专利名称：医学成象系统中多形态数据的互补重合的制作方法
技术领域：
本发明属于医学成象领域。更具体地说，本发明涉及将不同成象形态的多幅医学图象互补重合(coregister)的一种方法和装置。
背景技术：
在医学实践中，有许多种技术可以用于获得人体的诊断图象。这类技术的实例包括计算机层析摄影术(CT)、超声波成象、和X-光透视。CT包含多种成象方法，包括单光子发射计算机层析摄影术(SPECT)、正电子发射层析摄影术(PET)、和磁共振成象(MRI)。SPECT和PET有时也归类为通用术语“核医学”。这些成象技术，或“(成象)形态”中的每一种都分别应用不同的数据采集方法和获得具有独特特征的图象。
由于各种成象形态之间的差异，一种给定形态可能对于获得特定类型的诊断信息是特别有用的，但是对于获得其它类型的诊断信息是不足的。例如，SPECT通常用于获取器官图象，包括有关该器官的结构(解剖)信息和功能信息。但是，SPECT和其它核医学技术具有器官特异性，就是说，这些形态的图象主要显示所检测的特定器官，而有关该器官周围的解剖结构的信息则很少或没有。一般来说，在核医学技术中，首先向病人体内注入一种放射性药物。这种放射性药物浓缩在一种特定器官，例如心脏或大脑中，使得该器官产生辐射。然后利用成象设备检测这些辐射，并用以生成图象。所得图象提供了有关被检测器官的基本信息，但是一般不显示骨骼结构或其它附近器官(例如当为心脏成象时，肺)。然而，医生可能需要这类附加信息进行准确的诊断或进行适合的治疗。
在核医学中，如果医生需要除所检测的主要器官以外其它解剖结构的图象，医生通常必须借助于其它形态，例如X-射线CT或MRI。当获得一种以上形态的图象时，医生可能希望将在各个分立图象中的信息结合在一幅图象内。例如，医生可能希望看到这些图象彼此重叠的情形，从而可以使在一幅图象中表示的身体某一部位能够更容易和更精确地与其它图象相关。同一主体的不同图象的重叠有时被称为“互补重合”。按照医学成象理论，“互补重合”可以更具体地定义为这样一种方法将同一身体区域的两幅或多幅图象结合起来，使得身体中的给定点仅由结合图象中的一个点表示(即各个图象精确地对齐)。互补重合图象可以显示在一个计算机屏幕上，或者通过某种形式的硬输出，例如纸张、X-光片、或其它类似媒体看到。
在本领域中已知有多种方法可以将用不同形态的图象互补重合。但是，简便准确地将多形态图象进行互补重合仍然是这些方法未能解决的问题。例如，可以用眼睛将利用不同形态的图象进行互补重合。更具体地说，医生可以操纵计算机系统的鼠标或跟踪球移动显示在计算机屏幕上的医学图象。但是，这种方法通常不是非常准确的，因为在利用不同形态的图象之间常常没有足够的共同信息可以用作参照点。
另一种互补重合方法采用了“标记物”。标记物是在成象过程中放置在病人身边，并且在利用两种或多种不同形态的图象中都可以看到的物体。标记物通常用于将使用核医学发射成象(即SPECT)获得的图象与利用核医学透射成象获得的图象进行互补重合。在以下的详细说明中将更加具体地讨论核医学透射成象。标记物可以由一小片金属构成，或者由填充有放射性核素物质的一个容器构成。按照这种方法，使用不同的形态进行成象扫描，每次一种形态，从而在每次扫描中标记物都放置在相对于病人身体的同一位置。由于标记物出现在所得的每一幅图象中，所以可以将不同形态的图象进行互补重合。然而，要将标记物相对于病人身体精确地定位可能仍然是困难重重。在多次扫描之间和在扫描过程中病人可能会稍微移动，如果病人相对于标记物发生移动，就很难或不可能精确地将所得的多幅图象互补重合。
因此，需要一种将多形态的医学成象数据互补重合的改进方法，这种方法能够克服上述的缺陷。特别是，需要一种方法，这种方法能够以相对简便和精确的方式将多形态医学成象数据互补重合。
发明概要本发明提供了一种将不同形态的医学图象数据互补重合的方法。按照这种方法，使用一个核医学成象系统对一个物体进行发射扫描。在发射扫描过程中，获取单光子发射计算机层析摄影(SPECT)图象数据。与发射扫描同时，利用同一核医学成象系统对该物体进行透射扫描以获取核医学透射图象数据。将所获取的核医学透射图象数据与SPECT图象数据互补重合。提供除SPECT以外的一种形态的图象数据，该形态数据需要是已经与SPECT数据互补重合的。于是，核医学透射图象数据与其它形态的图象数据互补重合，结果，其它形态的图象数据得以与SPECT图象数据互补重合。
参照附图和以下的详细说明可以了解本发明的其它特征。
附图简介以下仅以示例方式说明本发明，本发明并不局限于附图所示特征，在附图中相同的标号表示相似的部分，其中
图1为一个伽马摄像医学成象系统的方块图。
