CN108309339B - Spect/pet/mri三模态成像系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种嵌入式准直器几何位置标定方法、SPECT/PET/MRI三模态同机成像系统及成像方法，基于现有的PET/MRI系统，将针孔状固体水镶嵌于多针孔准直器的针孔上，将准直器嵌入PET/MRI系统中，并进行MRI成像，基于固体水模的MRI图像，获得各针孔在MRI系统中的几何位置；基于PET/MRI系统已有的配准矩阵获得各准直器在PET探测器系统的几何位置，从而进行SPECT图像重建。本发明的准直器几何位置标定方法，便于操作，易于实现，所述三模态成像系统成本低廉，可实现三种模态的组合，应用于疾病基础和生命科学研究，可以更好地发挥多模态分子影像的功能，获得更加全面的分子水平的数据。
Description
技术领域
本发明属于医学成像技术领域，具体涉及一种嵌入式准直器几何位置标定方法、SPECT/PET/MRI三模态成像系统及方法。
背景技术
分子影像学运用影像手段在细胞和分子水平进行活体显像，用于反映特定分子的生物学行为。它使传统的解剖、生理功能的研究，深入到细胞和分子水平，对药物的研发、疾病产生和治愈的机理探究、以及生命科学研究具有重要意义。
目前，常用的分子影像技术主要有：电子计算机断层扫描(Computed Tomography，CT)，正电子发射计算机断层显像(Positron Emission Tomography，PET)，核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)，单光子发射计算机断层成像(Single-PhotonEmission Computed Tomography,SPECT)等。
分子影像技术的一个重要发展方向是多模态技术，它将不同成像手段“联姻”，优势互补，实现1+1>2的效果。其中要实现较好效果的多模态成像要求把不同模态高度集成为一体化设备。例如，PET/CT一体机，将PET的功能性分子显像结果和CT提供的精确解剖学信息结合，在临床上取得了非常成功的效果。相比于CT而言，MRI的优势是能够提供更好的软组织对比度、且无电离辐射剂量、能进行功能性成像等。近几年将CT替换成MRI的PET/MRI和SPECT/MRI成为了科研热点，且PET/MRI已在临床上开展应用。
更多模态的组合可以获取更多疾病信息。现有技术中，还没有上述影像技术三种及三种以上组合的相关技术。
发明内容
本发明实施例的目的是为现有技术中尚无SPECT/PET/MRI的组合提供相应的解决方案，基于已有的商业PET/MRI同机系统，利用现有PET探测器和嵌入式多针孔准直器进行SPECT成像，实现SPECT/PET/MRI三模态成像，以更好地发挥多模态分子影像的功能，更好的为疾病基础研究与生命科学研究服务。
根据本发明的一个方面，提供了一种嵌入式准直器几何位置标定方法，所述方法基于现有的PET/MRI系统得以实现，包括如下步骤：
圆锥形的固体水模镶嵌在准直器的外侧针孔上，用MRI对固体水模进行成像，获得各个固体水模在MRI系统中的几何位置，从而获得准直器各针孔在MRI系统下的几何位置；
利用系统中PET/MRI已有的配准矩阵，获得各针孔在PET探测器系统下的几何位置，从而完成所述嵌入式准直器的几何位置标定。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种SPECT/PET/MRI三模态同机成像系统，所述系统以现有的PET/MRI二模态同机成像系统为基础，其特征在于，所述SPECT/PET/MRI三模态同机成像系统包括：超导，梯度线圈，PET探测器，嵌入式多针孔准直器，RF线圈；其中，
超导、梯度线圈、PET探测器、RF线圈均为现有PET/MRI系统中的组成元件；
所述嵌入式多针孔准直器嵌入到PET/MRI孔径内，用于SPECT成像。
上述方案中，所述嵌入式准直器由磁不敏感的钨材料组成，为圆筒形，筒壁厚度为5～10mm，准直器筒内径30～35m，准直器中心层均匀排布一圈针孔，针孔孔径3～6mm，张角12.86度。
