专利名称：用于衰减校正的方法和装置的制作方法
用于衰减校正的方法和装置技术领域
本申请总体涉及成像技术，更具体而言，涉及生成用于电子图像重建的衰减绘图。 本申请至少应用于组合的PET/CT或SPECT/CT成像系统，尤其用于心脏成像，并将结合其具 体参考加以描述。然而，本申请还更为普遍地应用于生成用于其他类型成像的衰减绘图，以 及应用于其他技术。
背景技术：
PET (正电子发射断层摄影)和SPECT (单光子发射计算机断层摄影)通常用于生 成人体内相对动态过程的诊断图像，诸如代谢活动或血流。在PET和SPECT中，放射性同位 素产生伽马射线，伽马射线穿过受检者的身体并由伽马射线探测器对其进行探测。放射性 同位素常常作为受检者体内的放射性药剂来施用。伽马射线探测器通常在绕中心轴的不同 角度位置记录投影的伽马射线图像。为了实现此操作，伽马射线探测器或者可以绕轴旋转 (在SPECT中常见的)，或者可以作为绕轴延伸的环或部分环(在PET中常见的)，或者可以 具有其他构造。探测器通常与伽马射线相互作用以产生代表探测器接收到的伽马射线谱的 电子信号。然后，可以对该电子信号进行处理以产生受检者身体的PET或SPECT图像。计算机断层摄影(CT)通常用于生成人体内相对静态结构(诸如骨骼)的诊断图 像。在CT中，设置于受检者身体外部的X射线源产生X射线，X射线完全穿过受检者身体， 并由近似设置于受检者身体与X射线源的对侧的探测器对其进行探测。X射线源与X射线 探测器通常一起绕被成像受检者旋转，从而在绕中心轴的不同角度位置记录投影的X射线 图像。探测器通常与X射线相互作用以产生代表探测器接收到的X射线谱的电子信号。然 后，可以对该电子信号进行处理以产生受检者身体的CT图像。组合的PET/CT或SPECT/CT成像系统包括用于生成PET或SPECT图像、以及用于 生成CT图像的硬件和软件。可以利用CT图像叠加PET或SPECT图像以形成一幅经组合的 图像。这一组合过程称为PET或SPECT图像与CT图像的“配准”。这种配准发生在临床或 医学治疗、临床前研究、对象和过程的科学或技术分析以及其他环境中。PET、SPECT和CT面临的一个挑战是校正伽马射线(在PET和SPECT中)或X射 线(在CT中)在被成像受检者体内的衰减。伽马射线和X射线与设置于辐射源和辐射探 测器之间的组织或其他物质相互作用。该相互作用通常阻止一些伽马射线和一些X射线到 达探测器(衰减)并改变一些伽马射线和一些X射线的方向(散射)。衰减和散射的程度 将随患者的不同而变化并取决于辐射源和辐射探测器之间的物质(即，骨骼、肌肉、器官组 织等)的物理特性。这种衰减和散射在生成高度精确定量PET、SPECT或CT诊断图像时应 当考虑在内。通过使用被成像受检者的衰减绘图可以实现这一目标。关于待解决的辐射，或者 是伽马射线(PET和SPECT中)或者是X射线(CT中)，这种衰减绘图估计被成像受检者体 内不同区域的密度。具有相对高密度的区域比具有较低密度的区域更可能导致衰减。衰减 绘图可以用于校正探测器实际记录的图像数据以解决衰减造成的数据丢失。
在那一方面，已知使用X射线衰减数据生成伽马射线衰减绘图。根据外部X射线 源已知的X射线谱以及X射线探测器在绕被成像受检者中心轴的不同角度位置实际记录的 X射线，可以生成受检者的X射线衰减绘图。CT成像期间被成像受检者体内的X射线衰减 与PET或SPECT成像期间被成像受检者体内的伽马射线衰减在性质上相似。例如，骨骼比 软组织对X射线和伽马射线两者的衰减都更大。因此，由CT成像数据生成的X射线衰减绘 图能够用于估计或近似用于PET或SPECT成像的伽马射线衰减绘图。这一过程中的一个难点在于配准CT衰减数据与PET或SPECT成像数据，特别是如 果各自的数据集是相继取得而不是同时取得时，而这正是常见的情况。