CN109009198A - 多模态成像系统、方法和存储介质 - Google Patents

多模态成像系统、方法和存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多模态成像系统、方法和存储介质。其中，该系统包括：底座、内层壳、外层壳、内层探测器环、外层探测器环、符合判断电路和采集处理模块；外层壳和内层壳为柱形，柱形的横截面是圆形或椭圆形，内壳层位于外壳层内部；内层探测器环由多个内层探测器模块组成，内层探测器模块镶嵌在内层壳上；外层探测器环由多个外层探测器模块组成，外层探测器模块镶嵌在外层壳上；内层探测器环与外层探测器环之间有距离；内层探测器环上具有准直用的孔隙或缝隙；内层探测器环和外层探测器环分别与符合判断电路相连接。本发明解决了现有技术中不存在同时进行SPECT/PET/康普顿这三种模态成像的系统导致的成像效率低的技术问题。

Description

多模态成像系统、方法和存储介质
技术领域
本发明涉及成像技术领域，具体而言，涉及一种多模态成像系统、方法和存储介质。
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：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)，单光子发射计算机断层成像(Single-Photon Emission Computed Tomography,SPECT)，核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)，等。这些方法每次进行成像只能进行单一种类或两种类别的成像，如果想要进行多种类的多模态成像就需要在多种成像系统上多次进行成像，目前还未有可以同时进行SPECT/PET/康普顿这三种模态成像的系统。
针对现有技术中不存在同时进行SPECT/PET/康普顿这三种模态成像的系统导致的成像效率低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种多模态成像系统、方法和存储介质，以至少解决现有技术中不存在同时进行SPECT/PET/康普顿这三种模态成像的系统导致的成像效率低的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种多模态成像系统包括：内层壳、外层壳、内层探测器环、外层探测器环、符合判断电路和采集处理模块；所述外层壳和所述内层壳为柱形，所述柱形的横截面是圆形或椭圆形，所述内壳层位于所述外壳层内部；所述内层探测器环由多个内层探测器模块组成，所述内层探测器模块镶嵌在所述内层壳上；所述外层探测器环由多个外层探测器模块组成，所述外层探测器模块镶嵌在所述外层壳上；所述内层探测器环与所述外层探测器环之间有距离；所述内层探测器环和所述外层探测器环分别与所述符合判断电路相连接，所述符合判断电路用于对所述内层探测器环和/或所述外层探测器采集到的信号进行符合计算；所述采集处理模块与所述符合判断电路相连，所述采集处理模块用于根据采集到的信号进行图像重建。
进一步地，沿壳体轴向上所述外层探测器环在外层壳上的覆盖长度大于等于所述内层探测器环在内层壳上的覆盖长度。
进一步地，所述内环探测器环模块之间形成孔隙，其中，所述孔隙的形状有多种，所述内层探测器模块和孔隙作为准直器用于SPECT成像。
进一步地，所述孔隙中设置有阻挡条，其中，所述阻挡条用于构造SPECT所需的准直器孔隙，所述阻挡条为高密度材料。进一步地，所述内壳层与所述外壳层在沿柱形轴向的两端处相连接。
进一步地，所述外层探测器模块采用闪烁晶体耦合光电探测器。
进一步地，所述内层探测器模块采用高能量分辨率的探测器。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种多模态成像方法包括进行以下至少之一的成像：单光子发射计算机断层成像：通过所述外层探测器环进行探测，将所述内层探测器模块和间隙孔作为SPECT成像的准直器，根据第一探测结果进行SPECT图像重建；正电子发射计算机断层显像成像：通过外层探测器模块进行符合探测，根据第二探测结果进行PET图像重建；康普顿成像：将内层探测器环和外层环探测器环进行符合探测，根据第三探测结果进行康普顿图像重建。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，所述程序执行上述方法。
