CN116324515A - 作为剂量计的微型单光子发射计算机断层摄影 - Google Patents

Abstract

为了剂量测定，使用具有固态检测器的微型化核成像系统来确定放射性药物的活性和/或注射剂量。通过将尺寸设成扫描针筒或药瓶，可以使用固态检测器以比当前剂量校准器更高的准确度且以较不频繁地使用校准或标准化源来确定注射剂量。该微型化核成像系统以与扫描患者的核成像系统相同的方式重建活性，因此可以用于校准剂量模型。具有固态剂量计的组织模仿物体测量来自放射性药物的剂量，该剂量用于校准剂量模型。

Description

作为剂量计的微型单光子发射计算机断层摄影

技术领域

本实施例涉及发射断层摄影或核成像。注射的放射性药物发射：伽马射线(在单光子发射计算机断层摄影(SPECT)成像的情况下)；或者正电子，其与电子一起湮灭以产生伽马射线(在正电子发射断层摄影(PET)成像的情况下)。位于患者体外的检测器系统检测发射的伽马射线并基于检测到的发射来重建图像。

背景技术

在治疗诊断学中，放射性药物被用作治疗剂。发射的辐射将治疗剂量施加到体积内的示踪剂靶向组织。核成像被用于确定施加到患者的剂量。体内剂量测定(诸如医学体内辐射剂量(MIRD))是由于在患者中摄取放射性物质而沉积到组织的能量的估计。随着时间在患者中的活性(activity)(诸如来自多个时间点(例如一天或两天)的患者的核成像)以及注射剂量的测量结果与指示体内剂量的通用剂量模型一起使用。通用剂量模型可能不准确。

基于气室检测器的剂量校准器被用于在注射前和注射后测量针筒和药瓶中所含的剂量(活性或活性计)，但气室对能量响应具有非线性的灵敏度。尽管进行了校准，但剂量校准器示出超过10％的误差，除非使用校准源来计算校正因子。校准源被用于剂量校准器和核成像系统之间的校准和交叉校准，从而允许准确和精确的剂量确定。每个医院所需要的校准的放射源的使用和运输是复杂和昂贵的。

发明内容

作为介绍，下面描述的优选实施例包括用于剂量测定的方法、系统、指令和计算机可读存储介质。使用具有固态检测器的微型化核成像系统来确定放射性药物的活性和/或注射剂量。通过将尺寸设成扫描针筒或药瓶，可以使用固态检测器以比当前剂量校准器更高的准确度且以较不频繁地使用校准或标准化源来确定注射剂量。该微型化核成像系统以与扫描患者的核成像系统相同的方式重建活性，因此可以用于校准剂量模型。具有固态剂量计的组织模仿物体测量来自放射性药物的剂量，该剂量用于校准剂量模型。

在第一方面中，提供一种用于确定注射剂量的方法。在针筒或药瓶在核成像系统中的情况下，测量针筒或药瓶中的放射性药物的第一活性，所述核成像系统具有固态检测器并且尺寸设成扫描所述针筒或药瓶而不用安置患者。在注射到患者中之后，利用核成像系统测量针筒或药瓶中的放射性药物的剩余量的第二活性。从第一活性和第二活性确定注射剂量(活性)。

在各种实施例中，所述固态检测器由半导体材料形成，所述核成像系统的尺寸设成将所述针筒或药瓶安置在小于3英寸×3英寸的孔中，和/或所述核成像系统具有至少一个手柄并且尺寸设成能够使用所述手柄由人携带。

在一个实施例中，针筒或药瓶中的放射性药物的单光子发射计算机断层摄影扫描由核成像系统执行以测量活性。从所述扫描中检测到的发射来重建第一活性和第二活性。

可以在不使用给定患者的放射性药物的剂量校准器的情况下确定注射剂量。例如，随时间测量第一活性，并且随时间测量第二活性。将第一模型拟合到随时间的所述第一活性，并且将第二模型拟合到随时间的所述第二活性。从拟合的第一模型导出第一剂量，并且从拟合的第二模型导出第二剂量。从第一剂量和第二剂量之间的差来计算注射剂量。

对于每个患者使用，不需要标准或校准源。可以根据来自核成像系统中的标准化源的发射检测来不经常校准核成像系统。

核成像系统可以被用于校准剂量模型。在包括固态剂量计的组织模仿物体在具有针筒或药瓶的核成像系统中的情况下测量第一活性。固态剂量计测量第一剂量。利用第一剂量针对放射性药物校准剂量模型。剂量模型是物理模型、剂量内核模型或转移模型中的一个。

注射剂量和/或校准的剂量模型用于计算患者的体内剂量。微型化核成像系统可以用于确定放射性药物的同位素和/或针筒或药瓶的形状因子。针筒或药瓶中的放射性药物的活性通过核成像系统使用放射扫描来测量。同位素或形状因子可以从发射扫描来确定，从而避免或确认这样的信息的用户输入。

在第二方面中，提供了一种用于医学核成像的剂量计。空腔被配置成保持针筒或药瓶。与空腔相邻的半导体检测器被配置成检测来自空腔内的针筒或药瓶内的发射。图像处理器被配置成从所述发射确定针筒或药瓶的剂量。

在一个实施例中，空腔具有3英寸×3英寸或更小的开口，通过该开口能够将针筒或药瓶放置到该空腔中。在另一实施例中，半导体检测器是在空腔的相对侧上的一对固态检测器。在其它实施例中，图像处理器被配置成从针筒或药瓶中的活性的重建来确定剂量。该重建是来自由半导体检测器检测到的发射。

空腔可以允许具有固态剂量计的组织模仿物体。组织模仿物体能够定位在该空腔内。图像处理器被配置成根据来自固态剂量计的信号来校准剂量模型。

在第三方面中，提供了一种用于核成像中的剂量模型的校准的方法。利用固态检测器检测来自待注射到患者中的放射性药物的发射。在检测期间，放射性药物在与固态检测器相邻的空腔内。利用组织模仿物体中的固态剂量计来测量第一剂量。在检测和测量期间，组织模仿物体在空腔中。利用来自固态剂量计的第一剂量以及从所述发射导出的第二剂量来校准剂量模型。

