的第一个缺点是可获得的分辨率有限。整体PET系统的最终分辨率为各个别因子的组合并被限制到高于5mm FWHM(E.Rota-Kops等“计算机辅助X射线体层照相”杂志1990年5-6月14(3)，437-445页；N.A.Mullani等“核医学”杂志1990年5月31(5)，610-616页和628-631页；K.Wienhard等“计算机辅助X射线体层照相”杂志1992年9月-10月16(5)，804-813页)。这种分辨率限制的结果就是放射性被低估了(M.E.Phelps等编著的“正放射X线体层照相和自动X射线照相术”240-285页，Raven Press，N.Y.1986；H.Uchida等“用于正子CT的镶嵌式BGO检测器系统的设计”，IEEE Transactions on Nuclear Science，1986年2月Ns-33(1)，464-467页)。这降低了在估定乳房X射线照相检测的小于分辨率极限二倍的损伤的恶性肿瘤中的PET扫描仪的灵敏度，而且还阻碍此PET扫描仪以高精确度确定肿瘤边沿的应用。
通常的PET扫描仪用于胸部细微的损伤的成象的第二缺点是高检查费用。为容纳整个身体，一般的PET扫描仪必须应用数千或数百个沿着吊架的昂贵的检测器和相关的电子线路。
PET扫描仪的第三个缺点在于PET图象格式不能容易与一般的乳房X射线照片比较。这时由于乳房是一能被挤压成一基本上为两维的对象的器官。乳房内部结构中的变化导致用作定位的物标很少，而且被挤压乳房的乳房X线照片上的畸形物体的位置总无法与非被挤压乳房中同一位置相对应。
为在X线体层照相系统中实现可行的最大空间分辨率，必须限制由呼吸引起的病人的运动。以挤压来固定乳房是解决这一问题的最简捷的途径，但在一PET扫描器检测器环中实现很困难。另外，利用PET扫描仪来对基本上为两维的对象，如被挤压的乳房，进行成象在经济上也不尽合理。
原本为作动物研究开发的高分辨率(20cm直径内腔)PET扫描仪可能不久即成为市场上供应的。对于一较小孔的系统(也即专用的头部扫描仪的20CM内腔)轴向平面的分辨率为3.5mm(T.Yamashita，等“高分辨率PET的发展”，IEEE Transactions on Nuclear Science，1990年4月，Vol.37(2)594-599页)。这样的系统可满足高分辨率的目的。缺点在于作为专用于乳房成象装置采用接近15个检测器矩阵的这种相当昂贵的扫描仪的可观的成本。而且，乳房的固定和与标准乳房X线透视相比较的问题仍然无着落。
本发明的发明目的在于提供一种对妇女的乳房或其他器官中的放射剂浓度进行成象的设备和方法。
按照本发明的用于检查人体部分的设备，包括为固定和挤压该身体部分的装置或器械。此设备还包括为检测由渗入该身体部分的放射示踪剂发射的单一γ射线的装置或器械。
在另一实施例中，此检测装置或器械包含一被配置在该固定装置或器械的一侧的检测器组件。此检测器组件最好至少具有一个与一位置检测器相通讯的γ射线敏感材料阵列。另一实施例中，此检测装置或器械包含一对被配置在固定手段或器械一侧一个的检测器组件。最好，此提供组织图象的装置或器械包含一X射线源和X射线记录媒体。
本发明也是一为检查身体部分的设备，它包括为固定和挤压该身体部位的手段或器械，和为提供该身体部分的立体有规结构的内部组织图象的装置或器械。此设备还包括为提供该身体部分的立体有规结构的生理图象的装置或器械，它与为提供内部组织图象的装置或器械具有相邻接相互关系使得该身体部分在当和立体有规结构的组织与放射示踪剂成象之间时能保持相同位置。
最好，为取得一立体有规结构的生理图象的装置和器械包含一对被配置在固定装置或器械一边一个的检测器组件。在一实施例中，此检测器组件被设置成围绕身体部分作倾斜移动以便能提供此身体部位的至少两个不同观测角度的投射图象。在另一实施例中，此检测器组件相对此身体部位为静止的而能取得该身体部分的多重投射图。
本发明还是一为检查一身体部位的设备，它包括固定和挤压该身体部位的装置或器械，和提供该身体部位的立体有规结构的生理图象的装置或器械。
