本申請是2009年12月23日提交的申請?zhí)枮?00980154772.8、名稱為“列表模式pet成像中的區(qū)域重建和定量評估”的發(fā)明專利申請的分案申請。

下文涉及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域、醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域、正電子發(fā)射斷層攝影(pet)成像領(lǐng)域、單光子發(fā)射計算機(jī)斷層攝影(spect)領(lǐng)域，以及相關(guān)領(lǐng)域。

正電子發(fā)射斷層攝影(pet)、單光子發(fā)射計算機(jī)斷層攝影(spect)和其他成像模態(tài)在腫瘤診斷、評估和治療規(guī)劃中的使用正日益增加。pet和spect承擔(dān)著向受檢者(例如，人或動物受檢者)施予放射性藥物并檢測由放射性藥物從受檢者發(fā)射的輻射?？梢远ㄖ品派湫运幬镆允蛊鋬?yōu)選在血流中或者在其他感興趣解剖區(qū)域中聚集，從而為那些區(qū)域提供圖像對比度。pet和spect被認(rèn)為是針對腫瘤的透射式計算機(jī)斷層攝影(ct)的補(bǔ)充，因為pet和spect傾向于提供與腫瘤代謝、生長和壞死有關(guān)的功能信息，而ct主要提供結(jié)構(gòu)信息。

由于使用放射性藥物而使pet和spect成像數(shù)據(jù)的采集被復(fù)雜化?？紤]到受檢者的安全，通常由適當(dāng)?shù)恼?guī)程強(qiáng)制要求，規(guī)定使用較低的放射性藥物劑量。這繼而轉(zhuǎn)換為低放射性“計數(shù)率”以及因此緩慢的數(shù)據(jù)采集。典型的pet成像會話(session)例如會延續(xù)半個小時或更長。pet成像會話的安排和執(zhí)行是基本的任務(wù)，并且通常由受過適當(dāng)培訓(xùn)的放射專家在專用的放射學(xué)成像設(shè)施(facility)處進(jìn)行操作。pet成像會話涵蓋成像數(shù)據(jù)采集以及將所采集的放射性“計數(shù)”通過本領(lǐng)域中稱為“圖像重建”過程轉(zhuǎn)化為圖像。

重建過程是運算密集型的。兩種一般的重建算法或“引擎”是常用的：非迭代“分析型”算法，其根據(jù)所采集的pet或spect數(shù)據(jù)直接計算重建的圖像；以及迭代算法，其迭代地調(diào)節(jié)重建的圖像以近似所采集的pet或spect數(shù)據(jù)。分析型重建算法包括濾波反投影和傅里葉(fourier)重投影技術(shù)，并且是通常保留在所采集的數(shù)據(jù)中包含的所有信息內(nèi)容的數(shù)學(xué)變換。然而，分析型方法也保留了所有的噪聲內(nèi)容，并且難以解析由分析型方法所生成的相應(yīng)的圖像。濾波或平滑有時能夠改善分析型圖像。另一方面，包括最大似然-期望最大化(ml-em)及其變型的迭代算法對噪聲一般更具魯棒性。然而，迭代重建算法具有特定的實際收斂問題，并且對于給定的圖像該方法不容易預(yù)期將需要多少次迭代。此外，迭代重建算法不保留在所采集的數(shù)據(jù)中包含的所有信息。

除了對重建引擎利用的算法的選取，重建的圖像還可能受到多種因素以及可以應(yīng)用于該數(shù)據(jù)的任何預(yù)處理的影響，所述多種因素諸如是重建中使用的參數(shù)(諸如空間分辨率或體素大小)、對輸入到重建引擎的所采集的pet或spect數(shù)據(jù)的選擇。例如，busch等人在wo2007/100955(于2007年9月7日公布)中描述了局部運動補(bǔ)償(lmc)預(yù)處理以對局部特征(諸如心臟跳動，例如)的運動進(jìn)行校正，在此通用引用將其全文并入。這些不同的因素能夠影響圖像質(zhì)量和圖像重建速度兩者。

圖像重建過程的復(fù)雜性轉(zhuǎn)化為各種各樣的信息，以及信息質(zhì)量，其可以從給定的采集的pet或spect數(shù)據(jù)集得到。根據(jù)對重建算法的選擇、對進(jìn)行重建的數(shù)據(jù)的選擇、對重建參數(shù)的選擇、lmc或其他數(shù)據(jù)預(yù)處理等，所得到的圖像的范圍能夠涉及從幾乎無價值到高度證實惡性腫瘤或其他感興趣特征。

遺憾的是，現(xiàn)有的腫瘤成像范例(paradigm)不能有效地利用在所采集的spect或pet數(shù)據(jù)中包含的信息。內(nèi)科醫(yī)師、放射理療師、或者其他腫瘤專家與成像設(shè)施和成像專家的交互有限。在典型的腫瘤學(xué)環(huán)境中，腫瘤專家安排pet或spect成像會話，并且以標(biāo)準(zhǔn)的格式接收經(jīng)重建的pet或spect圖像，諸如以標(biāo)準(zhǔn)的“4mm³”的形式重建的pet圖像，所述pet圖像具有一邊為4mm的立方體像素。腫瘤專家在成像工作站(其可以是經(jīng)適當(dāng)編程的通用計算機(jī)，或者是專用的圖像瀏覽工作站)處使用軟件瀏覽這一標(biāo)準(zhǔn)圖像，所述軟件提取切片、用公式表示三維渲染、或者以其他方式呈現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)圖像或其一部分的人類可見的表示。

