CN113994200A - 医学成像系统及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

一种医学成像系统，包括：准直器，被配置为过滤从对象发射的辐射；以及检测器，被配置为检测已经穿过准直器的辐射，其中检测器包括多个检测器拼贴片并且至少一个检测器拼贴片相对于其他检测器拼贴片可移动，其中多个检测器拼贴片的顶表面能够被配置为共面。

Description

医学成像系统及其使用方法
优先权声明
本申请要求于2020年4月9日提交的美国专利申请第16/844,950号的优先权，该申请要求于2019年4月10日提交的美国临时申请第62/832,082号的权益。
背景技术
在诸如分子医学成像(有时称为核医学成像)等医学成像中，可以生成表示放射性药物分布的图像，以用于医学诊断。在成像之前，将放射性药物注射到成像对象(诸如患者)中。放射性药物发射放射性光子，放射性光子可以穿透身体以被光子检测器检测到。基于来自接收到的光子的信息，光子检测器然后可以确定患者内部放射性药物的分布。它们的分布表示患者的生理功能，并且因此它们的分布图像向各种疾病和病症(诸如心脏病学、肿瘤学、神经学等中的那些疾病和病症)的诊断提供了有价值的临床信息。
为了生成图像，准直器和检测器协同工作。然而，现有的准直器和检测器设计存在各种问题。例如，检测器通常以平面形状组织以获取二维(2D)矩阵格式的数据。检测器通常采用与光电倍增管(PMT)耦合的大型闪烁体晶体来检测辐射并且记录其位置。基于闪烁体的检测器包括尺寸较大的模块，并且检测到的辐射的位置通过比较相邻模块的输出来计算。在一些示例中，检测器采用与多个PMT耦合的单件闪烁体。因此，一旦部署(制造或安装)，检测器通常被设计为具有固定形状和尺寸的单件。刚性平面检测器的部署提供了有限程度的空间分辨率并且导致成像系统不灵活，从而限制了系统针对不同成像任务或对象进行优化的能力。因此，需要改进用于核医学成像系统的检测器。
发明内容
根据各种实施例，本公开提供了一种医学成像系统。该医学成像系统包括：准直器，被配置为过滤从对象发射的辐射；以及检测器，被配置为检测已经穿过准直器的辐射，其中检测器包括多个检测器拼贴片并且至少一个检测器拼贴片相对于其他检测器拼贴片可移动，其中多个检测器拼贴片的顶表面能够被配置为共面。在一些实施例中，准直器包括被配置为分段平面的多个准直器部分。在一些实施例中，多个检测器拼贴片中的每个检测器拼贴片可移动。在一些实施例中，多个检测器拼贴片中的每个检测器拼贴片包括检测器基座。在一些实施例中，检测器基座包括电池组。在一些实施例中，电池组能够无线充电。在一些实施例中，检测器基座包括无线通信模块。在一些实施例中，检测器包括多个检测器基座，其中一个检测器基座由至少两个检测器拼贴片共享。在一些实施例中，至少一个检测器拼贴片被配置为相对于其他检测器拼贴片倾斜一定角度。在一些实施例中，至少一个检测器拼贴片被配置为通过致动器倾斜。在一些实施例中，检测器被配置为通过移动一个或多个检测器拼贴片来改变形状。在一些实施例中，检测器被配置为通过移动一个或多个检测器拼贴片来改变旋转并且保持形状。
根据各种实施例，本公开还提供了一种医学成像系统。该医学成像系统包括多个准直器，被配置为过滤从目标对象发射的辐射；以及检测器，被配置为通过检测已经穿过准直器的辐射来获取目标对象的图像，其中准直器的一部分相对于检测器的顶表面倾斜。在一些实施例中，准直器的另一部分平行于检测器的顶表面。在一些实施例中，检测器包括多个检测器拼贴片，其中每个检测器拼贴片被指定有一个准直器。在一些实施例中，检测器的顶表面是平坦的。在一些实施例中，准直器的一部分相对于检测器的顶表面以大于3度的角度倾斜。在一些实施例中，该医学成像系统还包括在相邻准直器之间的多个屏蔽件。
根据各种实施例，本公开还提供一种获取医学图像的方法。该方法包括：提供具有可变形检测器的医学成像系统，该可变形检测器包括多个检测器拼贴片；确定可变形检测器的配置；移动多个检测器拼贴片的一部分，使得可变形检测器被配置为所确定的配置；并且通过可变形检测器获取目标对象的图像。在一些实施例中，该方法还包括配置与可变形检测器相关联的多个准直器。
附图说明
当结合附图阅读时，从以下详细描述中最好地理解本公开。要强调的是，根据行业标准惯例，各种特征并非按比例绘制，并且仅用于说明目的。事实上，为了讨论的清楚起见，可以任意增加或减小各种特征的尺寸。
图1是根据本公开的各种方面的示例性核医学成像系统的示意图。
图2是根据本公开的各个方面的成像系统的一部分的截面图。
图3是根据本公开的各个方面的示例性检测器拼贴片的透视图。
图4是根据本公开的各个方面的示例性可变形检测器的透视图。
图5A至5D从顶视图示出了根据本公开的各个方面的在变形之前和之后的检测器的实施例。