两个数据集的任何 未对准将在伽马射线衰减绘图中提供错误信息，这削弱了经重建的PET或SPECT图像的诊 断价值。当对人体躯干的上半部成像时，例如在心脏成像时，这一难点尤其突出。在这种情 况下，记录成像数据时人的呼吸运动会导致被成像区域移动大约3cm或更多。这种移动使 配准过程复杂化。一些常规的心脏成像系统使用来自诊断CT成像扫描的X射线数据以生成用于校 正PET或SPECT图像的衰减绘图。然而，为了改善心脏成像中CT图像的诊断质量，通常要 求患者在成像扫描期间不呼吸或屏住其呼吸。这些扫描通常持续大约两或三秒，并且大部 分人能够在那段时间舒适地屏住其呼吸。这样做使心脏和肺在整个CT成像扫描期间保持 在相对恒定的位置，从而简化完成成像扫描后的CT图像重建过程。相比之下，心脏PET和 SPECT诊断成像扫描需要较长时间，大约为几分钟(例如，对于心脏PET为3-6分钟，或对于 较大的扫描为10-15分钟)。大部分人都无法那么长时间地屏住其呼吸。因此，将根据CT 诊断成像数据(这一过程期间受检者屏住其呼吸)生成的衰减绘图用于诊断PET或SPECT 成像(这一过程期间受检者在呼吸)的衰减校正会导致诊断PET或SPECT图像中出现不希 望的伪影。心脏成像或靠近横膈膜的胸部成像尤为如此。为了部分地克服这种缺点，其他常规的心脏成像系统执行慢旋转X射线扫描以生 成用于校正PET或SPECT图像的衰减绘图。这些慢旋转X射线扫描通常约为4分钟，显著 增加了总的采集时间，但受检者不需在扫描期间屏住其呼吸。然而，这些常规的系统不是测 定体积的(volumetric)(下文进一步论述)，因此在X射线成像过程期间必须移动被成像受 检者以便对整个心脏区域成像。受检者的那种移动，组合受检者呼吸时自身的移动，使配准 过程复杂化并能够导致衰减绘图中出现不希望的伪影。

发明内容
根据本发明的一个方面，提供了用于成像期间经改进的衰减校正的方法和装置。 该方法和装置对心脏PET或SPECT成像特别有用，但也可以用于其他情况。一个优点在于更精确和鲁棒的衰减校正，降低了 PET和SPECT图像中出现可见伪 影的风险。另一优点在于产生了更为有用的PET和SPECT图像。通过阅读以下对优选实施 例的详细描述，若干附加的优点和益处对本领域的普通技术人员而言将变得显然。


本发明可以具体化为不同的部件或部件布置，以及具体化为不同的过程操作和过 程操作安排。附图仅用于图示说明优选实施例，而不应解释为是对本发明的限制。
图1是组合的SPECT/CT成像系统的示意性前视图；图2是图1中的成像系统的侧视图；以及图3图示说明了根据CT图像数据生成用于PET或SPECT成像的衰减绘图的过程。
具体实施例方式本文所描述的成像方法和装置通常涉及根据一种成像模式(诸如CT)收集的数据 生成用于另一成像模式(诸如PET或SPECT)的衰减绘图的任何成像系统。这种装置的一 个范例是图1和图2所示的组合的SPECT/CT成像系统100。如上所述，本文所公开的成像 方法和装置应用于各种其他种类的成像系统。如图1和图2的图示说明，系统100包括机架102，机架102支撑两个SPECT伽马 射线探测器104和106、X射线源108以及平面X射线探测器110。图1中112处所示的待 成像的代表性受检者部分地容纳于机架102中孔径114内。两个伽马射线探测器104和 106、X射线源108和X射线探测器110全部一起同时在机架102上绕旋转轴116旋转。这 在图1中由箭头R图示说明。然而，探测器并未同时采集数据。当X射线探测器110正收 集用于CT成像的数据时，伽马射线探测器104和106并未收集用于SPECT成像的数据。当 伽马射线探测器104和106正收集用于SPECT成像的数据时，X射线探测器110并未收集 用于CT成像的数据。