在典型的放射治療工作流程中，例如，腫瘤專家使用ct圖像來勾畫(delineate)癌性腫瘤及鄰近的“關(guān)鍵結(jié)構(gòu)”，諸如鄰近的對輻射敏感的器官。調(diào)強(qiáng)放射治療(imrt)計劃基于勾畫的特征生成，并使用線性加速器(“直線性加速器”)或其他放射治療系統(tǒng)加以應(yīng)用。pet或spect圖像通常用作補(bǔ)充數(shù)據(jù)，以提供諸如標(biāo)準(zhǔn)攝取值(suv)的功能信息、評估任何可觀測的壞死或轉(zhuǎn)移等等。pet和spect用于檢測任務(wù)時有時能夠優(yōu)于ct，諸如檢測初期惡性腫瘤或病變(lesion)或者檢測癌癥轉(zhuǎn)移的出現(xiàn)及速率，因為pet的功能敏感性能夠使新生腫瘤或病變表現(xiàn)為反映高的局部代謝率的亮斑。

將整個pet或spect數(shù)據(jù)集重建為“標(biāo)準(zhǔn)”圖像，諸如4mm³的標(biāo)準(zhǔn)pet圖像，對于檢測任務(wù)而言是高效的，其不要求對檢測到的特征的詳細(xì)分析。生成標(biāo)準(zhǔn)的重建是高效的，因為這是標(biāo)準(zhǔn)化的任務(wù)并且使用標(biāo)準(zhǔn)的重建參數(shù)。使用整個數(shù)據(jù)集，這提供對保留所有信息內(nèi)容的再保證，并且標(biāo)準(zhǔn)重建的參數(shù)平均而言是用于重建的良好參數(shù)。更進(jìn)一步地，標(biāo)準(zhǔn)重建是腫瘤專家所熟悉的——這是腫瘤專家所“期望”接受的。

然而，標(biāo)準(zhǔn)重建，諸如4mm³的標(biāo)準(zhǔn)pet圖像，對于更高級的任務(wù)而言可能不理想，所述更高級的任務(wù)諸如是suv評估、高分辨率分析等等。諸如lmc或區(qū)域選擇的高級預(yù)處理要求在最初的成像會話期間成像專家不可用的附加信息。更進(jìn)一步地，在一些情況下可以改善圖像質(zhì)量的運算密集的預(yù)處理或運算密集的重建算法由于代價過高而無法應(yīng)用于完整的數(shù)據(jù)集。

下文提供了新的并且經(jīng)改進(jìn)的裝置和方法，其克服了上述問題和其他問題。

根據(jù)一個公開的方面，公開了一種用于重建列表模式數(shù)據(jù)的方法，該方法包括：自動重建列表模式數(shù)據(jù)集的全部列表模式數(shù)據(jù)以生成作為標(biāo)準(zhǔn)圖像的第一重建圖像；在生成第一重建圖像之后，基于在第一重建圖像中描繪的特征識別圖像空間中的感興趣區(qū)域，并且選擇列表模式數(shù)據(jù)集中的包括對圖像空間中的感興趣區(qū)域的圖像內(nèi)容有貢獻(xiàn)的列表模式數(shù)據(jù)的子集；以及使用比用于生成第一重建圖像的重建更高的分辨率重建參數(shù)來僅對列表模式數(shù)據(jù)集的該子集進(jìn)行重建，以生成具有與第一重建圖像相比更高分辨率的增強(qiáng)的重建圖像，從而對增強(qiáng)的重建圖像執(zhí)行定量診斷分析。

根據(jù)另一公開的方面，公開了一種圖像生成系統(tǒng)，包括：重建模塊，其被配置成自動執(zhí)行對列表模式數(shù)據(jù)集的標(biāo)準(zhǔn)重建以生成標(biāo)準(zhǔn)的重建圖像；以及再重建模塊，其被配置成使用比用于生成標(biāo)準(zhǔn)的重建圖像的重建更高的分辨率重建參數(shù)對列表模式數(shù)據(jù)集的至少一部分執(zhí)行除標(biāo)準(zhǔn)重建之外的重建以生成增強(qiáng)的重建圖像，從而對該增強(qiáng)的重建圖像執(zhí)行定量診斷分析；其中，通過基于在標(biāo)準(zhǔn)的重建圖像中描繪的特征識別圖像空間中的感興趣區(qū)域，并且選擇列表模式數(shù)據(jù)集的包括對圖像空間中的感興趣區(qū)域的圖像內(nèi)容有貢獻(xiàn)的列表模式數(shù)據(jù)的子集，來選擇列表模式數(shù)據(jù)集的該部分。

一個優(yōu)點在于便于從列表模式成像數(shù)據(jù)獲得更為完整的信息。

另一優(yōu)點在于更有效地使用包含在列表模式成像數(shù)據(jù)中的信息。

另一優(yōu)點在于為腫瘤專家利用列表模式成像數(shù)據(jù)提供了提高的靈活性和性能。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通過閱讀和理解下文的詳細(xì)描述，將理解本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)點。

圖1圖解說明了醫(yī)學(xué)成像設(shè)施和腫瘤治療規(guī)劃設(shè)施，包括成像設(shè)施和腫瘤治療規(guī)劃設(shè)施之間的交互的指示；

圖2圖解說明了腫瘤治療規(guī)劃設(shè)施，其包括獨立的列表模式成像數(shù)據(jù)重建性能。

本文認(rèn)識到現(xiàn)有的腫瘤治療工作流程未有效地將pet和spect的功能敏感性用于定量分析。另一方面，本文還認(rèn)識到現(xiàn)有的腫瘤治療工作流程當(dāng)被用于檢測癌性腫瘤和病變以及用于檢測和監(jiān)測轉(zhuǎn)移性癌癥時具有實質(zhì)性的優(yōu)點。下文公開了經(jīng)改進(jìn)的腫瘤成像范例，其在提供用于定量分析的增強(qiáng)的性能的同時，保留了這些現(xiàn)有的用于檢測的優(yōu)點。