图6A至6D从顶视图示出了根据本公开的各个方面的在变形之前和之后的检测器的备选实施例。
图7是根据本公开的各个方面的具有可弯曲检测器拼贴片的成像系统的截面图。
图8是根据本公开的各个方面的具有平面检测器和倾斜准直器部分的成像系统的截面图。
图9是根据本公开的各个方面的具有平面检测器和平面准直器的成像系统的截面图，其中该平面准直器具有倾斜孔。
图10是根据本公开的各个方面的检查对象的方法的流程图。
具体实施方式
以下公开内容提供了很多不同的实施例或示例，以用于实现本公开的不同特征。下面描述组件和布置的具体示例，以简化本公开。当然，这些仅仅是示例，并且不旨在是限制性的。对所描述的设备、系统、方法、以及本公开的原理的任何另外应用的任何更改和另外的修改都被完全考虑，如本公开所涉及的领域的普通技术人员通常会想到的。例如，关于一个实施例而描述的特征、组件和/或步骤可以与关于本公开的其他实施例而描述的特征、组件和/或步骤组合，以形成根据本公开的设备、系统或方法的又一实施例，尽管这样的组合未明确示出。此外，本公开可以在各种示例中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简单和清楚起见，其本身并不规定所讨论的各种实施例和/或配置之间的关系。
而且，在随后的本公开中，另一特征上的、连接和/或耦合到该另一特征的特征可以包括其中这些特征直接接触的实施例，并且还可以包括其中附加特征可以插入这些特征以使得这些特征可以不直接接触的实施例。此外，空间相对术语，例如“下”、“上”、“水平”、“竖直”、“上方”、“之上”、“下方”、“之下”、“向上”、“向下”、“顶”、“底”等及其派生词(例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等)，用于简化本公开的一个特征与另一特征的关系。空间相对术语旨在覆盖包括这些特征的设备的不同定向。更进一步地，当用“约”、“近似”等描述数目或数目范围时，该术语旨在涵盖在包括所描述的数目在内的合理范围内的数目，诸如在所描述的数目的+/-10％内或本领域技术人员所理解的其他值。例如，术语“约5cm”涵盖从4.5cm到5.5cm的尺寸范围。
本公开总体上涉及医学成像领域，并且更具体地涉及用于核医学(分子)成像系统中的可变形检测器的设计。术语“可变形”是指能够改变形状、几何形状、面积、对准和/或取向。
在核医学(分子)成像系统中，准直器和检测器协同工作以生成表示对象内的放射性药物分布的图像。然而，现有的准直器和检测器设计存在各种问题。例如，检测器通常以平面形状组织，以从多个角度获取对象的平面投影以重构对象的三维(3D)图像。常规检测器采用与光电倍增管(PMT)耦合的大型闪烁晶体来检测辐射并且记录其位置。基于闪烁体的检测器包括尺寸较大的模块，并且检测到的辐射的位置通过比较相邻模块的输出来计算。在一些示例中，检测器采用与多个PMT耦合的连续(单件)闪烁体。例如，一种类型的多阳极PMT可以具有52cm×52cm的固定面积。因此，常规检测器被设计为一旦部署(制造或安装)就具有固定形状和尺寸的一个模块。刚性平面检测器的部署提供了被限制程度的空间分辨率并且导致成像系统不灵活。
本公开提供了新的检测器设计，其中检测器包括多个检测器模块(或检测器拼贴片)。每个模块还包括多个单元，并且每个单元单独地作用以生成图像。单元也称为像素电路。通过重新布置检测器拼贴片，检测器可以变形，以改变形状和/或尺寸。这种可变形检测器设计为成像系统提供了灵活性，从而有助于优化针对不同目标和应用的成像性能。因此，可以提高系统性能。
很多医学成像系统，例如单光子发射计算机断层扫描(SPECT)、计算机断层扫描(CT)和正电子发射断层扫描(PET)成像系统等，使用一个或多个检测器来获取成像数据，诸如伽马射线或光子成像数据。在获取图像之前，通常将放射性药物口服或注射到患者体内。放射性药物经历核衰变，从而通过湮灭直接或间接地以某些速率和特征能量来发射伽马光子。一个或多个检测器单元放置在患者或对象周围，以记录或监测发射。在很多情况下，为了制造和数据处理的方便，检测器被组织成平面形状，因此以2D矩阵格式来获取数据，这通常被称为投影。基于包括这样的检测事件的位置、能量和计数的记录信息，可以重构放射性药物分布的图像，以研究某些身体部位的功能。
