專利名稱：核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及成像裝置和成像方法，更具體而言，涉及醫(yī)學(xué)成像。
背景技術(shù)：
醫(yī)學(xué)成像設(shè)備有多種形式，包括諸如申請(qǐng)人的共同未決專利申請(qǐng)中所描述的核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備，該申請(qǐng)的全部內(nèi)容在此通過援引的方式納入。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知的，當(dāng)使用諸如SPECT設(shè)備之類的核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備時(shí)，理想的是確定由對(duì)象的被成像區(qū)域周圍的部分引起的輻射衰減量。
SPECT(單光子發(fā)射計(jì)算體層攝影)允許通過探測來自對(duì)象的γ發(fā)射來對(duì)對(duì)象成像。在醫(yī)學(xué)成像中，給患者服用一種含有放射性同位素的化合物——該化合物到達(dá)諸如器官之類的所研究的對(duì)象，并從該對(duì)象探測γ發(fā)射。
諸如SPECT之類的γ成像技術(shù)是發(fā)射成像技術(shù)，其中所關(guān)注的是發(fā)射材料(如放射性核素)的分布。相反，諸如x射線CAT掃描之類的、對(duì)對(duì)象的x射線成像是使對(duì)象的衰減特性可被確定的透射成像方法。對(duì)象的發(fā)射圖像也被對(duì)象的衰減特性修改。因此，非常有用的是，一起獲取對(duì)象的透射和發(fā)射圖像，以便可考慮到衰減因子而校正發(fā)射圖像。
心臟或其它器官的SPECT成像經(jīng)常因以非均勻方式吸收放射性發(fā)射或以其他方式使放射性發(fā)射衰減的周圍組織而變得復(fù)雜化，妨礙了圖像的精確重建。x射線或γ射線CAT掃描(經(jīng)常被稱為透射掃描)可以和SPECT(發(fā)射)成像一起進(jìn)行，CAT掃描數(shù)據(jù)可用來確定由患者的身體引起的衰減。然而，當(dāng)按常規(guī)執(zhí)行時(shí)，該方法存在許多問題。首先，目前的測量組織衰減的方法要求在SPECT發(fā)射掃描之前或之后進(jìn)行透射CAT掃描(采用x射線或γ射線)。為了使衰減測量和發(fā)射圖像相關(guān)，對(duì)象在這兩次掃描之間必須絕對(duì)保持不動(dòng)。盡管對(duì)象盡最大努力，內(nèi)部結(jié)構(gòu)(如，結(jié)腸內(nèi)容物)的運(yùn)動(dòng)還是常常僅僅幾分鐘就會(huì)發(fā)生。
此外，CAT掃描裝置被設(shè)計(jì)成能快速、以高的光子通量運(yùn)行，以便提供“快照”。另一方面，SPECT成像是低光子通量過程，該過程就其本性而言，為了獲取足以形成圖像的數(shù)據(jù)，需要長得多的時(shí)間。如此，患者的心臟、肺以及其它組織在SPECT成像期間會(huì)通過一運(yùn)動(dòng)距離。這顯著降低了快速CAT掃描“快照”和“時(shí)間平均”SPECT圖像間的相關(guān)性。
因此，有利的是，在并行(concurrent)時(shí)間間隔內(nèi)收集x射線透射信號(hào)和SPECT發(fā)射信號(hào)，以便對(duì)象運(yùn)動(dòng)對(duì)透射和發(fā)射圖像有相似的影響。然而，相比于SPECT成像，x射線成像通常是一個(gè)較快的過程，并且沒有先前的裝置可以使x射線成像和γ成像并行進(jìn)行。通常，快速獲取x射線圖像，然后相對(duì)慢地獲取γ圖像，導(dǎo)致了數(shù)據(jù)相關(guān)方面的嚴(yán)重問題。
總之，對(duì)醫(yī)學(xué)圖像的解釋可能是有問題的，并且擁有對(duì)象的、使用不同技術(shù)的多張圖像將是有利的，只要這些圖像可以被容易地和精確地相互關(guān)聯(lián)。因此，改進(jìn)的成像技術(shù)對(duì)例如實(shí)現(xiàn)對(duì)改進(jìn)的成像數(shù)據(jù)的收集以及對(duì)患者問題的更精確診斷將是重要的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的裝置允許對(duì)對(duì)象的諸如x射線CAT掃描之類的x射線透射成像和諸如γ成像之類的發(fā)射成像一起進(jìn)行。該x射線成像使對(duì)象的衰減特性可被確定，這些衰減特性可用來校正諸如SPECT之類的發(fā)射成像技術(shù)?？梢圆⑿蝎@取對(duì)象的透射和發(fā)射圖像，以便可以考慮到衰減因子而精確校正發(fā)射圖像。x射線成像通常在高的x射線通量水平下進(jìn)行，而γ成像通常在低得多的通量水平下進(jìn)行。然而，使用具有低占空比(打開時(shí)間除以關(guān)閉時(shí)間)的脈沖x射線源，x射線透射和發(fā)射圖像可以在相似的成像時(shí)間間隔內(nèi)形成，該時(shí)間間隔如從開始圖像數(shù)據(jù)收集到結(jié)束圖像數(shù)據(jù)收集為止所測得的。所述占空比可以低至1％，或者更低，如0.1％。例如，可以根據(jù)在x射線源的較短“打開”時(shí)間的期間獲取的掃描或斷面(section)重建x射線圖像，并在較長“關(guān)閉”時(shí)間的期間形成發(fā)射圖像。如果在x射線源處于“打開”狀態(tài)時(shí)沒有進(jìn)行發(fā)射成像，該方法通過一個(gè)與占空比相關(guān)的因子來增加發(fā)射成像時(shí)間。然而，當(dāng)x射線源的占空比低時(shí)，該因子可能沒有意義。
還描述了改進(jìn)的x射線透射成像技術(shù)，其中，多個(gè)x射線源、源孔徑(aperture)和探測器孔徑協(xié)調(diào)地移動(dòng)，使得x射線束在掃描過程中保持對(duì)齊穿過源孔徑和探測器孔徑。該方法提高了效率。此外，使用窄的、在裝置的視場范圍內(nèi)基本不發(fā)散的x射線束，可以減少對(duì)被成像對(duì)象的x射線照射。不發(fā)散的光束的另一優(yōu)點(diǎn)是，x射線成像的分辨率增加。能量低的x射線通常被較多地散射，并導(dǎo)致常規(guī)x射線CAT設(shè)備中的模糊和噪聲問題。在使用常規(guī)x射線源時(shí)，難以為脈沖運(yùn)行保持恒定的高電壓，導(dǎo)致高能量x射線和低能量x射線的混合，此混合導(dǎo)致與散射相關(guān)的噪聲問題。使用經(jīng)過源和探測器孔徑準(zhǔn)直的x射線束顯著減輕了這個(gè)問題。使用瞄準(zhǔn)器可以進(jìn)一步改善性能，如在我們的共同未決申請(qǐng)流水號(hào)為No.10/933,036的美國專利申請(qǐng)中更充分描述的。
然而，通過使用探測器孔徑限定窄束，上述散射的x射線不能通過探測器孔徑，從而減少了噪聲并提高了分辨率。窄束，在本實(shí)施例中是指直徑小于5mm的束，例如直徑在約1mm和約1.5mm之間，該窄束還允許借助能夠處理高光子通量的探測器使用高光子通量，同時(shí)使用計(jì)數(shù)速率能力(count rate capability)相對(duì)低的探測器并行地進(jìn)行發(fā)射成像。該探測器孔徑和源孔徑在圖像切片(slice)平面內(nèi)的尺寸可以近似相同(如使用相似的縫(slot)寬度)，以便準(zhǔn)直透射束以及避免通過視場的任何顯著束發(fā)散。
而且，脈沖x射線源可用于改進(jìn)的x射線CAT掃描器。使用源和探測器孔徑準(zhǔn)直提供窄束，如在1mm到1.5mm之間的束，并且在準(zhǔn)直束掃描通過視場時(shí)利用孔徑的協(xié)調(diào)移動(dòng)跟蹤該準(zhǔn)直束，這樣減輕了低能量x射線散射的問題，也減少了對(duì)對(duì)象的輻照。這樣的成像時(shí)間可能比常規(guī)裝置長，但是這種器械的費(fèi)用可能只是常規(guī)裝置的一小部分。