參考圖1，一種醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)，包括一個或多個醫(yī)學(xué)成像儀器10、一個或多個成像設(shè)施處理器12、以及一個或多個成像設(shè)施存儲器14。所述一個或多個成像儀器10包括至少一個核醫(yī)學(xué)成像儀器，諸如用于采集pet數(shù)據(jù)的正電子發(fā)射斷層攝影(pet)成像儀器或者用于采集單光子發(fā)射計算機(jī)斷層攝影(spect)數(shù)據(jù)的伽馬(gamma)攝像機(jī)。任選地，所述一個或多個醫(yī)學(xué)成像儀器10包括其他器械，諸如磁共振(mr)成像儀器，透射式計算機(jī)斷層攝影(ct)成像儀器等。在一些實施例中，所述一個或多個醫(yī)學(xué)成像儀器10包括提供兩種或更多種成像器械的混合型成像設(shè)備。例如，所述一個或多個醫(yī)學(xué)成像儀器10任選地包括混合型pet/ct成像儀器，諸如可以從koninklijkephilipselectronicsn.v.(eindhoven,thenetherlands)獲得的gemini^tmpet/ct系統(tǒng)，或者可以從koninklijkephilipselectronicsn.v.(eindhoven,thenetherlands)獲得的諸如brightview^tm、precedence^tm、或skylight^tmspect/ct系統(tǒng)的混合型spect/ct成像儀器。也想到了其他商業(yè)或者非商業(yè)的單機(jī)和/或混合系統(tǒng)，諸如混合型pet/mr系統(tǒng)。所述一個或多個醫(yī)學(xué)成像儀器10可以安置在單個房間中，或者封裝在醫(yī)學(xué)成像設(shè)施的兩個或更多個房間中，所述醫(yī)學(xué)成像設(shè)施可以是專用成像設(shè)施或者是諸如醫(yī)院的更大醫(yī)療機(jī)構(gòu)的組成部分(component)。

所述一個或多個成像設(shè)施處理器12可以被例如一個或多個計算機(jī)20適當(dāng)?shù)厍度?，所述一個或多個計算機(jī)20可以是一個或多個個人計算機(jī)、便攜式或筆記本計算機(jī)、和/或一個或多個遠(yuǎn)程數(shù)字處理器，諸如一個或多個基于因特網(wǎng)的服務(wù)器，該服務(wù)器通過個人計算機(jī)、筆記本、“非智能終端”、或其他具有互聯(lián)網(wǎng)能力的用戶接口裝置訪問。所述一個或多個成像設(shè)施處理器12限定并執(zhí)行各種成像設(shè)施組成部分，諸如限定一個或多個采集控制器22，用于控制所述一個或多個成像系統(tǒng)10生成成像數(shù)據(jù)；限定一個或多個重建引擎24，用于對所采集的成像數(shù)據(jù)執(zhí)行重建；以及限定醫(yī)學(xué)圖像瀏覽(viewing)站26，連同一個或多個計算機(jī)20的顯示器和接口裝置。所述一個或多個成像設(shè)施存儲器14可以包括一個或多個磁性存儲介質(zhì)、一個或多個光學(xué)存儲介質(zhì)、一個或多個靜電存儲介質(zhì)，等等。一些說明性實例包括：一個或多個計算機(jī)20的硬盤或其他內(nèi)部存儲裝置；外部硬盤驅(qū)動；獨立磁盤冗余陣列(raid)系統(tǒng)；遠(yuǎn)程因特網(wǎng)存儲設(shè)施；等等。所述一個或多個成像設(shè)施存儲器14也可以包括或者訪問圖像存檔與通信系統(tǒng)(pacs)，該系統(tǒng)由醫(yī)院或擁有醫(yī)學(xué)成像設(shè)施或與醫(yī)學(xué)成像設(shè)施關(guān)聯(lián)的其他機(jī)構(gòu)來維護(hù)。

在涉及spect或pet成像的典型任務(wù)中，相關(guān)的采集控制器22操作一個或多個醫(yī)學(xué)成像儀器10的spect或pet成像系統(tǒng)以生成列表模式成像數(shù)據(jù)集30，列表模式成像數(shù)據(jù)集30被存儲在一個或多個醫(yī)學(xué)成像設(shè)施存儲器14中?！傲斜砟Ｊ綌?shù)據(jù)集”一詞和本文使用的相似術(shù)語表示一組核醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)，所述核醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)集保留關(guān)于輻射檢測事件的所有信息。這種信息包括：至少足以確定與感興趣粒子(particle)對應(yīng)的輻射檢測事件的能量信息，所述粒子諸如是在pet情況下的511kev伽馬射線，或者是與在spect成像會話中使用的放射性藥物一致的粒子；時間信息；以及位置信息(例如，被存儲為識別輻射探測器的信息，或者關(guān)于檢測事件的空間位置信息)。對于spect而言，每個粒子檢測事件對應(yīng)于由輻射探測器的幾何結(jié)構(gòu)(或者，由與輻射探測器關(guān)聯(lián)的輻射準(zhǔn)直器的幾何結(jié)構(gòu))限定的響應(yīng)的線或平面。對于pet而言，一對大致同步的511kev伽馬粒子檢測事件限定了聯(lián)系所述大致同步的511kev伽馬粒子檢測事件的響應(yīng)線。在一些實施例中，還存儲飛行時間信息，在這種情況下，大致同步的511kev伽馬粒子檢測事件之間的時間差被用于進(jìn)一步定位沿所述響應(yīng)線的正負(fù)電子湮滅事件。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，能夠以各種方式存儲能量、時間和位置信息，并且“列表模式”一詞旨在涵蓋用于存儲這一信息的任何格式。在一些實施例中，不定量存儲能量信息，而是通過僅存儲與落在合適的能量窗中的輻射檢測時間相關(guān)的信息來暗含地存儲所述能量信息，所述能量窗諸如是在pet列表模式數(shù)據(jù)情況下處在大約511kev的能量窗。