在本发明实施例中，采用内层壳、外层壳、内层探测器环、外层探测器环、符合判断电路和采集处理模块；所述外层壳和所述内层壳为柱形，所述柱形的横截面是圆形或椭圆形，所述内壳层位于所述外壳层内部；所述内层探测器环由多个内层探测器模块组成，所述内层探测器模块镶嵌在所述内层壳上；所述外层探测器环由多个外层探测器模块组成，所述外层探测器模块镶嵌在所述外层壳上；所述内层探测器环与所述外层探测器环之间有距离；所述内层探测器环和所述外层探测器环分别与所述符合判断电路相连接，所述符合判断电路用于对所述内层探测器环和/或所述外层探测器采集到的信号进行符合计算；所述采集处理模块与所述符合判断电路相连，用于根据采集到的信号进行图像重建。该系统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，一次检测就可以获取更多的疾病信息从而提高检测效率，降低成本，更好的帮助进行疾病基础和生命科学研究，进而解决了现有技术中不存在同时进行SPECT/PET/康普顿这三种模态成像的系统导致的成像效率低的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的一种多模态成像系统的示意图；
图2是根据本发明实施例的一种可选的多模态成像系统的示意图；
图3是根据本发明实施例的一种多模态成像方法的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本发明实施例提供了一种多模态成像系统，该系统可以通过内层壳、外层壳、内层探测器环、外层探测器环、符合判断电路和采集处理模块实现其功能。需要说明的是，本发明实施例的一种多模态成像系统可以用于执行本发明实施例所提供的一种多模态成像方法，本发明实施例的一种多模态成像方法也可以通过本发明实施例所提供的一种多模态成像系统来执行。图1和图2是根据本发明实施例的一种多模态成像系统。如图1、2所示，一种多模态成像系统，包括：底座8、内层壳5、外层壳6、内层探测器环2、外层探测器环1、符合判断电路7和采集处理模块；外层壳和内层壳为柱形，柱形的横截面是圆形或椭圆形，内壳层位于外壳层内部；内层探测器环由多个内层探测器模块组成，内层探测器模块镶嵌在内层壳上；外层探测器环由多个外层探测器模块组成，外层探测器模块镶嵌在外层壳上；内层探测器环与外层探测器环之间有距离；内层探测器环和外层探测器环分别与符合判断电路相连接，符合判断电路用于对内层探测器环和/或外层探测器采集到的信号进行符合计算；采集处理模块与符合判断电路相连，采集处理模块用于根据采集到的信号进行图像重建。
上述内层探测器环与上述外层探测器环的距离越远成像效果越好。
图2中的内层壳5的横截面是圆形，内层壳可以形成一个圆柱形的空腔，在进行探测时，待探测的物体放置于该空腔中，该系统由两个探测器环镶嵌构成，外环探测器模块和外环探测器模块可进行符合探测，从而进行PET成像和康普顿成像；内环探测器环模块之间间隙构成SPECT准直器缝隙，用外环探测器进行单光子采集，从而进行SPECT成像。基于此，实现SPECT/PET/康普顿同机成像。
通过上述系统的多模态成像系统将不同成像手段“联姻”，与现有技术需要单独进行某种成像不同，本发明实施例的多模态成像系统可以选择同时进行SPECT成像、PET成像、康普顿成像中的任意几种的组合成像方式，从而可以直接进行某些特殊实验直接得到数据，不必再像现有技术那样经过多个系统多次检测才能得到结果，本实施例方便快捷节约成本，比如，PET/CT的直接结合可以实现分子影像信息和解剖结构信息的融合，而PET/SPECT的直接结合可实现不同核素标记的放射性药物的分子成像。本发明实施例的系统可以同时进行SPECT成像、PET成像和康普顿成像这三种成像，这三种成像可以根据需要任意组合，优势互补，实现1+1>2的效果，解决了现有技术中不存在同时进行SPECT/PET/康普顿这三种模态成像的系统导致的成像效率低的技术问题，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，一次检测就可以获取更多的疾病信息从而提高检测效率，降低成本，更好的帮助进行疾病基础和生命科学研究。