被成像受检者112通常躺在或被放置于沿纵轴116延伸的工作台或其他支撑物 (未示出)上。该工作台或其他支撑物通常沿着轴116可移动，使得可以接近探测器104、 106和110设置受检者112的被成像区域。由于探测器104、106和110在成像操作期间绕 旋转轴116旋转，它们将记录若干“投影”。投影是探测器在绕旋转轴116的指定角度位置 记录的图像。例如，随着探测器绕轴116旋转，可以以1°的间隔或2°的间隔记录投影。相比之下，在PET系统中，伽马射线探测器通常形成为绕轴设置的探测器阵列的 完整或部分的环。在这种情况下，探测器阵列不旋转。然而，记录每个探测器关于中心轴的 角度位置以便追踪投影数据。成像数据处理器118将这种投影数据存储在存储器120中。一旦收集到了所有的 投影数据，可以通过成像数据处理器118对这些投影数据进行电子处理。处理器118根据一 种或多种数学算法生成受检者112的图像，该图像可以显示在相关的显示器122上。例如， 处理器118从X射线探测器110接收X射线数据以生成CT图像，并从伽马射线探测器104 和106接收伽马射线数据以生成SPECT图像。处理器118还组合这些数据以生成SPECT/C T图像。可以为用户提供用户输入124以控制处理器118。类似的部件也可以用于PET/CT 系统。上述功能可以作为软件逻辑执行。本文所使用的“逻辑”包括但不限于硬件、固件、 软件和/或每种的组合，以执行一个(多个)功能或一个(多个)动作，和/或由另一部件 导致功能或动作。例如，基于预期的应用或需求，逻辑可以包括软件控制的微处理器、诸如 专用集成电路(ASIC)的离散逻辑或其他可编程逻辑器件。逻辑还可以完全具体化为软件。本文所使用的“软件”包括但不限于一条或多条计算机可读和/或可执行的指令， 该指令使计算机或其他电子器件以预期的方式执行功能、动作和/或行为。该指令可具体 化为不同的形式，诸如例程、算法、模块或程序，包括来自动态链接库的独立应用或代码。软件还可以以不同的形式实施，诸如独立的程序、函数调用、小服务程序、小应用程序、存储在 诸如存储器120的存储器中的指令、操作系统的一部分或其他类型的可执行指令。本领域 的普通技术人员应当认识到，软件的形式取决于例如预期应用的要求、软件运行的环境和/ 或设计人员/编程人员的期望等。本文所描述的系统和方法能够在各种平台上实施，包括例如联网的控制系统和独 立的控制系统。此外，本文所示和描述的逻辑优选驻留在诸如存储器120的计算机可读介 质内或上面。不同计算机可读介质的范例包括闪速存储器、只读存储器(ROM)、随机存取存 储器(RAM)、可编程只读存储器(PR0M)、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只 读存储器(EEPROM)、磁盘或磁带、包括CD-ROM和DVD-ROM的光学可读介质等。再者，本文所 描述的程序和逻辑可以合并为一个大的处理流程或分成许多子处理流程。本文已描述的处 理流程中的顺序并非关键，并且可以对其进行重新布置而仍然实现相同的结果。实际上，可 以根据授权或预期，在其实施期间重新布置、合并和/或重新整理本文所述的工艺流程。在图1和图2的SPECT/CT系统100中，支撑机架102上的探测器104、106和110 的旋转框架(未示出)可以以不同的速度旋转。这样，框架可以以第一相对高的速度旋转 以定位用于诊断CT成像的X射线源108和X射线探测器110。并且框架还可以以第二相对 较低的速度旋转以定位用于诊断SPECT成像的伽马射线探测器104和106。在备选实施例 中，X射线源108和X射线探测器110可以设置在第一旋转框架上，而伽马射线探测器104 和106设置在第二旋转框架上，第二旋转框架独立于第一旋转框架。