使用重建引擎24重建列表模式數(shù)據(jù)集30以生成標(biāo)準(zhǔn)的全體積(wholevolume)圖像32，亦即，第一重建圖像，該第一重建圖像是使用標(biāo)準(zhǔn)重建參數(shù)根據(jù)完整的列表模式數(shù)據(jù)集30重建的。例如，在pet成像數(shù)據(jù)的情況下，典型的標(biāo)準(zhǔn)是重建具有4mm³的空間分辨率的全體積圖像。更一般地，標(biāo)準(zhǔn)的全體積圖像32利用標(biāo)準(zhǔn)的重建參數(shù)，該標(biāo)準(zhǔn)的重建參數(shù)對于成像設(shè)施而言是標(biāo)準(zhǔn)的，使得人類成像專家能夠初始化重建而無需識別列表模式數(shù)據(jù)集30以及可能選擇標(biāo)準(zhǔn)重建算法之外的手動配置。在一些實施例中，使用重建引擎24重建列表模式數(shù)據(jù)集30以在自動方式下生成標(biāo)準(zhǔn)的全體積圖像32，而無需人類成像專家的交互。該標(biāo)準(zhǔn)的重建能夠利用基本上任何合適的迭代重建算法，諸如最大似然-期望最大化(ml-em)或者其變型，或者能夠利用基本上任何合適的非迭代分析重建算法，諸如濾波反投影算法和傅里葉重投影算法。因為使用了標(biāo)準(zhǔn)的重建算法，無需來自任何腫瘤專家的輸入即生成標(biāo)準(zhǔn)的全體積圖像32，這有利地增強(qiáng)了效率，并且還導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)全體積圖像32不為任何特定的分析目的或者不針對諸如惡性腫瘤等的任何特定的成像特征而定制或自定義。

圖1還以圖解方式描述了腫瘤治療規(guī)劃設(shè)施，所述腫瘤治療規(guī)劃設(shè)施以合適的方式與醫(yī)學(xué)成像設(shè)施關(guān)聯(lián)。例如，在一些實施例中，醫(yī)學(xué)成像設(shè)施和所述腫瘤治療規(guī)劃設(shè)施是醫(yī)院或其他醫(yī)學(xué)系統(tǒng)的部門或其他作業(yè)單位，而在其他實施例中，腫瘤治療規(guī)劃設(shè)施與醫(yī)學(xué)成像設(shè)施訂有協(xié)議，從而后者為前者提供醫(yī)學(xué)圖像。也想到了其他合適的關(guān)聯(lián)，諸如醫(yī)學(xué)成像設(shè)施是腫瘤治療規(guī)劃設(shè)施的部門(division)或其他單位，或反之亦然。此外，圖1中描述的設(shè)施可以涵蓋其他功能。例如，腫瘤治療規(guī)劃設(shè)施可以是腫瘤規(guī)劃和治療設(shè)施，兩者皆規(guī)劃和執(zhí)行腫瘤治療。作為另一實例，成像設(shè)施可以是放射科的組成部分，其附加地執(zhí)行放射治療。

說明性的腫瘤治療設(shè)施包括一個或多個腫瘤治療規(guī)劃處理器42以及一個或多個成像設(shè)施存儲器44。所述一個或多個腫瘤治療規(guī)劃處理器42可以被例如一個或多個計算機(jī)45適當(dāng)?shù)厍度?，所述一個或多個計算機(jī)45可以是一個或多個個人計算機(jī)、便攜式或筆記本計算機(jī)、和/或一個或多個遠(yuǎn)程數(shù)字處理器，諸如一個或多個基于因特網(wǎng)的服務(wù)器，所述服務(wù)器通過個人計算機(jī)、筆記本、“非智能終端”或者其他具有聯(lián)網(wǎng)能力的用戶接口裝置訪問。所述一個或多個成像設(shè)施存儲器44可以包括一個或多個磁性存儲介質(zhì)、一個或多個光學(xué)存儲介質(zhì)、一個或多個靜電存儲介質(zhì)，等等。一些說明性實例包括：一個或多個計算機(jī)45的硬盤或一個或多個其他內(nèi)部存儲裝置；外部硬盤驅(qū)動；獨立磁盤的冗余陣列(raid)系統(tǒng)；遠(yuǎn)程因特網(wǎng)存儲設(shè)施；等等。所述一個或多個成像設(shè)施存儲器44還可以包括或者訪問圖像存檔與通信系統(tǒng)(pacs)，該系統(tǒng)由醫(yī)院或者擁有醫(yī)學(xué)成像設(shè)施或與醫(yī)學(xué)成像設(shè)施關(guān)聯(lián)的其他機(jī)構(gòu)維護(hù)。