根據(jù)本發(fā)明的裝置，具體地為x射線透射成像裝置，可以和已有的SPECT探測器一起使用，所述SPECT探測器如在我的共同未決專利申請(qǐng)以及已經(jīng)被授權(quán)的專利申請(qǐng)——例如Juni的流水號(hào)為10/933,036的美國專利申請(qǐng)“Single Photon Emission ComputedTomography System”——中所描述的那些?？梢砸怨蔚呐帕胁贾脁射線源、源孔徑以及探測器(或相關(guān)的探測器孔徑)，它們可以與已有的SPECT系統(tǒng)相結(jié)合，例如，如流水號(hào)為10/933,036的美國專利申請(qǐng)中所描述的。術(shù)語“弓形(的)”在此被使用時(shí)，用來寬泛地包括圓弧段、完整的圓形布置、卵形物、其它彎曲段和其它近似于彎曲段的幾何形狀。根據(jù)本發(fā)明的裝置，具體地為x射線透射成像裝置，還可以和更多常規(guī)的已有SPECT探測器一起使用，所述探測器包括那些具有大體平坦的探測器表面的SPECT探測器。
盡管實(shí)施例顯示了探測器和源孔徑的彎曲布置，但絲毫不是說設(shè)計(jì)要求探測器為彎曲的?？刹捎闷教沟奶綔y器實(shí)踐相同的原理。在這樣的實(shí)施例中，x射線源被布置在平直的線上，而源孔徑被布置在平板(flat sheet)上。
關(guān)于x射線CAT掃描的現(xiàn)有技術(shù)總體上強(qiáng)調(diào)了盡可能快地完成掃描的價(jià)值。因此，沒有使用脈沖x射線源的動(dòng)機(jī)，特別是沒有使用低占空比的脈沖x射線源的動(dòng)機(jī)，因?yàn)檫@會(huì)減緩掃描的完成。然而，如在別處更詳細(xì)討論的，脈沖x射線CAT掃描和發(fā)射圖像的結(jié)合提供了有價(jià)值的以及改進(jìn)的數(shù)據(jù)，同時(shí)相對(duì)于收集發(fā)射圖像所需的時(shí)間，時(shí)間損失可能并不顯著。因此，一種從對(duì)象收集發(fā)射數(shù)據(jù)和輻射透射數(shù)據(jù)的改進(jìn)的方法包括提供脈沖輻射源，在源打開的時(shí)候收集輻射透射數(shù)據(jù)，以及在源關(guān)閉的時(shí)候收集發(fā)射數(shù)據(jù)。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，一種用于對(duì)視場內(nèi)的對(duì)象成像的裝置包括接近視場設(shè)置的輻射源和位于輻射源和視場之間的源障板(mask)，源障板限定穿過該源障板的至少一個(gè)源孔徑，來自輻射源的輻射穿過該至少一個(gè)源孔徑。接近視場的發(fā)射探測器探測來自對(duì)象的、入射到該發(fā)射探測器上的發(fā)射，并且輻射探測器被設(shè)置，以便探測穿過視場的輻射。輻射衰減圖像可以根據(jù)輻射探測器信號(hào)形成，發(fā)射圖像可以根據(jù)發(fā)射探測器信號(hào)并行地形成。輻射探測器和發(fā)射探測器可以由單個(gè)探測器組件——例如，可提供帶時(shí)間索引的信號(hào)的探測器組件——提供，當(dāng)輻射源關(guān)閉時(shí)，該信號(hào)對(duì)應(yīng)于發(fā)射，當(dāng)輻射源打開時(shí)，該信號(hào)對(duì)應(yīng)于輻射衰減。輻射源可以被脈沖地驅(qū)動(dòng)。在其它實(shí)施例中，輻射探測器被設(shè)置，以便在輻射束穿過視場后接收該輻射束，并且發(fā)射探測器被設(shè)置，以便接收來自對(duì)象的發(fā)射。利用輻射屏蔽物和/或輻射探測器使輻射與發(fā)射探測器隔開，當(dāng)輻射路徑方向被在視場中掃過時(shí)，該屏蔽物隨著移動(dòng)。該屏蔽物可能阻擋來自發(fā)射探測器的一部分發(fā)射，這一影響可以被忽略，或者如果需要的話，可以對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。如果需要的話，可以使用輻射衰減圖像校正發(fā)射圖像中的衰減效應(yīng)。
在本發(fā)明的實(shí)施方案中，輻射源是x射線源，輻射是x射線，x射線透過軀體。發(fā)射包括γ發(fā)射，例如由對(duì)象內(nèi)加放射性標(biāo)記的材料發(fā)出的。探測器組件可以包括x射線透射探測器以及γ發(fā)射探測器。在其它配置中，發(fā)射探測器是用于γ輻射的γ探測器，并且x射線透射探測器位于γ探測器和視場之間，被設(shè)置用來接收來自x射線源的穿過源孔徑的x射線。x射線遮護(hù)板被放置，以便基本或完全阻止x射線射到發(fā)射探測器上，同時(shí)允許來自視場的發(fā)射到達(dá)發(fā)射探測器。因此，并行的發(fā)射和x射線衰減(透射)圖像可由單個(gè)裝置提供。通過允許對(duì)對(duì)象內(nèi)的衰減可變性進(jìn)行補(bǔ)償，x射線衰減數(shù)據(jù)可以用來增加γ發(fā)射圖像的精確性。
在本發(fā)明的實(shí)施方案中，發(fā)射探測器是γ探測器，發(fā)射是γ輻射，并且該裝置使得可針對(duì)對(duì)象確定x射線信息和γ信息。本發(fā)明的實(shí)施方案允許γ成像和x射線成像并行進(jìn)行，其中x射線成像時(shí)間和γ成像時(shí)間是相似的，并且基本重疊。
執(zhí)行機(jī)構(gòu)可用來相對(duì)于x射線源移動(dòng)源障板，以改變x射線穿過視場的路徑方向，同時(shí)x射線探測器根據(jù)路徑方向的改變而移動(dòng)，以便x射線探測器繼續(xù)接收x射線。還可以移動(dòng)探測器遮護(hù)板，以將x射線擋在發(fā)射探測器之外。該x射線探測器可以安裝在x射線遮護(hù)板上，該組合組件可以由與源障板相同或不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu)移動(dòng)。
來自發(fā)射探測器的第一信號(hào)可用來提供對(duì)象的發(fā)射圖像(如γ圖像)，來自x射線探測器的第二信號(hào)可用來提供x射線透射圖像，如和發(fā)射圖像并行獲取的x射線衰減圖像。對(duì)活對(duì)象并行地進(jìn)行醫(yī)學(xué)成像使得x射線圖像和發(fā)射圖像易于被一起解釋，從而使得可以對(duì)對(duì)象狀況進(jìn)行更精確的診斷。所述圖像可以被疊置或被并排呈現(xiàn)給開業(yè)醫(yī)生。而且，x射線衰減圖像可用來通過補(bǔ)償密度變化和γ信號(hào)的可變衰減，提高γ圖像的精確性。
可以以多種方式配置x射線遮護(hù)板。包括其外殼的x射線探測器可以提供x射線遮護(hù)板。該x射線探測器可以安裝在金屬板或類似的板上。該x射線遮護(hù)板可以只擋住發(fā)射探測器的一小部分視場，而x射線路徑和x射線遮護(hù)板掃過發(fā)射探測器的前面(發(fā)射接收表面)?？商鎿Q地，x射線遮護(hù)板可以包括穿過該x射線遮護(hù)板的多個(gè)遮護(hù)板孔徑，該遮護(hù)板孔徑被設(shè)置，以便允許來自視場的發(fā)射到達(dá)發(fā)射探測器，同時(shí)防止x射線到達(dá)發(fā)射探測器。
x射線源被在打開狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)之間脈沖地驅(qū)動(dòng)，以便提供具有脈沖持續(xù)時(shí)間的x射線脈沖，脈沖被脈沖間隔隔開，在該脈沖間隔內(nèi)x射線源處于關(guān)閉狀態(tài)。脈沖持續(xù)時(shí)間可以在約0.01毫秒和約200毫秒之間，例如在約0.5-20毫秒之間。占空比(打開時(shí)間除以關(guān)閉時(shí)間)可以小點(diǎn)，例如小于0.01。例如，可以使x射線源在每秒內(nèi)打開1毫秒，給出0.001的占空比。
和x射線成像相比，γ成像一般是一種低光子通量方法，因此脈沖x射線源使x射線圖像可以在與γ成像時(shí)間并行的x射線成像時(shí)間內(nèi)收集。該x射線成像時(shí)間被認(rèn)為是形成x射線圖像的時(shí)間，從成像開始到成像過程結(jié)束。對(duì)于用來形成x射線圖像的相同總量的x射線光子，占空比越低，x射線成像時(shí)間越長。為了在收集發(fā)射圖像的過程中，進(jìn)一步減少x射線導(dǎo)致的噪聲(會(huì)干擾發(fā)射圖像的散射x射線)，可以只使用脈沖關(guān)閉間隔期間收集的信號(hào)來收集發(fā)射圖像。于是，利用跟蹤x射線源占空比的成像占空比(透射成像時(shí)間除以發(fā)射成像時(shí)間)，可以將用于發(fā)射成像和透射成像的時(shí)間段有效地交錯(cuò)開?？商鎿Q地，如果使發(fā)射探測器與x射線基本隔開，發(fā)射成像可以是連續(xù)的，而透射成像只有在源處于打開狀態(tài)時(shí)才進(jìn)行。
