用于核医疗成像中基于发射数据进行衰减补偿的系统和方法与制造工艺

本文披露的主题一般涉及核医疗成像系统，以及更具体地来说涉及用于单光子发射计算机层析(SPECT)成像系统以及尤其在心脏成像中，使用发射数据进行SPECT系统中的发射衰减的补偿。

背景技术：
已知有不同类型的成像技术，并且将其用于医疗诊断成像。例如，使用诊断核成像，如SPECT成像来研究受检者(如患者)体内的放射性核素分布。典型地，将一个或多个放射性药物或放射性同位素注入到患者体内。将典型地包括准直器的伽马照相机检测器头置于患者表面附近以捕获和记录发射的辐射从而获取图像数据。已知有不同的配置，其中伽马照相机可以在扫描期间保持在相对于关注的受检者固定的位置/朝向(例如，聚焦的检测器模块)或可绕着患者旋转。然后可以使用如背投的图像重构技术来基于所获取的图像或所获取的数据(例如，列表数据)来构造受检者内部结构内放射性示踪剂摄取分布的图像。虽然此类常规系统可以提供具有良好诊断值的高质量图像，但是光子衰减是影响SPECT系统中的重构图像的质量的主要物理因素。此类衰减可以是由于例如发射源与系统检测器之间的组织所致。但是，在SPECT成像中，以及确切地来说在心脏病学中，重要的是存在患者身体所导致的衰减(例如，由于康普顿散射的辐射所导致的大部分中)的情况下获得精确的发射图像(成像的患者体内放射性同位素分布的三维3D图)。在心脏成像中，光子衰减占从心肌区域发射的光子的损耗的高达85％。而且，从量化角度来看，与图像重构中使用的模型的数据不一致性在空间上也是变化的(例如，仅在一些情况中心肌内的误差70-85％)。由此，已知的重构方法需要衰减映射图的知识，例如影响到达检测器的辐射的区域中患者组织的3D模型。这些方法目前主要依赖于常常失效的、可包括辐射源的直接透射测量，或昂贵的、来自x射线计算机层析(CT)系统的测量，这些方法还可能增加给予患者的辐射剂量、额外的成像时间、几何空间上配准不良和分辨率差异。可以使用模型来表征衰减，但是实际衰减可能有很大不同。而且，因为患者尺寸和形状的高度可变性，“患者标准”可能得到差的重构结果。

技术实现要素：
根据实施例，提供一种用于图像重构的方法。该方法包括在含至少一种放射性同位素的放射性药物的服药人的多个能量窗口处获取发射数据，其中这些能量窗口包括(i)以同位素的峰值发射为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围处的至少一个散射能量窗口。该方法还包括执行所获取的发射数据的初级重构以创建峰值能量窗口和散射能量窗口的一个或多个初级图像，从峰值能量窗口的重构的初级图像或散射能量窗口的重构的初级图像的至少其中之一确定此人的身体外形。该方法还包括从峰值能量窗口的重构的初级图像识别此人的心脏轮廓，以及使用识别的心脏轮廓作为界标，以从散射能量窗口的重构的初级图像分割此人的至少左肺。该方法附加地包括基于至少确定的身体外形和分割的左肺定义衰减映射图，并使用包括更新衰减映射图和峰值能量窗口的图像的迭代联合估算重构来重构此人的关注区域的图像，其中该联合估算重构包括使用所述多个能量窗口中获取的数据。根据另一个实施例，提供一种核医疗(NM)成像系统，其包括门架和多个核医疗(NM)照相机，多个核医疗(NM)照相机耦合到门架且配置成在含至少一种放射性同位素的放射性药物的服药人的多个能量窗口处获取发射数据，其中这些能量窗口包括(i)以同位素的峰值发射为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围处的至少一个散射能量窗口。该NM成像系统还包括图像重构模块，图像重构模块配置成(i)执行所获取的发射数据的初级重构以创建峰值能量窗口和散射能量窗口的一个或多个初级图像，(ii)从峰值能量窗口的重构的初级图像或散射能量窗口的重构的初级图像的至少其中之一确定此人的身体外形，(iii)从峰值能量窗口的重构的初级图像识别此人的心脏轮廓，(iv)使用识别的心脏轮廓作为界标，以从散射能量窗口的重构的初级图像分割此人的至少左肺，(v)基于至少所确定的身体外形和所分割的左肺定义衰减映射图，以及(vi)使用包括更新衰减映射图和峰值能量窗口的图像的迭代联合估算重构来重构此人的关注区域的图像，其中该联合估算重构包括使用多个能量窗口中获取的数据。根据又一个实施例，提供一种用于使用处理器执行图像重构的非临时性计算机可读存储介质。该非临时性计算机可读存储介质包括用于命令处理器执行如下操作的指令：在含至少一种放射性同位素的放射性药物的服药人的多个能量窗口处获取发射数据，其中这些能量窗口包括(i)以同位素的峰值发射为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围处的至少一个散射能量窗口。