专利名称：用于在多模态成像系统中使用的ct系统的制作方法
技术领域：
本文公开的主g涉及采用计算机断层摄影(CT)的多模态成像系统，并且更具体地涉及结合为SPECT/CT或PET/CT系统的部分的单光子发射计算机断层摄影(SPECT)或正电子发射断层摄影(PET)系统。
背景技术：
非侵入式成像大体上包含用于生成否则对于视觉检查不可获取的人的内部结构或区域的图像的技术。非侵入式成像的最知名使用中的一个在于其中这些技术被用于生成患者内否则将是不可见的器官和/或骨骼的图像的医木。医学非侵入式成像模态的ー个类别基于描绘成像区域的物理设置的内部结构的结构图像的生成。这样的模态的ー个示例是计算机断层摄影(CT)，其基于X射线通过患者的不同透射，如从患者周围的许多径向视图看见的那样。在CT中，采集的X射线透射数据可用于生成成像区域的三维体积。当结构成像模态生成患者的感兴趣内部区域的物理或解剖设置的图像时，功能成像模态生成反映该感兴趣内部区域的化学成分或代谢活动的图像。这样的功能成像模态的ー个示例是单光子发射计算机断层摄影(SPECT)。在SPECT成像中，伽马射线由引入患者的放射性示踪剂产生。基于该放射性示踪剂被納入其中的代谢物(metaboland)、糖或其他化合物的类型，该放射性示踪剂在患者的不同部分中积累，并且所得伽马射线的測量可以用于定位该示踪剂的积累并且将其成像。例如，肿瘤相对于其他组织可不相称地使用葡萄糖或其他基质，使得这些肿瘤可使用放射性标记的脱氧葡萄糖检测和定位。可结合结构和功能成像的不同性质来向诊断医生提供比任一単独模态更多的信息。例如，在结合的SPECT/CT扫描仪的情况下，临床医生能够采集SPECT和CT图像数据两者，其可以结合使用来检测肿瘤或评估肿瘤的进展。然而，由于SPECT和CT系统操作采用的方式中的不同，例如测量的物理现象和完成测量采用的方式，可能难以设计提供关于每个不同的成像模态的期望功能性和性能的结合的模态成像系统。此外，例如CT等结构模态中的某些可利用X射线或其他形式的辐射。在某些国家中，法规或最佳实践可限制可能是在包含成像系统的房间外的经验的X射线剂量，例如不超过O. 02毫西弗特/星期等。为了满足这些要求，容置这样的系统的房间的墙壁可被屏蔽(例如用具有2_或更大厚度的铅镀层等)，其可以大大増加建造容置这样的系统的设施的成本。此外，由于铅的存在，使用这样的屏蔽可以引起环境和回收问题。
发明内容
本发明提供结合的SPECT/CT成像系统，其解决可在现有系统中发现的问题。在一个实施例中，本SPECT/CT系统利用完全不同的CT子系统，其中CT检测器部件独立于SPECT子系统的伽马检测器旋转，并且在一个实现中以大于30RPM并且优选地大约60转每分钟(RPM)或以上(典型地与对应的伽马检测部件相同或比它更快)的旋转速度旋转。此外，在一个这样的实现中，该CT子系统以低剂量(即，以有限的mAs和/或用合适的蝶形过滤器(bowtie filter))操作。在其中该CT子系统以低剂量操作的实施例中，与典型地与较高剂量(例如，诊断)CT系统关联的较高水平屏蔽和/或保护相比，该SPECT/CT系统和/或周围环境或房间可不使用或使用減少的屏蔽或辐射保护。此外，本SPECT/CT系统的该CT子系统可相对于其他常规SPECT/CT系统具有减少的占用空间。根据本公开的ー个方面，提供双模态成像系统。该双模态成像系统包括适合用于采集功能图像数据的核医学成像子系统，其包括伽马射线检测部件。该双模态成像系统还包括适合用于采集结构图像数据的计算机断层摄影(CT)子系统。该CT子系统包括容置X射线源和X射线检测器的扫描架，该X射线源和X射线检测器配置成关于该扫描架旋转。该X射线源和X射线检测器在操作期间旋转高于30转每分钟(RPM)。该X射线源在操作期间以低于30mA的电流水平操作，例如在IOmA和30mA之间等。根据另ー个方面，提供双模态成像方法。根据该方法，使用双模态成像系统的核医学成像子系统采集功能图像数据集。使用CT成像子系统采集计算机断层摄影(CT)成像数据集。在采集该CT成像数据集期间，该CT子系统的检测器旋转至少高于30转每分钟(RPM)，例如大约或高于60RPM等，并且该CT子系统的X射线源以大约IOmA和大约30mA之 间的电流操作。使用该CT成像数据集生成定位图像或衰减图。根据另外的方面，提供CT成像系统。该CT成像系统包括扫描架，以及配置成围绕该扫描架旋转的X射线检测器和X射线源。该X射线源在操作期间以大约IOmA和大约30mA之间的电流水平操作。该X射线源和X射线检测器在操作期间围绕该扫描架旋转至少高于30转每分钟RPM，例如以或高于60RPM等。