在一个实施例中，从所检测的发射的随着时间的活性重建来确定第二剂量。在注射放射性药物之后，利用校准的剂量模型来计算患者的体内剂量。

在第四方面中，提供了一种用于确定注射剂量的方法。具有固态检测器的核成像系统对针筒或药瓶中的放射性药物成像。从所述成像来计算针筒或药瓶中的放射性药物的活性。从针筒或药瓶中的放射性药物的成像来确定针筒或药瓶中的放射性药物的同位素。基于活性和同位素估计患者中的剂量。

本发明由所附权利要求定义，并且本部分中的任何内容都不应被认为是对那些权利要求的限制。本发明的其它方面和优点下面结合优选实施例进行讨论，并且可以以后独立地或组合地要求保护。

附图说明

组件和附图不一定按比例绘制，而是将重点放在示出本发明的原理上。此外，在附图中，相同的附图标记贯穿不同的视图指定相应的部件。

图1是使用用于确定注射剂量和/或用于剂量模型校准的微型化发射系统的定量发射成像仪系统的一个实施例的框图；

图2A和2B是微型化发射系统的侧视和俯视截面图；

图3是用于确定注射剂量的方法的一个实施例的流程图；

图4是具有组织模仿物体的微型化发射系统的截面俯视图，所述组织模仿物体具有用于剂量模型校准的固态剂量计；以及

图5是用于校准剂量模型的方法的一个实施例的流程图。

具体实施方式

校准的微型SPECT或PET被用作标准化的剂量计，用于准确地测量针筒和药瓶中的活性。这种微型核成像系统可以用于集成的剂量校准。可以为各种同位素化合物或混合物和形状因子(针筒和/或药瓶的类型)中的任何一种提供活性和/或剂量测定的国家标准与技术研究所(NIST)可追踪的校准。

比例气室或闪烁体材料通常被用作间接转换器。比例气室或闪烁体材料具有已知的非线性能量响应、差的能量分辨能力或没有能量分辨能力，并且需要利用多个光子能量进行校准。代替使用比例气室或闪烁体材料，具有频谱高能量分辨率图像针筒和药瓶的便携式固态微型SPECT或PET系统用于估计活性含量和剂量。固态传感器(或检测器)可以更容易地校准，而没有在气室和闪烁体中遇到的问题。用于患者的成像系统和剂量计(例如，微型SPECT)具有类似的线性能量响应。微型SPECT或PET可以替代现有的剂量计，并且在每天的使用中需要更少的标准或校准源。

由于图像几何形状是固定的并且相当标准化的，所以可以使用任何断层摄影重建方法来估计针筒和药瓶中的活性和剂量(例如，每单位体积和/或总体积的活性，如mCl或MBq为衰变/秒)。微型核成像系统允许活性和剂量模型(例如，剂量内核)校准，这可能对于基于气室或闪烁晶体的剂量计是不可能的。在浴槽或另一组织模仿物体中的固态剂量计(例如，金刚石检测器)用于给定存在的活性量来估计剂量，从而允许基于图像的剂量测定的校准与现有方法一样准确，而较少需要或不需要用户干预。

通过使用成像，可以识别同位素或同位素的混合。该信息允许基于测量结果进行校准和/或所沉积剂量估计，从而自动确定注射剂量或活性以及所使用的同位素或混合物。校准和能量沉积(例如，用于患者的剂量测定)被可靠地组合提供，而不需要或依赖于同位素的手动输入。

图1示出定量发射成像仪系统10的一个实施例。系统10确定患者从放射性药物经受的剂量。来自患者的不同时间点或扫描的发射数据集被用于估计剂量。通过重建剂量而不是时间特定摄取或示踪剂分布，提供在治疗周期期间或在多个周期上施加到患者的剂量，以用于在治疗和/或规划进一步的治疗中确认剂量。在替选实施例中，剂量被确定为来自随时间重建的活性的计算，或者剂量通过在一次重建中重建剂量来确定。

系统10包括图像处理器16、发射成像系统12、解剖体成像系统13、微型化发射系统14、存储器18和显示器17。可以提供附加的、不同的或更少的组件。例如，在不用解剖信息来估计剂量的情况下，不提供解剖体成像系统13。在一个实施例中，图像处理器16、存储器18和/或显示器17是发射成像系统12或解剖体成像系统13之一的一部分。在替选实施例中，图像处理器16、存储器18和/或显示器17被提供为与成像系统12、14分开的工作站、服务器或计算机。存储器18是具有图像处理器16的计算机或工作站的一部分，或者是远程数据库，诸如图片存档和通信系统(PACS)。

解剖体成像系统13是计算机断层摄影(CT)、磁共振(MR)、超声或其它诊断医学成像系统。解剖体成像系统13利用X射线、超声或电脉冲来扫描患者，以对患者体内的解剖体进行成像。源向患者发射能量。检测器接收响应于该发射的能量的信号。可以使用任何现在已知的或以后开发的解剖体成像系统13。虽然在本文中使用“成像”或“图像”，但是解剖体成像系统13可以用于采集表示患者的解剖数据，而不生成图像或不在显示设备上显示图像。

在一个实施例中，解剖体成像系统13是CT系统。X射线源和检测器被安装在可移动台架上。X射线源生成X射线，其中，一些X射线穿过患者。检测器检测穿过患者的发射的X射线。CT扫描的所使用能量、定时、扫描角度和/或其它方面针对患者进行设置，并用于扫描患者的体积或其它区域。CT用于生成患者的解剖体的表示。

