CN103153190A - 多模态紧凑型膛成像系统 - Google Patents

Abstract

一种多模态成像系统（100）包括机架（101）和支撑用于扫描的受试者的受试者支撑体（108），所述机架（101）至少包括第一成像模态（102）和第二成像模态（104），所述第一成像模态（102）和第二成像模态（104）分别具有相对于彼此沿z-轴布置的第一膛（113）和第二膛（112）。所述机架被配置为交替地移动到第一位置和第二位置，在所述第一位置，所述受试者支撑体延伸到第一成像模态的所述第一膛中用于扫描所述对象的末端；在所述第二位置，所述受试者支撑体延伸到第二成像模态的所述第二膛中用于扫描所述对象的所述末端。

Description

多模态紧凑型膛成像系统

技术领域

以下大体涉及多模态成像，并且具体应用于多模态紧凑型膛成像系统，所述多模态紧凑型膛成像系统例如正电子发射断层摄影-x射线计算机断层摄影（PET/CT）、单光子发射计算机断层摄影-x射线计算机断层摄影（SPECT/CT）、正电子发射断层摄影-磁共振成像（PET/MRI），和/或其他多模态成像系统，包括诸如红外成像、磁颗粒成像（MPI）、脑磁成像（MEG）的成像系统，以及其他医学和非医学成像系统。

背景技术

双模态成像系统包括PET/CT、SPECT/CT，以及PET/MRI系统。通常，一种模态用于对功能信息进行成像（例如，PET或SPECT）并且第二种模态用于对解剖学信息进行成像（例如，CT或MRI）。通常，解剖学模态通过几何配准及融合可视化，提供重要的解剖学信息、相对更优的功能数据定位。在PET和SPECT中，解剖学图像通过应用辐射衰减校正改善了功能图像质量并提供更好的定量诊断。MRI的衰减校正仍是个问题，但至少对于脑成像可存在充分的解决方案。额外的双模态方法，例如功能图像的协同增强，改善了PET或SPECT空间分辨率、增强了图像对比度、校正了局部体积效应、降低了图像噪声并且能够增加解剖学图像中可能出现的功能图像精细结构。

由双模态成像系统提供的信息可提供精确的定量诊断、高的空间分辨率以及无伪影的图像。具体对于适合脑成像的紧凑型膛系统，通常，以上对疾病的诊断和/或早期检测可能是重要的，这些疾病例如，老年痴呆症、帕金森症、癫痫、孤独症、朊病毒相关病、中风、癌症或其他疾病，对于这些疾病，通常，在症状出现之前的检测和处置可以减缓或甚至中止疾病进展。遗憾的是，常规的双模态成像系统一直以来是通过整合大膛径商业全身成像系统来形成的。结果是，常规的双模态成像系统由于这些系统一般是针对大的对象，例如人体肩部、骨盆、或躯干、或者整个身体进行优化的，因而往往造价昂贵，针对小型对象成像可能不足以提供期望的性能，并且不是很适合特定程序或研究。

发明内容

本申请的各方面解决以上提到的问题及其他问题。

根据一个方面，一种多模态成像系统包括机架以及支撑用于扫描的受试者的受试者支撑体，所述机架至少包括第一成像模态和第二成像模态，所述第一成像模态和第二成像模态分别具有相对于彼此沿z-轴布置的第一膛和第二膛。所述机架被配置为交替地移动到第一位置和第二位置，在所述第一位置，所述受试者支撑体延伸到第一成像模态的所述第一膛中用于扫描所述受试者的末端；在所述第二位置，所述受试者支撑体延伸到第二成像模态的所述第二膛中用于扫描所述受试者的所述末端。

