用于核醫療成像中基于發射數據進行衰減補償的系統和方法與制造工藝

本文披露的主題一般涉及核醫療成像系統，以及更具體地來說涉及用于單光子發射計算機層析(SPECT)成像系統以及尤其在心臟成像中，使用發射數據進行SPECT系統中的發射衰減的補償。

背景技術：
已知有不同類型的成像技術，并且將其用于醫療診斷成像。例如，使用診斷核成像，如SPECT成像來研究受檢者(如患者)體內的放射性核素分布。典型地，將一個或多個放射性藥物或放射性同位素注入到患者體內。將典型地包括準直器的伽馬照相機檢測器頭置于患者表面附近以捕獲和記錄發射的輻射從而獲取圖像數據。已知有不同的配置，其中伽馬照相機可以在掃描期間保持在相對于關注的受檢者固定的位置/朝向(例如，聚焦的檢測器模塊)或可繞著患者旋轉。然后可以使用如背投的圖像重構技術來基于所獲取的圖像或所獲取的數據(例如，列表數據)來構造受檢者內部結構內放射性示蹤劑攝取分布的圖像。雖然此類常規系統可以提供具有良好診斷值的高質量圖像，但是光子衰減是影響SPECT系統中的重構圖像的質量的主要物理因素。此類衰減可以是由于例如發射源與系統檢測器之間的組織所致。但是，在SPECT成像中，以及確切地來說在心臟病學中，重要的是存在患者身體所導致的衰減(例如，由于康普頓散射的輻射所導致的大部分中)的情況下獲得精確的發射圖像(成像的患者體內放射性同位素分布的三維3D圖)。在心臟成像中，光子衰減占從心肌區域發射的光子的損耗的高達85％。而且，從量化角度來看，與圖像重構中使用的模型的數據不一致性在空間上也是變化的(例如，僅在一些情況中心肌內的誤差70-85％)。由此，已知的重構方法需要衰減映射圖的知識，例如影響到達檢測器的輻射的區域中患者組織的3D模型。這些方法目前主要依賴于常常失效的、可包括輻射源的直接透射測量，或昂貴的、來自x射線計算機層析(CT)系統的測量，這些方法還可能增加給予患者的輻射劑量、額外的成像時間、幾何空間上配準不良和分辨率差異。可以使用模型來表征衰減，但是實際衰減可能有很大不同。而且，因為患者尺寸和形狀的高度可變性，“患者標準”可能得到差的重構結果。

技術實現要素：
根據實施例，提供一種用于圖像重構的方法。該方法包括在含至少一種放射性同位素的放射性藥物的服藥人的多個能量窗口處獲取發射數據，其中這些能量窗口包括(i)以同位素的峰值發射為中心的至少峰值能量窗口，以及(ii)位于比峰值能量窗口低的能量范圍處的至少一個散射能量窗口。該方法還包括執行所獲取的發射數據的初級重構以創建峰值能量窗口和散射能量窗口的一個或多個初級圖像，從峰值能量窗口的重構的初級圖像或散射能量窗口的重構的初級圖像的至少其中之一確定此人的身體外形。該方法還包括從峰值能量窗口的重構的初級圖像識別此人的心臟輪廓，以及使用識別的心臟輪廓作為界標，以從散射能量窗口的重構的初級圖像分割此人的至少左肺。該方法附加地包括基于至少確定的身體外形和分割的左肺定義衰減映射圖，并使用包括更新衰減映射圖和峰值能量窗口的圖像的迭代聯合估算重構來重構此人的關注區域的圖像，其中該聯合估算重構包括使用所述多個能量窗口中獲取的數據。根據另一個實施例，提供一種核醫療(NM)成像系統，其包括門架和多個核醫療(NM)照相機，多個核醫療(NM)照相機耦合到門架且配置成在含至少一種放射性同位素的放射性藥物的服藥人的多個能量窗口處獲取發射數據，其中這些能量窗口包括(i)以同位素的峰值發射為中心的至少峰值能量窗口，以及(ii)位于比峰值能量窗口低的能量范圍處的至少一個散射能量窗口。