发射成像系统12是任何现在已知或以后开发的核成像系统，诸如SPECT或PET扫描器。发射成像系统12包括用于检测从患者内发射的辐射的检测器。对于SPECT来说，使用伽马相机进行检测。检测器检测光子发射。给定的检测器可以检测来自患者的相同或不同位置的事件序列。

发射断层摄影系统12由软件、固件和/或硬件配置以检测发射。发射断层摄影系统12检测来自相同患者但在不同成像会话期间的发射。每个成像会话提供患者的一个完整扫描，诸如将伽马相机定位在相对于患者的不同位置处并且在停留时间期间检测每个位置处的发射。患者可以在不同的成像会话之间离开发射断层摄影系统12(例如，起床离开床)。成像会话可以在向患者剂量给药(dosed)体内放射性药物的同时在分布在几小时或几天上的不同时段执行。成像会话在治疗周期期间和/或在多个治疗周期上发生。成像会话可以在小于整个周期的时段上。对于相同的周期，在不同的成像会话期间，患者经受来自给定施加或剂量的放射性示踪剂的治疗。对于每个周期，使用不同施加的放射性示踪剂。

存储器18是随机存取存储器、图形处理存储器、视频随机存取存储器、系统存储器、高速缓存存储器、硬盘驱动器、光学介质、磁介质、闪存驱动器、缓冲器、数据库、其组合、或用于存储数据的其它现在已知的或以后开发的存储器设备。存储器18存储所检测的发射(例如，PET或SPECT检测的事件数据)、来自解剖体扫描的信号(例如，CT数据)、区域信息、分段信息、部分体积效应、平滑滤波器系数、测试活性、重建活性、剂量、生物分布、校准和/或重建信息。存储器18存储处理的数据，诸如存储分段、校准、指定测试活性的前向投影、根据检测到的发射的重建、图像物体、剂量、渲染的图像和/或其它信息。

存储器18或其它存储器是非暂时性计算机可读存储介质，其存储表示指令的数据，所述指令可由编程的图像处理器16执行以确定剂量或剂量模型校准。用于实现本文中讨论的过程、方法和/或技术的指令被提供在计算机可读存储介质或存储器(诸如高速缓存、缓冲器、RAM、可移动介质、硬盘驱动器或其它计算机可读存储介质)上。计算机可读存储介质包括各种类型的易失性和非易失性存储介质。响应于存储在计算机可读存储介质中或上的一个或多个指令集来执行附图中示出的或本文中描述的功能、动作或任务。功能、动作或任务独立于特定类型的指令集、存储介质、处理器或处理策略，并且可以由单独操作或组合操作的软件、硬件、集成电路、固件、微代码等来执行。同样，处理策略可以包括多处理、多任务、并行处理等。

在一个实施例中，指令被存储在可移动介质设备上以供本地或远程系统读取。在其它实施例中，指令被存储在远程位置中以通过计算机网络或通过电话线来传输。在另外其它实施例中，指令存储在给定计算机、CPU、GPU或系统内。

显示器17是监视器、LCD、等离子体、触摸屏、打印机或用于显示图像以供用户观看的其它设备。显示器17示出了表示剂量(诸如在治疗周期的给定时间的累积剂量)的一个或多个图像。可以输出其它图像，诸如函数(即，表示所重建物体的活性)(诸如摄取或活性浓度)的图像。剂量图像是定量图像。所述函数图像是定量或定性SPECT或PET图像。图像可以是体积渲染、多平面重建、截面和/或来自最终图像物体的其它图像。该图像基于从发射成像系统12检测的发射来表示在患者中的分布。替选地或另外，显示器17显示针筒或药瓶中的活性的空间分布或者注射剂量的图像。

图像处理器16是通用处理器、中央处理单元、控制处理器、图形处理器、数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列、放大器、比较器、时间-数字转换器、模拟-数字转换器、数字电路、模拟电路、定时电路、其组合、或用于从检测到的发射进行重建、确定剂量和/或校准剂量模型的其它现在已知的或以后开发的设备。图像处理器16是单个设备或者串行、并行或单独操作的多个设备。图像处理器16被特别设计或提供用于剂量确定或模型校准，但是可以是计算机诸如膝上型或台式计算机的主处理器或通用处理器，或者可以是用于处置更大系统中的任务的处理器。图像处理器16可以执行其它功能。

图像处理器16是可配置的。图像处理器16由软件、固件和/或硬件配置。不同的软件、固件和/或指令被加载或存储在存储器18中，用于配置图像处理器16。

图像处理器16被配置成计算施加到患者的剂量。可以直接在参数模型重建中根据从不同时间检测到的发射或者根据在不同时间的重建的活性分布来估计注射剂量。可以使用多模态重建，诸如使用解剖体信息来部分地基于不同组织的位置进行重建。

图像处理器16被配置成通过将放射性示踪剂的半衰期的参数或剂量模型拟合到所检测的发射来重建来自放射性示踪剂的剂量的分布。对放射性示踪剂动力学进行建模，例如包括扩散(例如，K1和K2扩散)。通过在重建中使用的参数模型来对辐射传输和电离辐射能量沉积进行建模。参数模型可以包括蒙特卡罗或剂量内核用于发射确定。从发射数据生成物体模型部分地使用剂量动力学的参数或剂量模型。剂量模型可以为不同类型的组织提供不同的变量值，如在重建中拟合的。替选地，对于不同类型的组织使用不同的参数模型。

图像处理器16被配置成根据剂量模型来确定剂量。拟合的剂量模型基于来自不同时间点的输入检测发射来输出剂量。该剂量作为累积剂量输出。拟合的剂量模型可以用于确定在任何时间的累积剂量。重建直接确定剂量，从而提供剂量的分布。替选地，剂量根据在不同时间的活性重建来计算。可以使用任何剂量计算过程。

图像处理器16使用注射剂量和/或剂量模型来确定患者的体内剂量。微型发射成像系统14用于确定注射剂量和/或校准剂量模型。微型发射成像系统14被用作用于医学核成像的剂量计。