另一方面，一种方法包括经由受试者支撑体，将受试者的子部分沿z-轴装载到多模态成像系统的机架的第一成像模态的第一膛中，利用所述第一成像模态执行对所述子部分的第一扫描，以及将所述子部分从所述第一膛退出。所述方法还包括旋转所述机架以定位所述多模态成像系统的第二成像模态，用于对所述子部分进行成像。所述方法还包括经由所述受试者支撑体，将所述子部分沿所述z-轴装载到所述机架的所述第二成像模态的第二膛中，利用所述第二成像模态执行对所述子部分的第二扫描，以及将所述子部分从所述第二膛退出。

另一方面，一种成像系统包括在第二位置和第二位置之间转移的受试者支撑体以及两种或更多种成像模态，在所述第一位置中，要被扫描的受试者在成像区域以外，在所述第二位置中，所述受试者在所述成像区域中，所述两种或更多种成像模态能够选择性地移动以定位于所述成像区域中。

本领域普通技术人员在时阅读和理解以下具体描述后，将认识到本发明再进一步的方面。

附图说明

本发明可以采取各种部件和部件的布置，以及各种步骤和步骤的安排的形式。附图仅出于图示优选的实施例的目的，并且不应被解读为限制本发明。

图1图示了示范性多模态成像系统。

图2、3、4和5图示了被配置为在成像模态之间的基座上旋转的示范性多模态成像系统。

图6图示了被配置为在成像模态之间的空间内旋转的示范性多模态成像系统。

图7和8图示了结合所述多模态成像系统的示范性碰撞检测传感器。

图9图示了示范性多模态成像系统，在所述多模态成像系统中一种设备被设置在所述成像模态之间。

图10和11图示的范例中所述成像模态的至少一个针对扫描滑入就位或滑出位置。

图12图示的范例中所述成像模态并排对齐并且患者支撑体在所述模态之间移动。

图13图示了具有多种成像模态的范例。

图14图示了方法。

具体实施方式

图1图示了多模态成像系统100，其包括组合式正电子发射断层摄影/x射线计算机断层摄影（PET/CT）机架101，所述机架101具有PET机架部分102和CT机架部分104两者。在另一实施例中，用诸如磁共振（MR）的另一种成像模态的机架部分代替所述CT机架部分104。额外地或可选地，用诸如单光子发射计算机断层摄影（SPECT）的另一种成像模态的机架部分代替所述PET机架部分102。本文也预期其他组合。此外，这样的组合可包括三种或更多种成像系统。

所述CT部分104包括在膛112周围关于z-轴106旋转的辐射源110，所述膛112限定CT检查区域，所述辐射源110例如是x-射线管。x-射线辐射敏感探测器阵列114探测穿过所述检查区域112的辐射，并生成指示所述辐射的信号。CT采集系统116处理所述信号并生成指示探测到的辐射的CT投影数据。CT重建器118重建所述CT投影数据，并生成指示所述检查区域以及设置在其中的任何结构的体积图像数据。

所述PET机架部分102包括关于膛113设置的伽玛射线辐射敏感探测器阵列120，所述膛113限定PET检查区域。所述探测器120，响应于接收发生在所述检查区域中的正电子湮没事件的伽玛射线特征，生成指示所述伽玛射线特征的信号。PET数据采集系统124处理所述信号，并生成PET投影数据，所述PET投影数据例如是检测到的湮没事件的列表、事件被检测到时的时间以及对应的响应线（LOR）的定位和取向。在所述部分102被配置有飞行时间（TOF）能力时，还提供沿所述LOR的所述湮没的位置估计。PET重建器126重建所述PET投影数据，并生成指示被扫描的受试者或对象中放射性核素的分布的图像数据。

在图示的实施例中，所述多模态扫描器100被配置为紧凑型多模态扫描器，其中所述膛112和膛113分别具有与预定对象的大小相对应的物理尺寸。例如，在一个实施例中，膛112和膛113的至少一个具有对应于人头部、手臂、腿，或其他末端的大小的物理尺寸。在该实施例中，通常，所述膛112和膛113不足以大到容纳肩部、躯干、骨盆，和/或身体的其他区域。在该实施例中，所述膛112和膛113可具有相同或不同的大小。这样的扫描器可专用于和/或被优化用于特定的对象和/或对象大小。