图1示出了可以用于医学检查或治疗诸如患者等对象的示例性核医学成像系统100。成像系统100包括集成台架102，集成台架102还包括围绕台架中心孔106定向的转子104。转子104被配置为支撑一个或多个检测器108(示出了处于相对位置的两个检测器108)。转子104还被配置为围绕轴向轴线(例如，如图所示的X方向)轴向旋转。每个检测器108与准直器110协同工作。准直器110是引导光子路径的器件。在分子成像中，光子可能来自对象内部的未知位置，这与X射线或CT不同，在X射线或CT中光子从已知源(或多个源)位置发射。在没有准直器110的情况下，来自所有方向的光子可以被检测器108记录，并且图像重构可能变得困难。因此，准直器110被用来引导可能的光子路径，使得可以重构图像，这类似于摄影相机中镜头的作用。成像系统100还包括耦合到台支撑系统114的患者台112，该台支撑系统114可以直接耦合到地板或可以通过基座耦合到台架102。患者台112被配置为相对于台支撑系统114可滑动，这有利于患者150进入和离开与轴向轴线基本对准的检查位置。控制台120诸如以本领域已知的任何方式提供成像系统100的操作和控制。例如，操作员或技术员可以使用控制台120来控制机械运动，诸如旋转转子104，移动、旋转或倾斜检测器108和准直器110，以及滑动患者台112。成像系统100还包括用于获取数据和重构核医学图像的计算机组件(未示出)，诸如数据存储单元、图像处理器、图像存储单元、显示器。在一些实施例中，一个或多个计算机组件可以部分或完全位于远程位置(例如，在云上)。在一些实施例中，这些组件中的一个或多个组件可以本地或远程存在。
在一些实施例中，检测器108是半导体检测器，诸如基于碲化镉(CdTe)、碲化镉锌(CZT)或高纯度锗(HPGe)的半导体检测器。在一些实施例中，检测器108是闪烁体(诸如基于碘化钠(NaI)或碘化铯(CsI)的)检测器。在一些其他实施例中，检测器108还可以是与紧凑型光电倍增管(PMT)、硅光电倍增管(SiPMT)或雪崩光电二极管耦合的闪烁体。口服或注射到患者150体内的一种或多种放射性药物经历核衰变，并且可以通过湮灭直接或间接地以某些速率和特征能量来发射辐射(例如，伽马光子)。检测器108放置在患者150附近，以记录或监测发射。基于诸如这样的检测事件的位置、能量和计数的记录信息，可以重构放射性药物分布的图像以研究患者150上的某些身体部位的状态或功能。
准直器110包括一个或多个开口，诸如通孔。根据通孔的数目和几何布置，准直器110可以是单针孔、多针孔、编码光圈或扩展编码光圈(也称为扩展场成像，SFI)准直器、或其他合适类型的准直器。根据通孔的轮廓，准直器110可以是平行孔准直器、扇形束准直器或锥形束准直器、或其他合适类型的准直器。准直器110放置在检测器108与成像对象(例如，患者150)之间，准直器上的开口确定辐射可以穿过以到达检测器上的某个位置的方向和角度跨度。
在各种实施例中，准直器本质上是穿孔板，该穿孔板通常由诸如铅和钨的重金属制成。在一些实施例中，准直器由平面板制成，该平面板通常平行于平面检测器表面放置。取决于其被设计用于成像的光子能量，板的厚度足够大以阻止大多数辐射，使得光子主要穿过板上的小针孔。例如，对于常用的发射能量约为140keV的伽马射线的同位素锝99m(99mTc)，对于由铅制成的板，通常3mm厚度足够，并且对于由钨制成的板，约2mm厚度足够。厚度需要更大才能成像更高能量的伽马射线。这些准直器需要放置在离检测器一定距离处，以允许来自设计视场(FOV)的光子通过(一个或多个)针孔，以跨检测器表面散布。在这种情况下，准直器与检测器之间的间隙通常大于3cm。
成像系统100可以包括用于成像台架的其他必要部件，诸如将部件耦合在一起(例如，将检测器108和准直器110连接在一起)的连接器、引起部件移动的电机、光子屏蔽组件、容纳其他部件的外壳组件等。例如，耦合和屏蔽组件116可以连接检测器108和准直器110，使得这两者一起移动(例如，旋转)，并且耦合和屏蔽组件116可以防止辐射(光子)通过除准直器110之外的其他路径到达检测器108。在其他实施例中，检测器108和准直器110可以相对于彼此独立移动。
图2是协同工作以生成表示对象内的放射性药物分布的图像的准直器110和检测器108的示意性截面图。在所示实施例中，耦合和屏蔽组件116连接准直器100和检测器108。准直器110定位在患者150与检测器108之间并且被配置为通过阻挡某些光子并且使其他光子穿过来过滤辐射。准直器110由吸收辐射(例如，光子)的(一种或多种)重金属(诸如铅和/或钨)或合金制成。准直器110具有构建在其中的开口118，以允许一些光子穿过并且到达检测器108。应当理解，由准直器进行的辐射或光子阻挡或吸收不需要阻挡100％的光子，因为小百分比的光子(例如，5％或更少)仍然可以穿透辐射吸收材料的整个厚度。逃逸光子的数目可以随着准直器的厚度而指数下降。换言之，阻挡(或其他类似术语)意味着基本上所有的光子(例如，95％或更多，或99％或更多)被辐射吸收材料吸收。