图2A和2B示出微型发射成像系统14的侧视和俯视截面图。系统14包括形成空腔26的侧壁20和一个或多个检测器22。可以提供附加的、不同的或更少的组件。例如，提供用于移动检测器22的台架和/或在空腔26和检测器22之间的准直器。准直器可以是可调节的，例如自动地适配于所使用的同位素和/或患者治疗应用。准直器可以是旋转准直器和/或可以覆盖任何数量的检测器22，准直器可以提供步进式或连续的孔径变化。

侧壁20是屏蔽材料以防止或限制来自针筒24或药瓶的发射从系统14中传出。可以提供诸如附加屏蔽的盖子。屏蔽是铅或其它材料。

检测器22是半导体检测器。可以使用任何固态检测器，诸如CZT、CdTe、HgI2、TlBr、GaAs或其它半导体材料。半导体材料具有频谱高能量分辨率，并且可以在室温下操作或被冷却(例如，用于HPGe检测器的冷却)。

提供一个或多个检测器22。图2A和2B将两个检测器22示出为在空腔26的相对侧上的平坦基板或板。可以提供其它形状和/或布置。可以使一个、两个或更多的检测器22(发射传感器)定位在微型化发射成像系统14内。可以使用附加的、不同的或更少的检测器22，诸如围绕空腔26的检测器环。检测器22可以安装到用于移动检测器22的台架或其它设备。台架可以移动，或者检测器22可以基于来自使用检测器22扫描的图像和/或基于算法或人工智能来定位。

检测器22与空腔26相邻，诸如在空腔26内。检测器22可以直接与空腔26相邻，或者提供一层或多层中间材料，诸如准直器。检测器22与空腔26相邻，其中，检测器22可以检测来自空腔26内的发射。检测器22被配置(例如，定位)成检测来自空腔26内的针筒24或药瓶内的发射。

空腔26是圆柱形或平截头棱锥体。空腔26由侧壁20和/或检测器22形成。空腔26的尺寸设成保持针筒24或药瓶。例如，空腔26的尺寸设成具有3×3英寸或更小(例如，1英寸×1英寸或2英寸×1英寸)的开口和足够的高度以封闭保持一个或几个患者应用的放射性药物的针筒24或药瓶。空腔的体积可以小于1立方英尺。

由于空腔26的小尺寸，微型发射成像系统14可以具有放置在外壳或屏蔽侧壁20上的一个或多个手柄。手柄可以在盖子上，盖子闩锁或拧到主体上以封闭空腔26。总尺寸和重量可以允许系统14被携带，诸如是1升的水罐、1加仑的水壶、大咖啡杯、公文包或箱包的尺寸。系统14可以因由一个人或两个人携带而是便携式的。在其它实施例中，系统14被固定就位，诸如被夹持或螺栓连接到地板、墙壁或天花板。

针筒24或药瓶，诸如用于单剂量放射性药物的针筒24，可以通过开口(诸如图2A中所示的顶部开口)放置到空腔26内。可以提供诸如塑料保持器的保持器。替选地，空腔26的尺寸设成通过压力或摩擦接合而保持针筒24或药瓶直立或搁置在其侧面上。针筒24或药瓶定位在空腔26中，以便使用检测器22进行PET或SPECT扫描。

图像处理器16被配置成确定来自针筒24或药瓶中的放射性药物的活性和/或剂量。放射性药物的放射性同位素发射伽马射线或正电子，所述正电子导致生成伽马射线。这些发射中的一些由检测器22检测。图像处理器16对检测到的发射进行计数。可以记录发射的位置(例如响应线)。对于PET来说，可以确定并记录与响应线的重合(例如，来自针筒24的相对侧上的两个检测器的匹配定时)。可以记录或可以不记录发射的能量水平。执行针筒24或药瓶的发射扫描，并且图像处理器16根据发射扫描来确定活性或剂量。

图像处理器16被配置成根据随时间的活性来确定剂量。可以重建剂量，诸如在重建中包括来自在不同时间的发射的剂量模型。替选地，重建在多个时间中的每个时间的活性。使用剂量模型从重建的活性来确定剂量。该重建与要在患者上使用的重建相同，并且提供活性或剂量的二维或三维分布。替选地，图像处理器16使用伪成像重建，该伪成像重建对发射的计数进行整合以提供全局剂量和/或活性(例如，在区域或体积上的计数)，而不确定活性或剂量的空间变化或分布。

微型发射成像系统14可以用于确定注射前和注射后的针筒24或药瓶的活性和/或剂量。活性或剂量的差指示注射的活性和/或剂量。图3表示用于确定注射的活性和/或剂量的方法的一个实施例。

微型发射成像系统14可以替选地或另外用于校准剂量模型。放射性药物的摄取和洗出的通用函数是鲨鱼鳍形函数，其对于个体是未知的并且取决于特定个体和注射的放射性药物。部分地通过对该通用函数建模来确定剂量。可以使用各种剂量模型，诸如物理模型(例如，基于蒙特卡罗的模型)、由剂量内核形成的模型、或流入和流出的传输模型。在校准中设置模型的一个或多个特性。为了校准，来自针筒24或模型的剂量通过使用剂量模型的发射扫描来确定。在与发射扫描相同的时间或不同的时间，使用固态剂量计，诸如在组织模仿物体中的金刚石检测器，测量实际剂量。来自固态剂量计的信号用于确定实际剂量。比较两个剂量。找到使两个剂量的差最小化的剂量模型的设置，从而校准剂量模型。由于校准是基于将与患者一起使用的放射性药物和将用于确定患者的体内剂量的剂量模型，因此校准可以是准确的。图5示出用于校准剂量模型的方法的一个实施例。