在另一实施例中，所述膛112和膛113的至少一个具有与动物（如鼠、狗等）头部、腿、尾巴，或其他末端相对应的物理尺寸。类似地，通常所述膛112和膛113可能不足以大到容纳特定动物身体的整个和/或其他部分。在又一实施例中，所述膛112和膛113的至少一个具有与对象的子部分相对应的物理尺寸，例如用于非破坏性测试、行李检查等。同样，所述膛112和膛113通常也可以足够大到容纳整个对象和/或所述对象的其他部分。

通过具有这样的膛112和膛113，所述系统100相对于例如支持全身扫描的配置，可以相对紧凑、成本低、占地小，并且重量轻（这可以允许移动性）。此外，所述膛112和膛113的小几何结构允许改善针对较小对象的成像优化，例如在PET中更高的空间分辨率，以及在CT中图像质量与辐射剂量之间更优的关系。如以下更加详细描述地，所述多模态扫描器100被配置为可移动的，使得所述模态102或104中特定的一种可被定位用于扫描受试者或对象的子部分。

在图示的实施例中，沿公共的纵轴或z-轴106背靠背地设置所述PET机架部分102和所述CT机架部分104。支撑体108支撑对象或受试者用于对所述检查区域112中受试者或受试者的子部分进行成像。在图示的实施例中，所述支撑体108将所述对象或受试者的子部分从所述系统100的仅一（装载）侧128装载和退出。在该实施例中，在所述被检查的受试者被装载时，所述支撑体108仅物理地转移进面对所述装载侧128的机架部分102或104，并且不能通过所述膛被转移到另一机架部分。如以下更加详细描述地，以及为了在机架部分102和104之间切换，将所述支撑体108充分地从装载侧128移开，并且移动所述机架101，使得另一机架部分102或104面向所述装载侧128。

诸如计算机的操作者控制台122包括诸如监视器或显示器的人类可读输出设备以及诸如键盘和鼠标的输入设备。控制台122的处理器运行软件或编码在计算机可读存储介质上的计算机可读指令，所述软件或计算机可读指令允许操作者执行诸如选择双成像协议、将患者支撑体移入或移出膛112和膛113、启动扫描、查看和/或操纵采集的数据（如，融合双模态数据）等的功能。

如以上简要讨论地，在一个实施例中，组合式模态机架101是能够移动的，这允许所述组合式模态机架至少在CT机架部分102可被用来对受试者支撑体108上的受试者或对象进行成像的位置和PET机架部分104可被用来对受试者支撑体108上的受试者或对象的部分进行成像的位置之间移动。图2、3、4和5图示了这样的机架101的非限制性范例。

首先参考图2和3，所述膛112和膛113具有与人类患者的头部相对应的物理尺寸202。换句话说，在该实施例中，所述膛112和膛113的几何结构或大小（如，体积）为使得人类头部大小（如，平均大小加上余量）或更小的对象将适合所述膛112和膛113，但比人类头部更大的对象将不适合所述膛112和膛113。

继续参考图2，所述机架101通过耦合件206附接到构件或基座204，所述构件或基座204装配到或搁置在表面上。通过该实施例，所述耦合件206能够旋转地将所述机架101耦合到所述基座204。作为对使用有点不便的柔性移动电源电缆的替代，到两个部分102和104的电源引线可使用诸如“有轨电刷”、“滑环”或类似的技术来设计。

可以使用各种方法来使所述机架101关于所述基座204旋转。例如，在一个实例中，所述系统100包括发动机、驱动器（如，皮带、齿轮等），以及控制器，所述控制器接收来自控制台122的命令信号，并控制所述驱动器，以控制所述发动机来旋转所述机架101。在图示的实施例中，所述机架101关于轴212旋转，所述轴212大体垂直于轴106和支撑所述基座204以及所述受试者支撑体108的表面208两者。在另一实施例中，所述机架101被配置为使得用户可以手动地旋转所述机架101。