所述一個或多個腫瘤治療規(guī)劃處理器42限定并執(zhí)行各種腫瘤治療規(guī)劃組成部分，諸如限定醫(yī)學(xué)圖像瀏覽站46，連同一個或多個計算機(jī)45的顯示器和接口裝置，通過該醫(yī)學(xué)圖像瀏覽站46腫瘤專家能夠查看并導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)的全體積圖像32。所述一個或多個腫瘤治療規(guī)劃處理器42還限定：可選的特征勾畫引擎50，用于勾畫特征，諸如癌性腫瘤或病變、鄰近的對輻射敏感的器官，等等；可選的定量診斷分析器52，諸如活性度量(例如，標(biāo)準(zhǔn)化的攝取值或suv分析)；以及可選的調(diào)強(qiáng)放射治療(imrt)規(guī)劃引擎54。特征勾畫引擎能夠以手動、自動或半自動的方式操作。例如，在手動的實施例中，腫瘤專家利用瀏覽站46的圖形用戶接口(gui)組成套索、捆綁、描輪廓或者以其他方式手動勾畫感興趣的特征。在自動的實施例中，自動強(qiáng)度閾值能夠用于基于體素強(qiáng)度分割圖像以勾畫感興趣的特征。半自動勾畫算法的一個實例利用套索來近似地勾畫區(qū)域，接著是自動的強(qiáng)度閾值來調(diào)節(jié)近似的手動描繪，任選地接著是進(jìn)一步的手動調(diào)節(jié)。imrt規(guī)劃引擎54使用已知的技術(shù)優(yōu)化放射治療系統(tǒng)的強(qiáng)度調(diào)制參數(shù)，諸如小葉(leaflet)準(zhǔn)直器設(shè)置、射束強(qiáng)度設(shè)置，等等，以生成放射治療會話規(guī)劃，該放射治療會話規(guī)劃提供了受檢者體內(nèi)預(yù)期的綜合輻射劑量剖面圖。imrt規(guī)劃引擎54的輸出是放射治療會話規(guī)劃56，放射治療會話規(guī)劃56適當(dāng)?shù)卮鎯υ谝粋€或多個腫瘤治療規(guī)劃存儲器44中。

出于勾畫結(jié)構(gòu)的目的，有時優(yōu)選利用受檢者的透射式計算機(jī)斷層攝影(ct)圖像60，其適當(dāng)?shù)卮鎯υ谝粋€或多個腫瘤治療規(guī)劃存儲器44中。ct圖像60可以由圖示說明的成像設(shè)施的一個或多個醫(yī)學(xué)成像儀器10中的ct成像儀器生成，在這種情況下，重建的ct圖像61首先適當(dāng)?shù)卮鎯υ诔上裨O(shè)施存儲器14中，并且然后被傳送到腫瘤治療規(guī)劃存儲器44中?；蛘撸琧t圖像60可以由另一成像設(shè)施或者由腫瘤治療規(guī)劃設(shè)施所擁有的ct成像儀器生成(備選方案未圖示說明)。

另一方面，pet或spect圖像通常被用于腫瘤或病變檢測，和/或用于分析惡性腫瘤的功能方面。為此，標(biāo)準(zhǔn)的全體積pet或spect圖像32被從成像設(shè)施傳送到腫瘤治療規(guī)劃設(shè)施(例如，經(jīng)由因特網(wǎng)，或者經(jīng)由有線、無線或者混合的醫(yī)院數(shù)字網(wǎng)絡(luò)，或者經(jīng)由物理運輸?shù)闹T如光盤等的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲介質(zhì))，在腫瘤治療規(guī)劃設(shè)施中，標(biāo)準(zhǔn)的全體積圖像62的拷貝被適當(dāng)?shù)卮鎯υ谝粋€或多個腫瘤治療規(guī)劃存儲器44中。然后腫瘤專家能夠利用在腫瘤治療規(guī)劃設(shè)施處的醫(yī)學(xué)圖像瀏覽站46查看標(biāo)準(zhǔn)的全體積圖像32或所選擇的部分(例如，切片)或者其部分的示意圖。所述標(biāo)準(zhǔn)的全體積圖像32通常適于檢測癌性腫瘤或病變，并提供代謝活動的總體水平的一些指示，所述代謝活動的總體水平任選地能夠使用任選的定量診斷分析器52進(jìn)行量化。然而，生成標(biāo)準(zhǔn)的全體積圖像32的圖像重建總體來說沒有被優(yōu)化從而針對特定的腫瘤或病變提供最佳的圖像質(zhì)量特性。例如，普通標(biāo)準(zhǔn)的pet重建利用4mm³的體素——這一分辨率對于詳細(xì)確定小腫瘤或病變的形狀或活動可能過于粗糙。如果腫瘤或病變位于肺部或其他周期性運動器官中，或者處在受周期性運動器官的影響(例如，由于與其接觸或接近而被移動)的位置，那么標(biāo)準(zhǔn)的全體積圖像32中的腫瘤或病變的表示將由于運動而模糊。結(jié)果，標(biāo)準(zhǔn)的全體積圖像32可以提供由腫瘤專家在標(biāo)準(zhǔn)的全體積圖像32中識別的腫瘤或病變的欠理想的表示。

另一方面，列表模式數(shù)據(jù)集30的采集一般地需要相當(dāng)長的時間，例如，對于一些pet掃描而言需要半個小時或更長，并且對于spect掃描需要相似的時間。pet或spect成像儀器的操作在耗材方面(電、放射性藥物，等等)和在人的時間方面(在人受檢者的情況下，成像專家的時間以及受檢者的時間)也很昂貴。此外，給受檢者施予放射性藥物相當(dāng)于將受檢者暴露于特定的輻射劑量，盡管處于腫瘤學(xué)專業(yè)和任何相關(guān)政府監(jiān)管機(jī)構(gòu)認(rèn)為安全的水平。因此，希望盡可能可行地限制pet或spect成像會話量，并且不希望執(zhí)行另一pet或spect數(shù)據(jù)采集以便集中在確定的腫瘤或病變上。