本发明也是一为检查一身体部分的方法。此方法包括将该身体部分固定于一优选位置以使得该身体部分经受挤压的步骤。然后具有步骤来取得该身体部分的至少一生理性图象。最好在固定步骤之前，有一对病人注射发射γ射线的放射示踪剂的步骤和取得至少一生理性图象的步骤包含以配置在该身体部分至少一侧的至少一个检测器组件检测γ射线的步骤。在希望时，在取得至少一生理性图象的步骤之后，可以有利用至少一个导引和布局的生理性图象将一活组织检查针或注射器插入该身体部分12中的步骤。在取得此图象的步骤之后，可为利用此图象作引导、测定位置和最好确定肿瘤已被完全去除来对病人进行诊断的步骤。在此诊断步骤之后，可为取得至少一外科手术的抽样图象的步骤以验明此肿瘤的存在和边缘。
说明本发明的优送实施例和实施本发明的优选方法的附图如下：
图1为检查身体部分的设备的示意表述；
图2为表明为检查身体部分的检测器组件的特写视图的示意表示；
图3a和3b为表明光电倍增器(PMT)上传感器的配置的示意表示；
图4为表明检测器组件间的多元成象平面的示意表示；
图5为具有二个被组构成作一致性检测或为双头单发射探索用的γ射线检测器组件的γ射线立体有规结构的成象设备的示意显示；
图6为被组构成来作单头单发射探索用的一γ射线检测器组件的γ射线成象设备的示意表示；
图7为一x射线立体有规结构的成象设备的表示；
图8为一具有移动检测器阵列的γ射线立体有规结构的成象设备的示意表示：和
图9为一具有静止的检测器阵列的γ射线立体有规结构的图象设备的示意表示。
现在参考附图(全部数幅附图中相同引用号码指类似或相同部件)、特别是图1，这里表明为检查一身体部分12，例如乳房的设备10。设备10包含为提供身体部分12的组织图象的装置或器械14，和为提供身体部分12的生理性图象的装置或器械16。为提供生理性图象的装置或器械16，被配置得邻接为提供组织图象的装置或器械14，以使得身体部分12当和在组织与生理性成象之间能保持同一位置。最好身体部分12被注入放射示踪剂，而为提供生理性图象的装置或器械16包含为由身体部分12检测该放射性示踪剂的发射的装置或器械。放射示踪剂可以是2-[F-18]-氟-2-脱氧-右旋糖(FDG)或16α-[F-18]-氟代雌二醇-17β或其他射线示踪剂。最好，为提供组织图象的手段或器械包含X射线源和X射线记录媒体，如X射线底片。或者可以用数字射线照相装置。或者可以采用其他的组织成象方法，例如磁共振。或者可采用其他的组织成象方法，如超声波。
在一优选实施例中，此射线示踪剂产生γ射线，而检测装置或器械包含二检测器组件20，其中每一个均至少具有一个被安装在一位置检测器21例如一光电倍增器上的γ射线敏感材料例如锗酸铋(BGO)晶体的传感器阵列19(闪烁器)。或者，也可在阵列19中的每一γ射线检测器上安装以各单个的光传感器，例如雪崩光电二极管。在另一可行实施例中，各检测器组件20具有一连续层的安装在一位置敏感倍增器或光电倍增器阵列上的γ射线检测材料。此连续γ射线灵敏材料层成在其表面上具有带有隔膜的槽，它们将以类似于PET扫描仪技术中公知的块检测器的状态工作。
最好，各检测器组件20具有为降低由身体其他部分来的不希望的放射的致密屏蔽23。最好各检测器组件20被附装在旋臂22上以便使其能旋转进或出一操作部分。最好该装置10包括用于固定身体部分12(诸如挤压)的装置或器械26。此固定装置或器械26可包含一平台28和一将身体部分12挤压到平台28上的挤压臂30。
在另一可行实施例中，装置10并不限于具有用于获取身体部分12的组织图象的装置和器械14。设备10包含有为固定身体部分12的装置或器械26和为提供身体部分12的生理性图象的装置或器械16。此提供装置或器械16与固定装置或器械26是相邻接的关系。最好此固定装置或器械26挤压身体部分12，并包含有一该身体部分12支撑其上的平台28和一将该身体部分压向平台28的挤压臂30。或者，此设备可包含一由用于手术间肿瘤定位的C型臂组成的固定装置或器械26。
本发明也是一检查一病人的身体部分的方法。此方法包括将该身体部分固定到优选位置的第一步。然后有为取得该身体部分的生理性图象的步骤。最好在固定步骤之前，具有给病人注射放射示踪剂的步骤，而该取得步骤包含由被固定的身体部分检测发射的步骤。取得了如X射线的身体部分的组织图象的步骤可以在固定步骤之前执行。最好在固定步骤之前具有执行一压挤检查的步骤，例如现场观察(spot view)压挤检查。