将SPECT/CT系统100的X射线源108和X射线探测器110配置成执行“测定体积 的”成像扫描。在测定体积的系统中，沿旋转轴116的X射线探测器110的横向视场“ζ”足 够大，使得不需要为了生成被成像受检者112体内感兴趣区域的完整图像而沿轴116移动 被成像受检者112。例如，在心脏成像中，感兴趣区域是被成像受检者112的心脏。因此，在 测定体积的心脏成像系统中，如图2所示X射线探测器110的长度“ζ”至少与受检者的心 脏一样长。如另一范例，如果要对受检者的整个呼吸区域成像，那么在测定体积的系统中长 度“ζ”将至少与受检者的肺一样长。图1和图2中所示的SPECT/CT系统100的几何构造 对这一方面是有用的，因为平面X射线探测器110偏离于旋转轴116，导致较大的横向视场 “ ζ”。由系统100用于SPECT成像的衰减绘图可以在如下以及如图3所示的过程300中 生成。X射线源108和X射线探测器110用于执行衰减成像扫描并生成X射线衰减数据302。 这种衰减X射线成像扫描可以是独立于用于生成CT图像的诊断X射线成像扫描的扫描，或 者可以是相同的扫描。X射线衰减数据302可以是与用于生成诊断X射线图像的数据相同 的数据，或者是那些数据的子集，或者可以是完全不同于诊断数据的数据集，或者是诊断数 据和非诊断数据的组合。X射线衰减数据302用于生成用于生成诊断SPECT图像(并且 或许还用于其他目的)的伽马射线衰减绘图304。衰减成像扫描可以通过用于生成X射线数据的旋转例程的数目特征化。具体而 言，衰减成像扫描或者可以是单遍扫描或者可以是多遍扫描。单遍扫描是一种其中X射线 源108和X射线探测器110仅经过绕旋转轴116的一次成像旋转以生成衰减绘图的扫描。 因此，在单遍扫描中，在绕轴116的每个角度位置至多仅进行一次X射线测量。多遍扫描是 一种其中X射线源108和X射线探测器110经过绕旋转轴116的多次成像旋转以生成衰减绘图的扫描。因此，在常规的多遍扫描中，在每个角度位置进行多次X射线测量。如果系统 完成五遍，全部开始于相同的角度位置，那么在每个投影处进行五次X射线测量。如果这五 遍开始于不同的角度位置，且延伸小于360° (典型情况)，那么一些投影处可能进行少于 五次的测量。衰减成像扫描还可以通过扫描时间的长度特征化。具体而言，衰减成像扫描或者 可以是快扫描或者可以是慢扫描。快扫描是一种时间足够短，使得受检者可以在整个成像 扫描期间屏住其呼吸的扫描。因此，快扫描通常持续约从少于一个呼吸周期到大约五个呼 吸周期，或者甚至更长，这取决于受检者对屏住其呼吸的耐受力。这里，呼吸周期是受检者 的一次完整的吸气和呼气。对于大多数受检者而言，快扫描的范围可以从大约一个呼吸周 期到大约两个呼吸周期。相比之下，慢扫描比快扫描耗费更长的时间。慢扫描是一种时间 太长而不允许患者屏住其呼吸的扫描。不管衰减成像扫描是单遍的或是多遍的，是快的或是慢的，受检者可能被要求或 未被要求实际屏住其呼吸。在特定情况下，在衰减成像扫描期间受检者呼吸而不屏住其呼 吸可能是有利的。那是因为受检者是在SPECT诊断成像扫描期间呼吸。不受理论约束的话， 一般认为根据受检者呼吸时的X射线数据生成衰减绘图更精确地对应于在SPECT扫描期间 伽马射线经历的实际衰减。具体而言，一般认为受检者呼吸导致的被成像区域的移动有效 平均了衰减成像扫描期间的多个呼吸周期，正如在SPECT扫描期间对它们的平均。为了改 善待平均的数据集，可能期望使衰减成像扫描随机化，从而在每个角度位置记录多次测量。 一般认为通过在生成平均时增加在每个角度位置计算不同呼吸阶段的概率将改善数据集。 作为可以利用这种随机化实现的一个益处的一个范例，一般认为与已知技术的4分钟扫描 时间相比，这种随机化能够利用大约仅为1到2分钟的扫描提供好的呼吸采样。