开口118还可以被称为通孔、隧道、光圈或贯通特征——可以具有任何合适的形状、尺寸、数目、和/或在其相应准直器内的分布。在一些实施例中，开口118可以包括平行孔、扇形束、锥形束、狭缝板条、针孔、多针孔、编码光圈、任何其他合适形状的开口、或其组合。在一些实施例中，准直器118靠近(例如，2cm或更小)患者150放置。因此，准直器118可以使用平行孔或扇形束(会聚或发散)，因为这样的特征不需要与患者150的显著分离。在一些实施例中，开口118可以是倾斜的、会聚的或发散的，并且可以形成扇形束或锥形束等。在一个示例中，开口118包括多个针孔，其中针孔的数目可以大于11，大于23，或大于59，或大于83。开口118可以形成编码光圈图案，例如，尺寸为5、7、11和13的MURA(经修改的均匀冗余阵列)分别包括12、24、60和84个孔。更多数目的针孔有助于提高成像灵敏度。进一步地，开口118可以是单针孔、多针孔、多个针孔模块(包括散布场成像(SFI)或编码光圈)。
仍然参考图2，光子可以以可接受入射角(在图2中用符号α表示为线A1与垂直方向Z之间的角度，其中线A1是光子的行进方向，方向Z是准直器110的顶表面的法线)撞击准直器110的顶表面。如果入射角大于预定阈值，则光子将被准直器110吸收(注意，在有些情形下，光子击穿准直器110的与开口邻近的部分(例如，开口的侧壁上的薄区域))。因此，可接受入射角α表示光子穿过开口118而不穿过准直器110的一部分的可能的入射角范围。
在一些实施例中，该阈值的范围从0°到约2°或从0°到约10°。在一个示例中，LEHR(低能量高分辨率)准直器具有约1.11mm的开口直径和约24.04mm的长度，其中可接受的入射角范围为0°至约2.64°。在另一示例中，GAP(通常通用)准直器具有约1.40mm的开口直径和约25.4mm的长度，其中可接受的入射角范围为0°至约3.15°)。在又一示例中，LEHS(低能量高灵敏度)准直器具有约2.54mm的开口直径、约24.04mm的长度，其中可接受的入射角范围为0°至约6.03°。准直器110的可接受入射角通常小于10°。可以穿过准直器110的光子被认为在准直器110的视场(FOV)内(在图2中表示为线A1和A2内的空间)。
在本公开的各种实施例中，检测器108由多个检测器模块形成，检测器模块也被称为检测器拼贴片或像素电路化检测器。例如，检测器108可以包括二十个检测器拼贴片，该二十个检测器拼贴片被布置为形成矩形阵列，该矩形阵列具有五行，每一行有四个检测器拼贴片。每个检测器拼贴片单独地用作微型检测器以捕获或记录发射。至少一个检测器拼贴片或每个检测器拼贴片相对于其他检测器拼贴片可移动，这将检测器108重新配置为形成不同形状和/或尺寸。
图3示出了示例性检测器拼贴片200。检测器拼贴片200可以由本领域已知的任何半导体材料形成，例如通常称为CZT的碲化镉锌(CdZnTe)、砷化镓(GaAs)和硅倍增器(SiPM)等。具体地，检测器拼贴片200包括由半导体材料形成并且安装在检测器基座214上的晶体202。晶体202的底表面包括像素电路阵列212，诸如矩形阵列、方形阵列或其他合适阵列。像素电路212可以具有基本相同的尺寸并且也可以是矩形或正方形的形状。在各种实施例中，像素电路212的尺寸的范围可以从大约1×1mm2到大约4×4mm2。在各种实施例中，阵列的像素电路间距P的范围可以从小于1mm到大约6mm。此外，在同一阵列中，不同像素电路212可以具有不同尺寸或几何形状。例如，位于阵列中心的像素电路212的一部分可能大于外围的像素电路212，反之亦然。此外，像素电路212的数目可以大于或小于16(4×4)，如图3所示，例如，可以提供256(16×16)个像素电路212。还应当注意，晶体202的厚度可以在数毫米数几厘米之间变化。在各种实施例中，检测器拼贴片200的尺寸的范围可以从大约4cm×4cm到大约10cm×10cm，诸如5cm×5cm。并且，检测器拼贴片的形状不必是正方形，并且可以是矩形、六边形等。在具体示例中，基于CZT或硅倍增器(SiPM)的检测器拼贴片200被制造为4cm×4cm的尺寸，以进一步包括单位像素电路尺寸为2.5mm×2.5mm的16×16像素电路阵列。在操作中，每个像素电路212单独地记录或监测到达的发射量并且生成与发射量相关联的信号(例如，电压或电流)。在一些实施例中，检测器基座214包括适当的电子电路(例如，ASIC)以收集和处理来自像素电路212的信号。
检测器基座214可以包括有线连接单元，例如总线(未示出)，以将信号从ASIC传输到控制模块120(图1)。备选地，检测器基座214可以包括使用诸如WiFi和/或Bluetooth等技术的无线连接单元，以避免在检测器变形期间可能导致复杂化的附加布线。此外，检测器基座214可以包括一个或多个电池组以进一步减少布线。电池组可以在系统停机期间充电。检测器基座214还可以包括允许对电池组进行无线充电的无线充电单元。在一个示例中，检测器拼贴片200完全消除了有线连接，以依靠无线数据传输和无线充电来实现相应功能。如下文将讨论的，多个检测器拼贴片200将与相对于其他检测器拼贴片可移动的至少一个或每个检测器拼贴片200联合形成可变形检测器。检测器拼贴片中的每个拼贴片可以携带它们自己的电池组。备选地，电池组可以安装到检测器拼贴片中可移动的某个检测器拼贴片上，而其他固定检测器拼贴片可以具有到电源的电线连接以代替电池组进行供电。