图2表示用于对一个病人进行透射扫描的一个伽马摄像系统中的探测器和透射线源。
图3表示相对于两个探测器的跟踪变焦窗口和扫描透射探测窗口。
图4A和图4B表示在发射扫描中使用游动变焦窗口。
图4C和图4D表示根据用于发射扫描的游动变焦的空间偏移对透射数据的调整。
图5表示调整透射数据集矩阵的象素大小以与发射数据集矩阵的象素大小匹配的变换过程。
图6为表示使用核医学成象系统获取数据和图象生成全过程的流程图。
图7A表示一幅核医学透射图象。
图7B表示一幅核医学发射图象。
图7C表示一幅X-射线计算机层析摄影(CT)图象。
图7D表示图7B中所示的核医学发射图象与图7C所示的X-射线计算机层析摄影图象的互补重合。
图8为表示将不同形态数据互补重合的各个步骤的流程图。
发明的详细说明下面介绍用于将使用一个医学成象系统获得的不同形态的图象互补重合的一种方法和装置。在以下的描述中，为了解释清楚，介绍了大量具体细节内容以使对本发明有彻底的了解。但是，对于本领域技术人员来说很显然，即使没有这些具体细节，本发明仍然能够实施。在另外一个例子中，以方块图的形式表示众所周知的结构和装置以避免对于本发明的不必要的模糊。
在以下说明中，除非特别指出，使用如“处理”或“计算”或“运算”或“测定”或“显示”或诸如此类的术语进行的与本发明的计算机系统功能相关的论述一般指的是计算机系统，或类似的电子计算装置的操作，即，执行一个程序以操纵和将由计算机系统的寄存器和存储器中的物理量(电子量)表示的数据变换为同样由该计算机系统存储器或寄存器中的物理量表示的其它数据。
Ⅰ．综述在核医学成象(即，SPECT和PET)时，向病人体内注入易于累积在所检测的特定器官内的放射性药物。然后用一个伽马摄像机从身体周围的多个角度探测发射出的伽马射线、或光子。到达伽马摄像机闪烁体探测器的光子引发闪烁事件，利用光电倍增管探测这些事件，然后利用电路将所检测的信号转换成表示位置和能量信息的电信号。之后，采用一种被称为重构的方法用这些信号生成图象数据。所得图象可以称为“发射图象”。
在核医学中经常使用的另一种技术是“透射成象”。透射成象通常用于修正发射图象中的光子衰减效应。所检测器官周围的组织和骨骼结构会使从分布在器官中的放射性药物发射出的光子发生衰减。由于每个病人是不同的(不同的身高、体形等)，所以对于每个病人来说所检测器官周围的组织和骨骼结构也是不同的。由于不同的组织和骨骼的衰减系数不同，所以放射性衰减是不均匀的。这种不均匀的衰减会大大降低图象质量。但是，透射图象使得伽马摄像机和计算机处理系统通过生成身体的“衰减映射”能够对不均匀衰减进行补偿。
一般来说，在透射扫描过程中，从具有已知特性的透射源发出的辐射透射穿过病人身体，然后由伽马摄像机中的一个闪烁探测器探测。通过获知从源发射出的辐射强度，和测量穿过物体并被探测的辐射强度，伽马摄像机中的一个计算机可以确定身体的不同部分在不同角度的不均匀辐射衰减。根据这些信息，利用众所周知的方法和程序可以生成人体的不均匀衰减映射图。然后在重构程序中利用这个衰减映射图对发射图象数据进行修正以消除不均匀光子衰减效应的影响。
根据本发明，在发射成象过程中使用一个核医学(伽马摄像机)程序系统同时进行透射成象。然后利用在透射扫描中所得的图象数据将发射图象数据与其它形态的图象数据进行互补重合，如下所详述的。
Ⅱ．成象系统图1以方块图形式表示能够用于实施本发明的一个核医学成象系统。图1所示的成象系统可以用于SPECT或PET成象。该成象系统包括一个通用计算机系统112，用于处理从闪烁体探测器10和12输出的图象信息。计算机系统112还控制安装在一个机架上的探测器10和12的移动，和控制运动控制器，该控制器用于控制透射线源的移动，如下所述。
计算机系统112包括一条地址/数据总线100，用于在系统内部的数据通信；与总线100相连、用于执行指令和处理信息的一个中央处理器(CPU)101；与总线100相连、用于存储中央处理器101的信息和指令的一个随机存取存储器(RAM)102；与总线100相连、用于存储静态信息和处理器101的指令的一个只读存储器(ROM)103；与总线100相连、用于存储图象信息和指令的一个大容量存储器104；与总线100相连、用于向计算机使用者显示信息的一个显示器105，诸如一台阴极射线管显示器(CRT)；与总线100相连、用于与中央处理器101进行信息通信和进行命令选择的一个字母数字输入装置106，该装置包括字母数字键和功能键；与总线相连、用于与中央处理器101传输使用者输入信息和进行命令选择的一个光标控制装置(它可以是数据输入装置106的一部分)；和与总线100相连用于向处理器101传输命令选择的一个数据接口装置108。一个“硬拷贝”输出装置，例如一台打印机、也可以连接到总线100上。