例如，閃爍γ探測器可以以每秒100,000個(gè)光子的通量運(yùn)行，而x射線探測可以以每秒數(shù)百萬個(gè)光子的通量運(yùn)行。通過利用源和探測器孔徑準(zhǔn)直x射線束使得x射線束不射在γ探測器上，可以進(jìn)行同步x射線成像和γ成像。例如，可以為每個(gè)所需的角投影(angularprojection)提供脈沖長度為毫秒級(jí)的x射線脈沖，并且約每一秒獲取一個(gè)新的角投影。利用分布在形成發(fā)射圖像所需的較長時(shí)間內(nèi)的毫秒數(shù)據(jù)累加形成x射線圖像。用于從探測器信號(hào)生成圖像的電子電路在成像技術(shù)領(lǐng)域已為人熟知，將不作進(jìn)一步描述。
在其它實(shí)施方案中，可以使用一個(gè)或多個(gè)x射線源，源障板可以包括多個(gè)源孔徑，該多個(gè)源孔徑提供具有穿過視場的多個(gè)路徑方向的x射線。相對(duì)于x射線源移動(dòng)源障板，會(huì)改變穿過視場的多個(gè)路徑方向?？梢栽O(shè)置多個(gè)x射線探測器，以探測沿著多個(gè)路徑方向中的所有或一些路徑方向的x射線。
用于說明位于視場內(nèi)的對(duì)象的特性的另一示例性裝置包括x射線源、位于x射線源和視場之間的源障板、接近視場設(shè)置的探測器和位于視場和探測器之間的探測器遮護(hù)板，該源障板具有穿過該源障板的源孔徑，使得穿過源孔徑的x射線進(jìn)入視場。該探測器遮護(hù)板具有穿過該探測器遮護(hù)板的一個(gè)或多個(gè)探測器孔徑，使得射在探測器上的x射線具有由源孔徑和探測器孔徑限定的穿過視場的路徑方向。該探測器優(yōu)選地被設(shè)置用來接收穿過源孔徑并穿過探測器孔徑的x射線。執(zhí)行機(jī)構(gòu)相對(duì)于x射線源移動(dòng)源障板，以便改變x射線穿過視場的路徑方向。
該裝置還可以包括多個(gè)x射線源、以及位于源障板內(nèi)的多個(gè)源孔徑，使得執(zhí)行機(jī)構(gòu)相對(duì)于x射線源移動(dòng)源障板，結(jié)果是改變穿過視場的多個(gè)路徑方向?？梢詫⒍鄠€(gè)x射線源大體布置在第一弧上，并將多個(gè)源孔徑大體布置在第二弧上，該第二弧位于第一弧里面，并和第一弧同心。探測器遮護(hù)板還可以具有穿過該探測器遮護(hù)板的多個(gè)探測器孔徑。該探測器可以是弓形和/或圓形的探測器組件的一部分，該探測器組件可以包括沿第三弧布置并被設(shè)置以便接收穿過視場的x射線的多個(gè)探測器，或者可以包括具有弓形形狀的一個(gè)或多個(gè)探測器。該x射線源可以被在打開狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)之間脈沖地驅(qū)動(dòng)，以便提供具有脈沖持續(xù)時(shí)間的x射線脈沖，脈沖被脈沖間隔隔開，在脈沖間隔內(nèi)x射線源處于關(guān)閉狀態(tài)。探測器組件可以對(duì)x射線和γ光子都敏感，例如被用來在x射線源處于打開狀態(tài)時(shí)形成x射線圖像，在x射線源處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)形成γ圖像，以便提供同時(shí)生成的視場的x射線圖像和γ圖像。
一種用于提供視場的γ發(fā)射圖像和x射線透射圖像的裝置包括x射線源，該x射線源被在打開狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)之間脈沖地驅(qū)動(dòng)，以便提供具有脈沖持續(xù)時(shí)間的x射線脈沖，脈沖被脈沖間隔隔開，在該脈沖間隔內(nèi)x射線源處于關(guān)閉狀態(tài)；根據(jù)入射到發(fā)射探測器上的γ光子提供發(fā)射探測器信號(hào)的發(fā)射探測器，以及根據(jù)入射到x射線探測器上的透射x射線提供x射線探測器信號(hào)的x射線探測器。電子電路可操作來從x射線探測器信號(hào)形成視場的x射線透射圖像，以及從發(fā)射探測器信號(hào)形成視場的γ發(fā)射圖像。這些圖像可以在相似的x射線和γ成像時(shí)間內(nèi)并行形成。


圖1是將多個(gè)x射線源布置在弧上的裝置的示意圖；圖2圖解了x射線穿過圖1所示裝置的視場的路徑方向；圖3-6示出了x射線源和源孔徑的相對(duì)位置改變時(shí)變化的路徑方向；圖7示出了具有探測器組件、還具有在該探測器組件前面的x射線探測器的裝置；圖8示出了具有掃描x射線束和用來防止x射線束射在探測器上的遮護(hù)板的裝置；圖9A和9B示出了在一探測器的探測表面上橫移的x射線遮護(hù)板和安裝在該x射線遮護(hù)板上的x射線探測器；以及圖10圖解了探測器的平坦布置。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施方案提供對(duì)對(duì)象的改進(jìn)的成像?？梢允褂脙蓚€(gè)電磁波長區(qū)域來進(jìn)行成像，如使用x射線成像和γ成像(諸如SPECT)。x射線衰減測量可用來通過提供對(duì)對(duì)象內(nèi)γ光子的衰減可變性的校正，提供改進(jìn)的SPECT圖像?？梢约僭O(shè)對(duì)于γ光子或x射線光子衰減系數(shù)是相同的，或假定用來在衰減系數(shù)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的對(duì)象模型，以便進(jìn)行衰減校正。
在本發(fā)明的代表性實(shí)施方案中，通過確定穿過對(duì)象的輻射束的衰減來進(jìn)行衰減測量。輻射源位于接近視場的地方，來自輻射源的輻射在透過視場后被探測。通過改變輻射穿過視場的路徑方向，可以獲取視場中對(duì)象的輻射透射(衰減)圖像。同時(shí)，可以利用來自視場中對(duì)象的發(fā)射(該發(fā)射可以和輻射源提供的輻射類型相同或不同)對(duì)視場成像。在本發(fā)明的實(shí)施例中，透射輻射可以是x射線，發(fā)射可以是γ發(fā)射。但是，在其它實(shí)施例中，用來成像的發(fā)射可以是熒光、熱發(fā)射、其它IR(紅外)發(fā)射、可見或其它可借以對(duì)對(duì)象成像的發(fā)射。用來確定對(duì)象的輻射衰減的輻射可以是x射線或其它輻射，如任何波長的激光輻射、IR、可見、UV(紫外)、THz(太赫茲)、微波或核輻射。然后通過對(duì)為其進(jìn)行測量的對(duì)象或任何周圍物質(zhì)上的發(fā)射衰減的變化進(jìn)行補(bǔ)償，該輻射衰減測量可以用來校正發(fā)射成像?？商鎿Q地，可以分別確定輻射衰減圖像和發(fā)射圖像以進(jìn)行對(duì)對(duì)象的改進(jìn)的分析，而不校正發(fā)射圖像。
圖1示意性地圖解了被配置用來也在進(jìn)行SPECT成像的同時(shí)提供x射線衰減數(shù)據(jù)的裝置10。該裝置可以是如我們的共同未決申請(qǐng)中所描述的SPECT裝置的修改型式。
該裝置包括弓形探測器組件12，探測器組件12可以是沿弧布置的多個(gè)探測器，或一個(gè)或多個(gè)弓形探測器。該裝置還包括弓形探測器遮護(hù)板14，該弓形探測器遮護(hù)板14具有穿過其的探測器孔徑，該探測器孔徑用小圓圈16A-16E示出，并被配置成探測器孔徑弧。
圖1中裝置10的下半部分包括探測器組件12和探測器遮護(hù)板14，可以對(duì)應(yīng)于SPECT裝置的實(shí)施方案。圖1實(shí)質(zhì)上是示意性的，而不一定是按比例的。SPECT裝置的一部分可以根據(jù)美國臨時(shí)申請(qǐng)60/607,319和美國專利申請(qǐng)No.10/933,036中所討論的任意實(shí)施例來構(gòu)造。