图4示出了检测器108，检测器108包括多个(例如，24个)检测器拼贴片200，该检测器拼贴片200被布置为形成矩形阵列，该矩形阵列具有四行，每行有六个检测器拼贴片。应当注意，检测器108可以具有比所示出的更大或更小的检测器拼贴片200阵列。相邻检测器拼贴片200可以留下小于预定宽度的间隙，诸如小于单个检测器拼贴片200的宽度。间隙可以尽可能小，例如，只要物理上可实现的。在特定示例中，间隙是单个检测器拼贴片200的宽度的大约5％到大约20％。在另一示例中，间隙小于一个像素电路间距P(图3)或检测器拼贴片200的一个检测器分辨率，但大于零。替代地，相邻检测器拼贴片200可以彼此物理接触(邻接)。
在检测器拼贴片200之中，至少一个检测器拼贴片200可以安装在轨道(例如，滑轨或导轨)上。轨道被配置为允许检测器拼贴片200相对于其他检测器拼贴片移动，从而改变检测器108的轮廓几何形状。成像系统可以采用机械臂，其中指部附接到可移动检测器拼贴片200。备选地，每个检测器拼贴片200可以相对于彼此沿着轨道单独地移动。在一些实施例中，检测器108可以包括至少三个单独地可移动的组，诸如三个、四个、五个或六个可移动检测器拼贴片。在一些实施例中，检测器拼贴片200具有不同尺寸和/或几何形状。例如，一个检测器拼贴片可以比另一个大，或者一个检测器拼贴片具有正方形形状，而另一个具有矩形形状。此外，多个检测器拼贴片200可以形成作为一个单元进行移动的组。在组内，检测器拼贴片200的位置是固定的。此外，分配给同一组的检测器拼贴片200可以共享单个电池组，而不是每个检测器拼贴片携带其自己的电池组。并且，代替自由变换，检测器108可以变换成针对某些成像任务而预先确定的一些形状。因此，检测器108可以被分成具有不同尺寸和/或几何形状的多个可移动组。在一些实施例中，检测器108可以包括至少三个单独地可移动的组，诸如三个、四个、五个或六个可移动检测器拼贴片。每个单独地可移动的组可以包括一个或多个检测器拼贴片200，检测器拼贴片200的位置在组内相对固定。在一些实施例中，进一步，最小可移动组仅包括一个检测器拼贴片200。在所示实施例中，检测器108中的所有检测器拼贴片(单独地可移动或在可移动组内)的顶表面能够被配置为是共面的，并且在这种形式中，检测器拼贴片作为一个整体进行操作，并且由检测器拼贴片获取的图像被存储或表示为一个实体，诸如以一个阵列或一个矩阵的形式。
图5A至图5D是图1中的成像系统100中的检测器108的俯视图。图5A至图5D示出了旋转矩形检测器而不改变其形状或纵横比(长度/宽度)的两个实施例。图5A和图5B示出了整体上机械地旋转检测器108。X方向标记患者150平躺着从头到脚所沿着的轴向轴线。除了提供检测器108围绕轴线的轴线旋转的转子104，成像系统100还可以具有安装在转子104上的旋转机构，旋转机构允许检测器108围绕其自身的法线方向旋转。例如，对于尺寸为40cm×50cm的检测器，在常规取向的俯视图中，短边(40cm)通常与轴向轴线对准，使得长边(50cm)在横向方向(Y方向)上提供最大覆盖范围，因为配备有平行孔准直器的常规SPECT系统提供50cm直径的FOV。在图2B中，检测器108在X-Y平面中围绕其中心旋转90度，使得长边改为与轴向方向对准，以沿着轴向轴线和在横截面中提供不同FOV。在该取向上，该系统沿着轴向方向提供更多覆盖。这种取向的一个好处是，可以在较少数目的床位中获取全身图像。
作为比较，图5C和图5D示出了可变形检测器102的示例。尺寸为40cm×50cm的可变形检测器102包括三个检测器拼贴片102-I、102-II和102-III(替代地，102-I/II/III中的每个可以包括多个分组的较小检测器拼贴片)。检测器拼贴片102-I和102-III每个具有5cm×40cm的尺寸，并且检测器拼贴片102-II具有40cm×40cm的尺寸。中心检测器拼贴片102-II是固定的，而另外两个较小的检测器拼贴片102-I和102-II相对于中心检测器拼贴片102-II是可移动的。在所示实施例中，检测器拼贴片102-I从中心检测器拼贴片102-II的顶部向其左侧逆时针滑动(例如，被机械臂推动)。类似地，检测器拼贴片102-II从中心检测器拼贴片102-II的底部向其右侧逆时针滑动。重新组装的检测器108保持40cm×50cm的相同形状和尺寸，但在X-Y平面中在旋转90度之后等效地改变其对准，类似于图5B所示的对应物。