图1所示的显示器105可以由一个阴极射线管(CRT)、一个液晶显示器(LCD)、或适合于向使用者显示图象和字母数字字符的其它装置构成。光标控制装置使得计算机使用者能够在显示器105的显示屏上动态地显示一个可见符号(指针)的两维移动。光标控制装置的许多实现方式在本领域中是众所周知的，包括跟踪球、指垫、鼠标、操纵杆或字母数字输入装置106上能够指示给定方向的移动或位移方式的专用键。大容量存储装置104可以是一个磁盘或光盘和盘驱动器，或其它类似装置。
计算机系统112通过总线122上的信号处理硬件电路120与探测器10和12对接。信号处理硬件120包括放大电路和模数转换电路，用于将来自探测器的信道信号转换成数字信号并传输到计算机系统112中。特别是，信号处理硬件120将探测器10和12中光电倍增管的输出转换成所探测闪烁事件的空间坐标数据和能量数据。
透射和发射数据以矩阵形式存储在存储器102中。可以使用独立的矩阵分别存储透射和发射数据。从透射扫描中获得的不均匀衰减映射也可以以矩阵形式存储在存储器102中。矩阵的每个单元，或“组元”对应于输出图象的一个象素。在不同的旋转角度获得图象矩阵以后，就可以进行层析摄影重构以生成一个器官的多片层图象或一个三维图象。
图2表示伽马摄像系统用于对一个病人5进行透射扫描的部分。当进行透射扫描时，闪烁体探测器10和12按照相对成90°关系设置，如图2所示。透射线源20和22分别用于发射伽马辐射，透过病人5到达探测器10和12。对于围绕Z-轴的各种不同角度(旋转角度)，线源20平移跨越探测器10的视场，线源22平移跨越探测器12的视场。然后探测器10和12分别测量从线源20和22发出的完全透过病人身体5的辐射量。当透射线源20沿Z-轴行进时，透射检测区域10a接收经过校准的辐射。区域10a与线源20同步扫描。类似地，当线源22沿Z-轴行进时，透射区域12a接收经过校准的辐射。区域12a与组件22同步移动。使用图2所示的配置，可以与发射扫描同时进行透射扫描，只要为发射和透射扫描设定不同的辐射能量值。
A．游动变焦窗口在某些SPCET成象应用中，例如在心脏成象时，因为器官尺寸小，需要以高分辨率图象矩阵(例如具有小的象素尺寸)对该器官进行成象。为了实现足够小的象素，有时使用一个小视场(SFOV)探测器。例如，可以使用实际视场为16″×16″、15″×15″和13″×13″的探测器。但是，对于为获取精确的身体衰减映射的透射扫描，需要使用全视场的大探测器(例如20″×15″)以避免身体的截断。所以，本发明目前优选的实施例为透射扫描使用大视场(LFOV)探测器，而为发射扫描使用一个小视场探测器。
在优选实施例中，用于发射扫描的小视场是使用一个游动变焦“窗口”或区域实现的，有关内容详细记载在美国专利US-5304806中(发明名称为“医学摄像系统中对变焦扫描区域进行自动跟踪的装置和方法”，1994年4月19日授权，并转让给本发明的受让人)。该变焦窗口探测从所检测器官(例如心脏)发射出的辐射。因为象素在变焦区域小于变焦区域以外，发射图象看起来较大，所以是“经过变焦放大的”。
在优选实施例中，变焦窗口由探测器电子部分和/或计算机系统的数据采集程序限定在每个探测器的视场内。这个窗口被限定为与每个探测器的视场部分一致，而该视场部分是与一个特定的器官例如心脏一致的。探测器电子部分对于在变焦窗口中探测到的发射辐射进行图象放大。当探测器围绕该物体转动到一个不同角度时，变焦窗口相对于探测器的表面移动(“游动”)，从而使心脏(或其它被检测的器官)保持在中心和在每个变焦窗口的视场中。实际上，变焦窗口在每个旋转角度都跟踪该器官。由于变焦窗口小于探测器的整个视场，伽马摄像机的图象形成能力可以集中在变焦窗口，并且提高了所得图象的产生质量(例如提高了分辨率)。与一个双探测器系统中变焦窗口跟踪有关的内容记载在上述的美国专利US-5304806中。
B．数据采集图3表示与本发明的双探测器透射窗口和双线源扫描配置相结合如何实现跟踪变焦窗口。变焦窗口352和354分别限定在探测器12和10的表面上，并且如箭头352a和354a所示上下移动，以便当探测器10和12围绕Z-轴旋转时能够跟踪所检测的目标。在任何给定角度，变焦窗口352和354的位置都保持固定。探测器10和12仅仅在每个旋转角度的变焦窗口352和354内接收电子信号形式的发射数据(例如计数)。虽然探测器10和12的整个视场都可以接收发射辐射，但是只有在变焦窗口352和354中检测的发射辐射被存储起来，并用于图象重构。