本发明还涉及到一检查病人身体部分的替换方法。这一方法包含取得身体部分的组织图象的第一步骤。然后是在该身体部在当和组织与生理成象之间保持同一位置的情况下取得该身体部分的生理图象的步骤。最好在此取得步骤之前，有一例如以压挤固定此身体部分的步骤。
在设备10的操作中，欲被检查乳腺癌的病人被注射2-[F-18]-氟-2-脱氧-右旋糖(FDG)。FDG是放射示踪剂，它是为乳腺癌细胞优选吸收的葡萄糖的放射性模拟。有关这一过程的更详细解释参见R.L.Wahl等的“初期和转移的乳腺癌：采用以放射性同位素示踪的葡萄糖模拟2-[F-18]-氟-2-脱氧-右旋糖的PET的初步临床估定”(Radiology(1991)，179：(765-770)，此处这里用作参考。同位素18-F由发射一被一电子湮没在数毫米之内的正子而衰减。这一湮没过程的结果是产生一个在方向上相距180°左右的γ射线。
在注射FDG后一小时左右，病人经受一现场观察乳房压挤检查。然后将乳房12加以固定和获取任一有恶性肿瘤怀疑的区域的乳房X线照片。如果在乳房照相底片上观测确定了一异常地点，就在被挤压的乳房的上、下位置中旋转高分辨率检测器组件20。各检测器组件20由一检测FDG所产生的γ射线的锗酸铋晶体阵列构成。各阵列被安装在一位置敏感光电倍增器上。采用符合门控的电子平行校正将生成对所发射的放射性高灵敏度。屏蔽降低了由检测器组件检测得的不希望的发射的数量。一旦检测器组件20被旋转到位，就摄取可疑地区中的发射图象。
此设备的理论基础是适用标准放射乳房X线照相几何原理对检测由正子发射和γ发射放射示踪剂所产生的γ射线。这一设备将结合(或被方便地安装在)一通常的或X射线的乳房X线透视单元以便与一般的乳房X线照片进行直观比较。
依靠乳房X线照相几何学能增加灵敏度被期望来能在很短的时间期限内(10-15分钟)对乳房中可疑地区进行成象，使病人在扫描期维持在乳房压挤状态。采用本发明促成了通常的乳房X线照片与放射示踪剂吸取图象之间的准确定位。本发明胜过现有技术的优点包含高分辩率、低成本，小剂量、和降低的病状。
在所建议的乳房X线照相几何中检测器组件对乳房的接近将使得分辨率甚至超过高分辨率PET扫描仪。由于在此几何片中无需通过滤过背景投射来作图象再现，所以不会发生因频率滤除而引起的分辨率上的损失。
给予病人的放射性剂量将类似或小于当前用于整个身体的PET成象的FDG的剂量(约10毫居里)，这在诊断核医疗技术的可接收的放射性剂量范围之内。有关这一剂量的病状必须与有关不必要的切除活组织检查的病状相比较。对于治疗方案，此病状可与有关不必要的乳房切除手术相比较。而对于确定肿瘤的边缘，此病状则应与一个切除不足的乳房中的肿瘤的局部再现相比较。
位置发射器，如氟-18(半衰期(half-life)110分钟)可由乳房成象中心从美国大多数主要城市的回旋加速器购买。应指出，采用所建立的专用乳房成象装置并不排除在当临床表明，亦即，为检查已证明为癌症病人的癌的转移在随后以全身PET扫描仪(如果可能)进行检查的可能性。另外，将一准直仪器放于一个或二个检测器组件上，并以不一致模式操作此设备，此设备就可以与更普遍采用的发射单一光子的放射性同位素相结合应用。再者，此设备还可进入手术室用作手术间肿瘤定位。
如果采用其衰变导致产生反向γ射线的放射性示踪剂，例如2-[F-18]-氟-2-脱氧-右旋糖，本发明将可实现设备100，它能作三维成象并提供理想的空间分辩率和灵敏度。如图2中所示，设备100由一由身体部分12检测放射示踪发射的第一检测器组件120和一由身体部分12检测放射示踪剂放射的第二检测器组件121组成。第一和第二检测器组件120、121被配置成相互邻接而将身体部分12置于它的中间。此设备100还包括装置或机械设备102用于将检测得的对第一和第二检测器组件120、121为一致的事件作背景推射到第一和第二检测器组件120、121之间的多个成象平面132上。此成象平面132表示在图4中。
最好，第一检测器组件120由一对放射示踪剂的发射敏感的材料的第一传感器阵列22组成，而第二检测器组件121则由一对放射示踪剂的发射敏感的材料的第二传感器阵列123组成。