非临时性计算机可读存储介质还包括命令处理器执行如下操作的指令：执行所获取的发射数据的初级重构以创建峰值能量窗口和散射能量窗口的一个或多个初级图像，以及从峰值能量窗口的重构的初级图像或散射能量窗口的重构的初级图像的至少其中之一确定此人的身体外形。该非临时性计算机可读存储介质还包括命令处理器执行如下操作的指令：从峰值能量窗口的重构的初级图像识别此人的心脏轮廓，使用识别的心脏轮廓作为界标，以以从散射能量窗口的重构的初级图像分割此人的至少左肺，以及基于至少确定的身体外形和分割的左肺定义衰减映射图。非临时性计算机可读存储介质还包括命令处理器执行如下操作的指令：使用包括更新衰减映射图和峰值能量窗口的图像的迭代联合估算重构来重构此人的关注区域的图像，其中该联合估算重构包括使用多个能量窗口中获取的数据。附图说明图1是根据多种实施例构造的示范成像系统的简化框图。图2是图示根据一个实施例的图1的成像系统的检测器配置的示意图。图3是图示根据另一个实施例的图1的成像系统的检测器配置的示意图。图4是根据一个实施例形成的检测器模块的示意图。图5是根据另一个实施例形成的检测器模块的示意图。图6是图示不同发射的示意图。图7是根据多种实施例的处理流程的框图。图8是图示能量响应分布中的不同能量级的曲线图。图9是根据多种实施例用于衰减补偿的方法的流程图。图10是图示根据多种实施例的检测器模块获取的附加视图的示意图。图11是图示根据多种实施例使用的永久性图像的示意图。图12是图示根据多种实施例使用的体元映射的示意图。图13是图示根据多种实施例的重构的图像的示意图。具体实施方式当结合附图阅读时，将更好地理解前述

技术实现要素：
以及下文对多种实施例的详细描述。就附图图示多种实施例的功能框的示意图而言，这些功能框不一定表示硬件电路之间的划分。因此，例如，这些功能块的其中一个或多个功能块(例如，处理器或存储器)可以在单件硬件(例如通用信号处理器或随机存取存储器块、硬盘等)或多件硬件中实现。相似地，程序可以是单独运行的程序，可以是作为子例行程序并入操作系统中，可以是安装的软件包中的功能等。应该理解，这些多种实施例不限于附图中示出的布置和实现方式。本文描述的是用于确定核医疗成像系统，具体为单光子发射计算机层析(SPECT)成像系统内的衰减以及对此进行补偿的系统和方法。多种实施例仅使用SPECT系统获取的发射数据来估算衰减并对衰减进行补偿。图1是根据多种实施例构造的示范核医疗成像系统20的框图，在本实施例中，示范核医疗成像系统20是SPECT成像系统。一个实施例中的系统20包括集成的门架22，集成的门架22还包括围绕门架中心孔洞26朝向的转子24。转子24配置成支承一个或多个核医疗(NM)照相机28和30(出于图示的目的，示出两个)。在多种实施例中，NM照相机28和30可以是例如通用伽玛照相机或非通用伽玛照相机，如为心脏成像配置的聚焦的针孔伽玛照相机模块。NM照相机28和30可以由不同类型的适合材料形成，适合材料可以是直接转换材料或间接转换材料，可以是像素化检测器或照相机。例如，在间接转换材料中，闪烁体通常由碘化钠(NaI)的晶状材料制成，并且将接收的伽马辐射转换成(例如，紫外线范围中)较低能量的光能。在这些系统中，光电倍增管然后接收此光并生成对应于光子撞击特定离散像点(像素)区域的图像数据。在如碲化镉锌(CZT)的直接转换材料中，撞击光子被直接地转换成电信号。转子24还配置成围绕着包括患者台架34的检查轴轴向旋转，患者台架34可以包括滑动地耦接到床台支承系统以支承患者36的床台，床台可以直接地耦接到地板或可以通过耦接到门架22的基座耦接到门架22。该床台可以包括滑动地耦接到床台的上表面的担架。患者台架34配置成有助于患者36进入和退出基本与检查轴对齐的检查位置。在成像扫描期间，可以控制患者台架34以将床台和/或担架轴向移入和移出孔洞26。可以采用本领域中公知的任何方式来执行成像系统20的操作和控制。应该注意，可以与包括旋转门架或固定门架的成像系统结合来实现多种实施例。可以与NM照相机28和30组合来提供准直器38。例如，可以将准直器38耦接到NM照相机28和30的每个照相机的前检测面。准直器38可以是本领域中公知的任何适合类型的准直器。将来自NM照相机28和30的输出传送到处理单元40，处理单元40可以是任何适合的计算机或计算装置。如本文使用的，术语“计算机”或“模块”可以包括任何基于处理器或基于微处理器的系统，包括使用微控制器、精简指令集计算机(RISC)、ASIC、逻辑电路和能够执行本文描述的功能的任何其他电路或处理器的系统。上文这些示例仅是示范性的，因此不应以任何形式限制术语“计算机”的定义和/或含义。处理单元40可以包括衰减补偿模块50，衰减补偿模块50用于执行如本文更详细描述的衰减补偿。衰减补偿模块50可以采用硬件、软件或硬件与软件的组合来实现。