CN1650804B - 多模成像的方法与系统 - Google Patents

Abstract

提供一种用于多模成像的方法(300)。本方法包括从按第一成像模态操作的检测器(34)接收(302)第一信号，并从按第二成像模态操作的检测器接收(304)第二信号，其中第一信号和第二信号是顺序接收的。

Description

多模成像的方法与系统

技术领域

本发明一般涉及能够按多模态操作的成像系统，尤其涉及为控制多模系统操作的方法和系统。

背景技术

多模成像系统具有使用不同模态扫描的能力，例如，PET(Positron EmissionTomography，正电子发射X线体层照相术)、SPECT(Single Positron EmissionTomography，单正电子发射X线体层照相术)、CT(Computed Tomography，计算机X线体层照相术)、静态X线成像和动态(荧光透视)X线成像。在多模系统(也称为多态系统)中，使用部分相同硬件完成不同扫描(例如，通过使用相同的计算机和显示器分别处理，将由SPECT生成的影像作为CT生成的影像)。然而，数据采集系统(也称为成像组件)是不同的。例如，在CT/SPECT系统中，放射源和放射检测器一起用来获取CT数据；而放射药剂通常与SPECT照相机一起用来获取SPECT数据。

在多模系统中，比如，在综合SPECT/CT系统中，单个检测器以X线光子形式接收传送影像数据，并以γ线光子形式接收发射影像数据。至少某些已知的多模系统尝试同时从不同的模态检测和处理影像数据。本方法试图通过同时从各个模态收集和处理影像数据以减少成像扫描时间。不过，通过同时从不同模态检测和处理影像得到的缩减量可能微乎其微，因为发射扫描一般需要数分钟，比如大约20分钟，传送扫描一般只需要数秒钟，比如大约15秒钟。

在扫描的发射部分过程中，多模系统以相对低的速率检测和计数单独的发射γ光子，比如每像素每秒几个光子；并处理γ线光子以确定每个γ线光子的能级。在扫描的传送部分过程中，多模系统可以使用X线光子的源，比如X线管。检测器可能暴露在来自X线源的相对大的X线光子流中。不过，试图同时完成扫描发射部分和传送部分的多模系统可能以某速率接收X线光子，在该速率下系统中的信号调节电子器件不能区分每个所接收的速率的X线光子，或者可能因收到的X线光子速率相对较高而饱和或者遭到损坏。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于多模成像的方法。本方法包括从按第一成像模态操作的检测器接收第一信号，从按第二成像模态操作的检测器接收第二信号，其中第一信号和第二信号是顺序接收的。

本发明的另一个目的是提供一种进行影像扫描的方法，该扫描至少具有第一扫描部分和第二扫描部分。本方法包括使用第一模态完成第一扫描部分，以及使用第二模态完成第二扫描部分，其中第一扫描部分和第二扫描部分是顺序完成的。

本发明的再一个目的是提供一种成像系统。本成像系统包括用于检测发射光子和传送光子的检测器；与该检测器连接的第一处理器，其中第一处理器用来处理发射光子数据；以及与该检测器连接的第二处理器，其中第二处理器用来处理传送光子数据。发射光子数据的处理和传送光子数据的处理是顺序完成的。

本发明的再一个目的是提供一种用于控制医疗成像系统的控制器。本控制器包括用来处理发射光子数据的第一处理器和用来处理传送光子数据的第二处理器，其中处理发射光子数据和处理传送光子数据是顺序完成的。

附图说明

图1是依照现有发明优选实施例的一种成像系统的示意图；

图2是图1所示成像系统的一种优选实施例的方框图；和

图3是用于多模成像的一种优选方法的流程图，其可能与图1所示成像系统一起使用。

具体实施方式

图1是成像系统10的优选实施例的示意图。系统10可能包括控制器工作站，比如计算机工作站12，其与平台运动控制器14、病床运动控制器16和X线管高压源及控制器18相连。旋转平台22有第一放射臂24，该臂上安装有X线发射源26。X线发射源26应对齐，以便X线发射源26发射的X线能够沿着轴28直接到达对象30。在本优选实施例中，对象30是病人，仰面躺在病床31上。对象30可能包括放射药剂，其集中在对象30的预定区域，并发射γ线(在图1中没有显示)。平台22还包括有第二放射臂32，该臂上安装有CZT检测器阵列34。当平台22沿方向36旋转时，对象30就可用X线以预定的弧度成像，以便接收多个影像视图；而对象30也能真正保证定位在X线发射源26与CZT检测器阵列34之间，并与轴28对齐。成像系统10的视野可以通过在旋转平面中的CZT检测器阵列34的宽度确定。在旋转过程中，位于本平面中的CZT检测器阵列34可以促进成像系统10有效视野的增加。在大多数成像组件模态和/或多模成像组件，例如SPECT成像组件、PET成像组件、CT成像组件、静态X线成像组件和动态(荧光透视)X线成像组件的任意组合中，都可能包括CZT检测器阵列34。