最好如图4所示，背景投射装置或器械102包括用于定义第一传感器阵列122上一点与共同相互作用时第二传感器阵列123上一点之间的直线130的装置或器械，和用于确定直线130与各成象平面132的交点的装置或器械。最好此设备100还包括确定第一检测器组件120与第二检测器组件121之间的距离d和角度a的装置或器械，例如一位置和角度编码器136。最好，第一和第二检测器组件120和121的每一个均包括一位置检测器，如成象PMT(光电倍增器)108。最好，设备100还包括为显示成象平面的装置或器械104，诸如数字γ摄象显示和获取系统。最好传感器阵列122、123的每一个均由一大的BGO晶体阵列(20×20至40×40)组成。
本发明也是一检查一身体部分12的方法。此方法包括检测与身体部分12的放射示踪剂发射与第一和第二传感器阵列122和123的交互作用相关的多个相一致现象的步骤。然后是将检测得的相一致现象作背景投射到第一和第二传感器阵列122和123之间的多个成象平面132上的步骤。
最好，此背景投射步骤包含定义与该相一致现象相关的在第一专感器阵列122的一点与第二传感器阵列123的一第二点这间的直线130并确定此直线130与各成象平面132的交点的步骤。最好在背景投射步骤之后，具有显示多个成象平面的步骤。
在设备100的操作中，病人被注射以2-[F-18]-氟-2-脱氧-右旋糖(FDG)。如图3a和3b所示，检测器组件120、121的每一个均包括一在乳房12上、下的具有37×37BGO晶体的阵列122、123的Hamamatsn R394I-02 Imaging PMT108。各阵列122、123的宽为75mm，以指示符A表示。每一晶体为2×2×7mm。各个晶体的顶部被切割以最佳角度25°以打破对称来使得由PMT108所收集的光线最大。准确长度(7mm以上)是效率与分辨率之间的折衷数。如希望效率最高(增加晶体长)则使多重交互作用最小而使图象模糊(使晶体减短)(C.A.Burnham等“单一交互作用PET检测器”1990 IEEE Nuclear Science Symposium会议记录，PP：1332-1336，这里用作参数)。
这种传感器阵列设计是基于这一想法，即测量交互作用的数量的技术太复杂很难实现(Z.H.Cho和S.C.Juh.“由第一交互作用的确定来改善位置放射X线体层照相中的分辩率和灵敏度”，IEEE 1991 Medical Imaging Conference(Sanla Fe)Record，pp.1623-1627)。以减少其发生的概率来降低多重交互作用的效果。这种薄层传感器阵列设计将使效率降低，但因能使所有的晶体相一致而取得的其他的检测概率则将更大地弥补这一点。斜交的射线通常要求各晶体中交互作用深度的测量能保持良好的空间分辩率(P.Bartzakos和C.J.Thompson.“具有交互深度确定的PET检测器”，Phys.Med.Biol.V36，pp.735-748(1991))，但这些晶体可短到足以使这种测量成为没有必要。另外，可采用由顶部和底部作晶体阻断刻槽并使底部刻槽偏离顶部刻槽半个刻槽间隔来降低由对深度检测器倾斜入射所造成的判读误差。
第一和第二检测器组件120、121可由升高上面的一个来分离。他们间的距离d是可变的以便适应组织改变。他们间的角度可变是为适应如前列腺这样的器官的成象，这些可能需要检测器组件作非平行的排列。
各成象PMT108被连接到三个模-数转换器(ADC)，以测量X和Y座标以及由FDG射线示踪剂所产生的γ射线被监视的能量。PMT108被连接到一符合电路和背景投射装置或器械102以便检测他们之间的区域内正子湮没所产生的γ射线。原则上第一和第二传感器阵列122、123中任一晶体间都允许相一致。就是由此对角线的一致，和当前的检测器组件间隔d及角度a，才能确定现象的深度。
当第一和第二传感器阵列122、123间发生湮没时，此511Kev r对可以这样的方向移动，即他们将能与第一和第二阵列122、123交互作用。在一射线进入一晶体时，取决于晶体深度和光子方向它可有20至30％的与之交互作用的机会。在这些现象中，仅45％光电存放511Kev于一晶体中。晶体的形状是使得在这样的现象中生成的光线的光子的大部分为PMT108所检测，使得可能顺利地作能量鉴别(可能好于10％半最大时全宽度[FWHM]能量分辨率)。此交互作用的另外的55％中的康普顿散射线则被散射到一其顶角多很可能为45°的锥面上并积蓄50Kev于深3mm处的晶体中。而461kev射线将逃逸而在晶体外交互作用。鉴于这一原因，作此现象检测的电子电路应对光电现象的511kev的光子和对应511kev光子的单一康普顿交互作用的25-150kev光子敏感，并能根据其较低的能量来区分此单一康普顿交互作用。