应该注意，成像系统20还可以是多模态成像系统，如NM/MR成像系统。在成像扫描期间，可以由作为控制器42的一部分的台架控制器单元44来控制患者台架34。台架控制器单元44可以控制患者台架34以将患者台架34轴向移入和移出孔洞26。NM照相机28和30可以设在相对于患者36的多个位置(例如，采用L模式配置)。应该注意虽然NM照相机28和30配置成用于沿着(或围绕)门架22进行可移动操作，但是可以将NM照相机28和30与之固定。控制器42还包括控制门架22的移动(例如，围绕患者的旋转移动)和NM照相机28和30的移动(如枢转移动或移近/移开患者36的移动)的门架电动机控制器46。因此，控制器42可以控制患者台架34相对于伽玛照相机28和30的移动和定位以及NM照相机28和30相对于患者36的移动和定位以将患者36的期望解剖结构(例如器官)定位在NM照相机28和30的视场(FOV)内，此操作可以在获取关注的器官的图像之前执行。台架控制器44和门架电动机控制器46可以由处理单元40来各自自动命令，由操作员来手动控制或二者组合。可以将成像数据组合并重构成图像，如下文更详细描述的，图像可以包括2D图像、3D容积或随时间推移的3D容积(4D)。数据获取系统(DAS)48接收NM照相机28和30产生的模拟和/或数字电信号数据，并将数据解码以供后续处理，正如本文更详细描述的。图像重构处理器52从DAS48接收数据，并使用本领域中公知的任何重构过程结合如本文描述的衰减补偿来重构图像。可以提供数据存储装置54以存储来自DAS48的数据或重构的图像数据。还可以提供输入装置56以接收用户输入，以及可以提供显示器58以显示重构的图像。操作中，在进行数据收集之前，将如放射性药物物质的放射性同位素(有时称为放射性示踪剂)对患者36给服，并且可以被特定组织或器官结合或摄取。典型的放射性同位素包括多种放射性形式的元素，尽管在SPECT成像中许多典型放射性同位素基于衰变过程中发射伽马辐射的锝(99Tc)的同位素。可以选择性地将多种额外物质与此类同位素组合来靶向身体的特定区域或组织。由NM照相机28和30检测患者体内位置处暂时性存在的放射性同位素发射的伽马辐射。虽然在图1中图示NM照相机28和30为置于患者36上方的平面装置，但是NM照相机28和30也可以设在患者下方36，同时设在患者36上方和下方，设在患者36旁边，以及可以至少部分地包绕着患者36。在一些实施例中的成像系统20可以耦接到更多网络的其中之一以使系统数据能够往返于图像系统20传送以及能够传输和存储图像数据和处理的图像。例如，局域网、广域网、无线网络等可以使图像数据能够存储在放射科信息系统上或医院信息系统上。此类网络连接还使图像数据能够传输到远程后处理系统、医生办公室等。本文描述的多种实施例可以与用于对关注的具体器官(如用于心脏成像和评估)的专用SPECT系统结合使用。这些系统的其中一些表征为以包含关注的器官和/或非平行准直为目标的有限视场(FOV)。此类系统有时称为“移位变异”成像系统。这里，移位变异意味着对物体(例如，点源)的系统响应因物体在FOV中的位置而有所不同。在这些差异中，有系统响应的几何形状、系统灵敏度和从发射物体到系统检测器的衰减路径中的差异。多种实施例可以与如图2和图3所示的不同SPECT成像配置结合来使用。在图2的实施例中，成像系统扫描仪60包括支承双头照相机(以L配置示出)的门架22。该照相机包括两个照相机分段，图示为设在门架22中的NM照相机28和30以获取围绕患者36的约180上的数据。在图示的实施例中，成像系统扫描仪60配置成用于心脏成像，以及本文描述的实施例允许对始发于心脏中和周围的位置处的发射62的散射和衰减进行特征化和校正。一般来说，此类发射将穿越心脏64的至少一些区域以及身体的软组织66，具体为左肺68。应该注意，可以利用安装机构70将伽玛照相机NM和30安装到门架22，安装机构70除了围绕患者36移动外还允许如逼近或远离患者36的枢转移动或平移。图3图示成像扫描仪80的另一个配置，其允许定义多针孔获取系统，多针孔获取系统包括多个模块82，在本实施例中，这些模块82是针孔伽玛照相机模块。模块82围绕患者容积定位并朝向以便收集穿越患者36的类似组织的发射62。应该注意，在针孔获取系统的情况中，模块82的针孔可以调整成使得针孔聚焦在所关注的容积上，并且可以在图像获取期间为静止的，例如，可从GEHealthcare公司可获得的DiscoveryNM530c。还应该注意，可以采用其他类型和配置的照相机，如美国专利号6,242,743中所披露类型的照相机。模块82可以采取如图4和图5所示的不同形式。例如，图4所示的针孔配置包括检测器90，检测器90具有与之组合(例如耦合到检测器90的检测面94)的针孔准直器92。模...