視場在18處示出，對(duì)象被放置在其中。為描述方便，圖1的示意圖可以被看成是頂視圖，其中探測器孔徑16A-16E是探測器遮護(hù)板14中的大體豎直的縫。盡管沒有圖解，但裝置10還優(yōu)選地包括在視場和探測器組件12之間的“水平”準(zhǔn)直瞄準(zhǔn)器。這些準(zhǔn)直瞄準(zhǔn)器通常位于探測器遮護(hù)板14和探測器組件12之間。例如，美國專利申請(qǐng)No.10/933,036中描述了準(zhǔn)直瞄準(zhǔn)器。探測器遮護(hù)板14和/或探測器組件12可以相對(duì)于彼此和/或相對(duì)于視場18轉(zhuǎn)動(dòng)，以便使所探測的x射線路徑(相當(dāng)于探測器組件的響應(yīng)線)掃過視場18。
裝置10還包括x射線源弧20，多個(gè)x射線源22A-22E沿該弧布置。該裝置還包括源障板弧24，該源障板弧24具有被設(shè)置穿過該源障板24的多個(gè)源孔徑26A-26E。源孔徑用圓圈示意性地表示，可以是縫或其它孔徑，x射線穿過它們進(jìn)入視場18。
雖然源障板20被顯示和探測器組件12是大體連續(xù)的，并且源障板24被顯示和探測器遮護(hù)板14是連續(xù)的，但它們都優(yōu)選地是單獨(dú)的部件，并且可以在某種程度上重疊?？紤]患者進(jìn)入的目的，該裝置的各個(gè)部件可以套疊或縮回，以便提供通向視場18的通道口?？商鎿Q地，在一些實(shí)施方案中，探測器組件12和x射線源弧20可以互連，以及/或探測器遮護(hù)板14和源障板24可以互連。
而且，雖然沒有圖解，但是可以在視場18和x射線源22A-22E之間設(shè)置水平準(zhǔn)直瞄準(zhǔn)器。水平瞄準(zhǔn)器將x射線源準(zhǔn)直到平行于圖示平面的平面中，而源孔徑將穿過視場的x射線路徑限制成x射線窄束，該x射線窄束也可稱為源線(source line)。x射線障板弧24阻擋來自x射線源的、和源孔徑不對(duì)準(zhǔn)的x射線。
通過將x射線源和/或源孔徑相對(duì)于彼此和/或相對(duì)于視場旋轉(zhuǎn)，可以使來自x射線源的x射線的路徑方向掃過視場。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，可以協(xié)調(diào)弧12、14、20和24的移動(dòng)，以使x射線窄束延伸穿過源孔徑進(jìn)入探測器孔徑中的一個(gè)，以致被探測器組件12接收。這樣使用x射線窄束有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，它限制了對(duì)患者的x射線照射。第二，通過在源端和接收端都對(duì)x射線進(jìn)行準(zhǔn)直，患者體內(nèi)的x射線散射對(duì)在該過程中收集的衰減數(shù)據(jù)具有明顯小的影響。
圖中示出了5個(gè)x射線源、5個(gè)源孔徑以及5個(gè)探測器孔徑。每一種的數(shù)目是可以變化的。例如，單個(gè)x射線源可以和多個(gè)源孔徑一起使用。源孔徑的數(shù)目不必和探測器孔徑的數(shù)目匹配。
圖2示出了三個(gè)x射線源，該x射線源發(fā)射出穿過相應(yīng)源孔徑的x射線窄束，使得這些束和相應(yīng)的探測器孔徑對(duì)準(zhǔn)，以便射在探測器組件12上。為了圖解清楚，只示出了三個(gè)x射線源。作為示范性實(shí)施例，x射線源22A發(fā)射出沿路徑方向30穿過源孔徑26A和探測器孔徑16C到達(dá)探測器組件12的x射線。實(shí)際上，每個(gè)x射線源22可以發(fā)射出多個(gè)方向上的x射線，水平準(zhǔn)直器將該x射線準(zhǔn)直到一個(gè)平面，探測器孔徑進(jìn)一步將它們準(zhǔn)直成窄束。然而，圖解通過準(zhǔn)直產(chǎn)生的窄束是為了簡便。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員清楚的是，來自一個(gè)源的x射線可以穿過一個(gè)以上的源孔徑，以便形成一個(gè)以上穿過視場的路徑方向。x射線源、源孔徑和探測器孔徑相對(duì)位置的變化，例如通過它們的相對(duì)旋轉(zhuǎn)(或角掃描)而引起的變化，可以用來收集用于重建x射線衰減圖像的數(shù)據(jù)。
使用垂直于圖示平面延伸的探測器部件，可以形成三維圖像。孔徑可以是垂直于圖示平面的縫，或者是如我們的共同未決美國專利申請(qǐng)No.10/933,036中所描述的彎曲縫。本實(shí)施例中示出x射線源的數(shù)量是5個(gè)。在其它實(shí)施例中，可以使用單個(gè)源，并使該單個(gè)源在更大的范圍內(nèi)掃描，或者使用任意多個(gè)x射線源。
圖3-6圖解了掃過視場18、處于多個(gè)位置的束。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，各個(gè)弧以不同速度移動(dòng)，以便使x射線束轉(zhuǎn)換角度，使得它們各遇到探測器孔徑中的一個(gè)。在一個(gè)實(shí)施例中，布置在源弧上的x射線源以相對(duì)高的速度一起移動(dòng)，而x射線障板弧和相應(yīng)的源孔徑以中等速度移動(dòng)，探測器孔徑以較低的速度移動(dòng)。這使得每個(gè)投影角度都可以被獲取以用于x射線圖像的完整重建?？梢赃x擇旋轉(zhuǎn)速度，使得x射線源、源孔徑和探測器孔徑在整個(gè)掃描過程中成直線排列，從而提高效率。由于透射束不和x射線探測器對(duì)準(zhǔn)，因而無須關(guān)閉任何x射線源。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員也將清楚其它組合。
圖3示出了來自x射線源22A的x射線，該x射線穿過源孔徑26A和探測器孔徑16D到達(dá)探測器組件12。圖4示出了來自x射線源22A的x射線，該x射線穿過源孔徑26A和探測器孔徑16E到達(dá)探測器組件。圖5中，沒有來自x射線源22A的x射線到達(dá)探測器組件。來自源22B的x射線穿過源孔徑26B以及探測器孔徑16E到達(dá)探測器組件12。圖6中，來自源22C的x射線穿過源孔徑26C和探測器孔徑16E到達(dá)探測器組件12。每個(gè)圖中討論的路徑方向在每個(gè)圖中用30加以標(biāo)記，該路徑方向隨著源、源孔徑和探測器孔徑相對(duì)配置的改變而變化。
本發(fā)明實(shí)施方案的x射線衰減測量可以使用多種方法進(jìn)行。在一種方法中，可以使用類似于CAT掃描方法的方法，其中x射線源全部被連續(xù)地打開，并且旋轉(zhuǎn)各個(gè)弧使得x射線束穿過患者的所有角度的組合，以便獲取一組完整的衰減數(shù)據(jù)。然后，可以關(guān)閉x射線源，并使用探測器組件12中的探測器獲取SPECT圖像。在該方法中，探測器組件12用來探測來自視場的透射x射線和γ發(fā)射兩者。x射線源一般提供水平比來自患者的γ發(fā)射的水平高得多的x射線，因此可以假設(shè)，當(dāng)x射線源打開時(shí)，被弧12上的探測器探測到的基本上所有計(jì)數(shù)都是x射線計(jì)數(shù)。因此，可以假設(shè)，當(dāng)x射線源關(guān)閉時(shí)，來自探測器組件12的探測器信號(hào)是由γ發(fā)射引起的，當(dāng)x射線源打開時(shí)，探測器信號(hào)源自x射線。可以對(duì)由于基線γ發(fā)射(baseline gamma emission)而引起的x射線數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員清楚這一點(diǎn)。
可替換地，由于x射線和γ發(fā)射可具有不同的光子能量，所以由探測器組件提供的探測器信號(hào)可同時(shí)包含與x射線信號(hào)和γ信號(hào)有關(guān)的信息。可以從來自探測器組件的信號(hào)提取γ和x射線信息，例如，通過使用脈沖強(qiáng)度分析、脈沖形狀識(shí)別或其它方法，例如使用具有可供對(duì)所探測的光子進(jìn)行能量識(shí)別的一種以上探測器材料(如多種閃爍體材料)的分層探測器。