該NM成像系統還包括圖像重構模塊，圖像重構模塊配置成(i)執行所獲取的發射數據的初級重構以創建峰值能量窗口和散射能量窗口的一個或多個初級圖像，(ii)從峰值能量窗口的重構的初級圖像或散射能量窗口的重構的初級圖像的至少其中之一確定此人的身體外形，(iii)從峰值能量窗口的重構的初級圖像識別此人的心臟輪廓，(iv)使用識別的心臟輪廓作為界標，以從散射能量窗口的重構的初級圖像分割此人的至少左肺，(v)基于至少所確定的身體外形和所分割的左肺定義衰減映射圖，以及(vi)使用包括更新衰減映射圖和峰值能量窗口的圖像的迭代聯合估算重構來重構此人的關注區域的圖像，其中該聯合估算重構包括使用多個能量窗口中獲取的數據。根據又一個實施例，提供一種用于使用處理器執行圖像重構的非臨時性計算機可讀存儲介質。該非臨時性計算機可讀存儲介質包括用于命令處理器執行如下操作的指令：在含至少一種放射性同位素的放射性藥物的服藥人的多個能量窗口處獲取發射數據，其中這些能量窗口包括(i)以同位素的峰值發射為中心的至少峰值能量窗口，以及(ii)位于比峰值能量窗口低的能量范圍處的至少一個散射能量窗口。非臨時性計算機可讀存儲介質還包括命令處理器執行如下操作的指令：執行所獲取的發射數據的初級重構以創建峰值能量窗口和散射能量窗口的一個或多個初級圖像，以及從峰值能量窗口的重構的初級圖像或散射能量窗口的重構的初級圖像的至少其中之一確定此人的身體外形。該非臨時性計算機可讀存儲介質還包括命令處理器執行如下操作的指令：從峰值能量窗口的重構的初級圖像識別此人的心臟輪廓，使用識別的心臟輪廓作為界標，以以從散射能量窗口的重構的初級圖像分割此人的至少左肺，以及基于至少確定的身體外形和分割的左肺定義衰減映射圖。非臨時性計算機可讀存儲介質還包括命令處理器執行如下操作的指令：使用包括更新衰減映射圖和峰值能量窗口的圖像的迭代聯合估算重構來重構此人的關注區域的圖像，其中該聯合估算重構包括使用多個能量窗口中獲取的數據。附圖說明圖1是根據多種實施例構造的示范成像系統的簡化框圖。圖2是圖示根據一個實施例的圖1的成像系統的檢測器配置的示意圖。圖3是圖示根據另一個實施例的圖1的成像系統的檢測器配置的示意圖。圖4是根據一個實施例形成的檢測器模塊的示意圖。圖5是根據另一個實施例形成的檢測器模塊的示意圖。圖6是圖示不同發射的示意圖。圖7是根據多種實施例的處理流程的框圖。圖8是圖示能量響應分布中的不同能量級的曲線圖。圖9是根據多種實施例用于衰減補償的方法的流程圖。圖10是圖示根據多種實施例的檢測器模塊獲取的附加視圖的示意圖。圖11是圖示根據多種實施例使用的永久性圖像的示意圖。圖12是圖示根據多種實施例使用的體元映射的示意圖。圖13是圖示根據多種實施例的重構的圖像的示意圖。具體實施方式當結合附圖閱讀時，將更好地理解前述

技術實現要素：
以及下文對多種實施例的詳細描述。就附圖圖示多種實施例的功能框的示意圖而言，這些功能框不一定表示硬件電路之間的劃分。因此，例如，這些功能塊的其中一個或多個功能塊(例如，處理器或存儲器)可以在單件硬件(例如通用信號處理器或隨機存取存儲器塊、硬盤等)或多件硬件中實現。相似地，程序可以是單獨運行的程序，可以是作為子例行程序并入操作系統中，可以是安裝的軟件包中的功能等。應該理解，這些多種實施例不限于附圖中示出的布置和實現方式。本文描述的是用于確定核醫療成像系統，具體為單光子發射計算機層析(SPECT)成像系統內的衰減以及對此進行補償的系統和方法。多種實施例僅使用SPECT系統獲取的發射數據來估算衰減并對衰減進行補償。圖1是根據多種實施例構造的示范核醫療成像系統20的框圖，在本實施例中，示范核醫療成像系統20是SPECT成像系統。