当下列详细描述參照附图(其中所有图中类似的符号代表类似的部件)阅读吋，本发明的这些和其他的特征、方面和优势将变得更好理解，其中图I描绘在具有屏蔽的房间中根据本公开的方面的SPECT/CT成像系统的侧视图；图2描绘在不具有或具有减少的屏蔽的房间中根据本公开的方面的SPECT/CT成像系统的侧视图；图3描绘用于与图I和2的SPECT/CT成像系统结合使用的CT子系统的正视图；以及图4是沿视线4取得的图3的CT子系统的横截面视图。
具体实施例方式在图I中示出示范性SPECT/CT成像系统的图解表示。一般由标号10标明的多模态系统设计成在成像会话期间采集结构(例如，CT)和功能(例如，SPECT)图像数据两者。在描绘的实施例中，多模态成像系统10包括SPECT子系统12和CT子系统14。如将意识到的，虽然在本文中主要论述SPECT成像模态，其他核医学成像模态(例如正电子发射断层摄影(PET))也可结合本文论述的CT成像子系统用于提供功能成像。还应该注意到本文描绘的旋转、双检测器、L模式伽马拍摄装置要看作非限制性示例。可在本发明的范围内使用例如固定多针孔配置或转动头等其他伽马拍摄装置配置。另外，两个模态的相对布置可变化。
在例如描绘的SPECT/CT成像系统等成像系统10中，受检者使用例如床或台架(为了绘制清晰在图中不可见)的患者支撑物相对于该系统10安置。该支撑物可以是在扫描仪内可移动的以允许受检者内不同的感兴趣组织或解剖结构的成像。在图像数据收集之前，例如放射性药物(有时称为放射性示踪剂)等放射性同位素被施予患者，并且可由特别的组织或器官束缚或占据。典型的放射性同位素包括元素的各种放射性形式，其在衰变期间发射伽马辐射。各种另外的物质可与这样的放射性同位素选择性地结合来瞄准身体的特定区域或组织。由放射性同位素发射的伽马辐射使用SPECT子系统12的伽马检测器18检测和定位。这些伽马射线检测器18可配置成围绕患者旋转来从多种径向视图采集伽马射线发射数据。该伽马射线发射数据然后可由与伽马射线检测器18通信的合适的数据采集电路读出。伽马检测器18可耦合于系统控制和处理电路。该电路可包括许多物理和功能部件，其配合来允许图像数据的收集和处理以形成期望的SPECT图像。靠近SPECT子系统12，可部署CT子系统14来允许与功能图像数据的采集时间上接近或同时进行感兴趣区域的结构(例如，解剖)图像数据的采集。CT子系统14可包括X 射线辐射源(例如，X射线管或固态X射线发射部件)以及用于测量发射的X射线辐射由患者的衰减的检测器部件。如本文论述的，X射线辐射的源和检测器可安装在扫描架上来便于围绕患者移动源和检测器。该检测器部件可与检测与采集电路和下游处理电路通信来允许图像数据的收集和处理并且形成期望的CT图像。在图I中，还描绘墙壁16，其代表部署系统10的房间的墙壁。图I中，系统10描绘为部署在现有设施中，其中墙壁16可确定大小来限制辐射暴露于该房间外，和/或可包括辐射屏蔽20，例如铅镀层具有2mm或更大的厚度。然而，尽管系统10可在具有屏蔽或增强墙壁的现有房间中使用，如在图I中描绘的，本系统10也可在墙壁中具有很少或不具有屏蔽的房间或设施中使用。例如，图2描绘在其中与对现有系统建造的设施相比墙壁16具有很少或不具有屏蔽的房间的环境中的系统10。如此，图2的墙壁16与其中容置CT系统的之前墙壁相比可以是较薄的，和/或与这样的之前墙壁相比可具有很少或不具有辐射屏蔽。与SPECT子系统12和CT子系统14两者关联的各种电路可与控制/接ロ电路相互作用，该控制/接ロ电路允许控制多模态成像系统10和它的部件。