根据本发明的再一个方面，还提供了一种SPECT/PET/MRI同机成像方法，所述成像方法基于以上所述的SPECT/PET/MRI三模态同机成像系统实现，包括如下步骤：
步骤S1，基于PET/MRI同机系统，嵌入多针孔准直器。
步骤S2，将固体水模镶嵌在所述准直器的针孔上。
步骤S3，通过MRI对所述准直器上的所有固体水模进行成像，获得所有针孔的几何位置。
步骤S4，利用PET/MRI系统自带的配准矩阵获得各针孔在PET探测器系统中的几何位置。
步骤S5，基于PET探测器和准直器进行SPECT成像与图像重建。
上述方案中，所述准直器采用密度大于5g/cm3的材料，同时，通过一定的排布使准直器在不旋转的条件下可以满足SPECT采样完备性。
上述方案中，所述固体水模为可以在MRI中成像的固态材料。
上述方案中，所述步骤S3进一步为：圆锥形的固体水模镶嵌在准直器的外侧针孔上，用MRI对固体水模进行成像，获得各个固体水模在MRI系统中的几何位置，从而获得准直器各针孔在MRI系统下的几何位置。
上述方案中，所述步骤S4进一步为：利用系统中PET/MRI已有的配准矩阵，获得各针孔在PET探测器系统下的几何位置，从而完成所述嵌入式准直器的几何位置标定。
上述方案中，所述步骤S5进一步为：多针孔准直器嵌入到PET/MRI孔径内后，使系统工作在单光子采集模式，设置SPECT采集工作参数，包括修改能窗，采用PET探测器和电子学系统，进行SPECT数据采集。根据采集的SPECT数据，并根据各针孔几何位置获得的系统传输矩阵，以迭代重建方法进行SPECT图像重建。
上述方案中，所述方法用于人或动物的检测。
本发明具有如下有益效果：
本发明实施例的嵌入式准直器几何位置标定方法，基于现有的PET/MRI系统，便于操作，易于实现，可用于SPECT/PET/MRI三模态成像，包括顺序成像和同时成像；SPECT/PET/MRI三模态同机成像系统及成像方法，成本低廉，可实现三种模态的组合，应用于疾病基础和生命科学研究，可以更好地发挥多模态分子影像的功能，获得更加全面的分子水平的数据。
附图说明:
图1为本发明第一实施例的准直器针孔及所采用的固体水模匹配示意图；
图2为本发明第二实施例的SPECT/PET/MRI三模态同机成像系统结构示意图；
图3为本发明第三实施例的SPECT/PET/MRI同机成像方法流程示意图。
附图标记说明：
1-超导；2-梯度线圈；3-PET探测器；4-嵌入式多针孔准直器；5-射频RF线圈。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明作进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例，可以通过不同形式得以实现，说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节；通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念；所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
针对现有技术中尚无SPECT/PET/MRI的组合的形式运用分子影像学进行成像，本发明提出了一种将三种分子影像结合到一起的技术方案，首先设计一款多针孔准直器将多针孔准直器嵌入到PET/MRI系统中，提出了一种准直器几何位置标定方法；利用PET探测器和准直器实现SPECT成像，从而实现SPECT/PET/MRI同机成像。
下面通过具体的实施例结合附图对本发明作进一步详细的说明。
第一实施例
本实施例提供了一种准直器几何位置标定方法。
图1所示为本实施例的准直器针孔及所采用的固体水模匹配示意图。如图1所示，本实施例中的准直器具有上下对称的一对针孔，固体水模为圆锥形，可以镶嵌在准直器的外侧针孔上。用MRI对固体水模进行成像，获得各个固体水模在MRI系统中的几何位置，从而获得各针孔在MRI系统下的几何位置；利用系统中PET/MRI已有的配准矩阵，可以获得各针孔在PET探测器系统下的几何位置，从而完成几何位置标定。
