本发明涉及医学成像领域，更具体地涉及用于适于同时进行x射线成像和核成像的医学成像的探测器。
背景技术：
x射线成像和核成像是医学成像领域中的核心技术。
在x射线成像中，诸如闪烁体的x射线探测器探测来自诸如x射线管的x射线源的x射线辐射。所述x射线探测器被定位为使得其探测透射穿过患者的x射线辐射。
在核成像中，放射性同位素被注入到患者体内。伽马探测器探测由所述放射性同位素衰变产生的伽马光子。
在医学成像领域中，对将x射线成像与伽马光子成像组合到双模式成像设备中是感兴趣的，这是因为x射线图像揭示了便于解读核图像的解剖结构。例如，如果肿瘤的位置相对于邻近的骨结构的位置是已知的，那么能够更加精确地确定利用放射性同位素成像的肿瘤的位置。该骨骼结构由x射线成像。
为了提取所述解剖信息和功能信息，所述x射线探测器和所述伽马探测器应当采集相同感兴趣区域的图像。尽管这能够通过将两个探测器彼此偏移(例如，彼此邻近)来完成，但是优选的是两个探测器相对于感兴趣区域具有相同的取向。
此外，期望同时采集x射线图像和伽马光子图像，这是因为这强烈地增强了组合所述x射线图像与所述伽马光子图像的有用性。例如，患者可能移动并且还有身体内的移动(例如，心脏的跳动和随后的例如动脉的移动)，如果以在按顺序的采集期间发生显著移动的慢节奏来按顺序地拍摄图像，那么上述移动都可能妨碍对组合图像的解读。
例如在描述pet-ct系统的wo2012066469中描述了上述类型的探测器，所述探测器包括用于同时进行的x射线探测器和伽马光子探测器的两个层。x射线探测器形成探测器的入射面，并且伽马探测器被置于所述x射线探测器的后面。所述x射线探测器对于伽马光子的部分是透明的，所述伽马光子的所述部分然后撞击到伽马探测器上。
wo2012066469的设备并不完全令人满意。
技术实现要素：
本发明旨在提供一种用于同时进行x射线成像和伽马光子成像的改进的堆叠式探测器。
为此，本发明提出了一种双模式辐射探测器，包括：
-x射线探测器层，其用于将x射线辐射转换成x射线电学数据，
所述x射线探测器形成所述双模式辐射探测器的入射面；
-准直器，其被设置在所述x射线探测器层下面；以及
-伽马光子探测器层，其被设置在所述准直器下面以将伽马光子转换成伽马光子电学数据。
因此，本发明的辐射探测器包括被置于所述x射线探测器层与所述伽马光子探测器层之间的准直器。所述准直器是具有平行侧面的板或体，所述板或体仅透射入射的伽马光子通量的部分，并且例如用于选择源自于感兴趣区域的伽马光子。所述准直器在核成像领域中是公知的，并且通常由钨或铅制成，这是因为这些材料是伽马光子的良好吸收体。已知不同类型的准直器，例如，平行孔准直器、针孔准直器或锥形射束准直器。
wo2012066469的堆叠式探测器缺少被设置在x射线探测器层下面的准直器，需要在探测器在相对于感兴趣目标的不同采集位置处采集大量图像以从核成像获得功能信息。因此利用wo2012066469的设备进行成像是耗时的并涉及复杂的图像重建。
本发明的辐射探测器被认为是最优地适合于从在探测器相对于感兴趣目标的单个(例如静止的)采集位置处采集的伽马光子电学数据获得伽马发射图像或伽马功能图像。然后使用合适的软件和计算机将所述伽马发射图像与根据与所述伽马光子电学数据同时采集的x射线电学数据重建的x射线图像进行融合。
在wo2014092574中也采用了并且更加详细地描述了使用探测器系统的静止采集位置来获得融合的x射线与核图像的方法。在实施例中，本发明的探测器可以代替wo2014092574中的探测器布置。
在静止采集期间，x射线仪器与双模式辐射探测器保持静止，使得x射线图像和伽马辐射图像(它们要被融合成要被显示的融合图像)是在完全静止的情况下获得的，因此针对每幅图像的数据采集不需要x射线仪器和双模式辐射探测器或其部分相对于要被检查的目标(例如，相对于患者)的任何运动。