如果两种这样的光子(每一检测器组件中一个)在分辨时间被检测到，就产生了吻合，而计算出一对应于此二晶体中交互作用的最可能的深度的直线。这是利用有效检测器间隔d(见图2)和第一、第二传感器阵列122、123的晶体的座标来进行计算的，其中相吻合的射线作用在第一、第二传感器122、123上。
参看图4，第一传感器阵列122中晶体的座标为Xu、Yu，而第二传感器阵列123中晶体的座标为XL、YL。这样，此现象即被定位于直线130上：
Xi＝XL+ai(Xu-XL)
Yi＝YL+ai(Yu-YL)    (1)
ai＝Zi/d……(i＝1至n)
不可能确定使湮没点唯一地位于三维空间的参数ai。但依靠假设一ai的值并由此确定一成象平面132，则可以对该成象平面132决定Xi和Yi座标。假定检测器组件120、121相隔6cm，可由-3.0cm至+3.0cm的范围内选择ai的13个值。由等式1，就可以计算出对应于由等式1给定的直线130与由z＝-3.0至z＝3.0(间隔5mm)定义的成象平面132的交点的13对(Xi，Yi)座标。现在就可将这组座标看作为-128×128×16的矩阵中的点。所有这16个矩阵元件均可增大。[人们不知道现象实际发生的地点，但由在每一段分配该现象(增大一存贮器单元)，就能提供所有的可能性]。增大一存贮器单元装置或机构指对它加一个小的正数。这一数的大小取决于有关晶体对的效率，和衰减路径长度。
在将欲进行检查的乳房置于二检测器组件120、121之间后，此第一或上检测器组件120被降低到位。由一位置编码器136测量检测器组件间隔d。对位置译编器136进行读数以进行角度换算因子计算。然后计算位置确定查找表，存入作为背景投射装置或器械102的部分的数据采集系统的处理器的表中。此采集进行一预设的时间，在IV FDG注射后30-50分钟左右。当检测到一吻合射线时，由查看这些表来计算与可能的13个成象平面的交点。所得的13个座标被提供到一设置用作初始化学习的经修正的γ摄象机接口。此13对座标依次出现，就象他们处于心动周期的独立相位。这样，全部成象平面132均通由一读—修正—写存贮器周期得到增大。最好，此直线与各成象平面的交点与为晶体相对灵敏度的乘积所划分的沿该直线的光子衰减成比例。
在此学习的结尾，数据可以用一般的γ摄象机显示软体在显示装置或器械104上显示。应指出这里不存在再现，因为存贮器包含着已预备好用于显示的经过规格化的投射数据。各成象平面132均包含一通过学习所采集的全部数据的图象。事实上，由将同样的数目加到各成象平面132中的不同位置，数据已经被“背景投射”到全部13个成象平面上。
此通常的X射线体层照相可作出摸拟，此时X射线管和胶片在病人上、下作椭园运动。此图象是作为该平面的“聚焦”图象形成的，通过该平面一连接焦点和胶片上一点的直线通过病人体内相同的点。由相对运动使得其他点的衰减变得模糊不清。在本发明中，各成象平面132均含有由实际发生在接近该平面，以及所有其他的平面的湮没而造成的数据。如在X射线体层照相的情况中那样，真正起源于该平面的数据是准确聚焦的，而由其他平面来的则变得模糊。
现在可逐个地检查此13个成象平面132，或者也可全体同时显示。提高较低的显示阈值直到正常细胞组织中的背景几乎成为“黑色”为止。在这一时刻，高葡萄糖代谢区中将出现“热斑”，而在低葡萄糖代谢区出现“冷斑”。对于或者冷或者热斑，含有最大反差，或最清晰边界的部分就是最好地定位此异常的部分。通常的用于平滑、轮廓区域的测量和增强的γ摄象机软件可被用来处理和解释这些图象。
假定对通常的乳房X线照相采用同样的乳房挤压，通常的和发射乳房X线透视成象就能精确地配准。
为对设备100作分度，一具有预计要加以成象的最大挤压的乳房部分的大小的塑料箱被充满以FDG溶液。采用正常的扫描技术，和将用于增大存贮器单元的表填以值Ke μp(其中μ是511Kevγ射线在水中的线性衰减系数，0.098cm-1而P为几何路径长度)。存贮器中晶体系数表全被设置到“1”。然后采集数据约一小时。