与在两个游动变焦窗口中采集发射数据同时，还在透射扫描检测窗口310和312中采集透射数据。一个示例性实施方案使用TI-201作为发射放射源，使用Gd-153作为透射放射源。虽然在图3中没有示出，但是还包括两个扫描线源，并且，如上所述，这两个线源与两个透射检测窗口同步移动。在围绕Z-轴的每个旋转角度，透射检测窗口310和312按照箭头312a和310a所示横跨探测器视场扫描以采集透射数据。此外，在每个旋转角度，变焦窗口352和354采取一个新的空间位置(游动)以跟踪所检测的目标。但是，与扫描透射检测窗口312和310不同，在任何给定的旋转角度，变焦窗口352和354相对于探测器表面保持静止。
本发明的透射检测窗口310和312仅仅报告在透射能量范围内的光子，而排斥检测到的其它光子，例如发射能量光子，其中包括(1)散射的透射光子；和(2)非散射的发射光子。变焦窗口352和354报告发射光子，因为线源和探测器保持准直确保没有有效的透射光子落到两个透射检测窗口310和312以外。
如图3所示，当变焦窗口352和354扫描经过与其相关的探测器视场时，透射检测窗口310和312有时与变焦窗口352和354部分重合。在这段时间内，成象系统中的电子部分进行校正，从而落入透射检测区域310和312中的发射光子不会被错误地认为是透射光子，以及在变焦窗口352和354中接收的透射光子不会被错误地认为是发射光子。如何进行这种校正的详细技术不属于本说明书的范围，对于理解本发明是不必要的。
Ⅲ．核医学发射和透射图象的互补重合为了进行层析图象重构，在每个旋转角度所取的图象假定存在一个固定的旋转中心和成象的物体相对于该旋转中心是稳定的。但是，相对于游动的变焦区域，因为发射采集窗口相对于探测器表面移动以跟踪一个器官，发射层析照片实际上具有一个虚拟的旋转中心；就是说，成象器官变为这个虚拟的旋转中心。此外，这个虚拟的旋转中心可能与由机架和探测器机构限定的实际旋转中心不一致。应当理解，如果成象器官位于实际旋转中心，则变焦区域根本无需游动。
在优选实施例中，其中发射数据是在游动变焦区域获取的，透射数据(其与发射数据同时获得)在空间上偏移到由成象器官限定的“虚拟”旋转中心。具体地说，因为游动变焦区域对于给定旋转角度移动给定距离，在这个角度采集的透射数据也必须偏移，或“偏置”相应的移动量。所以，在透射数据和发射数据的重构过程中，身体中相同的点在透射图象中的位置与在发射图象中位置相同。就是说，透射图象(例如衰减映射)在空间上与发射图象对准。
此外，由于透射象素大于发射象素，如上所述，必须对透射数据集矩阵的象素尺寸进行调整以使之与变焦区域象素尺寸匹配。下面将详细介绍象素尺寸的调整。在已经将投射数据集进行了调整以相对于变焦区域位移和不同的象素尺寸进行修整之后，透射数据就能够有效地与发射数据互补重合，因为这两个数据集是利用相同的探测器同时获取的。
图4A和4B表示在发射扫描过程中游动变焦窗口的移动。图4A表示游动变焦窗口441位于探测器10的视场435中的初始位置(i,k)。其中显示出心脏443的图象。图4B表示在一个不同旋转角度的相同配置。游动变焦区域441已经位移了di和dk值。如图所示，游动变焦区域441已经向上移动以跟踪心脏位置，从而使心脏图象443在每个ECT旋转角度保持在变焦区域的视场中。当扫描完成时，在每一个旋转角度(θ)每一个游动变焦区域具有一个不同的偏移值(di,dk)。例如，游动变焦区域相对于探测器10和12存在di(θ)和dk(θ)值。这些偏移值存储在存储器中。例如，可以生成下列数据集，并存储在存储器中旋转角度 探测器10 探测器12θ0di(θ0),dk(θ0) di(θ0),dk(θ0)θ1di(θ1),dk(θ1) di(θ1),dk(θ1)θ2di(θ2),dk(θ2) di(θ2),dk(θ2)θ3di(θ3),dk(θ3) di(θ3),dk(θ3)θ4di(θ4),dk(θ4) di(θ4),dk(θ4)θndi(θn),dk(θn) di(θn),dk(θn)在每个旋转角度(θ)，透射数据集矩阵根据游动变焦区域在这个角度的位移量(例如di(θ),dk(θ))发生空间上的偏移。图4C和4D显示了在给定旋转角度下的这种效应。具体地说，图4C表示探测器10的透射扫描在未予补偿时的数据集矩阵。图4D表示在给定角度θ下的透射数据偏移游动变焦窗口的位移量di和dk。通过对每个探测器在每个角度(θ)下获得的每个数据集进行这样的补偿，透射数据能够有效地平移，从而它变为基于虚拟旋转中心(例如该器官)，而不是机架的旋转中心。在完成空间补偿之后，将透射数据矩阵存储在存储器中。