有利地，存儲在一個或多個醫(yī)學(xué)成像設(shè)施存儲器14中的列表模式成像數(shù)據(jù)集30保留了包含在最初采集的成像數(shù)據(jù)中的所有信息。因此，沒有必要采集新的數(shù)據(jù)集。此外，這足以重新限定或完善重建過程，并且足以使用以下中的一個或多個來執(zhí)行“再重建”：(ⅰ)改進(jìn)的重建參數(shù)；(ⅱ)選擇的預(yù)處理，諸如局部運動補(bǔ)償(lmc)；以及(ⅲ)選擇的列表模式成像數(shù)據(jù)集30的子集，以便生成增強(qiáng)的重建圖像，所述增強(qiáng)的重建圖像提供感興趣腫瘤或病變的增強(qiáng)的表示。

為此，繼續(xù)參考圖1，所述一個或多個腫瘤治療規(guī)劃處理器42還限定交互的再重建配置引擎70，交互的再重建配置引擎70使腫瘤專家能夠配置再重建過程。腫瘤專家未必是在包括圖像重建的成像的各個細(xì)節(jié)方面都受過良好訓(xùn)練。所述交互的再重建配置引擎70使腫瘤專家能夠指定用于細(xì)化的或增強(qiáng)的重建的參數(shù)，而無需借助成像技術(shù)的較低水平的術(shù)語或概念。例如，成像專家任選地識別用于重建的圖像空間中的感興趣區(qū)域，而不試圖識別列表模式數(shù)據(jù)集30中的哪些列表模式數(shù)據(jù)對空間中感興趣區(qū)域的圖像內(nèi)容有貢獻(xiàn)。因此，在一些實施例中，腫瘤專家能夠簡單地提供使用特征勾畫引擎50確定的感興趣腫瘤或病變的勾畫，或者能夠以圖形方式限定包含感興趣腫瘤或病變的矩形框，以便限定圖像空間中的感興趣區(qū)域用于重建。在一些實施例中，腫瘤專家能夠使用鼠標(biāo)指針或其他圖形選擇裝置識別(ⅰ)被認(rèn)為是周期性運動的特征，以及(ⅱ)被認(rèn)為是分別相對于周期運動大致靜止的區(qū)域，并且然后針對周期性運動特征選擇執(zhí)行局部運動補(bǔ)償(lmc)。在一些實施例中，腫瘤專家還能夠任選地指定用于再重建的重建參數(shù)，諸如圖像空間分辨率。與標(biāo)準(zhǔn)的重建相比，再重建通常要求較高的分辨率，盡管也可能要求較低的分辨率，從而例如降低信噪比(snr)。更進(jìn)一步地，在一些實施例中，腫瘤專家可以任選地要求在增強(qiáng)的重建圖像中的特征上執(zhí)行定量診斷分析，諸如對被認(rèn)為是惡性腫瘤或病變的區(qū)域進(jìn)行suv分析。盡管通常不期望腫瘤專家是圖像重建方面的專家，交互的再重建配置引擎70任選地還使腫瘤專家能夠指定更為高級的重建參數(shù)，諸如重建算法的類型(例如，從濾波反投影或迭代ml-em重建中選擇)。這些更高級的重建參數(shù)既能夠以再重建配置的高級設(shè)置給出，以供對重建過程有一定理解的腫瘤專家使用，或者備選地或此外，也能夠以更直觀的方式給出。例如，重建算法的選取可以用以下選項給出：“對噪聲更具魯棒性的重建(迭代的ml-em)”或“無信息或噪聲內(nèi)容損失的重建(濾波反投影)”。后一選項任選地還可以包括復(fù)選框或另一選擇機(jī)制，用于選擇應(yīng)用部分體積校正還是點擴(kuò)散函數(shù)(psf)校正，任選地具有合適的說明性文字告知腫瘤專家這些濾波器對圖像特征可能造成的影響。

再重建參數(shù)(包括設(shè)置，諸如圖像空間分辨率、重建算法選擇、任選的lmc或其他預(yù)處理的選擇、部分體積或psf濾波器等)被適當(dāng)?shù)卮鎯υ谝粋€或多個腫瘤治療規(guī)劃設(shè)施存儲器44的再重建請求隊列72中，并且經(jīng)排列的再重建請求經(jīng)由因特網(wǎng)、有線、無線或者混合局域網(wǎng)等轉(zhuǎn)發(fā)給成像設(shè)施。