图3示出用于确定注射剂量的方法的一个实施例。微型发射成像系统14用于确定特定患者或实例的注射剂量。通过使用固态检测器直接测量针筒或药瓶中的活性，可以确定注射剂量。发射成像系统14允许以比气室剂量计更高的准确度并且以对利用多个标准化的、校准的源的校准的更少需求来进行剂量确定。

使用图1的系统10、具有图像处理器的微型发射成像系统14和/或另一设备来实现图3的方法。例如，微型发射成像系统14扫描针筒或药瓶，并且图像处理器16根据扫描的结果确定注射剂量。

该方法以所示的顺序(数字或从上到下)执行，但是可以使用其它顺序。可以提供附加的、不同的或更少的动作。例如，不执行动作30，诸如在微型发射成像系统14已经被校准的情况下(即，校准不需要针对每个患者发生，并且可以执行一次或者每周、每月或每年执行一次)。作为其它示例，提供用于将针筒24或药瓶放置在空腔26中、移除针筒24或药瓶和/或对患者注射的动作。在另一示例中，提供用于配置成扫描针筒24或药瓶的动作，诸如用于选择PET或SPECT配置、准直器和/或扫描过程的动作。

在动作30中，校准微型核或发射成像系统14。标准化的、校准的辐射源被放置在空腔26中。该源具有已知的活性、剂量和/或同位素，诸如来自国家标准技术研究所(NIST)的源。发射成像系统检测来自源的发射。检测可以使用固定几何形状，诸如要用于测量注射剂量的几何形状。在存在多个可能的几何形状的情况下，则通过检测每个几何形状的发射来确定多个校准。

使用由检测器22随时间测量的活性来确定剂量。将测量的剂量与已知的源剂量进行比较。该差被用作权重，或者基于该差查找权重，使得根据检测到的发射计算的剂量是正确的(即，等于已知的源剂量)。例如，调整在剂量模型中表示的幅度和/或分布。作为另一示例，校准提供对测量的摄取的调整或加权。基于校准将测量的摄取调整为更准确。可以为几何形状和/或同位素提供不同的校准。

由于在微型发射成像系统14中使用固态检测器22，因此可以周期性地而不是针对每个患者执行校准。可以使用任何的校准频率。

在动作32中，微型发射成像系统14测量针筒24或药瓶中放射性药物的活性。保持要注射到患者中的放射性药物的针筒24或药瓶放置在空腔26中。空腔26的尺寸设成保持针筒24或药瓶，并可以是小的，使得患者不能置于空腔26中。这个测量结果具有患者中正使用的同位素的活性和/或剂量。在将针筒24或药瓶密封在空腔26中(例如，将盖子放置在空腔26上)后，检测发射作为活性的量度。

为了测量活性，执行PET或SPECT扫描。微型核成像系统14扫描来自针筒24或药瓶中的放射性药物的发射。在一个实施例中，通过将直接光子测量结果(例如，每个能量仓的计数数目和频谱)和针筒或药瓶的额外模态信息(给定另一设备，即，相机、IR相机/传感器等)组合，在单次测量中由半导体检测器直接测量针筒24或药瓶中的活性。不需要CT扫描，因为存在针筒或药瓶的有限数量，并且例如AI算法可以识别哪个针筒正在使用及其在室内的位置，以便针对每个患者进行注射前和注射后在针筒中的精确活性计算。使用微型核成像系统14的测量在将放射性示踪剂注射到患者中之前和之后扫描放射性示踪剂，但是此后，PET/SPECT扫描器12扫描患者。随着时间对患者执行多次扫描。使用这种方法，将发生更少的扫描和/或更精确的剂量估计。在多个时间点检测来自患者的多组发射。对每个时间点使用单独的扫描。对于每个时间点，诸如利用完整的SPECT或PET扫描来检测发射。在相同的针筒24或药瓶被多次使用(对于相同的患者或不同的患者)的情况下，后来发生的使用已经具有测量的活性，因此用于确定注射活性的测量在随后患者的注射之后发生。

随着时间，诸如在几十秒上，发射成像系统14利用检测器22检测来自针筒24或药瓶中的放射性药物的发射。在检测器22前面的准直器限制由检测器22检测到的光子的方向，因此每个检测到的发射与从其发生发射用于SPECT扫描的可能位置的线或圆锥和能量相关联。可以同样确定线或者圆锥相对于检测器的横向位置。对于PET扫描来说，重合处理可以用于检测在大体相反方向上行进的同时发生的发射的响应线。在替选实施例中，在没有位置确定的情况下(例如，在没有准直器的情况下)执行检测。将计数整合到在没有空间重建的情况下提供的全局活性中(即，伪成像方法)。

对于SPECT或PET扫描来说，原始发射数据被用于重建。重建可以使用系统矩阵或投影算子来描述微型发射成像系统的属性，以迭代地改进表示活性的图像物体的数据模型。重建所检测的发射以示出活性的空间分布。在重建剂量的情况下，使用在不同时间点上的活性来重建剂量。作为剂量重建的一部分，重建所述活性。

在物体或图像空间中定义的图像物体是根据在数据空间中测量的发射数据的重建。物体空间是其中定义图像重建的结果的空间，并且例如对应于被成像的3D体积或2D区域(即，视场或“FOV”)。检测到的发射形成投影，所述投影可以断层摄影地计算以通过重建表示二维或三维分布。该重建使用从每组发射中的不同方向或相机位置检测到的发射。

断层摄影重建迭代地将检测到的发射拟合到放射性药物在物体或图像空间中的分布。应用迭代优化以找到最佳拟合所测量的发射的分布。使用来自检测空间和物体空间的后向和前向投影以及任何建模，诸如用于发射断层摄影系统的系统模型(例如，检测器灵敏度)和/或用于放射性示踪剂的动力学的参数剂量模型(例如，具有衰变的两个方向(例如，K1和K2)上的扩散)。在迭代优化中，发射断层摄影系统的模型用于将投影测量结果正向投影到物体空间，并且残差被反向投影以用于校正下一次迭代的数据模型。