x射線源可以被脈沖地驅(qū)動(dòng)，使得它們在SPECT掃描期間間歇地以相對(duì)高的水平打開一很短的時(shí)間段，諸如0.5-20毫秒，例如1毫秒。短暫的“打開”時(shí)間段可以更長些或更短些，如在0.01到200毫秒的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，x射線源在“打開”時(shí)間段之間關(guān)閉一“關(guān)閉”時(shí)間段。該“關(guān)閉”時(shí)間段優(yōu)選地基本比“打開”時(shí)間段長。當(dāng)x射線源打開時(shí)，可以假設(shè)被探測器組件12探測到的基本上所有“計(jì)數(shù)”都是x射線計(jì)數(shù)。x射線打開的時(shí)間可占總成像時(shí)間的很小一部分，但分布在整個(gè)成像過程中，以便它們在基本不延長總成像時(shí)間或降低SPECT成像精確性的情況下提供時(shí)間平均衰減圖像。以高能量和短持續(xù)時(shí)間(低占空比)脈沖地驅(qū)動(dòng)x射線源還具有以下好處可以使用具有較低額定值的x射線源，和/或該x射線源可以維持更長時(shí)間。
圖7示出了本發(fā)明的替代實(shí)施方案。在該實(shí)施方案中，在探測器遮護(hù)板14內(nèi)部于探測器孔徑之間設(shè)置x射線傳感器40A-40D。例如，x射線探測器40A位于探測器孔徑16A和16B之間。在該實(shí)施方案中，來自x射線源的x射線束被轉(zhuǎn)換方向，以便射在x射線探測器40A-4D上，而不穿過探測器孔徑到達(dá)探測器組件12。該探測器組件用來探測從對(duì)象發(fā)射的γ光子。
在其它實(shí)施方案中，在x射線探測器和視場之間設(shè)置水平準(zhǔn)直器。例如，如關(guān)于在美國專利申請(qǐng)No.10/933,036中描述的多個(gè)實(shí)施方案所討論的，探測器遮護(hù)板——在其中稱為孔徑弧——可放置在離視場更遠(yuǎn)的地方，并在孔徑弧和視場之間放置準(zhǔn)直瞄準(zhǔn)器來代替孔徑弧和探測器組件之間的準(zhǔn)直瞄準(zhǔn)器，或者除孔徑弧和探測器組件之間的準(zhǔn)直瞄準(zhǔn)器以外另外在孔徑弧和視場之間放置準(zhǔn)直瞄準(zhǔn)器。
在圖7的裝置中，由于使用了不同的感測系統(tǒng)，所以x射線可以在SPECT成像進(jìn)行的同時(shí)透射。探測器組件12用來探測γ發(fā)射，并通過探測器遮護(hù)板14與x射線隔開。探測器孔徑可以被擴(kuò)大，以例如占據(jù)x射線探測器之間的大部分角范圍，以便將更多的γ發(fā)射傳到探測器組件。
作為進(jìn)一步可供選擇的方案，x射線傳感器可以被布置得不同，或者可以覆蓋孔徑弧的更大一部分，以便更多角度下的x射線可以被同時(shí)探測到。
圖8示出了包括x射線源60的裝置，x射線源60提供x射線束，該x射線束穿過源障板62中的源孔徑64(縫)，穿過對(duì)象66(該對(duì)象可能是患者，如人或?qū)櫸铩T如狗、貓或其它哺乳動(dòng)物；或它們的器官或其它部分；或沒有生命的物體，如包裹、衣箱、食品等)而入射到x射線探測器組件上。x射線探測器組件包括x射線探測器70(如半導(dǎo)體探測器)以及探測器遮護(hù)板68(例如，鉛遮板)。源障板62通過使x射線穿過源孔徑64，作為準(zhǔn)直器或者聚焦設(shè)備。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的是，遮護(hù)板62優(yōu)選地放置在離x射線源60足夠遠(yuǎn)的地方，以獲取所需的x射線的準(zhǔn)直或聚焦。該距離可以大于圖8所示的距離，后者不一定按比例。
移動(dòng)源障板而不是源是有利的，因?yàn)橐苿?dòng)源障板更為容易。當(dāng)x射線束進(jìn)行對(duì)對(duì)象的角掃描時(shí)，探測器遮護(hù)板68使包括γ探測器74的γ照相機(jī)72與x射線束隔開。x射線束被阻止穿過γ照相機(jī)中的孔徑到達(dá)γ探測器材料。
在示例裝置中，x射線探測器70屬于x射線束的直接入射不會(huì)使其飽和(或失去功能)的類型。示例x射線探測器材料包括CZT(碲化鋅鎘)、碲化鋅、其它硫族化物、其它半導(dǎo)體或其它高速x射線探測器材料。x射線探測器可替換地由氣體正比探測器設(shè)備組成。x射線束可以被脈沖地驅(qū)動(dòng)，脈沖頻率可以和x射線探測器材料的恢復(fù)時(shí)間負(fù)相關(guān)。其他可以用在x射線探測器中的手段包括微熱量計(jì)(包括通常需要冷卻的單光子熱量計(jì))、微通道板設(shè)備、正比計(jì)數(shù)器、半導(dǎo)體探測器(包括CMOS)、閃爍體和熒光體。
圖8的配置使得x射線束的脈沖頻率可獨(dú)立于γ探測器被直接暴露于x射線束之下時(shí)的恢復(fù)時(shí)間，γ探測器被直接暴露于x射線束之下的情形是該配置所避免的。因此，慢的γ探測器材料(相對(duì)于x射線探測器材料)可以和被快速脈沖驅(qū)動(dòng)的x射線束一起使用。γ探測器的屏蔽物使原本會(huì)因x射線束的直接入射而飽和的γ探測器材料可被使用。例如，碘化鈉、碘化銫、鍺酸鉍或其它諸如塑料閃爍體之類的閃爍材料可以用作γ探測器材料。圖7的配置還允許使用高功率、被快速脈沖驅(qū)動(dòng)的x射線源，而用來檢測SPECT信息的材料不會(huì)飽和，因?yàn)閤射線不射到用來檢測SPECT信息的材料上。相反，x射線優(yōu)選地射到縫16之間的接收器40上。可替換地，當(dāng)使用包括不失去功能的(non-paralyzing)材料的γ探測器獲取SPECT信息時(shí)，可以不要求有x射線屏蔽物。
由于縫64對(duì)x射線束的準(zhǔn)直和遮護(hù)板68的遮擋，γ探測器74不直接接收x射線束?？梢蕴峁└郊訙?zhǔn)直，例如使用其它縫、縫陣列、孔徑、金屬毛細(xì)管、遮擋板、定向x射線源等。x射線探測器組件還可以包括一個(gè)或多個(gè)位于x射線探測器70前面的x射線準(zhǔn)直器。
如果需要的話，還可以提供γ照相機(jī)的附加屏蔽物，以例如減少雜散的散射x射線入射到γ探測器上。
圖9A示出了位于發(fā)射探測器84前面的x射線探測器組件(包括探測器遮護(hù)板82和x射線探測器80)的視圖。在該實(shí)施例中，發(fā)射探測器是γ照相機(jī)。圖9B示出了探測器遮護(hù)板82和x射線探測器80移動(dòng)到γ照相機(jī)84的一側(cè)，相對(duì)于圖9A，該移動(dòng)對(duì)應(yīng)于x射線束在視場中的角掃描。
在該實(shí)施例中，x射線束掃過一掃描角。在該實(shí)施例中，x射線探測器可以包括對(duì)高光子通量響應(yīng)的材料，如半導(dǎo)體材料條，其具有如圖所示的豎直取向。x射線探測器組件隨著與x射線束的角掃描相關(guān)的角移動(dòng)掃描，使得在角掃描過程中(至少對(duì)于所關(guān)注的角度，或不然x射線束就會(huì)落在γ照相機(jī)上的角度)，x射線束保持入射在x射線探測器上。探測器遮護(hù)板可以是鉛遮板，或包括其它x射線吸收材料。
當(dāng)x射線探測器組件在γ照相機(jī)的孔徑前面通過時(shí)，孔徑將被暫時(shí)擋住(如，被擋住2-3秒)。然而，這并不嚴(yán)重?fù)p害γ照相機(jī)的運(yùn)行，可以針對(duì)γ照相機(jī)中的孔徑暫時(shí)被擋住這一點(diǎn)對(duì)來自γ照相機(jī)的信號(hào)在數(shù)值上進(jìn)行校正。該裝置可以被配置成使得來自視場的大部分光子到達(dá)γ照相機(jī)，而不被探測器遮護(hù)板擋住。
γ照相機(jī)是發(fā)射探測器的一個(gè)例子，它探測γ發(fā)射并提供所探測的γ光子的一些空間分布信息。γ照相機(jī)可以包括閃爍晶體——例如摻鉈碘化鈉或碘化銫、位于閃爍晶體和視場之間的一系列探測器準(zhǔn)直器以及探測由閃爍晶體中的γ輻射產(chǎn)生的閃爍光子的一系列光電倍增管。閃爍光子可以是可見的，并且可以被包括光電二極管和其他對(duì)光子響應(yīng)的半導(dǎo)體器件在內(nèi)的任何光學(xué)探測器探測到。γ照相機(jī)提供與所探測的閃爍光子的空間分布相關(guān)的探測器信號(hào)，這些探測器信號(hào)可以用來形成二維或三維圖像。然后使用在本領(lǐng)域已知的方法，可使用電子電路從探測器信號(hào)獲取對(duì)象的γ圖像。本發(fā)明的實(shí)施方案可以用于對(duì)對(duì)象進(jìn)行二維和三維γ和/或x射線成像。