如上所述，因为透射象素大于发射象素，成象系统调整透射数据集矩阵的象素尺寸以与变焦区域象素尺寸匹配。例如，假定变焦区域象素的放大倍数M大于1.0(例如，1.5倍)，则透射扫描的象素尺寸减小，数量增加，并使用一种线性内插程序内插直到透射扫描和发射扫描获得的象素尺寸匹配。例如，假定以64×64规格的矩阵采集透射数据集矩阵。本发明将这个矩阵转换成一个较大的矩阵数据集(例如，128×128)，其有效地减小了透射数据集矩阵中各个象素的尺寸，但是增加了象素数量。但是，由于发射数据的放大倍数M可能小于2倍，所以新的透射矩阵可能没有完全填满。
现在参见图5，其中表示了一个示例性透射数据集矩阵505，该矩阵为由64×64个象素组成的矩阵。矩阵505的图象数据被转换成一个较大的矩阵506(例如由一个128×128的矩阵构成)。矩阵505的透射图象数据记录在“区域”515中。展宽的区域510在变焦放大倍数小于2的情况下是空的。例如，如果变焦放大倍数为1.5，则矩阵505中的每个象素将用其相邻的象素进行线性内插，从而两个相邻的象素将在其间生成另一个象素，依此类推，直到区域515填满和将透射数据调整到1.5倍变焦放大。但是，由于矩阵506是矩阵505两维尺寸的两倍，以及由于M=1.5，所以矩阵506的边界510没有填充有效数据。
有许多种技术可以将由一个第一矩阵构成的图象转换成一个第二矩阵，该第二矩阵与第一矩阵相比包含更多，但是较小的象素。在本发明范围内可以使用众所周知的许多方法中的任何一种。
如上所述，在已经将透射数据集相对于变焦区域位移和象素尺寸进行校正之后，透射图象数据可以有效地与发射图象数据互补重合，因为这两个数据集是利用相同的成象系统(即使用相同的探测器)同时采集的。
图6为表示使用一种核医学成象系统进行数据采集和图象生成的全过程的流程图。为了与SFOV发射同时进行LFOV透射，机架首先位于一个初始旋转角度。探测器10和12按照彼此成90°的关系定位。在初始旋转角度确定游动变焦窗口的适合初始位置和大小(例如相对于闪烁体探测器)，如在美国专利US-5304806中所记载的。在方框615，在这个旋转角度使用线源20和22进行透射扫描，在探测器10和12的全视场中记录成象信息(例如透射数据)。仍然在方框615，仅仅在每个探测器的游动变焦窗口区域获取来自探测器10和12的发射数据。应当理解，方框615中的透射数据采集和发射数据采集是同时进行的。
在预定的成象时间期间获得足够的透射和发射计数，此后，在方框619，成象系统将发射图象计数作为一个数据集矩阵存储在一个存储器中，并用当前的旋转角度标注这些信息。仍然在方框619，成象系统将透射图象计数作为一个数据集矩阵存储在一个存储器中，并用当前的旋转角度标注这些信息。然后在方框621，成象系统判断成象时段是否结束。如果没有，则确定一个新的旋转角度，在方框622探测器10和12恰好旋转到新旋转角度。然后返回到方框615的处理程序，从而可以完成透射扫描和发射扫描的图象数据集矩阵，并以这个新旋转角度为标注存储起来。
在方框621，如果完成了最后一个旋转角度的扫描，则处理程序继续到方框623，其中每个探测器在每个旋转角度下的透射数据集经过空间校正，而偏移到由游动变焦区域限定的虚拟旋转中心。所以，在每个角度(θ)透射数据集矩阵都根据游动变焦区域在这个角度θ的位移量发生空间上的偏移(例如di(θ),dk(θ))。如上所述，图4C和4D表示了在给定旋转角度的这种效应。在方框621的重新定位完成之后，将透射数据矩阵保存在存储器中。
在方框625，基于发射数据集的放大倍数调整透射数据集的象素大小。对于每个探测器在每个旋转角度获得的每个透射数据集矩阵执行步骤625。将这些结果保存在存储器中。
在方框627，成象系统进行透射信息的重构。该重构步骤可以是为生成不均匀衰减映射或者是为了其它目的，例如根据本发明对多形态数据的互补重合。对在不同的旋转角度获取的图象信息进行重构的方法和步骤是众所周知的。在本发明的范围内可以使用多种不同的、众所周知的重构方法中的任何一种。
在方框629，成象系统对通过游动变焦区域采集的发射数据进行重构。在重构过程中，使用众所周知的方法利用透射重构映射对身体的不均匀衰减进行校正。由于相对于游动变焦区域的位移(例如步骤263)和象素尺寸(例如步骤625)对透射重构进行了校正，可以将透射重构作为不均匀衰减映射直接应用于发射重构。发射重构和衰减校正可以以多种不同方式进行。按照本发明的一个优选实施例，是以“逐片层”的方式为基础进行的。