在动作34中，在注射后，微型核成像系统14测量针筒24或药瓶中的活性。动作32在注射前执行。在将放射性药物注射到患者中之后，针筒24或药瓶返回到空腔26。测量在注射后剩余在针筒24或药瓶中的任何放射性药物的活性。对于剂量确定，在不同的时间点测量活性(即，随时间执行多次发射扫描)。测量放射性药物的剩余量的活性。

在动作36中，图像处理器确定注射剂量(活性)。注射剂量根据在注射前和在注射后在针筒24或药瓶中测量的活性来确定。使用动作32和34的测量活性。确定在注射前的剂量(活性)，并确定在注射后的剂量(活性)。剂量(活性)的差是注射剂量。在没有剂量校准器的情况下确定剂量(活性)。通过使用来自固态检测器22的检测发射，可以避免由于气室的非线性响应而导致的不准确性。

在动作32和34中的活性测量结果具有发射的情况下，则执行活性和/或剂量的重建来确定剂量。可以在一次重建中根据来自多个时间点的发射来确定剂量。重建是参数的，包括作为重建的一部分的剂量模型拟合。在动作32和34中重建活性的情况下，则通过将剂量模型拟合到随时间重建的活性来根据随时间的活性而确定剂量。

为了确定实际剂量，将剂量模型拟合测量的活性。该剂量模型拟合到重建的活性或在来自发射的参数重建中拟合。剂量模型拟合到注射前测量的活性。将相同或不同的剂量模型拟合到在注射后测量的活性。注射前和注射后剂量从拟合的剂量模型来导出。剂量给药前和剂量给药后之间的差是注射剂量。

可以使用任何剂量模型。剂量模型可以是药物动力学的参数模型，诸如扩散、同位素半衰期、生物半衰期和/或从放射性药物施加的剂量随时间变化的另一特性。物理模型，诸如使用蒙特卡罗、剂量内核作为模型，或传输模型可以用于对剂量的发射概率和/或相互作用建模。基于拟合，求解剂量模型的模型参数的值，从而为分布的位置提供任何时间的剂量和/或总剂量。作为基于传输的剂量模型的示例，2-隔室模型被封装在一组线性微分方程中，由此k12、...是从隔室1移动到隔室2的动力学参数。通常，隔室可以是感兴趣的体素或体积(VOI)。通过求解放射性药物动力学的模型的拟合，可以确定剂量。确定剂量或剂量分布。分布是按体素。

可以使用微型核成像系统14来校准在重建注射剂量和/或体内剂量中使用的剂量模型。图4示出了具有包括在空腔26中的组织模仿物体40的微型核成像系统14。组织模仿物体40模仿感兴趣的组织，诸如血液、软组织或骨。例如，水浴用于血液。作为另一示例，使用软组织或骨模仿塑料。可以使用用于多个不同组织的多个物体40。一个物体40可以模仿不同的组织。物体40具有已知的衰减和/或对应于被模仿的组织的衰减。

组织模仿物体40可定位在空腔26内。物体40具有已知的位置和取向。如图4中所示，组织模仿物体40具有尺寸和形状设成与空腔26的表面一致的外表面。在其它实施例中，组织模仿物体40安置成与空腔26的侧壁、底部和/或顶部较少接触或不接触，诸如通过一个或多个间隔物或保持器而保持在空腔26中。

组织模仿物体40包括一个或多个固态剂量计42。例如，金刚石检测器用作固态剂量计42。可以使用用于直接测量剂量的其它半导体检测器。可以提供任何数量和任何间隔的剂量计42。

组织模仿物体40包括内气室，针筒24或药瓶放置并保持在该内部气室中。固态检测器22用来测量活性，从所述活性确定剂量。剂量计42在与检测器22检测发射相同的一个或多个时间或在相等但不同的时段上测量来自针筒24或药瓶的剂量。

图像处理器16使用剂量的任何差来校准剂量模型。将从发射估计的剂量与从组织模仿物体40的剂量计42直接测量的剂量进行比较。给定从检测器22测量的活性，加权或调整剂量模型以导致从剂量计42直接检测的剂量。从来自固态剂量计42的信号校准剂量模式。

图5示出用于核成像中的剂量模型的校准的方法的流程图。组织模仿物体40和所包括的剂量计42用于校准用于确定患者的体内剂量的基于传输、物理或剂量内核的剂量模型。微型核成像系统14允许校准用于患者的剂量模型。

这些动作以所示的顺序(数字或从上到下)或另一顺序执行。例如，动作50和54同时执行或者顺序地执行(首先动作50或首先动作54)。作为另一示例，在任何动作之后且在动作58之前执行动作59。

可以使用附加的、不同的或更少的动作。例如，不执行动作58和/或动作59。作为另一示例，执行用于诸如利用PET或SPECT成像系统12发射扫描患者的动作和/或用于通过解剖体成像仪13对解剖体成像以用于多模态重建和/或衰减的动作。在又一个示例中，对于不同组织类型中的每一种重复动作50-56。使用不同的组织模仿组织模仿物体40来通过组织类型校准剂量模型。

在动作50中，固态检测器22检测来自待注射到患者中的放射性药物的发射。将针筒24或药瓶放置在空腔26中以及在组织模仿物体40中或旁边。当组织模仿物体40在具有针筒24或药瓶的微型核成像系统14中时，通过检测器22测量活性。替选地，在组织模仿物体40不在空腔中的情况下测量活性。

在动作52中，图像处理器根据所检测的发射随着时间的活性重建来确定剂量。从所检测的发射重建物体40的表示。在重建中可以使用物体40的已知衰减和位置。可以针对不同时间重建活性分布，并且剂量模型拟合到随着时间重建的活性。替选地，执行参数重建以使剂量模型拟合到来自随时间的发射的活性。在另外其它实施例中，使用来自一个时间的活性来拟合剂量模型。