探測器組件可以包括一個(gè)或多個(gè)二維探測器陣列。該探測器陣列可以包括發(fā)射探測器，該發(fā)射探測器根據(jù)所探測的輻射的波長選擇。對(duì)于γ發(fā)射探測器，可以使用包括CZT(碲化鋅鎘)或碲化鎘或其它硫族化物的固態(tài)探測器。探測器還可以包括諸如碘化鈉或碘化銫之類的閃爍材料以及相關(guān)的閃爍發(fā)射探測器，諸如光電倍增管或其它諸如光電二極管之類的光電探測器。探測器組件可以包括并排組裝的多片閃爍材料或單個(gè)大的彎曲的閃爍材料晶體。閃爍探測器還可以包括位置靈敏閃爍發(fā)射探測器和/或?qū)㈤W爍光子導(dǎo)至適當(dāng)?shù)奶綔y器的光纖陣列。
因此，改進(jìn)的CAT和SPECT組合設(shè)備包括提供x射線束的x射線源、提供穿過對(duì)象的x射線束的角掃描的機(jī)構(gòu)、γ照相機(jī)以及x射線探測器組件，該x射線探測器組件進(jìn)行與x射線束的角掃描相關(guān)的角移動(dòng)，x射線探測器包括高速x射線探測器和x射線遮護(hù)板，該x射線遮護(hù)板使x射線束不直接入射到γ照相機(jī)上。在其它實(shí)施例中，γ照相機(jī)可以被省略，和/或可以使用其他探測器系統(tǒng)，例如，PET成像器、熱成像器、視頻或其他成像系統(tǒng)。
優(yōu)選地，該途徑還可以用來提供CT和PET組合裝置。在任一組合中，CT/x射線部分允許進(jìn)行衰減校正，而且也允許對(duì)所研究區(qū)域中的身體結(jié)構(gòu)進(jìn)行定位。例如，如果SPECT掃描確定有關(guān)系的區(qū)域的位置，具有同一區(qū)域的CT掃描以確定身體器官和骨頭結(jié)構(gòu)的相對(duì)位置是有利的。本發(fā)明提供了這種能力。作為進(jìn)一步可供選擇的方案，在此給出的任何設(shè)計(jì)都可以用作CT/x射線裝置，而沒有SPECT或PET方面。任一設(shè)計(jì)可以用于CT/x射線模式下，而不用操作SPECT或PET部分，或者可以只為設(shè)備提供CT/x射線能力。即，在此給出的設(shè)計(jì)提供了新的且特別有用的CT裝置，不依賴于在此討論的其他方面。
提供x射線束的角掃描的機(jī)構(gòu)可以包括旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，該旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)包括孔徑、孔徑陣列、x射線反射器、定向x射線源或其他結(jié)構(gòu)。
在其它實(shí)施例中，可以有兩個(gè)或多個(gè)x射線束掃描通過對(duì)象，并且相關(guān)的x射線探測器組件阻止x射線直接入射到γ照相機(jī)上。
在其它實(shí)施例中，x射線束可以是光錐狀的束(pencil-likebeam)，具有適當(dāng)?shù)臏?zhǔn)直，例如通過圓形孔徑，并且x射線束可以掃描通過一個(gè)或多個(gè)平面，如兩個(gè)正交平面。在另一實(shí)施例中，x射線源可以左右直線地移動(dòng)(對(duì)于圖8)，并且可以和它朝著的接收器或計(jì)數(shù)器一起移動(dòng)。作為一個(gè)實(shí)施例，該源可以移到多個(gè)位置，而接收器針對(duì)每個(gè)位置進(jìn)行掃描。盡管所圖解的實(shí)施方案是目前優(yōu)選的，但作為又一個(gè)可供選擇的方案，一個(gè)或多個(gè)接收器可以是固定的，而源移動(dòng)。
在示例應(yīng)用中，被成像的對(duì)象可以是患者的器官，如心臟。例如，如美國專利申請(qǐng)No.10/933,036中所描述的，給患者注射放射性物質(zhì)，該放射性物質(zhì)在心肌用氧時(shí)被心肌吸收。然后γ發(fā)射從該心臟組織中產(chǎn)生，并可以被γ探測器探測到。然后利用該探測到的γ發(fā)射重建心肌圖像。然而，患者的心臟由不同類型的具有不同密度的組織包圍。該周圍組織以一種非均勻的方式，吸收放射性發(fā)射或者以另外的方式使放射性發(fā)射衰減，使圖像的精確重建復(fù)雜化。這在醫(yī)學(xué)成像中是嚴(yán)重的問題。然而，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的裝置使對(duì)患者的x射線衰減成像和γ成像能并行進(jìn)行，使得可以針對(duì)諸如組織之類的周圍物質(zhì)中的密度變化對(duì)γ圖像進(jìn)行校正。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的裝置使諸如x射線衰減圖像之類的x射線圖像可以和γ成像被并行地獲取。脈沖地驅(qū)動(dòng)x射線源使x射線圖像可以在與獲取γ圖像所需的時(shí)間范圍相似的時(shí)間范圍(time-scale)內(nèi)獲取。
在其它實(shí)施例中，x射線圖像可以和動(dòng)態(tài)SPECT成像相結(jié)合，例如，以提供x射線和γ圖像數(shù)據(jù)導(dǎo)出的、共同時(shí)間范圍內(nèi)的器官機(jī)能的電影。
在其它實(shí)施例中，門控SPECT成像可以和脈沖x射線圖像數(shù)據(jù)相結(jié)合，以獲取重復(fù)過程的相同階段——例如，心跳的特定階段——的并行圖像。該x射線源在所不關(guān)心的時(shí)段內(nèi)可以具有長的關(guān)閉時(shí)間段。
上面討論的實(shí)施例說明了用于例如CT成像或其他掃描的x射線探測器和用于例如SPECT醫(yī)學(xué)成像的γ照相機(jī)的結(jié)合。然而，本發(fā)明的實(shí)施例也包括獨(dú)立的CT掃描器。在此公開的任何裝置的SPECT成像或其他γ成像功能是可任選的。應(yīng)用包括對(duì)心臟、腦、腎或其他身體器官或它們的機(jī)能成像。
本發(fā)明的其他實(shí)施例可以采用不同類型的輻射。例如，可以通過使激光輻射掃描通過對(duì)象來進(jìn)行激光衰減測量，其中激光輻射探測器和任選的相關(guān)輻射遮護(hù)板隨激光束移動(dòng)。通過使用從對(duì)象發(fā)出的輻射，例如熱輻射、激光誘導(dǎo)熒光、IR、微波、太赫茲(THz)或其他輻射，發(fā)射探測器或其他探測器可以同時(shí)用來獲取圖像數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的裝置使激光衰減和輻射成像能同時(shí)進(jìn)行。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，x射線成像可以和PET(正電子發(fā)射體層攝影)成像相結(jié)合。
醫(yī)學(xué)成像的更多細(xì)節(jié)可用于本發(fā)明實(shí)施方案中的醫(yī)學(xué)成像設(shè)備的其他方面，在我的共同未決專利申請(qǐng)以及美國專利No.6,525,321和6,525,320(兩者的名稱都為“Single photon emission computed tomography system”)中作了描述，所述共同未決專利申請(qǐng)包括美國專利申請(qǐng)No.10/933,036和No.10/872,253(兩者的名稱都為“Single photonemission computed tomography system”)；No.10/993,012(“Edgeeffects treatment for crystals”)；No.10/358,961，上述專利申請(qǐng)和專利的內(nèi)容在此通過援引的方式全部納入。