利用所述本发明的辐射探测器在单个静止采集位置处同时探测x射线辐射和伽马光子辐射因此具有提供更快且更简单的成像的潜力。
在一些实施例中，所述x射线探测器、所述准直器和所述伽马探测器被直接堆叠在彼此顶部。这样的布置提供了紧凑的探测器。例如，堆叠被实施为被置于成像安装中的单元，例如，c型臂设备、机架设备等。
在实施例中，x射线滤波器层被布置在所述x射线探测器层与所述准直器之间。优选地，所述滤波器层对于伽马光子是透明的。例如，所述过滤层含有锡(sn)。
在实施例中，所述x射线探测器层、所述x射线滤波器层、所述准直器以及所述伽马光子探测器层被直接堆叠在彼此顶部。
在一些实施例中，x射线探测器、任选的x射线滤波器层、准直器和伽马探测器的面向患者的面积都是相等的。换句话说，所述准直器的正面面积和所述伽马光子探测器层的正面面积均等于所述双模式辐射探测器的所述入射面的正面面积。以这种方式，探测辐射的区域对于两个探测器来说基本相同。
在实施例中，所述双模式辐射探测器可以被提供有不同的准直器，例如，平行孔准直器和锥形射束准直器。所述锥形射束准直器可以使其焦斑处于x射线源的位置处。在优选实施例中，锥形射束准直器被提供为具有从x射线源的焦斑偏移的焦斑，例如从x射线源的焦斑横向偏移至少一厘米，例如几厘米。这减少了通过准直器的x射线，并且因此降低了伽马探测器上的x射线负载。
在实施例中，所述准直器可以是可移除的并且能插入到所述双模式辐射探测器中。
例如，探测器可以被实施为将x射线探测器层和伽马探测器稍微移开，以在其之间横向插入选定的准直器(例如具有或不具有x射线滤波器层)，其中，所述双模式探测器还被实施为将所述堆叠的部件带入紧凑的堆叠配置中，例如，其中，部件彼此靠近或者甚至相互夹紧。
例如，所述双模式探测器包括框架或壳体，其中，所述堆叠的部件被保留。例如，壳体具有将堆叠的入射面暴露的开放的前部，以及覆盖堆叠的侧面以及底部的辐射屏蔽周壁和底部。
本发明的双模式辐射探测器中的x射线探测可以以各种方式进行。例如，所述x射线探测器层可以是间接平板探测器，所述间接平板探测器包括闪烁体层和在所述闪烁体层后面的包含光电二极管的探测器阵列。所述闪烁体层将入射的x射线转换成光子，所述光子在传播到光电二极管之后被转换为电学信号。
所述闪烁体层可以例如包括具有10-3000微米(例如，300μm)的层厚度的碘化铯闪烁体，并且在所述闪烁体后面具有厚度大约为0.1-10mm(例如，700μm)的薄硅基薄膜晶体管的阵列。
所述x射线探测器对于伽马光子的至少部分是透明的。
所述双模式探测器x射线层的入射面优选是平面的。
类似地，本发明的双模式辐射探测器的伽马探测器能够是各种类型的。例如，所述准直器和所述伽马光子探测器层形成伽马相机。所述伽马相机包括所述准直器、闪烁体层以及在所述闪烁体层下面的光电倍增器层。所述闪烁体层将入射的伽马光子转换为闪烁光，然后闪烁光在光电倍增器层中被转换为电学信号。
所述伽马光子闪烁体可以是基于碘化钠的闪烁体，可能是掺有铊的碘化钠，厚度为1-50mm，例如，9.5mm。
伽马探测器可以包括半导体探测器设计，优选为czt(碲锌镉)探测器或碲化镉探测器。
在实施例中，被设置在所述x射线探测器层与所述伽马光子探测器层之间的所述准直器是所述双模式辐射探测器的唯一准直器，并且所述x射线探测器层被完全暴露于透射通过要被成像的目标的x射线辐射。
在另一实施例中，在所述x射线探测器前面提供了防散射网格。所述防散射网格在x射线成像的领域中是已知的，并且被用于减少入射到所述x射线探测器层上的散射的x射线辐射的量，同时透射在从x射线源向防散射网格传播时未被散射的x射线辐射。提供防散射网格增强了根据所述x射线电学数据重建的x射线图像的分辨率。