在分度扫描结束时，如果所存路径长度相等则所有存贮器单元将具有相同的计数，而所有的检测器组件120、121为同样有效的。但由于计数统计和不同的晶体对的效率，他们的数将是不同的。这些将在分度图象中表现为差异。连接各对晶体的响应直线则向前突出穿过所有的部分，而这被划分成对所有晶体对的平均值以便能推导出晶体效率表。
这一分度技术将晶体间的灵敏度和衰减校正组合成背景投射操作分度，使得能作实时图象形成。仅存不同是，不对每一存贮单元加“1”，而是增加一个补偿衰减和晶体间敏感性的数。假定存贮器深仅为16位，这一个数必须被分度换算来防止量化差和溢出。预测一个100数量级的数应于采用，范围在70至130之间。也可能需要在PMT成象响应为非线性时还要加入畸度校正。
此设备100可被耦合至一能进行初始化学习的作最少修改的γ摄象机采集和显示计算机。所有分度表和响应线(LOR)计算均是自包含的，但高度发展的核医疗图象处理软件能很好地适用于设备100。
事实上不需要作图象再现，而是作所有的三个轴的空间定位依靠沿着每一LOR背景投射换算值而成为可能，模拟一选通学习。这一简单的技术提供具有最好的可能的空间分辨率和在形成期间实时显示图象的简单的成象系统。一种类似的空间定位方法应用于与胸部成象无关的领域被讨论过(G.Muehlenner等“正子成象摄象机的运行参数”，IEEE Transactions on Nuclear Science，Vol.NS-23，No.1，1976年2月)。
本发明还预见到采用用于发射乳房X线成象的专用仪器与发射单一γ射线和/或光子的放射示踪剂相结合。图5表示一具有用于作符合检测或用于作双头单发射采集的二γ射线检测器组件的γ射线立体有规结构的成象设备。由正子发射衰减的放射性示踪剂导致产生一对γ射线。虽然这样的放射示踪剂是公知的在检查乳腺癌方面具有高的准确性，而文献中的最新报告提出单一光子、γ射线发射体如得-99m的作用(A.Waxman等Journal of Nuclear Medicine，Vol.34，Issue5，P.139p)。采用这样的发射体的优点包含有与正子发射体相比价钱便宜和易于取得。
如上所述的设备10采用一或二个检测器组件20检测来自被挤压乳房的活动可适用应用单一光子发射体(见图5和6)。
对于单一发射系统无需符合电路。应指出在文献中出现有报告(Lee等，Journal of Nuclear Medicine，Vol.34 Issue 12，pp.2095-2099；和A.Waxmau等，Journal of Nuclear Medicine，Vol.34，Issue 5，p.139p这里引用作为参考)描述应用γ摄象机检测来自单一光子和正子发射体的胸部的放射性。这些报告与本发明之间的区别在于本发明在采集数据期间配合以乳房固定和/或挤压。这种特点带来的数优点列举如下：
1、由于乳房含有很少物标，象肿瘤这样的内部细节将不能复制地被定位，除非采用固定/挤压。可复制地定位在如果要将放射图象用于介入如活组织检查或外科手术布置定位针时是至关重要的。
2、固定/挤压使得能进行与X射线图象有把握的配准，由此增加在放射图象对说明最初由X射线检测得的疾患的特征的能力中的诊断可靠程度。
3、挤压将由γ射线检测器成象的细胞组织量缩减到临床所需的区域。这种组织量的缩减使得γ射线束在由疾患处至γ射线检测器的途中的衰减减少。衰减减少将导致计数密度增加，这是有利的因为图象将有更高的诊断质量和可以减少对病人的剂量。
如图7中所示，立体有规结构的导引是一种放射科医生利用X射线指导活组织检查所用的技术。这一技术由采集投射角不同的二个投射图象来组成。由取得此二图象所提供数据就能估计一疾患的深度，这正如同人类大脑可由二只眼汇集信息来估计一物体的深度那样。在应用到胸部X线肿瘤透视时，乳房中的缺少内部稳定结构要求在采集一个投射时乳房被固定，不放松采集间的挤压。数家制造厂商(Fischer公司和Lorad公司)设计的乳房X射线透视装置，其中软件和显示接口使得医生能检测立体有规结构的图象，而在一疾患被在双视图认定时，一计算机算出该疾患的所预计深度。在计算机产生此疾患的座标时，医生就可将此座标输入进活组织检查枪以使得能可靠地取得疾患处的活组织。