在上述程序610结束之后，可以将发射重构图象的各个片层显示在CRT上或利用打印机或其它等效装置产生在硬拷贝中。可以响应使用者的输入命令将选定的片层显示出来和/或打印出来。
Ⅳ．发射图象与其它形态图象的互补重合给定成象形态(SPECT、PET、MRI、X-光CT等等)对于获得一种特定类型的信息可能是有用的，但是，如上所述，对于获得其它类型的诊断信息可能是无用的。SPECT常常用于获得一个器官的图象，其图象显示出该器官的结构(解剖)信息和功能信息。但是，SPECT只能获得很少或无法获得有关所检测器官周围的解剖结构的信息。相反，X-光CT和MRI通常提供相对较为清楚的解剖结构图象，例如肺部和骨骼结构图象。所以，常常需要将核医学发射(SPECT)图象与其它形态的图象进行互补重合。例如，医生可能希望看到与肺部的X-光CT或MRI图象互补重合的心脏的发射图象。
必须指出，使用上述计数获得的核医学透射图象还用于显示发射图象无法显示的某些解剖结构，例如肺部。但是，核医学透射图象的分辨率通常不高。所以，虽然在透射图象中可以识别出这些解剖结构，但是这些结构对于诊断来说一般都不够清楚和详细。还必须指出，如果核医学透射数据是利用相同的探测器与发射数据同时获取的，和如果按照上述方式处理，则自然可以与发射数据互补重合。所以，根据本发明，与核医学发射图象互补重合的核医学透射图象用于将核医学发射图象与其它形态的图象(例如，MRI、X-光CT等等)进行互补重合。
现在参见图7A至7D，其中表示了在一个病人胸部摄取的横轴“片层”图象的示意；就是说，由图7A至7D表示的图象位于与病人身体的长轴垂直的一个平面内。图7A表示一个核医学透射图象。该透射图象表示肺部704和病人身体的外部轮廓701。图7B表示与图7A所示身体的相同区域的核医学发射图象。图7B的发射图象详细表示了心脏706，但是没有以可以利用的分辨率显示其它解剖结构。尽管轮廓701实际上并没有出现在发射图象中，在图7B中也提供了身体的外部轮廓701，仅作为参照。虽然这里是将透射图象和发射图象分开表示的，但是仍然假定作为同时进行数据采集和如上所述处理的结果，图7B所示发射图象的数据集与图7A所示的透射图象数据集是互补重合的。
图7C表示与图7A和7B所示相同身体部分的X-光CT图象。图7C中的X-光CT图象表示病人身体的外部轮廓701。此外，X-光CT图象以比图7A的透射图象更高的分辨率表示肺部704。但是，因为图7A中的透射图象和图7C中的X-光CT图象都表示肺部704，所以这两个图象可以互补重合。在核医学透射图象与X-光CT图象互补重合之后，X-光CT图象与图7B中的核医学发射图象有效地互补重合。这是因为透射图象已经与发射图象互补重合。图7D表示图7B中的核医学发射图象与图7C中的X-光计算机层析摄影图象互补重合的图象。所得的互补重合图象以可用的清晰度同时表示出心脏706和肺部704，从而构成包含比单独观看这些图象更多信息的、可用于诊断的图象。
图8表示了将SPECT图象与非SPECT图象互补重合的全过程。在方框802，将非SPECT图象数据输入一个计算机系统。在方框804，将非SPECT图象与核医学透射图象互补重合。在方框806，将SPECT发射图象(其数据集已经与透射图象数据集互补重合)与非SPECT图象一起以互补重合的形式显示出来。
X-光CT或其它非SPECT图象与透射图象的互补重合(以便将非SPECT图象与发射图象互补重合)程序可以人工执行或自动执行。人工互补重合可以借助于一个计算机系统进行，在所说计算机系统中载有便于由使用者通过一个图解用户界面操纵图象的软件。用于执行这种功能的各种类型的软件是众所周知的和随处可以获得的。计算机系统可以是(但不需要是)用于获取图象的成象系统的一部分。作为如何利用计算机人工将图象互补重合的一个实例，假定透射图象和相同身体部分的X-光CT图象都显示在计算机系统的CRT上。一个使用者可以操纵一个鼠标或其它光标控制装置将透射图象和X-光CT图象对准，使用共同的解剖结构(例如肺部)作为可见提示。当这些图象对准之后，可以用发射图象代替显示器上的透射图象。具体地说，可以通过将显示器上与透射图象共同的参照点对齐而将发射图象显示出来。所以，可以将X-光CT图象重叠在发射图象上，或者反过来，从而所得图象是与X-光CT图象互补重合的发射图象。
或者，计算机系统可以配置能够自动地将透射图象与非SPECT图象互补重合的软件。能够将图象中的目标定位和对准的软件是有的，并且在本领域中是熟知的。这种软件可以使用例如一种边沿检测算法将不同图象中的目标定位和对准。
应当理解，用于将核医学透射图象与非SPECT图象互补重合的具体方法是不重要的；重要的是这样一种方法可以用作将SPECT(发射)图象数据与非SPECT图象数据互补重合的一种手段。