图3、4和5示出了在所述部分102和104之间切换的实施例。在图3中，所述机架101被定位为使得所述成像部分102面向所述患者支撑体108，并且所述患者支撑体108处于伸出的位置，在所述伸出的位置，所述患者的头部在所述成像部分102的所述膛113中。在图4中，所述患者支撑体108处于收回的位置，在所述收回的位置所述患者的头部在所述膛112以外，并且所述机架101关于指向图4的平面之外的所述轴212旋转。

在图5中，所述机架101被定位为使得所述成像部分104面向所述患者支撑体108，并且所述患者支撑体108处于伸长的位置，在所述伸长的位置，所述患者的头部在所述成像部分104的所述膛112中。所述系统100可以被配置为确保两个成像部分102和104之间精确的几何图像配准。在一个实例中，这可以包括附接特殊的仪器，用于校准两种模态之间的几何配准，以及确保旋转之后系统定位的精度。

进一步参考图3、4和5，在一个实施例中，所述机架101被配置为在一个方向关于所述轴212旋转一圈或多圈，以在成像部分102和104之间前后切换。在另一实施例中，所述机架101被配置为在一个方向旋转一百八十度（180°），以在成像部分102和104之间切换，并且然后再在另一方向旋转180°，以在成像部分104和102之间切换。

进一步参考图3、4和5，在另一实施例中，所述机架101关于大体垂直于所述轴106并且平行于所述表面208的轴旋转。图6中示出了一个这样的范例，图中所述机架101由构件或支撑体602承载，并且关于轴604旋转，所述轴604垂直于轴106并且平行于平面208。在又一实施例中，所述机架101顺序地或并行地结合轴212和604两者旋转。在该实施例的变型中，所述机架101相对于地板是倾斜的（并且不垂直于地板平面）。在该实例中，患者被定位为相对于地板处于适当的倾斜度，使得所述患者能被所述系统100扫描。

如图7和图8中所示，所述系统100可以包括一个或多个碰撞传感器。以示例的方式，在图示的实施例中，压力传感器700定位于所述机架101上，邻近进入所述膛112和膛113的开口，并且例如，通过所述患者支撑体108或物理接触所述压力传感器700的其他对象，来感测接触。所述压力传感器700生成指示这样的接触的信号，并且所述信号被传送到所述控制台122，所述控制台122触发调用停止和/或反转患者支撑体108和/或否则减轻碰撞的碰撞例程。

其他合适的传感器包括，但不限于光学、射频、红外、磁、声学，和/或其他近距离传感器，和/或获取能被用于碰撞监控的信息的其他传感器，例如照相机、录像机等等。此外，这样的传感器可被定位于所述机架101的一侧或多侧上，用于邻近机架101的对象（如，静脉输液架、EKG仪器、辐射防护屏等）和/或可能在检查室中的人员的碰撞监控。

在另一范例中，光源702发射光束，并且探测器704被配置为检测所述光束。如图7中所示，当所述患者支撑体108在所述光束以外时，所述光束被所述探测器704探测到，所述探测器704生成指示其的信号。所述信号可以被传送到控制台122，并被用作触发器用于允许所述机架101在机架101位置之间移动。如图8中所示，当所述患者支撑体108或其他对象阻止所述光束到达所述探测器704时，则禁止所述机架101旋转。

应该理解，上述碰撞中的一个或两者都可被用于所述系统100，或者都不被用于所述系统100。此外，一种或多种其他碰撞设备可以额外地或可选地用于所述系统100。

图9图示的实施例中设备902被设置在所述成像模态102和104之间。其中所述模态的一种包括MRI成像系统，所述设备902可以包括磁屏蔽、冷却器、电源、计算机等，它们可被附接到所述机架101。额外地或可选地，在所述模态的一种包括CT、SPECT或PET成像系统时，所述设备902可以包括分别用于旋转x-射线源和x-射线探测器或伽玛射线探测器的轴承。