視場可以被配置成包含病人的軀干，以便進(jìn)行心臟成像。該軀干可以是水平或豎直的以供成像。在一個(gè)實(shí)施方案中，探測器組件和探測器遮護(hù)板圍繞患者同心地布置。用于心臟成像的一個(gè)實(shí)施方案在美國專利申請(qǐng)No.10/933,036中有描述，包括約64個(gè)發(fā)射探測器模塊，每一個(gè)發(fā)射探測器模塊由一系列獨(dú)立的單元或像素組成。在該實(shí)施方案中，探測器遮護(hù)板提供半徑約為30cm的探測器孔徑弧，探測器組件形成內(nèi)半徑為40cm的弧。在該實(shí)施例中，直徑約50cm的患者視場區(qū)域在視場范圍內(nèi)。該視場可以由源障板和探測器遮護(hù)板或者其他成像部件所圍起的區(qū)域限定。該探測器孔徑弧和探測器組件可以布置在真正的幾何弧上，使共同的弧心位于穿過視場的中心的縱軸線上?？商鎿Q地，它們中的任何一個(gè)或兩者可以是卵形的，或者呈具有非共同弧心的弓形。例如，弧心可以位于不在上述縱軸線上的位置，以便增加弧半徑。源、源孔徑、探測器孔徑或探測器配置中的任何一個(gè)還可以是非弓形的。例如，任何一個(gè)都可以被布置成一個(gè)或多個(gè)直的段，或者被布置成部分是弓形的部分是非弓形的。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的裝置還可以包括用于患者身體活動(dòng)的測力計(jì)，例如以在成像前給心臟加壓。裝置還可以包括心電圖、心除顫器和/或用于施用放射性標(biāo)記的藥物或其他化合物的靜脈輸液泵。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，用于產(chǎn)生代表光子發(fā)射放射性同位素的三維分布的類型的多個(gè)斷層圖像的單光子發(fā)射計(jì)算體層攝影(SPECT)裝置包括基底，該基底包括用來支撐患者使患者的一部分位于視場內(nèi)的患者支撐物，一縱軸線被限定穿過視場；接近視場的探測器組件，該探測器組件至少部分地在第一端和第二端之間繞視場延伸，該第一端和第二端被間隔開，以便限定到視場的入口，該探測器組件可操作來探測是否有光子打在該探測器組件上；準(zhǔn)直組件，該準(zhǔn)直組件包括光子衰減材料構(gòu)成的至少兩個(gè)間隔開的準(zhǔn)直瞄準(zhǔn)器，每個(gè)瞄準(zhǔn)器被布置在探測器組件和視場之間；大體弓形的探測器遮護(hù)板，該探測器遮護(hù)板包括布置在視場和探測器組件之間的光子阻擋構(gòu)件，該阻擋構(gòu)件具有被限定沿著該構(gòu)件隔一段距離穿過該構(gòu)件的多個(gè)探測器孔徑(如縫)，供與孔徑縫對(duì)準(zhǔn)的光子通過，探測器組件的響應(yīng)線被限定為從探測器組件穿過探測器孔徑；以及位移執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該位移執(zhí)行機(jī)構(gòu)可操作來相對(duì)于探測器組件移動(dòng)光子阻擋構(gòu)件，使得孔徑縫相對(duì)于探測器組件移動(dòng)，并且使響應(yīng)線掃過視場的至少一部分。該裝置還包括接近視場布置的多個(gè)x射線源。探測器組件可以用于x射線成像和γ發(fā)射成像兩者，例如在x射線源不活動(dòng)時(shí)形成γ發(fā)射圖像?？商鎿Q地，可以使探測器組件與來自x射線源的x射線隔開，該x射線具有與探測器視場不一致的路徑方向，并使其與所提供的獨(dú)立x射線探測器隔開。該x射線探測器和任選的相關(guān)x射線遮護(hù)板，可以起阻止x射線到達(dá)探測器組件的作用。該探測器組件可以包括γ照相機(jī)或其他發(fā)射探測器。
源和/或探測器孔徑可以具有可調(diào)節(jié)的尺寸，例如，包括具有可調(diào)寬度的縫。這使得可以調(diào)節(jié)成像的靈敏度和分辨率。
盡管實(shí)施例示出了探測器和源孔徑的彎曲布置，但絲毫不是說該設(shè)計(jì)要求探測器為彎曲的。可采用平坦的探測器來實(shí)踐相同原理。在這樣的實(shí)施例中，x射線源被布置在平直的線上，而源孔徑位于平板上(即，采用線性或準(zhǔn)線性布置)。圖10圖解了一種裝置，該裝置包括探測器組件114、探測器遮護(hù)板104中的探測器孔徑106、x射線源112和源障板108中的源孔徑110，在該實(shí)施例中，探測器組件114包括閃爍體102和光電探測器100。x射線束116在探測器孔徑和源孔徑處被準(zhǔn)直，并落在探測器組件上。該x射線束可以是窄的，例如其寬度小于約5mm，例如在約1mm到約1.5mm的范圍內(nèi)，并且該x射線束基本是不發(fā)散的?？梢詤f(xié)調(diào)源孔徑、探測器孔徑和(任選地)x射線源的平移，使得探測器能夠連續(xù)地探測x射線束?？梢允褂靡粋€(gè)以上的x射線源，并且該一個(gè)或多個(gè)x射線源可被脈沖地驅(qū)動(dòng)。如果x射線束不是被脈沖地驅(qū)動(dòng)的，在平移孔徑期間連續(xù)探測x射線束是可能的。箭頭(D)指示源和探測器孔徑移動(dòng)的典型可能方向，不過其他移動(dòng)是可能的。諸如執(zhí)行機(jī)構(gòu)之類的平移機(jī)構(gòu)和其他特征在Juni的美國專利No.6,525,320中有描述，該專利在此通過援引的方式納入。
在此描述的各個(gè)實(shí)施例將透射輻射描述為x射線，將發(fā)射描述為γ射線。然而，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，透射輻射和/或發(fā)射可以是其他類型的。
在此通過援引的方式將本說明書中提到的專利、專利申請(qǐng)或出版物納入，程度一如具體和單獨(dú)地指出每一個(gè)單獨(dú)文獻(xiàn)被通過援引的方式納入。具體地，在此通過援引的方式將2004年9月3日提交的流水號(hào)為No.60/607,319的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)、2005年2月11日提交的流水號(hào)為No.60/652,424的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)以及流水號(hào)為No.10/933,036的美國專利申請(qǐng)完整納入。
本發(fā)明不限于上文描述的說明性實(shí)施例。實(shí)施例并不擬用來限制本發(fā)明的范圍。在此描述的方法、裝置、結(jié)合等是示例性的，并不擬用來限制本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會(huì)想到實(shí)施例中的變化和其他使用。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求的范圍限定。
權(quán)利要求
1.一種用于說明來自視場的發(fā)射和該視場的x射線透射率的裝置，該裝置包括接近該視場設(shè)置的x射線源，該x射線源提供x射線；位于該x射線源和該視場之間的源障板，該源障板具有源孔徑，x射線穿過該源孔徑，x射線具有穿過該視場的路徑方向；接近該視場設(shè)置的發(fā)射探測器，該發(fā)射探測器探測來自該視場的發(fā)射；以及x射線探測器，該x射線探測器位于該發(fā)射探測器和該視場之間，以便在x射線束穿過該視場后接收該x射線束，其中使該發(fā)射探測器與x射線隔開，該發(fā)射探測器提供與來自該視場的發(fā)射相關(guān)的發(fā)射信號(hào)，該x射線探測器提供與該路徑方向的該視場的x射線透射率相關(guān)的x射線探測器信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，還包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)可操作來相對(duì)于該x射線源移動(dòng)該源孔徑，以便提供穿過該視場的路徑方向的改變，該x射線探測器根據(jù)該路徑方向的改變而移動(dòng)，使得該x射線探測器繼續(xù)接收x射線，當(dāng)該路徑方向改變時(shí)，保持使該發(fā)射探測器與x射線隔開。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其中該x射線探測器安裝在x射線遮護(hù)板上，該x射線探測器和x射線遮護(hù)板根據(jù)該路徑方向的改變一起移動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中該發(fā)射探測器是γ探測器，發(fā)射是來自該視場的γ發(fā)射。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的裝置，其中該裝置利用來自該發(fā)射探測器的第一信號(hào)提供該視場的γ發(fā)射圖像，該裝置還利用來自該x射線探測器的第二信號(hào)提供該視場的x射線透射圖像。