还应当理解，图7C所示的X-光CT图象仅仅是说明性的。其它非SPECT形态，特别是MRI的图象也可以按照上述方式与SPECT图象互补重合。此外，应当指出，上述互补重合技术不限于应用在横轴片层图象的互补重合方面。这种技术可以应用于利用医学成象技术获得的任何类型的视图(例如，冠状视图等)。
至此，已经介绍了用于将不同形态的医学图象互补重合的一种方法和装置。虽然已经参照具体实施例描述了本发明，但是很显然，在不脱离由权利要求书提出的本发明广泛构思和范围的前提下还可以对这些实施例作出多种改进和变化。因此，说明书和附图只能被认为是说明性的，而不是限定性的。
权利要求
1．用于将不同形态的医学图象数据互补重合的一种方法，该方法包括以下步骤使用一种核医学成象系统对一个物体进行发射扫描以获取单光子发射计算机层析摄影(SPECT)图象数据；使用该核医学成象系统对该物体进行透射扫描以获取核医学透射图象数据，这些数据用于与SPECT图象数据互补重合；提供一种非SPECT形态的图象数据；和将核医学透射图象数据与非SPECT形态的图象数据互补重合，从而使非SPECT形态的图象数据变为与SPECT图象数据互补重合。
2．如权利要求1所述的一种方法，其特征在于执行透射扫描的步骤是与执行发射扫描的步骤同时进行的。
3．如权利要求2所述的一种方法，其特征在于一组位置值对应于核医学透射图象数据，将核医学透射图象数据与SPECT图象数据互补重合的步骤包括以下步骤确定代表SPECT图象数据单元与核医学透射图象数据的对应单元之间空间偏移的一组偏移值；和根据这些偏移值调整相关的位置值。
4．如权利要求1所述的一种方法，其特征在于该方法是在一个计算机系统中实施的。
5．如权利要求4所述的一种方法，其特征在于该计算机系统包括一个显示器装置和一个输入装置，其中互补重合步骤包括以下步骤根据所说透射数据在所说显示器上显示一幅第一图象；根据非SPECT形态的一组数据在显示器上显示一幅第二图象；和从所说输入装置接收一组使用者输入指令，所说使用者输入指令用于人工将所说第二图象相对于所说第一图象重新定位；和在根据使用者输入指令确定的一个位置输出基于SPECT数据的一个第三图象。
6．如权利要求4所述的一种方法，其特征在于所说计算机系统包括一个处理器，该方法还包括配置所说处理器以将所说的核医学透射数据组与第三组图象数据互补重合的步骤。
7．如权利要求6所述的一种方法，其特征在于所说互补重合步骤包括使用所说处理器自动地将SPECT数据与非SPECT形态的数据组互补重合的步骤。
8．在一个核医学成象系统中，该系统包括用于接收辐射和输出图象信息的一个探测器、用于发射辐射透过一个物体到达闪烁体探测器的一个辐射源、和一个计算机系统；用于将多种形态的医学图象数据互补重合的一种计算机实施的方法，该方法包括以下步骤控制所说探测器和所说辐射源对一个物体同时进行发射扫描以获取一组单光子发射计算机层析摄影(SPECT)数据和进行透射扫描以获取一组核医学透射数据；将SPECT数据与所说核医学透射数据互补重合；向计算机系统中输入第三组图象数据，其中所说第三组图象数据是非SPECT形态的数据；和将所说的这组核医学透射数据与所说的第三组图象数据互补重合，以使所说的第三组图象数据与所说的SPECT数据互补重合。
9．如权利要求8所述的一种方法，其特征在于所说核医学透射数据包括一组位置值，其中将核医学透射数据与SPECT数据互补重合的步骤包括以下步骤确定代表SPECT图象数据单元与核医学透射图象数据的对应单元之间空间偏移的一组偏移值；和根据这些偏移值调整相关的位置值。
10．如权利要求8所述的一种方法，其特征在于所说计算机系统包括一个显示器和一个输入装置，其中将所说的核医学透射数据组与第三组图象数据互补重合的步骤包括以下步骤根据所说核医学透射数据在所说显示器上显示一幅第一图象；根据所说的第三组图象数据在显示器上显示一幅第二图象；和从所说输入装置接收一组使用者输入指令，所说使用者输入指令规定了当显示在显示器上时第一图象与第二图象相对位置之间的变化；和根据SPECT数据在显示器上显示一个第三图象，从而在根据所说的使用者输入指令确定的一个位置显示所说第三图象。
11．如权利要求8所述的一种方法，其特征在于所说计算机系统包括一个处理器，该方法还包括配置所说处理器以响应使用者输入指令自动地将所说核医学透射数据组与所说的第三组图象数据互补重合的步骤。
12．如权利要求8所述的一种方法，其特征在于互补重合的步骤包括使用所说处理器自动地将SPECT数据与非SPECT形态的数据组互补重合的步骤。