图10和11图示实施例中所述模态104转移到在所述模态102前方的第一位置，用于用所述模态104扫描在所述受试者支撑体108上的所述受试者，并转移到第二位置，在所述第二位置中所述模态102可被用于扫描在所述受试者支撑体108上的所述受试者。在另一可选的实施例中，所述部分相对于所述受试者支撑体108的定位被反转，并且所述模态102转移到在所述模态104前方的所述第一位置，用于用所述模态102扫描在所述受试者支撑体108上的所述受试者，并转移到所述第二位置，在所述第二位置中所述模态104可被用于扫描在所述受试者支撑体108上的所述受试者。

图12图示的实施例中所述模态102和104被并排安置在固定位置，并且所述患者支撑体108在所述两种模态102和104之间移动，以允许用每种所述模态进行扫描。在这种配置中，所述患者支撑体108可在轨道上移动或在轮子上自由移动。

图13图示的实施例中所述机架101包括N种模态1302，其中N是等于或大于二的整数。在该实施例中，所述N种模态1302为呈环形排列的布置。在其他实施例中，也可使用其他布置。

也预期定位所述模态的其他机械耦合和/或方法。

图14图示了方法。

在1402，多模态成像系统被定位为使得所述多模态成像系统的第一成像模态面向支撑要被扫描的受试者或对象的受试者支撑体。

在1404，将所述受试者或对象的子部分定位于所述第一成像模态的检查区域中。如本文中所描述，所述检查区域由所述系统的膛的大小限定，其对应于被所述系统扫描的特定对象的大小。

在1406，扫描所述子部分。

在1408，所述受试者或对象被移出所述检查区域。

在1410，旋转所述多模态成像系统，使得所述多模态成像系统的第二成像模态面向支撑所述受试者或对象的所述受试者支撑体。

在1412，将所述受试者或对象的子部分定位于所述第二成像模态的检查区域中。

在1414，扫描所述子部分。

在1416，可以评价来自一个或更多个扫描的数据。例如，一个实例中，可以使用所述数据用于评估脑功能、生理机能、解剖学或其他状况，包括使用特殊示踪剂、对比剂或试剂。可能的临床应用可以是老年痴呆症的早期检测和后续、脑部肿瘤的成像、评价神经功能以及更多，例如帕金森症、癫痫、孤独症、朊病毒相关病、中风、癌症等。

本领域普通技术人员将意识到，以上描述的各种技术可通过存储在计算机可读存储介质上的、计算机处理器可访问的计算机可读指令的方式来实现。额外地或可选地，所述可读指令可被存储在信号或其他瞬态介质上。所述指令在被执行时，令（一个或多个）处理器实施所描述的技术。

已参考多个实施例描述了本发明。他人在阅读了详细的描述之后可以进行修改和变型。目的是本发明被解读为包括所有这些修改和变型，只要它们落在所附权利要求或其等同的范围内。

Claims (21)

1.一种多模态成像系统（100），包括：

机架（101），其至少包括第一成像模态（102）和第二成像模态（104），所述第一成像模态（102）和第二成像模态（104）分别具有相对于彼此沿z-轴（106）布置的第一膛（112）和第二膛（113）；以及

受试者支撑体（108），其支撑用于扫描的受试者，

其中，所述机架被配置为交替地移动到第一位置和第二位置，在所述第一位置，所述受试者支撑体延伸到第一成像模态的所述第一膛中用于扫描所述受试者的末端；在所述第二位置，所述受试者支撑体延伸到第二成像模态的所述第二膛中用于扫描所述受试者的所述末端。

2.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一膛和第二膛具有与所述末端的物理尺寸相对应的物理尺寸。