此外，ー个或子系统两者的处理电路可由各种电路支持，例如存储器电路等，其可用于存储图像数据、校准或校正值、由处理电路进行的例程、标准或例行扫描规程的參数等。最后，接ロ电路可与操作者界面交互或支持操作者界面。该操作者界面允许命令成像序列、查看并且调节扫描仪和系统设置、查看图像等。该操作者界面可包括可在其上查看重建的图像的监视器。考虑前面，在操作中可采用SPECT/CT成像系统10来进行顺序图像采集，其可随后配准供查看和/或分析。例如，在一个实现中，SPECT图像数据集可使用SPECT子系统12最初对患者的感兴趣区域采集。该患者然后可自动平移固定量使得该感兴趣区域在CT子系统14内适当地安置，并且可采集CT图像数据集。基于该采集的数据生成的相应SPECT和CT图像然后可基于该患者的固定且已知的平移自动配准。备选地，可颠倒顺序，例如首先采集CT图像。在该情况下，CT图像可用于定位感兴趣器官并且安置患者以便进行SPECT成像。
在习以为常的设置中，多模态成像系统10可耦合于一个或多个网络来允许系统数据到成像系统10和从成像系统10的转移，以及允许图像数据和处理的图像的传输和存储。例如，局域网、广域网、无线网络等可允许图像数据在放射科信息系统或在医院信息系统上的存储。这样的网络连接进ー步允许图像数据传输到远程处理后的系统、医生办公室
坐寸O尽管前面提供根据本公开的SPECT/CT系统的使用和建造的一般环境，现在将更详细地描述CT子系统14的方面。为了意识到本CT子系统可操作所采用的方式，最初论述现有系统的某些示例。例如，在SPECT/CT系统中使用的某些类型的现有CT子系统可采用CT扫描架的相对缓慢旋转，例如由于CT检测器和SPECT检测器被机械耦合以便一起旋转，即CT和SPECT检测器以相同速度旋转。这样的系统的旋转速度可由SPECT检测器的重量和脆弱性限制。 这样的系统可生成在相对缓慢的CT数据采集过程期间展现由于患者运动(例如，由于患者呼吸或其他运动)引起的运动伪像的图像。然而，这样的系统可采用如与较快旋转的诊断CT系统相比相对低的X射线剂量。在SPECT/CT系统中使用的其他类型的现有CT子系统可采用基本上是独立的诊断CT系统作为CT子系统。这样的诊断CT系统可提供CT扫描架的快速旋转，并且利用相对高的X射线剂量。結果，使用这样的独立系统采集的CT图像可自己适合诊断目的，如与仅仅定位大器官和内部结构相反。即，这样的高旋转速度、高剂量系统可以采用超过典型的SPECT/CT操作所需要的那样的诊断图像质量(即，在mm或亚mm范围中的分辨率，Hounsfield数值中良好的对比度以及高信噪比)操作。相反，这样的SPECT/CT操作可利用仅仅从CT图像数据导出的定位(即，位置)信息而令人满意地工作，因为这样的定位信息可足够用于SPECT图像数据(其提供诊断信息)的配准和/或衰减校正。因此，在本方式的某些实现中，采用快速旋转低剂量CT子系统作为SPECT/CT成像系统的部分。例如，这样的系统的ー个实施例以大约60RPM(即，比SPECT子系统12的伽马射线检测部件更快)旋转CT检测器和X射线源，同时达到与低剂量缓慢旋转CT关联的剂量(大约10-20mAs)。在这样的实施例中，可采用常规X射线检测器，但具有适合低剂量实现的动态范围校准。此外，由于相对低的剂量使用，CT子系统和/或容置CT子系统的房间可采用很少或不采用屏蔽(尤其与诊断级CT系统相比)。例如，在一个这样的实施例中，CT子系统14可在其中墙壁不包括铅或其他屏蔽材料的房间中采用。转向图3和4，描绘快速旋转(例如，以或高于30RPM，例如大约60RPM等)低剂量(例如，大约10-30mAs) CT子系统14的示例。在该描绘的示例中，SPECT子系统12和CT子系统14被机械和/或操作耦合，并且不是放置成彼此靠近的简单独立系统。在图3和4的描绘的实现中，CT子系统14包括扫描架22，其提供用于CT子系统14的那些部件关于患者旋转的旋转框架。这些旋转部件可包括但不限于X射线源或管24以及数据测量系统(例如，检测器26)。高压发生器30可向CT子系统14的ー个或多个部件、例如X射线源24等提供功率。