图6A和图6B示出了另一示例，其中检测器108可以变形为具有不同纵横比的不同形状。所示示例演示了一种将尺寸为40cm×60cm的检测器变换为30cm×80cm的方法。检测器108包括三个检测器拼贴片108-I、108-II和108-III(替代地，102-I/II/III中的每个可以包括多个分组的较小的检测器拼贴片)。检测器拼贴片108-I和108-III每个具有10cm×30cm的尺寸，并且检测器拼贴片108-II具有30cm×60cm的尺寸。中心检测器拼贴片102-II是固定的，而另外两个较小的检测器拼贴片108-I和108-II相对于中心检测器拼贴片108-II可移动。在变换期间，检测器拼贴片108-I和108-III的移动路径和方向用虚线箭头表示。在变换之后，可移动检测器拼贴片108-I或108-III的长边(30cm)与检测器拼贴片108-II的短边(30cm)对准。重新组装的检测器108保持2400cm2的相同检测器面积，但是具有细长形状和不同纵横比(从60/40到80/30)。
存在不同变换方式。例如，如图6C和图6D所示，检测器拼贴片108-I和108-III可以旋转并且附接到检测器的同一侧以实现相同变换。在变换期间，检测器拼贴片108-I和108-III的移动路径和方向用虚线箭头表示。在与本文中公开的类似原理下，根据检测器拼贴片或成组检测器拼贴片的尺寸，检测器108可以变形为各种其他形状和纵横比。例如，40cm×60cm的检测器可以变形为30cm×80cm的检测器，如图6B和6C所示，或者可以变形为50cm×48cm或25cm×96cm的检测器。并且，这种变形可以很容易地用检测器拼贴片实现。
在以上所示实施例中，检测器拼贴片被配置为保持共面，使得检测器108的表面保持平坦。同时，检测器拼贴片(或各组检测器拼贴片)也可以被配置为形成角度，诸如通过倾斜。图7示出了在又一实施例中的具有可变形检测器108的成像系统100的截面图。在之前的实施例中，在变换之前和之后，检测器108的检测器拼贴片的顶表面保持共面。除了平面地变换检测器108，检测器拼贴片还可以倾斜一定角度，诸如分别用于检测器拼贴片108-I和108-II的角度β1和β2。在诸如对心脏152进行成像等一些应用中，成像对象与检测器尺寸相比相对较小。心脏成像是SPECT的重要临床应用，约占美国SPECT扫描的60％。在这个应用中，检测器可以通过分成若干倾斜的检测器拼贴片来弯曲。人的心脏通常长12cm，宽10cm，这远小于约40cm×50cm的常规检测器尺寸。由于心脏的尺寸比检测器小得多，准直器110-I和110-II可以设计成两个部分，这两个部分形成小角度β，诸如6度、8度、10度或12度，以获取两个稍微不同角度的投影。在一些实施例中，最大角度β被限制为小于约40度或约60度。这种放置的准直器110-I和110-II被称为成角度放置的准直器。这种成角度放置的准直器的FOV是交叠的。在一些实施例中，这些准直器的法线(垂直穿过准直器中心的线，在图7中表示为虚线C1和C2)相交于一个公共点P0(或器官所在的相对较小空间体积)，公共点P0定义了这种配置的系统的FOV中心。
心脏152的图像可以通过两个准直器110-I和110-II投影到检测器108的两个单独拼贴片上。在检测器108的两个拼贴片之间存在屏蔽板116，以防止两个部分之间的串扰，即，辐射穿过一个准直器并且撞击检测器的另一拼贴片。为了更好地接收信号，检测器可以分成两个稍微弯曲的检测器拼贴片，使得每个拼贴片平行于准直器表面。
致动器216可以用于升高(倾斜)检测器拼贴片108-I或108-II或这两者的一个边缘。在一些实施例中，致动器216从检测器基座214延伸。在所示实施例中，倾斜的检测器拼贴片108-I和108-II相对于检测器基座214的顶表面形成较小角度β1和β2。角度β1和β2可以相同，也可以不同，关系为β1+β2＝β。在具体示例中，β为6度，β1为2度，β2为4度。通过以不同角度倾斜检测器拼贴片108-I和108-II，可以精细调节公共点P0的精确位置。检测器拼贴片108-I和108-II的其他边缘可以保持邻接，或者在它们之间具有较小间隙(例如，间隙宽度小于检测器拼贴片的宽度，或小于10cm)。在所示实施例中，两个边缘可以通过铰链220链接并且被认为仍然是物理接触。如果两个边缘保持物理接触，则两个检测器拼贴片108-I和108-II可以共享一个公共检测器基座214，而不是两个单独的检测器基座，如图7所示。在实施例中，进一步地，如果检测器108包括三个或更多个倾斜的检测器拼贴片，则倾斜的检测器拼贴片仍然可以共享一个公共检测器基座214。