将时间活性曲线的剂量模型拟合到随时间的发射以计算剂量(例如，能量/质量或J/kg(Gy))。对于实际剂量估计来说，剂量函数D是应该时间的函数并且不同于活性，A＝Bq。对于剂量断层摄影(即，作为一次重建的一部分拟合剂量模型)，来自1...N时间点的可用数据被用于描述动态过程并指定期望什么时刻的空间分布。在一次重建中使用1到N时间点来参数化剂量分布。代替计算在每个时间点的定量活性，来自多个(例如，所有)可用时间点的断层摄影数据被用于直接重建剂量。例如，在不同的时间点测量时空不一致的SPECT，其中，断层摄影停留时间停留T_D＜＜T_R(放射性药物的残留时间)并且假设活性是恒定的或与T_R相比在T_D上仅缓慢变化。在参数方法中直接重建目标体积中的剂量。在这种参数重建方法中，误差传播是无缝的，并且在稍后时间的噪声体素被自然地稳定。这种参数方法提供剂量的拟合模型，其可以扩展到时间一致的核成像系统并且T_D＜＜或仅<T_R。

在替选实施例中，来自所检测的发射的频谱信息被用于确定同位素。剂量从同位素和发射来估计，而不用重建。可以使用插值来从频谱确定剂量。

在动作54中，组织模仿物体40的固态剂量计42测量针筒24或药瓶的剂量。组织模仿物体40在具有针筒24或药瓶的空腔26中以测量剂量。图像处理器16使用来自固态剂量计42的信号以针对与在动作52中确定的剂量相同的时间长度确定剂量。

在动作56中，图像处理器16利用来自固态剂量计42的测量剂量和从由固态检测器22检测的发射导出的估计剂量来校准剂量模型。剂量模型是物理、剂量内核或传输(转移)模型。基于估计剂量和测量剂量之间的差来设置剂量模型的一个或多个值或权重。可以执行优化以基于剂量的差来设置多个变量。优化使剂量之间的差最小化。

在其它实施例中，测量的剂量和来自发射频谱的同位素被用于校准剂量模型。为不同的同位素和测量的剂量提供剂量模型库。通过选择或内插，选择针对被模仿的组织和同位素校准的剂量模型。

校准的剂量模型更可能从给定放射性药物和相应同位素的测量的发射提供准确的剂量估计。校准不是使用未校准的或通用的剂量模式，而是利用校准的剂量模型提供更准确的剂量估计。

在动作58中，图像处理器或另一处理器利用注射剂量来计算患者的体内剂量。在给该患者注射了该注射剂量之后，扫描该患者。诸如利用PET或SPECT，检测发射。所产生的发射用于确定在给定时间或治疗上的剂量。可以确定按体素和/或器官(即，组织类型)的剂量。

使用校准的剂量模型来计算该体内剂量。剂量模型可以被并入到重建中以重建剂量。替选地，将剂量模型拟合到在不同时间重建的活性或摄取。拟合的剂量模型被用于计算剂量。剂量模型和/或重建可以使用注射剂量作为变量。基于注射剂量和校准的剂量模型，确定患者的体内剂量。

由微型核成像系统14进行的扫描可以用于简化对患者的扫描和/或确认信息的准确输入。在动作59中，图像处理器确定放射性药物中使用的同位素。同位素信息通常是手动输入的。由于检测器22是固态的，所以执行频谱测量。该频谱信息可以用于确定同位素。该频谱用于查找同位素。可以使用拟合方法，其中，频谱拟合到可能的同位素或同位素混合物的频谱。图像处理器确认同位素输入或直接输入同位素而不用用户输入。

类似地，扫描可以指示针筒24或药瓶的形状因子。在动作59中，图像处理器确定形状因子。可以使用不同的形状因子，其提供不同的体积。来自所检测的发射的活性的分布用于诸如利用分类器(例如，基于人工智能的分类器)来确定形状因子。该形状因子信息可以直接输入而不用用户输入，或者可以确认用户输入的形状因子。

在替选实施例中，RFID、条形码或检测器(例如基于人工智能的检测器)使用相机图像或其它扫描来识别同位素、形状因子和/或患者。同位素、患者、剂量、核成像的应用和/或其它信息诸如从针筒24上的标签被自动地检测，并且被整合以确定体内剂量和/或与患者或核成像系统相联系。该信息可以不需要手动输入，从而减小操作者上的负担。

在一个实施例中，使用微型核成像系统，使用定量断层摄影来计算要递送给患者的针筒或药瓶的体积中的活性(例如，mCl或MBq为衰变/秒)。由于使用微型核成像系统，因此频谱性能可以识别同位素或同位素的混合以应用校准，然后为同位素的活性与在患者中的某些物理位置处测量的剂量之间的联系做准备。在工作流程中，断层摄影地测量针筒中的活性。频谱信息可以说明在执行剂量测定测量时围绕放射性药物的任何材料和容器(形状因子)的细节。测量剂量(体积中的活性)并使用剂量测定计算来校准所测量的剂量。使用成像扫描来提供一组自洽和/或可校准的信息(例如，所使用的同位素和针筒中的同位素的活性)，并且这样的信息可以用于剂量测定(患者中的能量沉积)。由于特定属性由频谱分辨率和空间分辨率提供，所以同位素的标识被自动地确定以用于剂量估计。

图像处理器生成针筒24或药瓶的剂量、针筒24或药瓶的活性分布、患者的剂量和/或患者的活性分布的图像。可以使用任何现在已知的或以后开发的用于定量核成像的成像。在重建之后，生成在特定时间、针对周期、直到当前时间、直到最后一次扫描和/或对于尚未发生的周期结束所预测的剂量分布的输出图像物体。

图像物体被渲染或以其它方式用于生成图像。例如，生成平面的多平面重建或单切片图像。一个或多个平面与图像物体的相交被可视化。作为另一示例，执行表面或投影渲染以用于三维成像。可以使用其它成像。