可以使用不同类型的防散射网格，例如，平行网格或聚焦网格。在一些实施例中，为了在防散射网格之间进行改变，所述防散射网格能从所述双模式辐射探测器移除。
优选地，任何防散射网格被配置为透射入射在所述防散射网格上的伽马光子的至少部分，例如大部分。然后在采集伽马光子电学数据期间，所述防散射网格能够保持就位。
为了进一步防止将入射在伽马光子探测层上的x射线光子错误解读为伽马光子探测事件，可以测量入射在伽马光子探测层上的光子的能量，并且所述能量值可以形成伽马光子电学数据的部分。然后在进一步处理所述伽马光子电学数据期间滤除与针对伽马光子所预期的能量值不同的能量值。
此外，为了防止x射线光子在伽马光子探测器上积聚，能够使用具有短的衰减时间(例如比常用的碘化钠闪烁体层的衰减时间更短)的伽马光子探测器。这样的短的衰减时间可以通过使用包含硅酸钇镥或三溴化镧(labr3)的闪烁晶体来实现。
本发明还涉及一种双模式辐射探测系统，所述系统包括如本文所述的双模式辐射探测器以及图像处理单元。所述图像处理单元接收来自所述双模式辐射探测器的所述x射线电学数据和所述伽马光子电学数据两者。所述图像处理单元适于将同时采集的x射线电学数据与伽马光子电学数据融合到包含x射线电学数据和伽马光子电学数据两者的融合图像中。
所述图像处理单元适于分别根据所述x射线电学数据和所述伽马光子电学数据来重建x射线图像和伽马发射图像。所述处理单元适于在根据伽马光子电学数据重建伽马发射图像时考虑准直器几何结构。任选地，在所述重建中也考虑防散射网格。然而，通常不需要考虑防散射网格，这是因为伽马光子中的至少部分不被所述防散射网格所阻碍。
在实践中，两个或三个x射线光子可以被伽马光子探测器层同时吸收。所述x射线光子的组合能量可以类似于伽马光子的能量。因此，可能需要进一步的措施来防止所述伽马光子探测器层将x射线光子解读为伽马光子。这可以借助于适于例如在1至10ms之间的持续时间内发射x射线辐射脉冲的x射线源来完成。如果期望的话，则可以仅在x射线辐射脉冲之间执行伽马光子探测器层对伽马光子的探测，或者在分析伽马光子电学数据时考虑所述x射线辐射脉冲，例如从所述数据中移除表示在所述x射线辐射脉冲期间的伽马光子探测的任何数据。
作为优选，使用具有远远小于(患者的，或者例如心脏通过跳动的)任何移动的持续时间的x射线脉冲和伽马光子探测区间，并且然后预见到被成像区域在x射线探测区间与伽马光子探测区间之间没有移位，使得仍然预期融合这两幅图像会给出上述益处。因此，在目标基本上静止期间这种快速顺序成像也被认为是同时的。x射线脉冲区间、x射线探测区间和伽马光子探测区间的这样的持续时间优选为至多在0.5s内。
所述双模式成像系统还可以包括支撑所述x射线源和所述双模式辐射探测器的支撑安装件。所述支撑安装件适于提供x射线源和双模式辐射探测器的静止采集位置。能够利用在静止采集位置中的x射线源和双模式辐射探测器来获得被融合到包含结构信息和功能信息的融合图像中的x射线电学数据和伽马光子电学数据。
本发明还涉及一种双模式成像系统，所述双模式成像系统包括如本文所述的双模式辐射探测器、图像处理单元以及诸如x射线管的x射线源，其中，所述图像处理单元适于接收来自所述双模式辐射探测器的所述x射线电学数据和所述伽马光子电学数据两者。该系统还包括旋转机架，所述旋转机架定义对象接收孔口，所述对象接收孔口例如具有针对人的支撑台，其中，所述旋转机架适于绕旋转轴(例如，水平轴)围绕所述对象接收孔口旋转例如(一个或多个)整圈。所述x射线源被安装到所述旋转机架以与所述旋转机架一起旋转，并且探测器头被安装到所述旋转机架以与所述旋转机架一起旋转，其中，所述探测器头被安装为与所述x射线源相对，例如相对于对象接收空间在沿直径相对的位置处。所述探测器头包括本发明的双模式辐射探测器，以便接收来自所述x射线源的x射线以及接收来自所述对象接收孔口中的对象的伽马光子辐射。