在这种情况下，准直器110-I和110-II可以是针孔、多针孔、编码光圈或其他合适的形式。这种设计的一个好处是，可以在一个检测器位置处获取对象的多个投影。如果原始成像需要通过将检测器旋转到60个位置来进行60个投影，现在可以使用30个检测器位置来完成。在临床系统常见的双对置检测器系统(例如，图1中的成像系统100)上，60个投影需要将两个对置检测器分别旋转到30个位置，现在只需两个对置检测器的15个位置即可完成，从而将成像时间减少了一半。
在一些实施例中，准直器110-I和110-II是分开的部件。例如，准直器110-I安装到检测器拼贴片108-I，使得这两者一起移动(例如，旋转或倾斜)，并且类似地，准直器110-II安装到检测器拼贴片108-II。因此，当致动器216延伸以倾斜检测器拼贴片时，每个准直器与相应检测器拼贴片一起相应地倾斜。在替代实施例中，准直器110-I和110-II被制造为具有固定角度β的单件。检测器拼贴片108-I和108-II首先倾斜，而没有附接准直器。在检测器拼贴片108-I和108-II已经倾斜到预定角度(β1+β2＝β)之后，然后用机械臂手动或自动地将准直器110-I和110-II安装在上方。
在一些其他实施例中，检测器108可以保持平面而不弯曲或倾斜，而准直器110包括以较小角度定位的多个部分，并且检测器的某些部分被指定以接收来自准直器的这些部分中的每个部分的辐射(检测器的这些指定部分可以略微交叠)，诸如图8所示。类似于上面结合图7讨论的内容，这种成角度放置的准直器的FOV是交叠的。在一些实施例中，这些准直器的法线(垂直穿过准直器中心的线，在图8中表示为虚线C1、C2和C3)相交于一个公共点(或器官所在的相对较小空间体积)，该公共点定义了这种配置的系统的FOV中心。在所示实施例中，可以在原始检测器旋转的三分之一内完成成像。由于该设计适用于检测器不弯曲的情况，因此该设计适用于采用不可弯曲检测器的常规系统，以使其适用于采用不可弯曲检测器的现有系统。注意，在本实施例中，准直器部分110-I/II/III可以不平行于检测器表面。这里，“不平行”是指相对于准直器和检测器表面而形成的角度大于机械装配误差的容差，诸如大于1度的角度、或大于3度的角度。准直器110(包括准直器部分110-I/II/III)被认为是分段平面的，使得每个准直器部分是平面的，而一些相邻准直器部分(有孔的部分)不共面。准直器110可以被制造为单件，或者被制造为两个或三个分开的件并且分开安装。由于检测器108不弯曲，因此将准直器110做成单件可能更容易，并且其间仍然可以存在屏蔽板116以将准直器部分110-I/II/III隔开，以防止辐射穿过一个准直器并且击中被指定为接收穿过另一准直器的辐射的检测器的部分。
在又一实施例中，与前述实施例类似，但准直器可以是平面形状，并且包括多个部分，每个部分具有倾斜较小角度的一组孔，并且指向设计的FOV，如图9所示。在这种情况下，准直器表面可以平行于也可以是平面形状的检测器表面。并且，每个准直器部分(110-I、II或III)中的孔可以彼此平行。在所示实施例中，准直器部分110-I和110-III中的孔是倾斜的，使得穿过相应准直器部分的中心并且平行于孔的伸长方向的虚线C1和C3在公共点P0处相交。而中间准直器部分110-II中的孔沿着其法线方向延伸，诸如图2所示的孔，并且穿过中间准直器部分的中心的相应虚线C2也沿着法线方向延伸并且穿过公共点P0。
现在参考图10，示出了根据本公开的各个方面的用于利用可变形检测器获取对象图像的方法500的流程图。方法500仅是一个示例，并不旨在将本公开限制为方法500中明确说明的内容。在方法500之前、期间和之后，可以提供附加的操作，并且所描述的一些操作可以针对该方法的附加实施例而被替换、消除或四处移动。在下面结合图1至图8对方法500进行描述。
在操作502，提供配备有至少一个可变形检测器的医学成像系统。可变形检测器还包括多个检测器拼贴片。医学成像系统、可变形检测器和检测器拼贴片类似于图1所示的成像系统100、图4所示的可变形检测器108和图3所示的检测器拼贴片。为简明起见，类似的方面在下文不再重复。
在操作504，确定可变形检测器的优选形状、取向和/或面积。该考虑因素可以包括诸如患者或患者的特定器官或身体部位等目标对象的尺寸和/或形状。另一考虑因素可以包括目标对象到检测器的距离。在一些实施例中，操作504从一组预定检测器配置中挑选。
在操作506，检测器沿着其法向轴线(垂直于检测器)旋转，或者检测器拼贴片的一部分被移动，诸如通过沿着轨道移动所选择的检测器拼贴片。例如，操作506可以只需要移动一个检测器拼贴片，而其他检测器拼贴片保持固定。或者，将移动两个或更多个检测器拼贴片。或者，将移动所有检测器拼贴片。操作506还可以批量处理一组中的数个检测器拼贴片，使得属于同一组的检测器拼贴片一起移动，同时在该组内保持彼此相对固定。在一个实施例中，检测器拼贴片的顶表面被配置为在变形期间是共面的，换言之，可变形检测器的顶表面保持平坦(也称为可变形检测器是平面的)，而形状(例如，几何形状或纵横比改变，如图6A-6D)和/或取向(例如，与图5C和5D中相同的形状但旋转)改变。在另一实施例中，将一个或多个检测器拼贴片移动到可变形检测器的边缘，或者移动远离可变形检测器的另一部分一定距离，或者移动以堆叠在其他检测器拼贴片后面并且关闭，这等效地减少了可变形检测器的有效面积。在又一实施例中，检测器拼贴片的一部分被倾斜以形成非平面检测器，诸如图7所示。