在成像設(shè)施處，以手動、自動或半自動的方式處理再重建請求。在手動方法中，人類成像專家復(fù)檢再重建請求，任選地如果合適的話咨詢腫瘤專家(例如，再重建請求是否有歧義)，并構(gòu)建合適的重建過程從而根據(jù)再重建請求生成增強(qiáng)的重建圖像。例如，成像專家可以編程控制重建引擎24從而使用所需的重建算法(例如，濾波反投影或迭代的ml-em或者另一種請求的重建算法)并采用所要求的空間分辨率或其他重建配置參數(shù)，以及調(diào)用任選由一個或多個成像設(shè)施處理器12限定的局部運動補(bǔ)償(lmc)引擎80以執(zhí)行列表模式數(shù)據(jù)的請求的lmc預(yù)處理。如果再重建請求包括選擇圖像空間中的感興趣區(qū)域用于再重建，那么成像專家可以選擇列表模式數(shù)據(jù)集中的合適的子集用于再重建。為了做到這一點，成像專家以腫瘤專家限定的圖像空間中的感興趣區(qū)域開始，并且任選地利用矩形包容(containment)框細(xì)化用于重建的圖像空間的區(qū)域(例如，確保用于重建的圖像空間的區(qū)域與所需的或計算上優(yōu)選的矩形幾何形狀相一致，或者確保用于重建的圖像空間的區(qū)域大于感興趣的腫瘤或其他特征，等等)。然后成像專家調(diào)用任選由一個或多個成像設(shè)施處理器12限定的任選的區(qū)域子集選擇引擎82以選擇列表模式數(shù)據(jù)集30的子集，列表模式數(shù)據(jù)集30包括對圖像空間中感興趣區(qū)域的圖像內(nèi)容有貢獻(xiàn)的列表模式數(shù)據(jù)。對于spect列表模式數(shù)據(jù)或無飛行時間(non-time-of-flight)的pet成像數(shù)據(jù)，用于這一選擇的一種方法是將通過圖像空間中的感興趣區(qū)域的任意響應(yīng)線(lor)包括進(jìn)子集，因為這樣的lor潛在地對圖像空間中的感興趣區(qū)域的圖像內(nèi)容有貢獻(xiàn)。對于飛行時間(tof)pet數(shù)據(jù)，沿lof的飛行時間的定位(location)能夠通過僅選取既通過空間中的感興趣區(qū)域又在感興趣區(qū)域內(nèi)具有飛行時間定位的那些lor，被進(jìn)一步用于選擇子集。其他方法也能夠被用于選擇列表模式數(shù)據(jù)集30的子集，所述列表模式數(shù)據(jù)集30包括對圖像空間中的感興趣區(qū)域的圖像內(nèi)容有貢獻(xiàn)的列表模式數(shù)據(jù)，諸如busch等人在wo2007/100955(于2007年9月7日公布)中公開的方法，在此通過引用將其全文并入。然后成像專家調(diào)用預(yù)處理(如果被選擇)和重建引擎24以生成增強(qiáng)的重建圖像84，所述增強(qiáng)的重建圖像84存儲在一個或多個成像設(shè)施存儲器14中。增強(qiáng)的重建圖像86的拷貝被轉(zhuǎn)發(fā)到腫瘤治療規(guī)劃設(shè)施并存儲在一個或多個腫瘤治療規(guī)劃設(shè)施存儲器44中，用于由腫瘤專家通過腫瘤治療規(guī)劃設(shè)施的醫(yī)學(xué)圖像瀏覽站46復(fù)檢。

在成像設(shè)施處，能夠使一些或所有的所述手動重建方法自動化。例如，包含由腫瘤專家在空間中選擇的感興趣區(qū)域的矩形包容框的選擇容易地實現(xiàn)了自動化，并且能夠任選地緊隨自動調(diào)用區(qū)域子集選擇引擎82以選擇用于重建的列表模式數(shù)據(jù)集30的子集，如果合適的話任選還緊隨著自動調(diào)用預(yù)處理器(例如，如果再重建請求中請求，則自動調(diào)用lmc引擎80)，以及任選地還緊隨著自動調(diào)用重建引擎24以根據(jù)再重建請求的參數(shù)執(zhí)行再重建。這些操作的自動化有利地降低了維護(hù)再重建活動所涉及的人類時間量。

在圖示說明的實施例中，圖像32、84從成像設(shè)施電子地(例如，通過因特網(wǎng)或局域網(wǎng))被傳遞到腫瘤治療規(guī)劃設(shè)施。然而，還想到了將這些圖像以打印的形式從成像設(shè)施轉(zhuǎn)移到腫瘤治療規(guī)劃設(shè)施，例如通過部門間的郵件系統(tǒng)或通過美國郵政服務(wù)或通過過夜(overnight)的特快專遞。

在參考圖1所述的實施例中，在成像設(shè)施處以手動、自動或半自動的方式執(zhí)行再重建過程。這一方法有利得利用了用于執(zhí)行重建的成像設(shè)施的現(xiàn)有圖像重建組件24、80、82。然而，圖1的方法需要將經(jīng)排列的再重建請求轉(zhuǎn)移到成像設(shè)施并且將增強(qiáng)的重建圖像84返送到腫瘤治療規(guī)劃設(shè)施。圖1的方法還將附加的再重建任務(wù)強(qiáng)加到現(xiàn)有的圖像重建組件24、80、82上。在一些實施例中，排到對再重建任務(wù)的處理直到成像設(shè)施的低處理負(fù)荷時間。例如，再重建任務(wù)的處理能夠任選地在白天排隊而在夜晚執(zhí)行，當(dāng)成像設(shè)施停止使用或者可能處理較低吞吐率的成像受檢者。對于完全自動的再重建，這一排隊是直的(straightforward)。對于半自動或手動的再重建，過夜或其他延遲處理的排隊仍然能夠通過為再重建請求分配適當(dāng)?shù)偷膱?zhí)行優(yōu)先級來完成。