3.如权利要求2所述的系统，其中，所述第一膛和第二膛具有比所述受试者的子部分的物理尺寸更小的物理尺寸，所述受试者的所述子部分的物理尺寸比所述末端的所述物理尺寸更大。

4.如权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，所述受试者支撑体被配置为：在装载有所述受试者时，在所述位置的每个处延伸到所述膛的仅一个中。

5.如权利要求1至4中任一项所述的系统，还包括：

基座（204）；以及

耦合件（206），其能够移动地将所述机架耦合到所述基座，

其中，所述机架被配置为经由所述耦合件关于所述基座移动，以在所述第一位置和第二位置之间移动。

6.如权利要求5所述的系统，其中，所述机架关于与所述机架的所述z-轴垂直的轴旋转。

7.如权利要求1至6中任一项所述的系统，其中，所述第一位置和第二位置相对于彼此在空间上配准。

8.如权利要求1至7中任一项所述的系统，其中，所述第一模态和第二模态相对于彼此背靠背地对齐。

9.如权利要求8所述的系统，还包括所述模态之一的屏蔽或轴承中的至少一个，所述屏蔽或轴承在所述第一模态和第二模态之间。

10.如权利要求1至9中任一项所述的系统，还包括碰撞传感器，所述碰撞传感器基于所述受试者或所述受试者支撑体相对于所述机架的定位，允许或防止所述机架的运动。

11.如权利要求1至10中任一项所述的系统，其中，所述系统为专用头部扫描器，所述第一膛和第二膛具有用于优化头部扫描的物理尺寸，并且所述末端为所述受试者的头部。

12.一种方法，包括：

经由受试者支撑体，将受试者的子部分沿z-轴装载到多模态成像系统的机架的第一成像模态的第一膛中；

利用所述第一成像模态执行对所述子部分的第一扫描；

将所述子部分从所述第一膛退出；

旋转所述机架以定位所述多模态成像系统的第二成像模态，用于对所述子部分进行成像；

经由所述受试者支撑体，将所述子部分沿所述z-轴装载到所述机架的所述第二成像模态的第二膛中；

利用所述第二成像模态执行对所述子部分的第二扫描；以及

将所述子部分从所述第二膛退出。

13.如权利要求12所述的方法，还包括：

从所述第一或第二扫描的至少一个重建所述数据；以及

从重建的数据生成一个或多个图像。

14.如权利要求12至13中任一项所述的方法，其中，所述第一膛和第二膛具有与所述子部分的物理尺寸相对应的物理尺寸。

15.如权利要求12至14中任一项所述的方法，还包括：

将所述机架旋转约一百八十度，以定位所述第二成像模态，用于对所述子部分进行成像。

16.如权利要求15所述的方法，还包括：

关于与所述机架的所述z-轴和支撑所述受试者支撑体的表面两者垂直的轴旋转所述机架。

17.如权利要求15所述的方法，还包括：

关于与所述机架的所述z-轴垂直并且与支撑所述受试者支撑体的表面平行的轴旋转所述机架。

18.如权利要求12至17中任一项所述的方法，还包括：

旋转所述机架以定位所述多模态成像系统的至少第三成像模态，用于对所述子部分进行成像；

经由所述受试者支撑体，将所述子部分沿所述z-轴装载到所述机架的所述第三成像模态的至少第三膛中；

利用所述第三成像模态执行对所述子部分的第三扫描；以及

将所述子部分从所述第二膛退出。

19.一种成像系统，包括：

在第一位置和第二位置之间转移的受试者支撑体，在所述第一位置中，要被扫描的受试者在成像区域以外；在所述第二位置中，所述受试者在所述成像区域中；以及

两种或更多种成像模态，所述成像模态能够选择性地移动，以定位在所述成像区域。

20.如权利要求19所述的系统，其中，所述模态在公共机架上。

21.如权利要求19或20所述的系统，其中，耦合所述模态以提供模态之间的对齐。

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