一個實施例中的系統20包括集成的門架22，集成的門架22還包括圍繞門架中心孔洞26朝向的轉子24。轉子24配置成支承一個或多個核醫療(NM)照相機28和30(出于圖示的目的，示出兩個)。在多種實施例中，NM照相機28和30可以是例如通用伽瑪照相機或非通用伽瑪照相機，如為心臟成像配置的聚焦的針孔伽瑪照相機模塊。NM照相機28和30可以由不同類型的適合材料形成，適合材料可以是直接轉換材料或間接轉換材料，可以是像素化檢測器或照相機。例如，在間接轉換材料中，閃爍體通常由碘化鈉(NaI)的晶狀材料制成，并且將接收的伽馬輻射轉換成(例如，紫外線范圍中)較低能量的光能。在這些系統中，光電倍增管然后接收此光并生成對應于光子撞擊特定離散像點(像素)區域的圖像數據。在如碲化鎘鋅(CZT)的直接轉換材料中，撞擊光子被直接地轉換成電信號。轉子24還配置成圍繞著包括患者臺架34的檢查軸軸向旋轉，患者臺架34可以包括滑動地耦接到床臺支承系統以支承患者36的床臺，床臺可以直接地耦接到地板或可以通過耦接到門架22的基座耦接到門架22。該床臺可以包括滑動地耦接到床臺的上表面的擔架。患者臺架34配置成有助于患者36進入和退出基本與檢查軸對齊的檢查位置。在成像掃描期間，可以控制患者臺架34以將床臺和/或擔架軸向移入和移出孔洞26。可以采用本領域中公知的任何方式來執行成像系統20的操作和控制。應該注意，可以與包括旋轉門架或固定門架的成像系統結合來實現多種實施例。可以與NM照相機28和30組合來提供準直器38。例如，可以將準直器38耦接到NM照相機28和30的每個照相機的前檢測面。準直器38可以是本領域中公知的任何適合類型的準直器。將來自NM照相機28和30的輸出傳送到處理單元40，處理單元40可以是任何適合的計算機或計算裝置。如本文使用的，術語“計算機”或“模塊”可以包括任何基于處理器或基于微處理器的系統，包括使用微控制器、精簡指令集計算機(RISC)、ASIC、邏輯電路和能夠執行本文描述的功能的任何其他電路或處理器的系統。上文這些示例僅是示范性的，因此不應以任何形式限制術語“計算機”的定義和/或含義。處理單元40可以包括衰減補償模塊50，衰減補償模塊50用于執行如本文更詳細描述的衰減補償。衰減補償模塊50可以采用硬件、軟件或硬件與軟件的組合來實現。應該注意，成像系統20還可以是多模態成像系統，如NM/MR成像系統。在成像掃描期間，可以由作為控制器42的一部分的臺架控制器單元44來控制患者臺架34。臺架控制器單元44可以控制患者臺架34以將患者臺架34軸向移入和移出孔洞26。NM照相機28和30可以設在相對于患者36的多個位置(例如，采用L模式配置)。應該注意雖然NM照相機28和30配置成用于沿著(或圍繞)門架22進行可移動操作，但是可以將NM照相機28和30與之固定。控制器42還包括控制門架22的移動(例如，圍繞患者的旋轉移動)和NM照相機28和30的移動(如樞轉移動或移近/移開患者36的移動)的門架電動機控制器46。因此，控制器42可以控制患者臺架34相對于伽瑪照相機28和30的移動和定位以及NM照相機28和30相對于患者36的移動和定位以將患者36的期望解剖結構(例如器官)定位在NM照相機28和30的視場(FOV)內，此操作可以在獲取關注的器官的圖像之前執行。臺架控制器44和門架電動機控制器46可以由處理單元40來各自自動命令，由操作員來手動控制或二者組合。可以將成像數據組合并重構成圖像，如下文更詳細描述的，圖像可以包括2D圖像、3D容積或隨時間推移的3D容積(4D)。