參考圖2，在變型的方法中，將處理負(fù)荷卸載給腫瘤治療規(guī)劃設(shè)施，通過提供經(jīng)修改的一個或多個腫瘤治療規(guī)劃處理器142和經(jīng)修改的一個或多個腫瘤治療規(guī)劃存儲器144(合適地由例如一個或多個計算機(jī)145嵌入)，其被修改從而附加地在腫瘤治療規(guī)劃設(shè)施處限定或包含重建引擎150、任選的lmc引擎152和任選的區(qū)域子集選擇引擎154。在一些這樣的實施例中，在成像設(shè)施處的相應(yīng)的lmc引擎80和/或相應(yīng)的區(qū)域子集選擇引擎82被省略，因為這些組件在執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)重建時通常不用。在與圖2一致的實施例中，標(biāo)準(zhǔn)的全身體圖像62的拷貝仍然被從成像設(shè)施拷貝到腫瘤治療規(guī)劃設(shè)施，如果所述圖像在成像設(shè)施處生成，那么該全身體圖像是ct圖像60。此外，然而，列表模式數(shù)據(jù)集30被從成像設(shè)施轉(zhuǎn)發(fā)到腫瘤治療規(guī)劃設(shè)施，并且經(jīng)修改的一個或多個腫瘤治療規(guī)劃存儲器144存儲列表模式數(shù)據(jù)集160的拷貝，使得該列表模式數(shù)據(jù)可供腫瘤治療規(guī)劃設(shè)施處的局部再重建處理使用?；蛘?，僅有列表模式數(shù)據(jù)集30的子集被轉(zhuǎn)移到腫瘤治療規(guī)劃設(shè)施，以便為局部再重建處理提供足夠的列表模式數(shù)據(jù)。交互的再重建配置引擎70依照圖1所述進(jìn)行操作；但是，在與圖2一致的實施例中，所得到的再重建配置使用局部重建組件150、152、154在腫瘤治療規(guī)劃設(shè)施處局部地執(zhí)行。

盡管局部重建組件150、152、154與成像設(shè)施的相應(yīng)的組件24、80、82并行，它們?nèi)芜x地在功能或性能上不同。例如，在一些想到的實施例中，成像設(shè)施的重建引擎24利用諸如ml-em的迭代重建算法，而腫瘤治療規(guī)劃設(shè)施的重建引擎150可用利用諸如濾波反投影的分析重建算法?；蛘?，成像設(shè)施重建處理器24可用利用分析重建算法，而腫瘤治療規(guī)劃設(shè)施重建處理器150可以利用迭代重建算法。另一個想到的不同是在重建引擎24中利用常規(guī)的pet重建以生成標(biāo)準(zhǔn)的全體積圖像32，并且在重建處理器150中利用飛行時間的定位以提供感興趣的空間區(qū)域的增強(qiáng)的圖像。此外，由腫瘤治療規(guī)劃設(shè)施的重建引擎150執(zhí)行的再重建通常處理列表模式數(shù)據(jù)集30、160的較小的子集，該重建引擎150任選還實現(xiàn)運算密集型處理性能，其在完整的列表模式數(shù)據(jù)集30、160的標(biāo)準(zhǔn)重建中沒有被有效地執(zhí)行。例如，腫瘤治療規(guī)劃設(shè)施的重建引擎150可以任選地實現(xiàn)運算密集型部分體積或psf操作，其在成像設(shè)施的重建處理器24中沒有被實現(xiàn)。類似地，由于lmc和區(qū)域子集選擇通常在重建中使用但不在初始的標(biāo)準(zhǔn)重建中使用，相關(guān)組件80、82在與圖2一致的實施例中的成像設(shè)施處被任選地省略。

由于一般而言腫瘤專家并不專長于成像重建過程，局部重建組件150、152、154優(yōu)選被配置成自動或半自動的方式執(zhí)行再重建。任選地，局部重建組成150、152、154可以提供對話窗口，該對話窗口向腫瘤專家提供更高級的信息，任選地帶有針對成像設(shè)施的指令以獲得進(jìn)一步的建議，即是否以及何時試圖實施更為復(fù)雜的再重建處理。

本文使用調(diào)強(qiáng)放射治療(imrt)規(guī)劃作為說明性實例。然而，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，基于再重建技術(shù)用于增強(qiáng)的列表模式數(shù)據(jù)集分析的所公開的技術(shù)一般可以應(yīng)用于其他類型的放射治療規(guī)劃，諸如化學(xué)療法、近距離放射治療，等等。在利用放射治療之外的治療的實施例中，imrt規(guī)劃引擎54合適地由另一腫瘤治療規(guī)劃模塊代替，所述另一腫瘤治療規(guī)劃模塊被配置成生成利用所選擇的治療模式的腫瘤治療計劃。此外，盡管本文將腫瘤治療規(guī)劃的應(yīng)用作為說明性實例進(jìn)行描述，利用對列表模式數(shù)據(jù)的重建以提供增強(qiáng)的重建圖像的技術(shù)更普遍地應(yīng)用于任意的醫(yī)學(xué)診斷或臨床應(yīng)用中，所述任意的醫(yī)學(xué)診斷或臨床應(yīng)用利用諸如pet掃描儀、伽馬照相機(jī)或spect儀器的核醫(yī)學(xué)成像儀器生成列表模式數(shù)據(jù)。例如，在心臟成像、并且特別是定量的心臟成像中，心臟監(jiān)護(hù)中心、心內(nèi)科或其他心臟治療規(guī)劃設(shè)施常常索要由pet、spect或生成列表模式成像數(shù)據(jù)的另一成像器械采集的圖像。心臟病專家，在復(fù)檢了“標(biāo)準(zhǔn)的”pet或spect圖像后，可能需要改善的圖像，所述改善的圖像能夠通過使用標(biāo)準(zhǔn)重建之外的一些重建方法來再重建列表模式數(shù)據(jù)或其一部分而生成。例如，心臟病專家可能希望利用局部運動補(bǔ)償，或者可能希望重建由回顧性心臟選通而選擇的列表模式數(shù)據(jù)的子集，等等。所公開的方法能夠容易地適合于針對這樣的心臟病應(yīng)用以及其他應(yīng)用方便對列表模式數(shù)據(jù)的再重建。

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