在检测器阵列34的前面可以放置准直仪(图中没有显示)，以防止散射影响影像。当获取到X线CT影像时，X线发射源26会开启，来自CZT检测器阵列34的数据将输出到计算机工作站12，后者会处理数据并生成X线体层分析影像。例如，来自CZT检测器阵列34的数据将包括像素位置、平台旋转角度和X线能量。CZT检测器阵列34可能包括读出电子器件。或者，X线发射源26可用来进行连续操作，但可能需要遮光器(图中没有显示)来阻挡从X线发射源26发出的X线。

在获取SPECT影像时，要关闭X线发射源26或遮光器，并要给对象30注射放射性示踪化合物，后者会移到对象30的感兴趣区域上。从放射性示踪化合物发射的γ线会被CZT检测器阵列34接收，同时γ线像素位置、平台角度、γ线能量数据都会传送到计算机工作站以生成影像。CZT检测器阵列34前面的准直仪能够帮助保证只有正常向检测器发射的γ线，或沿着另一个预设发射角度的γ线，才能算作接收的能量。

如果X线发射源26开启后，X线CT和SPECT影像是顺序获得的，因此在CT扫描过程中来自X线发射源26的X线只到达CZT检测器阵列34；在SPECT扫描过程中，X线发射源26关闭，或者遮光器移到适当位置，以很好地阻挡所有来自X线发射源26的X线到达CZT检测器阵列34。CT和SPECT影像数据由单独的处理器处理，这些处理器用来协助处理来自各个模态的光子的具体能级和接收速率。

图2是成像系统10的优选实施例的方框图(如图1所示)。成像系统10包括检测器阵列34，比如CZT检测器阵列，其能够接收传送X线光子202，并能接收和区分发射γ线光子200。CZT检测器阵列34的输出端204连接到前置放大器206。前置放大器206的输出端208通过开关214选择性地连接到传送光子信号电子电路，如处理器210，或者连接到发射光子信号电子电路，如处理器212；并且该开关还同时控制X线发射源26(如图1所示)，因此当通过开关214选择传送光子信号处理器210时，X线发射源26只发射X线。例如，在扫描的传送部分过程中，开关214控制接通X线发射源26的高压电。开关214还可以基本上控制X线不透明遮光器，以阻挡X线离开X线发射源26。在本优选实施例中，开关214为具有多个极性的双掷开关。在一种可替换实施例中，开关214可以是软件开关或继电器，或者任何其他合适的切换单元或设备。传送光子信号处理器210的输出216可以通过开关214的触点对连接到工作站12。发射光子信号处理器212的输出218也可以通过开关214的触点对连接到工作站12。开关214能够对用户手动输入、工作站12的控制信号做出响应，或者对CZT检测器阵列34检测到的计数速率做出响应。例如，由于X线发射源26处于“关闭”状态，或者由于X线不透明遮光器很好地阻挡了所有的传送光子撞击CZT检测器阵列34，CZT检测器阵列34只检测到少量的光子，因此可以控制开关214将CZT检测器阵列34的输出连接到发射光子信号处理器212。同样地，由于X线发射源26处于“开启”状态，或者由于X线不透明遮光器移开了，所有通过对象30的传送光子几乎都会撞击CZT检测器阵列34，CZT检测器阵列34就能检测到相对大量的光子，因此可以控制开关214将CZT检测器阵列34的输出连接到传送光子信号处理器210。

在操作中，从对象30发射的发射γ线光子200具有的能量在约70keV(千电子伏特，kilo electron-volts)～约600keV范围内，传送X线光子202具有的能量在约20keV(千电子伏特，kilo electron-volts)～约100keV范围内。而且，传送X线光子202的通量比发射γ线光子200的通量约大1000倍。因此，CZT检测器阵列34能够检测并区别每个发射γ线光子200的能量，而且CZT检测器阵列34能够检测相对低能的传送X线光子是否存在相对高的通量。这种高通量会饱和并/或损坏发射光子信号处理器212。

在本优选实施例中，在扫描的发射部分和扫描的传送部分过程中都使用了CZT检测器阵列34，并且通过用于优化处理各个信号的独立电子电路，以处理来自每个扫描部分的各个信号。在扫描的发射部分过程中，X线发射源26“关闭”，以确保没有传送X线光子202沿着轴28向对象30发射。由CZT检测器阵列34检测到的发射γ线光子200相关信号可以被传送到发射光子信号处理器212，后者能够低速检测并计数单个γ光子(即每像素每秒几个光子)。在本优选实施例中，发射光子信号处理器212能够对每个检测到的发射γ线光子200进行相对准确的能量识别。