在一种可选的实施方式中，沿壳体轴向上外层探测器环在外层壳上的覆盖长度大于等于内层探测器环在内层壳上的覆盖长度。也就是当放置于内层探测器内的待成像物体所发出的射线在进行成像时一定先经过内层探测器环后再通过外层探测器环。
在一种可选的实施方式中，内环探测器环模块之间形成孔隙，其中，该孔隙的形状有多种，该孔隙可以为刀型、方形、圆柱形、三角形等，孔隙作为准直器用于SPECT重建。多个内环探测器模块构成了SPECT成像子系统所需的准直器。该内环探测器模块对SPECT伽马事件形成阻挡，而内环探测器模块之间的缝隙对SPECT伽马事件形成透射效果。
在一种可选的实施方式中，孔隙中设置有阻挡条，其中，所述阻挡条用于构造SPECT所需的准直器孔隙，所述阻挡条为高密度材料,如钨、铅等。
通过增加阻挡条，可以实现准直器孔的精细设计，从而提高SPECT成像质量。
在一种可选的实施方式中，内壳层与外壳层在沿柱形轴向的两端处相连接。连接方式也可以是在中间连接。
在一种可选的实施方式中，外层探测器模块可以采用闪烁晶体耦合光电探测器。闪烁晶体例如，LYSO、LSO等。优选外层探测器采用LYSO晶体阵列耦合SiPM阵列或PMT阵列，模块化设计一方面可以获得好的性能，另一方面方便维修更换。
在一种可选的实施方式中，内层探测器模块可以采用高能量分辨率的探测器。可以是CZT探测器或闪烁探测器，优选GAGG晶体耦合SiPM。
根据本发明实施例，提供了一种多模态成像方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。图3是根据本发明实施例的一种多模态成像方法，如图3所示，该方法可以实现SPECT成像、PET成像和康普顿成像至少之一，其步骤如下：
SPECT成像：将内层探测器和间隙孔作为SPECT成像的准直器，通过外层探测器环采集信号，进行SPECT图像重建；
PET成像：通过外层探测器模块进行符合探测，根据探测结果进行PET图像重建；
康普顿成像：将内层探测器环的探测结果和外层环探测器环的进行符合探测，根据两层探测器之间的符合事件进行康普顿图像重建。
上述PET成像用的是符合成像技术，使用外层环探测器环进行探测，在外层环探测器模块间进行符合探测，即在短时间内(ns级别)同时探测到事件称为符合事件，两个符合事件的连线为响应线，即正电子和负电子湮灭产生的一对511keV的背对背的gamma光子。通过探测到的很多的响应线重建出PET图像。
上述康普顿成像是测量高能的单光子事件，用内环探测器事件和外环探测器事件进行符合，两个作用位置和上面沉积的能量，利用康普顿散射的公式，可以推算出一个锥形面，事件入射方向即在锥形面上，通过很多的锥形面可以重建出图像。
上述康普顿成像是通过外环探测器环和内环探测器环进行的，两层探测器之间的信号可进行符合事件采集，从而进行康普顿成像。
下面以一个可选的实施例对上述三种成像过程进行说明：
如图1所示，本实施例中的外层探测器优选采用LYSO晶体阵列耦合SiPM阵列，外层探测器模块输出信号经过前端放大和数字化后进入符合判断电路，进行符合数据甄别，用于PET成像；内层探测器模块优选采用CZT探测器，输出信号经过前端放大和数字化后进入符合判断电路，与外层探测器模块信号进行符合甄别，用于康普顿成像；内层探测器模块之间的缝隙为刀形缝隙，内层探测器构成准直器，并通过外层探测器进行单光子数据采集，从而进行SPECT成像。
通过上述步骤解决了现有技术中不存在同时进行SPECT/PET/康普顿这三种模态成像的系统导致的成像效率低的问题，可以同时进行SPECT/PET/康普顿这三种模态成像。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，一次检测就可以获取更多的疾病信息从而提高检测效率，降低成本，更好的帮助进行疾病基础和生命科学研究。
下面结合一个可选的实施方式举例对上述所有系统和方法进行说明：
将待测物体注入放射性药物，根据不同的成像种类放入相应的放射性药物，该成像系统用于SPECT成像时，该放射性药物可以是包括低能单光子放射性核素标记的药物(如Tc99m,140KeV)；该成像系统用于康普顿成像时，可以注入包括高能单光子放射性核素标记的药物；该成像系统用于进行PET成像时，可以注入包括正电子衰变核素标记的药物(如F-18)。