本实施例的准直器几何位置标定方法，简单方便，无需额外放射源，可降低成本，减少对工作人员不必要的辐射。
第二实施例
本实施例提供了一种SPECT/PET/MRI三模态同机成像系统，所述系统以现有的PET/MRI二模态同机成像系统为基础，图2为本实施例所述SPECT/PET/MRI三模态同机成像系统结构示意图。如图2所示，本实施例所述SPECT/PET/MRI三模态同机成像系统包括：超导1，梯度线圈2，PET探测器3，嵌入式多针孔准直器4，射频RF线圈5。其中，超导1、梯度线圈2、PET探测器3、RF线圈5均为现有PET/MRI系统中的组成元件。
所述嵌入式多针孔准直器4用于SPECT成像，优选的，所述嵌入式准直器4由磁不敏感的钨材料组成，为圆筒形，筒壁厚度为5～10mm，优选为8mm，准直器筒内径为30～35cm，优选为32cm，准直器轴向中心层均匀排布一圈针孔(28个)，针孔孔径3～6mm，优选为5mm，张角12.86度。
当采用本实施例的SPECT/PET/MRI三模态同机成像系统进行成像时，所述多针孔准直器4嵌入到PET/MRI孔径内后，使系统工作在单光子采集模式，设置SPECT采集工作参数，包括修改能窗，采用PET探测器3和电子学系统，进行SPECT数据采集。根据采集的SPECT数据，并根据各针孔几何位置获得的系统传输矩阵，以迭代重建方法进行SPECT图像重建。
本实施例的SPECT/PET/MRI三模态同机成像系统，成本低廉，可实现三种模态的组合，应用于疾病基础和生命科学研究，可以更好地发挥多模态分子影像的功能，获得更加全面的分子水平的数据。
第三实施例
本实施例提供了一种SPECT/PET/MRI同机成像方法，所述成像方法基于第二实施例的SPECT/PET/MRI三模态同机成像系统实现。图3所示为本实施例的SPECT/PET/MRI同机成像方法流程示意图。如图3所示，本实施例的所述SPECT/PET/MRI同机成像方法包括如下步骤：
步骤S1，基于PET/MRI同机系统，嵌入多针孔准直器。
优选的，所述准直器采用密度大于5g/cm3的磁不敏感的材料。优选的，所述磁不敏感材料为高密度材料，用于阻挡射线，以进行SPECT成像，最优选的，磁不敏感材料为铅、金、钨材料中的一种。同时，通过对针孔进行一定的排布使准直器在不旋转的条件下可以满足SPECT采样完备性。本步骤中的准直器，可以为针孔准直器，也可以为线缝准直器。当为线缝准直器时，采用相应形状的固体水模实现固体水模的镶嵌。
步骤S2，将固体水模镶嵌在所述准直器的针孔上。
优选的，本步骤中的固体水模为可以在MRI中成像的固态材料。
本步骤中的镶嵌过程与第一实施例中的镶嵌过程相同，如图1所示。
步骤S3，通过MRI对所述准直器上的所有固体水模进行成像，获得所有针孔的几何位置。
步骤S4，利用PET/MRI系统自带的配准矩阵获得各针孔在PET探测器系统中的几何位置。
步骤S5，基于PET探测器和准直器进行SPECT成像与图像重建。
进一步的，本步骤中进行SPECT成像与图像重建，包括：多针孔准直器嵌入到PET/MRI孔径内后，使系统工作在单光子采集模式，设置SPECT采集工作参数，包括修改能窗，采用PET探测器和电子学系统，进行SPECT数据采集。SPECT是单光子成像，人体注入单光子药物，透过准直器和PET探测器进行SPECT成像。根据采集的SPECT数据，并根据各针孔几何位置获得的系统传输矩阵，以迭代重建方法进行SPECT图像重建。
本实施例中的现有的PET/MRI系统，指现有技术中已进入商业使用的PET/MRI系统，可用于人或动物的检测。
本实施例的所述SPECT/PET/MRI三模态同机成像方法，可实现三种模态的组合，应用于疾病基础和生命科学研究，可以更好地发挥多模态分子影像的功能，获得更加全面的分子水平的数据。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种SPECT/PET/MRI三模态同机成像系统，所述系统以现有的PET/MRI二模态同机成像系统为基础，其特征在于，所述SPECT/PET/MRI三模态同机成像系统包括：超导，梯度线圈，PET探测器，嵌入式多针孔准直器，RF线圈；其中，