在描绘的实施例中，由于CT子系统14配置成采用的X射线的相对低剂量，很少或没有另外的屏蔽被提供在CT子系统14上(或在周围环境或房间中，如在图2中描绘的)。可选的减少屏蔽可減少CT转子的重量，节省空间、成本和复杂性。另外，高压发生器30和X射线源24可适应于以减少的功率操作，并且由此可以操作而具有较少散热，进ー步减少CT转子的重量，节省空间、成本和复杂性。此外，CT子系统14的描绘的实现与独立或诊断型CT系统相比还具有修长轮廓。例如，在一个实施例中，CT子系统14可以是近似70英寸宽(例如，69.5英寸或近似176. 53cm)、近似75英寸高(例如，73. 73英寸或近似187. 27cm)，和从CT子系统14的扫描面到与SPECT子系统12配合的轴承的近似20英寸(例如，18. 38英寸或近似46. 69cm)。CT子系统的这样的示例可具有700mm的孔尺寸(例如，孔36的直径)，并且提供近似500mm的视场。在一个实施例中，采用4切片检测器26，其中每个切片具有2. 5mm的切片厚度，从而提供在等深点IOmm的轴向覆盖。在这样的实施例中，每个检测器切片可具有每切片高达500个物理检测器(例如，每切片544个物理检测器或更高)。在这样的实现中采用的X射线源24可配置成在最大30mA和最小IOmA之间操作。
此外，这样的实施例可以关于X射线源24以最大140kV操作。在CT子系统达到I秒的旋转速度(即，60RPM)的情况下，对于螺旋扫描(假定每检测器切片2. 5mm和I. 5螺距)在26秒中或对于轴向扫描在40秒中可达到40cm扫描时间。在操作中，可采用如本文论述的CT子系统12的一个实现来获得快速旋转低剂量CT图像，其一般适合内部图像或结构的定位，但不适合诊断图像回顾(即，这些图像不具有mm或亚mm分辨率、高SNR和高对比度)。由于与CT子系统14关联的低剂量，在CT子系统14或周围环境中可不采用另外的屏蔽，同时由于快速旋转速度(即，近似60RPM)，与以较慢速度旋转的CT系统相比可減少或消除这些CT图像中的运动伪像。采用该方式，CT图像可使用CT子系统14采集，其具有減少的或不具有运动伪像，并且其还提供足够的图像质量用于内部器官或结构的定位或衰减校正，并且用于SPECT图像的衰减校正，而不提供诊断级图像质量或细节。此外，患者在结合的SPECT/CT成像系统10中的已知和固定平移可允许使用CT子系统14采集的图像容易地配准到由SPECT子系统12采集的图像。此外，虽然论述了 SPECT/CT成像系统10的环境，应该意识到可在多种其他环境中使用具有如本文论述的特性的CT子系统14。例如，具有快速旋转低剂量并且生成具有小于诊断图像质量的质量的图像的CT系统14可在急诊室或伤病员分拣环境中使用，其中患者的内部结构的快速高水平查看可在快速确定行动过程中有用，但在诊断意义上不主要使用。同样地，这样的CT系统14可在手术导航环境或最小创伤手术环境中有用，例如用于提供初歩器官位置和/或用于在患者中追踪介入性器械(例如，支架或导管)。相似地，这样的CT系统14可在放射疗法计划和患者安置中有用。可选地，这样的CT系统14可例如在急诊、手术或重症监护设置中使用，同时医护人员留在患者附近并且不需要在CT暴露期间移动到屏蔽位点。另外，由于这样的CT系统14的減少的功率要求、減少的重量和不存在屏蔽，可使这样的CT系统14可移动并且移动到患者的位点。本发明的技术效果包括在非诊断CT图像的采集中使用低剂量快速旋转CT系统，该非诊断CT图像不具有或具有很少患者运动相关的图像伪像。这样的系统的示例可以大约60RPM旋转和/或可生成与以20mA的X射线生成一致的剂量。非诊断图像可采用该方式生成，其适合用于配准和/或衰减校正，但其不具有一般与诊断回顾和/或分析关联的图