在扫描的传送部分过程中，X线发射源26“开启”，以便沿着轴28向对象30发射预定能量和通量的X线。在本优选实施例中，X线发射源26为一个间歇发射的X线管，其中当X线管加上电压时，X线发射源26即开启。在一种可替换实施例中，X线发射源26可以连续加电，传送X线光子202的通量由遮光器的位置决定，在第一位置该遮光器很好地阻挡传送X线光子202，而在第二位置它允许传送X线光子202通过。由CZT检测器阵列34检测到的传送X线光子202相关信号可以传送到传送光子信号处理器210，当后者暴露在相对高通量的传送X线光子202中时，其能够经受得住CZT检测器阵列34中的相对高流量。在本优选实施例中，传送光子信号处理器210采用“流量模式”操作，其中电荷聚集，该电荷是在给定时刻所有传送X线光子202撞击CZT检测器阵列34产生的。在一种可替换实施例中，传送光子信号处理器210采用“快速计数模式”操作，其中每当能检测到具有预定能量的传送X线光子202，高速触发单元220触发计数器222。计数器222可在一定时间内积累许多触发器开启(trigger firings)。在另一种可替换实施例中，传送光子信号处理器210能够区别每个单个传送X线光子202的能量。传送光子信号处理器210还可以包括用于校正发射γ光子的电路(图中没有显示)，在扫描的传送部分过程中这些γ光子撞击到CZT检测器阵列34上。

在本优选实施例中，工作站12顺序接收来自传送光子信号处理器210的传送影像数据集和来自发射光子信号处理器212的发射影像数据集。例如，扫描包括发射部分和传送部分，其中扫描的发射部分完成后再执行其传送部分。在一种可替换实施例中，发射部分中有许多视图不是完整的扫描发射部分，传送部分中有许多视图不是完整的扫描传送部分。在本实施例中，在每个视图处都会轮换发射部分和传送部分，以顺序完成各个视图，直到扫描完成。然后，工作站组合并分别处理每个影像数据集，并将生成的影像卷积(convolve)到一个合成的发射和传送影像中。传送影像数据还可以包括发射影像数据，这是因为在扫描的传送部分和扫描的发射部分两个过程中都会出现发射γ光子。因此，结合发射影像数据工作站，对212编程以校正传送影像数据，后者是在扫描的传送部分过程中收集的。

在一种可替换实施例中，每个传送光子信号处理器210和发射光子信号处理器212都可以传送各自的影像数据集到各自的独立处理器(图中没有显示)，每个处理器都从接收的影像数据集中生成一个对象影像。每个传送光子信号处理器210和发射光子信号处理器212完全可以同时或顺序传送各自的对象影像到工作站12，其中工作站12可以将各自的对象影像卷积到一个合成的发射和传送影像中。

图3是检查对象，比如病人的优选方法300的流程图，其可用于成像系统10(如图1所示)。方法300包括从按第一成像模态操作的检测器接收302第一信号。第一信号表示对象的影像，该影像来自使用第一成像模态的对象的多个视图中的至少一个；或者表示对象的影像，该对象来自使用第一成像模态的对象的扫描。系统10还包括从按第二成像模态操作的检测器接收304第二信号。第二信号表示对象的影像，该影像来自使用第二成像模态的对象多个视图中的至少一个；或者表示对象的影像，该对象来自使用第二成像模态的对象的扫描。在本优选实施例中，第一信号和第二信号是顺序接收的。这里使用的术语“顺序”，描述至少完成扫描的第一部分，比如视图，或者使用第一模态完成完整的扫描部分，接着至少完成扫描的第二部分，比如视图，或者使用第二模态完成完整的扫描部分。因此，通过使用第一模态完成第一扫描部分，然后使用第二模态完成第二扫描部分，可以顺序完成扫描；其中完整的扫描可以由多个扫描部分组成。或者，通过使用第一模态完成第一视图，接着使用第二模态完成第二视图，然后在每个连续视图中轮换模态，直到扫描结束，也可以顺序完成扫描。方法300的技术作用是通过电子电路的链接减少了多模扫描影像的影像质量的损失，在每个扫描部分过程中该电路针对各个模态进行了优化，只增加了少量的扫描时间。