數據獲取系統(DAS)48接收NM照相機28和30產生的模擬和/或數字電信號數據，并將數據解碼以供后續處理，正如本文更詳細描述的。圖像重構處理器52從DAS48接收數據，并使用本領域中公知的任何重構過程結合如本文描述的衰減補償來重構圖像。可以提供數據存儲裝置54以存儲來自DAS48的數據或重構的圖像數據。還可以提供輸入裝置56以接收用戶輸入，以及可以提供顯示器58以顯示重構的圖像。操作中，在進行數據收集之前，將如放射性藥物物質的放射性同位素(有時稱為放射性示蹤劑)對患者36給服，并且可以被特定組織或器官結合或攝取。典型的放射性同位素包括多種放射性形式的元素，盡管在SPECT成像中許多典型放射性同位素基于衰變過程中發射伽馬輻射的锝(99Tc)的同位素。可以選擇性地將多種額外物質與此類同位素組合來靶向身體的特定區域或組織。由NM照相機28和30檢測患者體內位置處暫時性存在的放射性同位素發射的伽馬輻射。雖然在圖1中圖示NM照相機28和30為置于患者36上方的平面裝置，但是NM照相機28和30也可以設在患者下方36，同時設在患者36上方和下方，設在患者36旁邊，以及可以至少部分地包繞著患者36。在一些實施例中的成像系統20可以耦接到更多網絡的其中之一以使系統數據能夠往返于圖像系統20傳送以及能夠傳輸和存儲圖像數據和處理的圖像。例如，局域網、廣域網、無線網絡等可以使圖像數據能夠存儲在放射科信息系統上或醫院信息系統上。此類網絡連接還使圖像數據能夠傳輸到遠程后處理系統、醫生辦公室等。本文描述的多種實施例可以與用于對關注的具體器官(如用于心臟成像和評估)的專用SPECT系統結合使用。這些系統的其中一些表征為以包含關注的器官和/或非平行準直為目標的有限視場(FOV)。此類系統有時稱為“移位變異”成像系統。這里，移位變異意味著對物體(例如，點源)的系統響應因物體在FOV中的位置而有所不同。在這些差異中，有系統響應的幾何形狀、系統靈敏度和從發射物體到系統檢測器的衰減路徑中的差異。多種實施例可以與如圖2和圖3所示的不同SPECT成像配置結合來使用。在圖2的實施例中，成像系統掃描儀60包括支承雙頭照相機(以L配置示出)的門架22。該照相機包括兩個照相機分段，圖示為設在門架22中的NM照相機28和30以獲取圍繞患者36的約180上的數據。在圖示的實施例中，成像系統掃描儀60配置成用于心臟成像，以及本文描述的實施例允許對始發于心臟中和周圍的位置處的發射62的散射和衰減進行特征化和校正。一般來說，此類發射將穿越心臟64的至少一些區域以及身體的軟組織66，具體為左肺68。應該注意，可以利用安裝機構70將伽瑪照相機NM和30安裝到門架22，安裝機構70除了圍繞患者36移動外還允許如逼近或遠離患者36的樞轉移動或平移。圖3圖示成像掃描儀80的另一個配置，其允許定義多針孔獲取系統，多針孔獲取系統包括多個模塊82，在本實施例中，這些模塊82是針孔伽瑪照相機模塊。模塊82圍繞患者容積定位并朝向以便收集穿越患者36的類似組織的發射62。應該注意，在針孔獲取系統的情況中，模塊82的針孔可以調整成使得針孔聚焦在所關注的容積上，并且可以在圖像獲取期間為靜止的，例如，可從GEHealthcare公司可獲得的DiscoveryNM530c。還應該注意，可以采用其他類型和配置的照相機，如美國專利號6,242,743中所披露類型的照相機。模塊82可以采取如圖4和圖5所示的不同形式。例如，圖4所示的針孔配置包括檢測器90，檢測器90具有與之組合(例如耦合到檢測器90的檢測面94)的針孔準直器92。模...