生成一个图像。替选地，生成图像序列。例如，使用在不同时间段的剂量的图像物体来生成表示随时间在患者中的剂量给药的图像序列。

单独显示来自重建的功能信息的剂量图像。替选地，解剖图像与功能图像一起显示。例如，功能图像被覆盖在CT图像上。该覆盖可以是剂量着色的，以在灰度级CT图像上显示。可以使用其它组合，诸如累积剂量、在时间点的摄取和CT图像。可以生成并显示剂量分布和定量摄取的图像。

对于定量SPECT或PET来说，图像可以是整体剂量或位置的剂量值的字母数字文本。可以输出多个位置和/或时间处的剂量的曲线图、图表或其它表示。表示剂量分布的空间图像可以使用颜色或亮度调制来表示按位置的剂量水平。在一个实施例中，生成图像以示出组织类型的平均定量摄取。

尽管上面参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。因此，旨在前面的详细描述被认为是说明性的而不是限制性的，并且应当理解，正是所附权利要求(包括所有等同物)旨在定义本发明的精神和范围。

Claims (21)

1.一种用于确定注射剂量的方法，所述方法包括：

测量针筒或药瓶中的放射性药物的第一活性，所述第一活性是在所述针筒或药瓶在核成像系统中的情况下测量的，所述核成像系统具有固态检测器并且尺寸设成扫描所述针筒或药瓶而不用安置患者；

在注射到所述患者中之后，测量所述针筒或药瓶中的所述放射性药物的剩余量的第二活性，所述第二活性由所述核成像系统测量；以及

从所述第一活性和所述第二活性确定注射活性。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，测量所述第一活性和所述第二活性包括利用包括半导体材料的所述固态检测器进行测量。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，测量所述第一活性和所述第二活性包括通过所述核成像系统进行测量，所述核成像系统的尺寸设成将所述针筒或药瓶安置在小于3英寸×3英寸的孔中。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，测量所述第一活性和所述第二活性包括通过所述核成像系统进行测量，所述核成像系统具有至少一个手柄并且尺寸设成能够使用所述手柄由人携带。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，测量所述第一活性和所述第二活性包括通过所述核成像系统执行对所述针筒或药瓶中的所述放射性药物的单光子发射计算机断层摄影扫描，并从所述扫描中检测到的发射来重建所述第一活性和所述第二活性。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述注射活性包括在没有剂量校准器的情况下进行确定。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，测量所述第一活性和所述第二活性包括随时间测量所述第一活性并且随时间测量所述第二活性，并且其中，确定所述注射活性包括将第一模型拟合到随时间的所述第一活性，将第二模型拟合到随时间的所述第二活性，从拟合的所述第一模型导出第一剂量并且从拟合的所述第二模型导出第二剂量，并且从所述第一剂量和所述第二剂量之间的差确定所述注射活性。

8.根据权利要求1所述的方法，还包括根据来自所述核成像系统中的标准化源的发射检测来校准所述核成像系统。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，测量所述第一活性包括在包括固态剂量计的组织模仿物体在具有所述针筒或药瓶的所述核成像系统中的情况下测量所述第一活性，并且还包括利用所述固态剂量计来测量第一剂量。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括利用所述第一剂量针对所述放射性药物来校准剂量模型。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述剂量模型是物理模型、剂量内核模型或转移模型中的一个。

12.根据权利要求1所述的方法，还包括利用所述注射剂量来计算患者的体内剂量。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，测量所述第一活性包括通过所述核成像系统执行对所述放射性药物和所述针筒或药瓶的发射扫描，并且还包括从所述发射扫描来确定所述针筒或药瓶的形状因子和同位素。

14.一种用于医学核成像的剂量计，所述剂量计包括：

空腔，所述空腔被配置成保持针筒或药瓶；

半导体检测器，所述半导体检测器与所述空腔相邻并且被配置成检测来自所述空腔内的所述针筒或药瓶内的发射；以及

图像处理器，所述图像处理器被配置成从所述发射确定所述针筒或药瓶的剂量。

15.根据权利要求14所述的剂量计，其中，所述空腔具有3英寸×3英寸或更小的开口，通过所述开口能够将所述针筒或药瓶放置到所述空腔中。

16.根据权利要求14所述的剂量计，其中，所述半导体检测器包括在所述空腔的相对侧上的一对固态检测器。

17.根据权利要求14所述的剂量计，还包括具有固态剂量计的组织模仿物体，所述组织模仿物体能够定位在所述空腔内，并且其中，所述图像处理器被配置成根据来自所述固态剂量计的信号来校准剂量模型。

18.根据权利要求14所述的剂量计，其中，所述图像处理器被配置成从所述针筒或药瓶中的活性的重建来确定所述剂量，所述重建是来自由所述半导体检测器检测的所述发射。

19.一种用于核成像中的剂量模型的校准的方法，所述方法包括：

利用固态检测器检测来自待注射到患者中的放射性药物的发射，所述放射性药物在所述检测期间在与所述固态检测器相邻的空腔内；

利用组织模仿物体中的固态剂量计来测量第一剂量，所述组织模仿物体在所述检测和测量期间在所述空腔中；以及

利用来自所述固态剂量计的所述第一剂量和从所述发射导出的第二剂量来校准所述剂量模型。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括从所检测的发射的随时间的活性重建来确定所述第二剂量，并且计算在注射所述放射性药物之后患者的体内剂量，所述体内剂量利用校准的所述剂量模型来计算。

21.一种用于确定注射剂量的方法，所述方法包括：

利用具有固态检测器的核成像系统对针筒或药瓶中的放射性药物成像；

从所述成像来计算所述针筒或药瓶中的所述放射性药物的活性；

从所述针筒或药瓶中的所述放射性药物的所述成像来确定所述针筒或药瓶中的所述放射性药物的同位素；以及

基于所述活性和所述同位素来估计患者中的剂量。

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