13．用于将不同形态的医学图象数据互补重合的一种装置，它包括用于使用一种核医学成象系统对一个物体进行发射扫描以获取单光子发射计算机层析摄影(SPECT)图象数据的装置；用于使用核医学成象系统对该物体进行透射扫描以获取与SPECT图象数据互补重合的核医学透射图象数据的装置；用于提供非SPECT形态的图象数据的装置；和用于将所说核医学透射图象数据与非SPECT形态的图象数据互补重合，从而使非SPECT形态的图象数据变为与SPECT图象数据互补重合的装置。
14．如权利要求13所述的一种装置，其特征在于用于执行透射扫描的装置包括用于与发射扫描同时进行透射扫描的装置。
15．如权利要求14所述的一种装置，其特征在于所说核医学透射图象数据与一组位置值相关，其中用于将核医学透射图象数据与SPECT图象数据互补重合的装置包括用于确定代表SPECT图象数据单元与核医学透射图象数据的对应单元之间空间偏移的一组偏移值的装置；和用于根据这些偏移值调整相关的位置值的装置。
16．如权利要求13所述的一种装置，其特征在于所说装置还包括一个计算机系统。
17．如权利要求16所述的一种装置，其特征在于所说计算机系统包括一个显示器装置和一个输入装置，其中用于互补重合的装置包括用于根据透射数据在显示器上显示第一图象的装置；用于根据所说的非SPECT形态的数据组在显示器上显示第二图象的装置；和用于从所说输入装置中接收一组使用者输入指令的装置，使用者输入指令用于将第二图象相对于第一图象人工重新定位；和用于在由所说使用者输入指令确定的一个位置输出基于SPECT数据的一幅第三图象的装置。
18．如权利要求16所述的一种装置，其特征在于所说计算机系统包括用于自动地将所说核医学透射数据组与所说第三组图象数据互补重合的装置。
19．一种核医学成象系统，包括用于接收辐射和输出图象信息的一个探测器；用于发射辐射使之透过一个物体到达闪烁体探测器的一个辐射源；和与所说探测器和所说辐射源相连的一个计算机系统，该计算机系统包括一个处理器，该处理器用于控制所说探测器和辐射源对该物体同时进行发射扫描以获取一组单光子发射计算机层析摄影(SPECT)数据和对该物体进行透射扫描以获取一组核医学透射数据；将SPECT数据与核医学透射数据互补重合；将非SPECT形态的第三组图象数据输入所说计算机系统中；和将这组核医学透射数据与第三组图象数据互补重合以使所说的第三组图象数据与SPECT数据互补重合。
20．如权利要求19所述的一种成象系统，其特征在于所说核医学透射数据包括一组位置值，其中处理器用于通过以下方式将所说核医学透射数据与SPECT数据互补重合确定代表SPECT图象数据单元与核医学透射图象数据的对应单元之间空间偏移的一组偏移值；和根据这些偏移值调整相关的位置值。
21．如权利要求20所述的一种成象系统，其特征在于所说计算机系统还包括一个显示器和一个输入装置，其中处理器用于通过以下方式将所说核医学透射数据组与所说第三组图象数据互补重合根据所说核医学透射数据在所说显示器上显示一幅第一图象；根据所说的第三组图象数据在显示器上显示一幅第二图象；和从所说输入装置接收一组使用者输入指令，所说使用者输入指令规定了当显示在显示器上时第一图象与第二图象相对位置之间的变化；和根据使用者输入指令和SPECT数据在显示器上显示一幅第三图象，使得所说第二图象与所说第三图象重叠显示。
22．如权利要求20所述的一种成象系统，其特征在于所说处理器还用于响应使用者输入指令自动地将核医学透射数据组与所说的第三组图象数据互补重合。
全文摘要
本申请提供了将不同形态的医学图象数据互补重合的一种方法。按照这种方法,利用一个核医学成象系统对一个物体进行发射扫描以获取单光子发射计算机层析摄影(SPECT)图象数据。利用相同的核医学成象系统与发射扫描同时对该物体进行透射扫描以获取核医学透射图象数据。发射扫描是使用一个游动变焦窗口进行的,而透射扫描是使用探测器的全视场进行的。通过获知变焦窗口在每一个探测角度的位置,作为同时扫描的结果,可以将核医学透射图象数据与SPECT发射图象数据互补重合。还提供非SPECT形态的图象数据,例如X－光计算机层析摄影(X－光CT)数据、磁共振成象(MRI)数据、或正电子发射层析摄影(PET)数据,它们需要与SPECT发射数据互补重合。所以核医学透射图象数据可与不同形态的图象数据互补重合。结果,不同形态的图象数据变为与SPECT图象数据互补重合。
文档编号G01T1/164GK1220009SQ97194922
公开日1999年6月16日 申请日期1997年2月4日 优先权日1996年3月27日
发明者J·R·利比格, S·M·琼斯, 王笑寒 申请人:阿达克实验室