如本技术领域中公知的，活组织检查枪设有能取下细胞组织一芯体的空心针装配。外科医生经常需要在乳房X线照片的导引下将钩状物、针状物或者染色剂放进一可疑的疾患中，以便医生能稍后在手术室中辩认该疾患。这样的定位硬件的布置可利用立体有规结构的导来完成。
本发明的一种应用是利用立体有规结构的导引来提供可用于立体有规结构的活组织检查导引的投射图象。在一立体有规结构的X射线乳房透视装置中(图7)，X射线检测器组件在当病人的乳房12处于挤压状态下在立体有规结构的视图之间移动一定的角度(通常15°)。在本发明中，如图9中所示，此射线检测器组件20可被置于使得也能移动一指定角度的位置。
另外，由于γ摄象机由许多投射来获取信息，就可能使此γ射线检测器组件20保留在一单一的位置而为立体有规结构的导引获得多重投射视图(图9)。由这样的投射视图得到的投射可由人类操作者目测来检查一疾患。如果此疾患能在不只一个投射视图上看到，就可进行类似于为X射线立体有规结构的导引所进行的计算来确定疾患的深度。仍然就可利用该疾患的座标来指引作活组织检查。
到目前为止还从未采用γ摄象机进行过立体有规结构的导引。利用γ射线成象的立体有规结构的导引的基本优点是关于要求只有利用γ射线成象技术才能检测的采样或切取疾患。一条医疗上面的原则是，如果结果不能为活组织检查所确认，那么此检查方法就是没有用的，而当前的γ摄象机和正子放射X线体层照相扫描仪不能适用于指导活组织检查。这是由于这些成象装置的很大体积和他们的需要很长采集时间的相对差的检测效率。要求病人在为采集立体有规结构的视图和为作活组织检查保持挤压状态就意味着在很短的时间内获得高质量的图象。本发明就能做到这一点，因为检测器如此地接近乳房，和因为挤压缩减了疾患与检测器之间衰减组织的数量。
应指出，本发明的立体有规结构的能力使得能根据放射图象单独或者与X射线图象相结合来进行活组织检查导引，因为γ射线检测器与通常的X射线检测器处于相同的几何位置。这样一按X射线标准的可疑区域就能由X射线立体有规结构的导引和在作活组织检查前由γ射线成象所确认的疾患的存在范围来进行定位。换言之，如果按X射线标准未能识别疾患，而放射图象识别到一可疑的疾患，则可根据放射图象单独来指引活组织检查。
本发明为用于检查一身体部分12的设备10。此设备包括为固定和挤压此身体部位的装置或器械26，和为提供该身体部分的内部组织图象的装置或器械14。此设备还包括为检测由渗透进该身体部分中的放射性示踪剂发射的单一γ射线的装置或器械，它与所述用于提供内部组织图象的装置和器械处于一种邻接的关系使得该身体部分12当在和组织与放射示踪剂成象之间保持同样的位置。
在另一实施例中，如图6中所示，此检查装置或器械包含一被配置在该固定装置或器械26一侧的检测器组件20。此检测器组件20最好具有至少一个与一位置检测器通讯的γ射线敏感材料的阵列。在另一实施例中，如图5中所示，此检测装置或器械包含一对被配置在该固定于装置或器械26的一侧各一个的检测器组件20。最好，各检测器组件具有至少一个与一位置检测器通讯的γ射线敏感材料阵列。最好，为提供组织图象的装置或器械14包含一X射线源和X射线记录媒体。
本发明也是为检查一身体部分的设备，它包括为固定和挤压此身体部分的手段或器械26和为检测渗透入此身体部分12的放射示踪剂所发射的单一γ射线的装置和器械。此检测装置或器械可包含配置在固定装置或器械一侧或二侧的检测器组件。在希望时也可以包含为提供此身体部分的内部组织图象的装置或器械，如X射线装置。
本发明还是一为检查一身体部分12的设备，它包括为固定此身体部分12的装置或器械26和为提供此身体部分的立体有规结构的内部组织图象的器械100(图7)。此设备还包括为提供此身体部分的立体有规结构的生理图象的装置或器械102，它与为提供内部组织图象的装置或器械100为一邻接的相互关系使得此身体部分在和组织与放射示踪剂成象之间保持同样的位置。
最好，为得到立体有规结构的生理图象的装置或器械102包含一对被配置在固定手段或器械26每边各一个的检测器组件20。在一实施例中，如图8所示，此检测器组件20被作成围绕身体部分12作倾斜移动以便提供由至少二不同视角的此身体部分12的投射图象，如采用X射线作立体有规结构的成象中所公知那样。在另一实施例中，检测器组件20相对此身体部分12为静止的，和获取此身体部分12的多重投射视图。