在操作508，配置与可变形检测器相关联的准直器。在一个实施例中，每个准直器固定到相应检测器拼贴片，使得准直器与安装在其上的检测器拼贴片一起移动或倾斜。替代地，准直器可以在检测器变形完成之后组装或安装在检测器拼贴片上方。
在操作510，医学成像系统通过检测或监测由可变形检测器收集的辐射量来获取目标对象的图像。医学成像系统中的图像处理单元可以基于从可变形检测器获取的原始图像来执行图像重构。
尽管不旨在进行限制，但本公开的一个或多个实施例向诸如患者的对象的分子成像提供了很多益处。例如，可变形检测器允许成像系统在获取3D图像时获取空间分辨率的灵活性并且提高步进扫描效率。因此，改进了系统性能。
前述内容概述了几个实施例的特征，使得本领域的普通技术人员可以更好地理解本公开的方面。本领域普通技术人员应当领会，他们可以容易地使用本公开作为设计或修改其他处理和结构的基础，以实现与本文中介绍的实施例相同的目的和/或相同的优点。本领域普通技术人员还应当认识到，这样的等效构造并不脱离本发明的精神和范围，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，他们可以对本文进行各种改变、替换和更改。相应地，所附权利要求被广义地并且以与本公开一致的方式来解释是合适的。

Claims (20)

1.一种医学成像系统，包括：
准直器，被配置为过滤从对象发射的辐射；以及
检测器，被配置为检测已经穿过所述准直器的辐射，其中所述检测器包括多个检测器拼贴片并且至少一个检测器拼贴片相对于其他检测器拼贴片可移动，其中所述多个检测器拼贴片的顶表面能够被配置为共面。
2.根据权利要求1所述的医学成像系统，其中所述准直器包括被配置为分段平面的多个准直器部分。
3.根据权利要求1所述的医学成像系统，其中所述多个检测器拼贴片中的每个检测器拼贴片可移动。
4.根据权利要求1所述的医学成像系统，其中所述多个检测器拼贴片中的每个检测器拼贴片包括检测器基座。
5.根据权利要求4所述的医学成像系统，其中所述检测器基座包括电池组。
6.根据权利要求5所述的医学成像系统，其中所述电池组能够无线充电。
7.根据权利要求4所述的医学成像系统，其中所述检测器基座包括无线通信模块。
8.根据权利要求1所述的医学成像系统，其中所述检测器包括多个检测器基座，其中一个检测器基座由至少两个检测器拼贴片共享。
9.根据权利要求1所述的医学成像系统，其中所述至少一个检测器拼贴片被配置为相对于所述其他检测器拼贴片倾斜一定角度。
10.根据权利要求9所述的医学成像系统，其中所述至少一个检测器拼贴片被配置为由致动器倾斜。
11.根据权利要求1所述的医学成像系统，其中所述检测器被配置为通过移动一个或多个检测器拼贴片来改变形状。
12.根据权利要求1所述的医学成像系统，其中所述检测器被配置为通过移动一个或多个检测器拼贴片来改变旋转并且保持形状。
13.一种医学成像系统，包括：
多个准直器，被配置为过滤从目标对象发射的辐射；以及
检测器，被配置为通过检测已经穿过所述准直器的辐射来获取所述目标对象的图像，其中所述准直器的一部分相对于所述检测器的顶表面倾斜。
14.根据权利要求13所述的医学成像系统，其中所述准直器的另一部分平行于所述检测器的所述顶表面。
15.根据权利要求13所述的医学成像系统，其中所述检测器包括多个检测器拼贴片，其中每个检测器拼贴片被指定有一个准直器。
16.根据权利要求13所述的医学成像系统，其中所述检测器的所述顶表面是平坦的。
17.根据权利要求13所述的医学成像系统，其中所述准直器的所述一部分相对于所述检测器的所述顶表面以大于3度的角度倾斜。
18.根据权利要求13所述的医学成像系统，还包括在相邻准直器之间的多个屏蔽件。
19.一种获取医学图像的方法，包括：
提供具有可变形检测器的医学成像系统，所述可变形检测器包括多个检测器拼贴片；
确定所述可变形检测器的配置；
移动所述多个检测器拼贴片的一部分，以使得所述可变形检测器被配置为所确定的所述配置；以及
通过所述可变形检测器获取目标对象的图像。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括：
配置与所述可变形检测器相关联的多个准直器。
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