超导、梯度线圈、PET探测器、RF线圈均为现有PET/MRI系统中的组成元件；所述嵌入式多针孔准直器嵌入到PET/MRI孔径内，具有上下对称的一对针孔，所述针孔上镶嵌有圆锥形的固体水模；所述固体水模用于：通过所述MRI进行成像并获得所述固体水模在MRI系统中的几何位置，从而进一步获得嵌入式多针孔准直器各针孔在MRI系统下的几何位置；
所述PET探测器用于利用PET/MRI系统中已有的配准矩阵，获得各针孔在PET探测器下的几何位置，完成所述嵌入式多针孔准直器的几何位置标定，并用于根据确定了几何位置的所述嵌入式多针孔准直器，完成SPECT成像。
2.根据权利要求1所述的SPECT/PET/MRI三模态同机成像系统，其特征在于，所述嵌入式多针孔准直器由磁不敏感的钨材料组成，为圆筒形，筒壁厚度为5~10mm，准直器筒内径30~35cm，准直器中心层均匀排布一圈针孔，针孔孔径3~6mm，张角12.86度。
3.一种SPECT/PET/MRI同机成像方法，其特征在于，所述成像方法基于权利要求1或2所述的SPECT/PET/MRI三模态同机成像系统实现，包括如下步骤：
步骤S1，基于PET/MRI同机系统，嵌入嵌入式多针孔准直器；
步骤S2，将固体水模镶嵌在所述嵌入式多针孔准直器的针孔上；
步骤S3，通过MRI对所述嵌入式多针孔准直器上的所有固体水模进行成像，获得所有针孔的几何位置；
步骤S4，利用PET/MRI系统自带的配准矩阵获得各针孔在PET探测器系统中的几何位置；
步骤S5，基于PET探测器和嵌入式多针孔准直器进行SPECT成像与图像重建。
4.根据权利要求3所述的SPECT/PET/MRI同机成像方法，其特征在于，所述嵌入式多针孔准直器采用密度大于5g/cm3的材料，同时，通过一定的排布使嵌入式多针孔准直器在不旋转的条件下可以满足SPECT采样完备性。
5.根据权利要求3所述的SPECT/PET/MRI同机成像方法，其特征在于，所述固体水模为可以在MRI中成像的固态材料。
6.根据权利要求3所述的SPECT/PET/MRI同机成像方法，其特征在于，所述步骤S3进一步为：圆锥形的固体水模镶嵌在嵌入式多针孔准直器的外侧针孔上，用MRI对固体水模进行成像，获得各个固体水模在MRI系统中的几何位置，从而获得嵌入式多针孔准直器各针孔在MRI系统下的几何位置。
7.根据权利要求3所述的SPECT/PET/MRI同机成像方法，其特征在于，所述步骤S4进一步为：利用PET/MRI系统中已有的配准矩阵，获得各针孔在PET探测器系统下的几何位置，从而完成所述嵌入式多针孔准直器的几何位置标定。
8.根据权利要求3所述的SPECT/PET/MRI同机成像方法，其特征在于，所述步骤S5进一步为：嵌入式多针孔准直器嵌入到PET/MRI孔径内后，使系统工作在单光子采集模式，设置SPECT采集工作参数，包括修改能窗，采用PET探测器和电子学系统，进行SPECT数据采集；根据采集的SPECT数据，并根据各针孔几何位置获得系统传输矩阵，以迭代重建方法进行SPECT图像重建。
9.根据权利要求3所述的SPECT/PET/MRI同机成像方法，其特征在于，所述方法用于人或动物的检测。
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- 2018-01-26 CN CN201810076845.7A patent/CN108309339B/zh active Active
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| CN108309339A (zh) | 2018-07-24 |
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