例如，本发明的双模式探测器与旋转机架的结合使用促进了通过使机架围绕对象旋转而在图像采集期间针对对象的部分(例如，器官)的任何运动对所获得的图像进行校正。也能够步进地操作机架，使得在每次停顿期间能够进行静止采集。所描述的x射线源的脉冲模式操作和相关的伽马光子数据解读也可以与机架安装相结合。
例如，本发明的双模式探测器能够用于在us6429433中描述的机架系统和方法。
在另一实施例中，支撑安装件可以是c型臂，例如，如在wo201409257中更加详细地描述的。在这里设想的实施例中，所述双模式辐射探测器由c型臂的第二自由部段端支撑或被安装到所述第二自由部段端上。
本发明的双模式辐射探测系统可以被配置用于同时进行荧光检查和闪烁显像，即，2d图像的形成。
所述双模式辐射探测器可以是c型臂设备的部分，在对患者的x射线成像和/或核成像的领域中采用的设备。
在通常的设计中，这种c型臂设备包括：
-c型臂，其具有相对的第一自由部段和第二自由部段，
-c型臂支撑结构，其被连接到所述c型臂的所述第一自由部段端与所述第二自由部段端的中间，
-x射线源，其被安装在所述c型臂的所述第一自由部段端上，并且适于在x射线射束方向上发射x射线射束，以及
-x射线探测器，其被安装在所述第二自由部段端上，使得由所述x射线源在所述射束方向上发射的x射线射束被成像到所述x射线探测器上。
在wo2014092574中给出了对c型臂设备的更加详细的描述和可能的实施例。
可以通过用双模式辐射探测器代替x射线探测器而将所述双模式辐射探测器并入到c型臂设备中以获得c型臂双模式成像设备。本申请包括将现有的c型臂设备转换成双模式成像c型臂设备的方法。
此外，可以用所述本发明的双模式辐射探测器对具有不同于本发明的双模式辐射探测器的探测器的现有的c型臂设备进行改型。
本发明还涉及一种用于同时进行x射线成像和核成像的方法，包括以下步骤：
-提供包含发射伽马光子的放射性同位素的目标；
-提供适于向所述检查区域发射x射线辐射的x射线源；
-提供如本文所述的一个或多个双模式辐射探测器，所述辐射探测器适于探测由所述x射线源发射的x射线辐射，例如透射通过所述目标的x射线辐射，并且所述辐射探测器适于探测由所述目标内的所述放射性同位素发射的伽马光子；
-利用所述双模式辐射探测器同时采集x射线电学数据和伽马光子电学数据；
-处理所述x射线电学数据和所述伽马光子电学数据以分别重建x射线图像和伽马发射图像；并且
-将同时采集的x射线电学数据和伽马光子电学数据的x射线图像和伽马辐射图像融合成融合的x射线与伽马光子图像。
例如，该方法包括对女性患者的乳房的乳房摄影检查。
为了防止x射线光子溢出伽马光子探测器层，所述x射线源可以发射短的x射线辐射脉冲，例如，1-10ms的脉冲，其中，伽马探测器在所述短的x射线辐射脉冲之间采集伽马光子电学数据。因此，本发明还包括一种用于同时进行x射线成像和核成像的方法，所述方法包括提供一个或多个双模式辐射探测器和脉冲式x射线源，其中，采集伽马光子电学数据在采集x射线光子电学数据之前或之后。采集x射线光子电学数据和伽马光子电学数据两者的持续时间优选为0.5s或更少，使得在采集被融合到图像中的x射线电学数据和伽马电学数据两者期间目标基本上是静止的。
在一些实施例中，被融合到包含x射线电学数据和伽马光子电学数据的融合图像中的所述x射线电学数据和所述伽马电学数据是利用在静止采集位置中的所述x射线源和所述双模式辐射探测器采集的。所述静止采集位置可以通过c型臂设备来实现。
在一些实施例中，在单个静止采集位置处同时采集的x射线电学数据和伽马光子电学数据的单个集合可以足以重建被融合成包含解剖信息和功能信息的图像的x射线图像和伽马发射图像。