本发明希望给所有多模成像系统，例如但不局限于CT/SPECT成像系统所带来好处。

上面描述的多模成像系统为检查对象，例如病人，提供了一种划算的、可靠的方式。更具体地说，每个成像系统包括用来从多个模态中检测影像数据的检测器，以及至少一个光子信号电子电路，该电路能够低速检测并确定许多单个光子，比如进行计数，以及采用“流量模式”或“快速计数模式”。影像数据是顺序获取的，因此电子器件可以针对各个模态进行优化以处理影像数据。从而可以提供一种允许多模成像的成像系统，同时促使影像损失降到最低，这种损失是采用电子器件处理传送影像数据造成的，这些电子器件还必须能够同时处理发射影像数据。

上面详细描述了多模成像系统的优选实施例。所介绍的多模成像系统部件并不局限于这里描述的特定实施例，更确切地说，可以单独分开利用这里描述的各个多模成像系统的部件。例如，上述的多模成像系统部件还可以与其他成像系统结合使用。

尽管根据本发明的各种特定实施方式对本发明进行了描述，但本技术领域中的技术人员将会理解，在本发明所附权利要求的精神和范围内可以对其进行修改。

Claims (10)

1.一种利用碲锌镉检测器阵列多模成像对象的方法，该方法包括：

在成像扫描的第一部分期间，从按第一成像模态操作的碲锌镉检测器阵列接收第一信号；

在成像扫描的第二部分期间，从按第二成像模态操作的相同碲锌镉检测器阵列接收第二信号；

处理撞击到第一成像模态中的碲锌镉检测器阵列上的发射光子；

处理撞击到第二成像模态中的碲锌镉检测器阵列上的传送光子；

其中第一信号和第二信号在成像扫描的各个部分期间是顺序接收的，另外其中所述成像扫描包括在对象的每个连续视图处，使第一成像模态与第二成像模态轮换，直到扫描完成，或者其中所述成像扫描通过使用第一成像模态完成第一扫描部分、然后使用第二成像模态完成第二扫描部分顺序地执行。

2.如权利要求1所述的方法，还包括使用第一处理器处理第一信号，该第一处理器用来处理第一成像模态的影像数据。

3.如权利要求2所述的方法，还包括使用第二处理器处理第二信号，该第二处理器用来处理第二成像模态的影像数据。

4.如权利要求3所述的方法，还包括为了处理第一信号和第二信号而在第一处理器和第二处理器之间切换。

5.如权利要求3所述的方法，还包括为了处理第一信号和第二信号而基于模态选择第一处理器和第二处理器之一。

6.如权利要求1所述的方法，还包括当从按第一成像模态操作的检测器接收第一信号时使用X线源。

7.如权利要求1所述的方法，还包括当从按第二成像模态操作的检测器接收第二信号时从操作中移开X线源。

8.一种成像系统，包括：

包括多个检测器的碲锌镉检测器阵列，其配置用以在扫描的第一部分期间利用在第一成像模态中操作的碲锌镉检测器阵列检测发射光子和在扫描的第二部分期间利用在第二成像模态中操作的相同碲锌镉检测器阵列检测传送光子；

第一处理器，连接到所述的碲锌镉检测器阵列，所述的第一处理器用以处理发射光子数据；以及

第二处理器，连接到所述的碲锌镉检测器阵列，所述的第二处理器用以处理传送光子数据；

其中来自所述碲锌镉检测器阵列的所述发射光子数据和来自所述碲锌镉检测器阵列的所述传送光子数据在扫描期间被顺序处理，另外其中所述扫描包括在每个连续视图处，使第一成像模态与第二成像模态轮换，直到扫描完成，或者其中所述扫描通过使用第一成像模态完成第一扫描部分、然后使用第二成像模态完成第二扫描部分顺序地执行。

9.如权利要求8所述的成像系统，其中所述的检测器用来按SPECT成像模态、PET成像模态、CT成像模态、静态X线成像模态和动态X线成像系统中的至少两个操作。

10.一种用于控制包括碲锌镉检测器阵列的医疗成像系统的控制器，所述控制器包括：

第一处理器，其配置用以在碲锌镉检测器阵列在第一成像模态中操作的扫描的第一部分期间，处理从所述碲锌镉检测器阵列接收的发射光子数据；以及

第二处理器，其配置用以在碲锌镉检测器阵列在第二成像模态中操作的扫描的第二部分期间，处理从相同碲锌镉检测器阵列接收的传送光子数据；

其中来自所述碲锌镉检测器阵列的所述发射光子数据和来自所述碲锌镉检测器阵列的所述传送光子数据在扫描期间被顺序处理，另外其中所述扫描包括在每个连续视图处，使第一成像模态与第二成像模态轮换，直到扫描完成，或者其中所述扫描通过使用第一成像模态完成第一扫描部分、然后使用第二成像模态完成第二扫描部分顺序地执行。