注入上述药物时可以选择注入单一种药物，然后进行相对应的单模态成像，也可以选择多种药物同时注射，后续对应进行数据采集和甄别处理，可以进行多模态同时成像。
将待检测物体放在扫描床上，移动到成像视野中，该成像视野就是在内壳中，再进行相应的数据采集。使用采集处理模块采集的数据包括：采集外层探测器的符合事件，用于PET重建；采集外层探测器的单光子事件再加上能窗甄别，用于SPECT重建；采集内层探测器环和外层环探测器环的符合事件用于康普顿成像重建，上述采集的事件包括伽马(gamma)事件的作用位置、能量和时间。根据伽马事件能量进行SPECT、PET和康普顿成像事件的甄别，将采集到的数据通过采集处理模块进行相应成像方式的数据重建以获得不同成像方式对应的图像。
本发明实施例提供了一种存储介质，存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制存储介质所在设备执行上述方法。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅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)

1.一种多模态成像系统，其特征在于，包括：
内层壳、外层壳、内层探测器环、外层探测器环、符合判断电路和采集处理模块；
所述外层壳和所述内层壳为柱形，所述柱形的横截面是圆形或椭圆形，所述内壳层位于所述外壳层内部；
所述内层探测器环由多个内层探测器模块组成，所述内层探测器模块镶嵌在所述内层壳上；所述外层探测器环由多个外层探测器模块组成，所述外层探测器模块镶嵌在所述外层壳上；所述内层探测器环与所述外层探测器环之间有距离；
所述内层探测器环和所述外层探测器环分别与所述符合判断电路相连接，所述符合判断电路用于对所述内层探测器环和/或所述外层探测器采集到的信号进行符合计算；
所述采集处理模块与所述符合判断电路相连，所述采集处理模块用于根据采集到的信号进行图像重建。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，沿壳体轴向上所述外层探测器环在外层壳上的覆盖长度大于等于所述内层探测器环在内层壳上的覆盖长度。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述内环探测器环模块之间形成孔隙，其中，所述孔隙的形状有多种，所述内层探测器模块和孔隙作为准直器用于单光子发射计算机断层成像。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述孔隙中设置有阻挡条，其中，所述阻挡条用于构造单光子发射计算机断层成像所需的准直器孔隙，所述阻挡条为高密度材料。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述内壳层与所述外壳层在沿柱形轴向的两端处相连接。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的系统，其特征在于，所述外层探测器模块采用闪烁晶体耦合光电探测器。
7.根据权利要求1-5任意一项所述的系统，其特征在于，所述内层探测器模块采用高能量分辨率的探测器。
8.一种多模态成像方法，其特征在于，包括进行以下至少之一的成像：
单光子发射计算机断层成像：通过所述外层探测器环进行探测，将所述内层探测器模块和间隙孔作为单光子发射计算机断层成像的准直器，根据第一探测结果进行单光子发射计算机断层图像重建；
正电子发射计算机断层显像成像：通过外层探测器模块进行符合探测，根据第二探测结果进行正电子发射计算机断层图像重建；
康普顿成像：将内层探测器环和外层环探测器环进行符合探测，根据第三探测结果进行康普顿图像重建。
9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，所述程序执行权利要求8中所述的方法。
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