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，還包括x射線遮護(hù)板，該x射線遮護(hù)板具有穿過其的多個(gè)遮護(hù)板孔徑，該遮護(hù)板孔徑被設(shè)置以便使來自該視場的發(fā)射能到達(dá)該發(fā)射探測器，該x射線遮護(hù)板阻止x射線到達(dá)該發(fā)射探測器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中該x射線源被在打開狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)之間脈沖地驅(qū)動(dòng)，以便提供具有脈沖持續(xù)時(shí)間的x射線脈沖，該脈沖被脈沖間隔隔開，在該脈沖間隔內(nèi)該x射線源處于關(guān)閉狀態(tài)，該x射線源具有占空比，該占空比等于該脈沖持續(xù)時(shí)間除以該脈沖間隔。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其中該脈沖持續(xù)時(shí)間在約0.01毫秒和約200毫秒之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中該源障板包括多個(gè)源孔徑，提供具有穿過該視場的多個(gè)路徑方向的x射線，該裝置還包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)可操作來相對(duì)于該x射線源移動(dòng)該源障板，以便修改穿過該視場的多個(gè)路徑方向。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，其特征在于，該裝置還包括多個(gè)x射線探測器，該多個(gè)x射線探測器被設(shè)置來探測具有多個(gè)路徑方向的x射線的至少一部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，其特征在于，還包括大體布置在第一弧上的多個(gè)x射線源，并且其中多個(gè)源孔徑大體布置在第二弧上。
12.一種用于說明視場的裝置，該裝置包括x射線源；位于該x射線源和該視場之間的源障板，該源障板具有源孔徑，使得穿過該源孔徑的x射線束進(jìn)入該視場；接近該視場設(shè)置的探測器，該探測器具有探測器孔徑，該探測器在x射線束穿過該探測器孔徑后接收該x射線束；以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)可操作來相對(duì)于該x射線源移動(dòng)該源障板，以便掃描x射線束穿過該視場的路徑方向，其中該源孔徑和探測器孔徑以一定尺寸制造，使得x射線束基本不發(fā)散地穿過該視場。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，其中該裝置包括多個(gè)x射線源；源障板內(nèi)的多個(gè)源孔徑；以及多個(gè)探測器孔徑，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)可操作來相對(duì)于所述多個(gè)x射線源移動(dòng)該源障板，以便掃描穿過該視場的多個(gè)x射線束。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的裝置，其中所述多個(gè)x射線源大體布置在第一弧上，所述多個(gè)源孔徑大體布置在第二弧上，并且所述多個(gè)探測器孔徑布置在第三弧上。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的裝置，其中在穿過該視場的x射線束的掃描過程中，協(xié)調(diào)該x射線源、該源孔徑和探測器孔徑的移動(dòng)，使得x射線束能夠被該探測器連續(xù)地接收。
16.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，其中該探測器是弓形探測器組件的一部分。
17.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，其中x射線源被在打開狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)之間脈沖地驅(qū)動(dòng)，以便提供具有脈沖持續(xù)時(shí)間的x射線脈沖，該脈沖被脈沖間隔隔開，在該脈沖間隔內(nèi)該x射線源處于關(guān)閉狀態(tài)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的裝置，其中該裝置利用在該x射線源處于打開狀態(tài)時(shí)獲取的探測器信號(hào)提供該視場的x射線圖像，該裝置還利用在該x射線源處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)獲取的探測器信號(hào)提供該視場的發(fā)射圖像。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的裝置，其中該發(fā)射圖像是來自該視場的γ發(fā)射的圖像。
20.根據(jù)權(quán)利要求17的裝置，其中該脈沖持續(xù)時(shí)間在約0.01秒和約200毫秒之間。
21.根據(jù)權(quán)利要求17的裝置，其中該脈沖持續(xù)時(shí)間在約0.5毫秒和約20毫秒之間。
22.根據(jù)權(quán)利要求17的裝置，其中該脈沖間隔至少是該脈沖長度的10倍長。
23.一種用于提供視場的發(fā)射圖像和x射線圖像的裝置，該裝置包括x射線源，該x射線源被在打開狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)之間脈沖地驅(qū)動(dòng)，以便提供具有脈沖持續(xù)時(shí)間的x射線脈沖，該脈沖被脈沖間隔隔開，在該脈沖間隔內(nèi)該x射線源處于關(guān)閉狀態(tài)；發(fā)射探測器，該發(fā)射探測器根據(jù)來自該視場的發(fā)射提供發(fā)射探測器信號(hào)；x射線探測器，該x射線探測器根據(jù)穿過該視場并入射到該x射線探測器上的x射線提供x射線探測器信號(hào)；以及電子電路，該電子電路可操作來從該x射線探測器信號(hào)形成該視場的x射線圖像，以及從該發(fā)射探測器信號(hào)形成該視場的發(fā)射圖像，該發(fā)射圖像是來自該視場的發(fā)射的圖像。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的裝置，其中該發(fā)射探測器和x射線探測器由同一探測器組件提供，該探測器組件提供探測器信號(hào)，該x射線探測器信號(hào)是該x射線源處于打開狀態(tài)時(shí)的探測器信號(hào)，該發(fā)射探測器信號(hào)是該x射線源處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)的探測器信號(hào)。
25.根據(jù)權(quán)利要求23的裝置，其中該脈沖間隔比該脈沖長度大100倍以上。
26.根據(jù)權(quán)利要求23的裝置，其中該x射線圖像和該發(fā)射圖像在基本并行的時(shí)間段內(nèi)形成。
27.根據(jù)權(quán)利要求23的裝置，其中該發(fā)射是γ發(fā)射。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的用于對(duì)視場成像的裝置包括接近視場放置的x射線源；位于x射線源和視場之間、具有被限定穿過其的至少一個(gè)源孔徑的源障板；以及接近視場的發(fā)射探測器，如γ照相機(jī)。該裝置可以使對(duì)視場的x射線成像和γ成像基本并行進(jìn)行。
文檔編號(hào)G01F1/66GK101069090SQ200580037884
公開日2007年11月7日 申請(qǐng)日期2005年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月3日
發(fā)明者杰克·E·朱尼 申請(qǐng)人:杰克·E·朱尼