这一相同 的理论和随机化的益处还应用于PET/CT系统。第一种代表性的随机化技术采用通过X射线源108和X射线探测器110在受检者 正在呼吸时以可变速度的多遍扫描。例如，第一遍可能以高速旋转。然后第二遍可能是稍 微较低速度的旋转。然后下一遍可能是稍微更低，依次类推，直到完成最终和最慢的一遍。 或者备选地，第一遍可能以慢速旋转，后续每遍递增，直到完成最终和最快的一遍。作为另 一备选，可以通过增加或降低多遍扫描中的逐遍之间的速度来改变速度。第二种代表性的随机化技术采用通过X射线源108和X射线探测器110利用呼吸 门控的多遍扫描。众所周知，在成像技术中，呼吸门控是监测被成像受检者的呼吸以确定触 发事件发生的习惯做法，诸如受检者何时开始吸气或何时开始呼气等。在衰减成像扫描的 情况下，这种触发事件可以用于初始化成像扫描系列中的每个，同时使各遍开始于不同的 角度位置。第二种随机化技术可以与第一种随机化技术组合，从而例如当患者开始吸气时， 成像扫描中的每遍开始于不同的角度位置，并且各遍还以可变的速度进行。在第三种随机化技术中，通过X射线源108和X射线探测器110的多遍扫描以每遍 变化的长度进行执行。例如第一遍可以是90°，那么第二遍为180°，依次类推。第三种随 机化技术可以与第一种随机化技术组合，还可以与第二种随机化技术组合，或与两者组合。再次参考图3，一旦生成了伽马射线衰减绘图304，该伽马射线衰减绘图可用于校 正伽马射线探测器104、106实际记录的成像数据，以解决由于衰减造成的数据丢失。因此， 利用探测器104、106执行伽马射线诊断成像扫描以生成伽马射线诊断数据306。使用数据306和伽马射线衰减绘图304就可生成经衰减校正的SPECT图像308。PET/CT系统还可以 使用过程300以生成用于PET成像的伽马射线衰减绘图。 本文已经参考多个实施例对发明进行了描述。显然，他人通过阅读和理解先前的 详细描述，可以发生修改和变型。其意图是将本发明解释为包括所有这些修改和变型，只要 这些修改和变型在权利要求或与权利要求相当的范围内。本发明可以具体化为不同的部件 或部件布置，以及具体化为不同的步骤和步骤安排。附图仅用于图示说明优选实施例，而不 应解释为是对本发明的限制。
权利要求
1.一种针对衰减校正被成像受检者(11 的PET或SPECT图像的方法，所述方法包括 利用X射线源(108)和X射线探测器(110)执行所述受检者的测定体积的衰减成像扫描，以生成测定体积的X射线衰减成像数据(302)；使用测定体积的X射线衰减成像数据(302)生成伽马射线衰减绘图(304)； 利用伽马射线探测器(104)执行所述受检者的伽马射线成像扫描，以生成PET或SPECT 成像数据(306)；以及针对衰减使用所述伽马射线衰减绘图(304)校正所述PET或SPECT成像数据(306)，并 生成经衰减校正的PET或SPECT图像(308)。
2.如权利要求1所述的方法，其中，在所述受检者(11 呼吸时执行所述测定体积的衰 减成像扫描。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述测定体积的衰减成像扫描是多遍扫描。
4.如前述权利要求中的任一项所述的方法，还包括使所述测定体积的衰减成像扫描随 机化。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述随机化包括以变化的旋转速度执行多遍。
6.如权利要求4或5所述的方法，其中，所述随机化包括执行多遍和使用呼吸门控，以 便在绕中心轴变化的角度位置触发每遍的开始。
7.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，对所述受检者(11 的心脏区域成像。