像质量。该书面说明使用示例来公开本发明，其包括最佳模式，并且还使本领域内技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统和进行任何包含的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域内技术人员想到的其他示例。这样的其他示例如果它们具有不与权利要求的书面语言不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的书面语言无实质区别的等同结构元件，则规定在权利要求的范围内。部件列表
权利要求
1.一种双模态成像系统(10),其包括 核医学成像子系统，包括伽马射线检测部件(18)，适合用于采集功能图像数据；以及 计算机断层摄影(CT)子系统(14)，适合用于采集结构图像数据，其中所述CT子系统(14)包括容置X射线源(24)和X射线检测器(26)的扫描架(22)，所述X射线源(24)和所述X射线检测器(26)配置成关于所述扫描架(22)旋转，其中所述X射线源(24)和所述X射线检测器(26)在操作期间旋转高于30转每分钟(RPM)，并且其中所述X射线源(24)在操作期间以低于30mA的电流水平操作。
2.如权利要求I所述的双模态成像系统(10)，其中所述核医学成像模态包括单光子发射计算机断层摄影(SPECT)系统(12)或正电子发射断层摄影(PET)系统中的一个。
3.如权利要求I所述的双模态成像系统(10)，其中所述核医学成像子系统和所述CT子系统(14)采用机械方式耦合或在操作上耦合这二者其中之一或二者来形成所述双模态成 像系统(10)。
4.如权利要求I所述的双模态成像系统(10)，其中所述CT子系统(14)具有大约70英寸乘20英寸的关联占用空间。
5.如权利要求I所述的双模态成像系统(10)，其中容置所述CT子系统(14)的房间不包括辐射屏蔽(20)。
6.如权利要求I所述的双模态成像系统(10)，其中所述X射线源(24)以大约20mA操作。
7.如权利要求I所述的双模态成像系统(10)，其中所述CT子系统(14)的所述X射线检测器(26)当操作时比所述核医学成像子系统的所述伽马射线检测部件(18)旋转更快。
8.如权利要求I所述的双模态成像系统(10)，其中所述CT子系统(14)具有20英寸或更小的厚度。
9.如权利要求I所述的双模态成像系统(10)，其中所述CT子系统(14)生成不具有诊断图像质量的图像。
10.一种双模态成像方法，其包括 使用双模态成像系统(10)的核医学成像子系统采集功能图像数据集； 使用CT成像子系统(14)采集计算机断层摄影(CT)成像数据集，其中在采集所述CT成像数据集期间，所述CT子系统(14)的检测器(26)旋转至少高于30转每分钟(RPM)，并且所述CT子系统(14)的X射线源(24)以大约IOmA和大约30mA之间的电流操作；以及 使用所述CT成像数据集生成定位图像或衰减图。
11.如权利要求10所述的双模态成像方法，其包括将所述定位图像与从所述功能图像数据集生成的功能图像配准。
12.如权利要求10所述的双模态成像方法，其中采集所述功能图像数据集包括采集单光子发射计算机断层摄影(SPECT)数据集或正电子发射断层摄影(PET)数据集。
13.如权利要求10所述的双模态成像方法，其中顺序采集所述功能图像数据集和所述CT成像数据集。
14.如权利要求10所述的双模态成像方法，其包括将患者平移固定距离使得规定的感兴趣区域在采集所述功能图像数据集和采集所述CT成像数据集两者期间成像。
15.如权利要求10所述的双模态成像方法，其中所述定位图像不具有mm或亚mm分辨率。
全文摘要
本公开涉及用于在多模态成像系统中使用的CT系统。公开计算机断层摄影(CT)成像系统(14)。该CT成像系统(14)可在多模态成像环境或其他环境中使用。在一个实施例中，该CT成像系统(14)提供旋转X射线源(24)和检测部件(26)两者的快速旋转，以及由源(24)生成的X射线的低剂量，其提供若干临床和经济效益，例如低剂量和足够的图像质量，并且在与诊断CT剂量关联的房间屏蔽(20)中没有投资或不大的投资等。
文档编号A61B6/03GK102727238SQ20121010908
公开日2012年10月17日 申请日期2012年4月6日 优先权日2011年4月6日
发明者Y·金格曼 申请人:通用电气公司