在一些实施例中，已经在探测器的某个静止采集位置处获得了一幅或多幅融合图像之后，选择不同的静止采集位置以获得更多的融合图像。然而，为了获得功能图像和融合图像，单个静止采集位置就足够了。
本发明的双模式探测器和所讨论的方法可以应用于二维成像，也就是说，x射线成像是荧光检查成像并且核成像是闪烁显像成像。通过如上所述选择不同的静止采集位置，也可以执行三维成像。
附图说明
现在将参考附图讨论本发明。在附图中：
图1示出了根据本发明的双模式辐射探测器的侧视图，
图2示出了根据本发明的双模式辐射探测系统的一侧，
图3示出了根据本发明的另一双模式辐射探测器的侧视图。
这些附图中的元素不是按比例的，也就是说，在这些附图中不能得到元素的相对尺寸的信息。
具体实施方式
参考附图，将描述双模式辐射探测器的实施例和任选特征。
图1示出了包括x射线探测器层11的双模式辐射探测器1。所述x射线探测器11形成所述双模式辐射探测器的入射面。准直器12被设置在所述x射线探测器11下面，并且伽马光子探测器层被设置在所述准直器12下面。
在所示实施例中，准直器12是平行孔准直器。然而，也可以设想使用其他类型的准直器，例如，锥形射束准直器，如参考图3所讨论的。
图2示出了双模式辐射探测系统2。所述双模式辐射探测系统包括根据本发明的双模式辐射探测器1，所述双模式辐射探测器包括按顺序的x射线探测器层11、准直器12和伽马光子探测器13层。
所述x射线探测器层11输出包括例如关于与探测相关联的时间、位置和能量的信息的x射线电学数据41。此外，伽马光子探测器层13输出包括例如关于与探测相关联的时间、位置和能量的信息的伽马光子电学数据42。
此外，图2示出了在患者31的方向上发射x射线辐射22的x射线源21，例如，x射线管。所述x射线辐射部分透射通过所述患者，例如，射线22和23，并且在探测器1的入射面处撞击到探测器1上。所述辐射部分地吸收在x射线探测器11中(例如，射线22)，并且部分地透射所述x射线探测器并随后被准直器12吸收。替代地，但是并未示出，射线可以透射x射线探测器和准直器并且可以被伽马光子探测器吸收。
在患者31的区域32中存在放射性同位素。所述同位素发射伽马光子，例如，光子33和34。所述光子可以透射x射线探测器。随后，所述光子可以通过准直器，例如，光子34，并且可以被伽马光子探测器吸收。如果所述光子的传播方向没有对准准直器孔口，则所述光子也可以被所述准直器吸收，就像这里针对光子33的情况一样。
所述双模式辐射探测系统2还包括图像处理单元51，所述图像处理单元51接收x射线电学信号41和伽马光子电学数据42。所述图像处理单元基于x射线电学信号41来构建x射线图像，并且基于伽马光子电学数据41并且考虑准直器12的特性来重建伽马光子发射图像。
随后，来自同时探测到的x射线辐射和伽马光子辐射的x射线透射图像和伽马光子透射图像能够被融合成单个融合图像62中，并且所述融合图像被显示在显示器61上。
图3示出了包括被直接堆叠在彼此顶部的部件的双模式辐射探测器1。
x射线探测器层11形成双模式辐射探测器的入射面。
在所述x射线探测器层下面任选地存在例如由锡(sn)制成的或包含锡(sn)的x射线滤波器层16。层16优选被设计为滤除x射线同时对伽马光子透明。
准直器12被设置在x射线探测器11下面，并且这里也在x射线滤波器层下面。
如示意性指示，并且优选地，准直器是具有焦斑fp的锥形射束准直器。
在准直器12下面设置有伽马光子探测器层13。
如所解释的，布置和/或实施具有锥形射束准直器12的探测器1而使得焦斑fp从x射线源的焦斑偏移(例如横向偏移)可以是有利的。这减少/避免了x射线穿透准直器，这对于探测器层13的操作可以是有利的。
例如，辐射探测器包括支撑结构，例如，骨架，其中，这些部件被堆叠并被紧固，例如能从框架移除，例如允许将一个部件更换为所述部件的替代形式和/或允许布置或分散滤波器层16。