8.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述测定体积的衰减成像扫描是慢 扫描。
9.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述X射线源和所述X射线探测器安 装于可以以可变速度旋转的旋转框架上。
10.一种用于针对衰减校正被成像受检者(11 的PET或SPECT图像的装置，所述装置 包括X射线源(108)和X射线探测器(110)，其用于执行所述受检者的测定体积的衰减成像 扫描，以生成测定体积的X射线衰减成像数据(302)；计算机可读介质(120)，其包括逻辑(300)，用于使用所述测定体积的X射线衰减成像 数据(302)生成伽马射线衰减绘图(304)；伽马射线探测器(104)，其用于执行所述受检者(112)的伽马射线成像扫描，以生成 PET或SPECT成像数据(306)；以及所述计算机可读介质(120)包括逻辑(300)，用于针对衰减使用所述伽马射线衰减绘 图(304)校正所述PET或SPECT成像数据，并生成经衰减校正的PET或SPECT图像(308)。
11.如权利要求10所述的装置，其中，在所述受检者(112)呼吸时执行所述测定体积的 衰减成像扫描。
12.如权利要求10所述的装置，其中，所述测定体积的衰减成像扫描是多遍扫描。
13.如权利要求10、11或12所述的装置，其中，所述测定体积的衰减成像扫描是经随机 化的。
14.如权利要求13所述的装置，其中，所述随机化包括以变化的旋转速度执行多遍。
15.如权利要求13或14所述的装置，其中，所述随机化包括执行多遍并使用呼吸门控，以便在绕中心轴变化的角度位置触发每遍的开始。
16.如权利要求10、11、12、13、14或15所述的装置，其中，对所述受检者(112)的心脏 区域成像。
17.如权利要求10、11、12、13、14、15或16所述的装置，其中，所述测定体积的衰减成像扫描是慢扫描。
18.如权利要求10、11、12、13、14、15、16或17所述的装置，其中，所述X射线源和X射 线探测器安装于可以以可变速度旋转的旋转框架上。
19.一种生成用于利用伽马射线源的成像过程的衰减绘图的方法，所述方法包括使用 X射线执行所述受检者(11 的经随机化的测定体积的衰减成像扫描以生成测定体积的X 射线衰减成像数据(302)，并使用所述测定体积的X射线衰减成像数据(302)生成伽马射线 衰减绘图(304)。
20.如权利要求19所述的方法，其中，在所述受检者(112)呼吸时执行所述测定体积的 衰减成像扫描。
21.如权利要求20所述的方法，其中，所述测定体积的衰减成像扫描是多遍扫描。
22.如权利要求19所述的方法，其中，所述随机化包括以变化的旋转速度执行多遍扫描。
23.如权利要求19所述的方法，其中，所述随机化包括执行多遍并采用呼吸门控，以便 在绕中心轴变化的角度位置触发每遍的开始。
24.如权利要求19、20、21、22或23所述的方法，其中，对所述受检者(11 的心脏区域成像。
全文摘要
提供了一种在PET或SPECT心脏成像中的图像重建衰减校正的方法和装置。通过X射线源的测定体积的衰减成像扫描可以用于生成伽马射线衰减绘图。测定体积的衰减成像扫描可以被随机化，并且可以在被成像受检者呼吸时执行。
文档编号G01T1/161GK102057298SQ200980121142
公开日2011年5月11日 申请日期2009年5月29日 优先权日2008年6月6日
发明者D·索厄德斯-埃梅德, H·梁, J·L·加勒德, J·耶, J·韦塞尔, L·邵 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司