本发明还是一检查一身体部分12的设备，它包括为固定和挤压该身体部分的装置或器械26和为提供此身体部分的立体有规结构的生理图象的装置或器械102。如前所述，检测器组件20可被置于能围绕身体部分12作倾斜运动以便提供由至少二不同视图的该身体部分的投射图象，或者检测器组件可以是相对于身体部分12为静止的而取得该身体部分的多重投射视图以形成一立体有规结构的图象。
本发明还是一检查一身体部分12的方法。此方法包括将该身体部分12固定到一优选位置的步骤，以使此身体部分12受挤压并取得该身体部分的立体有规结构的生理图象。最好，在此固定步骤前具有对病人注射发射γ射线的放射示踪剂的步骤，而取得一立体有规结构的生理图象的步骤包含以一对配置在固定装置或器械每边一个的检测器组件20检测γ射线的步骤。最好，在取得立体有规结构的生理图象的步骤前，具有取得身体部分12的一立体有规结构的内部组织图象的步骤。如希望的活，在取得立体有规结构的生理图象之后，可能有利用该立体有规结构的生理图象作导引和布局将一活组织检查用针或注射器插入该身体部分12的步骤。
另外，在取得图象，例如一单个图象或立体有规结构的图象，的步骤之后，可以有用所取得的放射示踪图象作为导引和定位对病人进行手术的步骤。
本发明也是一检查一身体部分12的方法。此方法包括将此身体部分12固定到一优选位置的步骤以使得该身体部分12受到挤压并取得该身体部分至少一立体有规结构的图象。最好在固定步骤前，具有向病人注射发射γ射线的放射示踪剂的步骤，而取得至少一立体有规结构的图象的步骤包含有以在固定装置或器械的至少一侧的至少一个检测器组件20检测γ射线的步骤。如果希望，在取得至少一生理图象之后，可以有利用至少一生理图象作为导引和布局将活组织检查用针或注射器插入身体部分12的步骤。在取得图象的步骤之后，可以为利用图象作导引、定位对病人手术的步骤，而最好确认肿瘤已被完全去除。在手术步骤之后，可以有取得至少一外科手术活组织检查的图象以便识别肿瘤的存在和边缘。
这里，采用了语言上的装置或器械。此装置字样是遵循35U.S.C.§112并受其支配。器械字样则不是按照35U.S.C.§112，不受其支配。
虽然本发明已经在上面对用于说明目的的实施例作了详细叙述，但应理解这些细节仅是为该目的，而本技术领域的熟练人士可以在其中作出许多变化而不违背本发明的精神实质和范围，如下列权利要求中所说明的。

Claims (8)

1、一种用于检查一身体部分的设备，包括：
用于固定和挤压该身体部分的装置或器械；和
用于检测渗入该身体部分的放射示踪剂所发射的单一γ射线的装置或器械。
2、权利要求1中所述设备，其中所述检测装置或器械包含一配置在该固定装置或器械一侧的检测器组件，所述检测器组件具有至少一个与一位置检测器保持联系的γ射线敏感材料的阵列。
3、一种用于检查一身体部分的设备，包括：
用于固定和挤压该身体部分的装置或器械；
用于提供该身体部分一立体有规结构的内部组织图象的装置或器械；和
用于提供该身体部分的立体有规结构的生理图象的装置或器械，它与所述为提供内部组织图象的装置或器械为一种邻接的相互关系使得该身体部分在内部组织成象与放射示踪剂成象时及在二成象过程之间保持同样位置。
4、一种用于检查一身体部分的设备，包括：
用于固定和挤压该身体部分的装置或器械；和
用于提供该身体部分一立体有规结构的生理图象的装置或器械。
5、一种用于检查一身体部分的方法，包括步骤：
将该身体部分固定到一优选位置以使该身体部分受到挤压；和
取得该身体部分的至少一个立体有规结构的生理图象。
6、权利要求5中所述方法，其中在固定步骤之前，具有对病人注射以发射γ射线的放射示踪剂的步骤，而所述取得立体有规结构的生理图象的步骤包含以一对配置在固定装置或器械每侧各一个的检测器组件检测γ射线的步骤。
7、权利要求5中所述方法，其中在取得立体有规结构的生理图象的步骤之后，具有利用该立体有规结构的生理图象作三维导引将一活组织检查针或注射器插入该身体部分的步骤。
8、一种用于对病人的一身体部分进行诊断的方法，包括步骤：
将该身体部分固定到一优选位置以使该身体部分受到挤压；和
取得该身体部分的至少一个立体有规结构的生理图象；
利用该图象作导引而对病人进行诊断，定位并确认该身体部分的任何肿瘤均已完全去取。
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