多模态成像装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于对对象内的放射性示踪剂分布进行成像的多模态成像装置。
【背景技术】
[0002]单光子发射计算机断层摄影(SPECT)和正电子发射断层摄影(PET)(独立地或与计算机断层摄影(CT)或磁共振成像(MRI)组合)是用于对人体或其部分进行成像的两种常用技术。尤其是，PET和SPECT允许对人体中的器官或新陈代谢过程进行成像，并且例如由此确定疾病的发展。对此，患者通常被施予放射性示踪剂物质，其发射粒子，即辐射，所述粒子能够被捕获并用作针对成像的基础。另外的应用包括临床前研究，其中，小动物被成像以便确定新型药物或处置方法的效应。也存在医学领域以外的其他成像应用，其依赖于相同的原理。
[0003]针对一些应用，尤其是医学应用，提供患者中的相同感兴趣区域的SPECT图像和PET图像两者，以便利用两者成像模态的优点能够是有利的。尽管利用相同的基础成像方案(探测伽马射线)，然而两种最常用的成像系统SPECT/CT和PET/CT当前通常以不同的机制，前端电子器件和后端处理配置，来提供。这导致针对不同成像系统的更复杂的供应链和可升级性的困难。通常，PET和SPECT系统要求不同的机械结构、不同的数据采集路径和不同的光电探测器或光电探测器的组合，从而导致当组合两种成像模态以便获得用于基于两者成像模态提供图像的多模态成像设备时的较少可能的节约。
[0004]在Mediso的产品手册“AnyScan:TripleModality Molecular Imaging System”，2011年10月中，介绍了一种用于针对癌症、心脏病和神经疾病的早期诊断和处置的AnyScan混合成像系统。所呈现的设备允许借助于组合成像系统来获得患者的SPECT图像和PET图像。所呈现的系统包括两种独立的成像模态，其中，独立的成像模态中的每种使用独立的机架和独立的电子处理器。两种设备能够机械地耦合，以便获得患者的PET图像和SPECT图像。
[0005]然而，这种解决方案的一个缺点在于，其需要两个独立的机架，即相当复杂且昂贵的机械结构，并且基本上包括并排放置的两个独立的成像设备。此外，为了获得一个特定感兴趣区的PET图像和SPECT图像，患者必须相对于两个机架移动，因为两个设备中的每个聚焦独立的感兴趣区域，这在需要精确定位或PET和SPECT信息的组合时可能导致更多困难。
[0006]在US 6448559 BI中，公开了一种用于多模态扫描器的探测器组件。所述组件包括用于探测低能伽马辐射及X射线的第一层和用于探测高能伽马辐射的第二层。第一层对高能伽马辐射是大致透明的。第二层可以有利地提供高能辐射的相互作用深度的测量。探测器组件有利地被并入在多模态PET/SPECT/CT扫描器中，从而允许利用相同的探测几何结构的同时透射和发射成像。
[0007]在WO02/079802 A2中，描述了用于具有个体可旋转探测器模块和/或个体可移动探测器模块的正电子发射断层摄影相机的系统和方法。此外，公开了多个个体可移动屏蔽段。
[0008]在US 2008/111081 Al中，呈现了一种用于非完全正电子发射断层摄影的成像系统和方法。该系统包括用于探测煙灭光子的PET子系统和用于探测相关联的伽马的SPECT子系统。这两种子系统由三重符合电路连接。
【发明内容】
[0009]因此，本发明的目的是提供一种用于对对象内的放射性示踪剂分布进行成像的改进的多模态成像装置，其克服了当前多模态成像设备的缺点。另外的目的是提供基于在更宽的能量范围内的发射的辐射(尤其是伽马辐射或伽马量子)来获得图像，并且避免利用两个独立的成像系统从而导致复杂的机械结构和较高的成本的可能性。
[0010]在本发明的方面中，呈现了一种用于对对象内的放射性示踪剂分布进行成像的多模态成像装置，所述过程引起伽马量子的发射，所述装置包括:闪烁体，其包括闪烁体元件，所述闪烁体元件用于捕获由放射性示踪剂生成的入射伽马量子，并且用于响应于所述捕获的伽马量子发射闪烁光子;光电探测器，其包括光敏元件，所述光敏元件用于捕获所发射的闪烁光子，并且用于确定所述闪烁光子的空间分布；以及读取电子器件，其用于基于所述闪烁光子的所述空间分布，来确定入射伽马量子在所述闪烁体中的撞击位置和/或指示所述伽马量子在所述对象中的发射点的参数，其中，所述成像装置被配置为在用于探测低能伽马量子的第一操作模式与用于探测高能伽马量子的第二操作模式之间切换，其中，所述高能伽马量子具有比所述低能伽马量子更高的能量;并且所述闪烁体被布置为在所述第一操作模式中和在所述第二操作模式中捕获来自相同的感兴趣区的入射伽马量子，而不需要所述对象对所述闪烁体的相对移动;其中，所述闪烁体包括闪烁体元件的阵列，所述阵列包括第一区域和第二区域，所述第一区域具有用于捕获高能伽马量子的高能闪烁体元件，所述第二区域具有用于捕获低能伽马量子的低能闪烁体元件;和/或所述装置还包括定位机构，所述定位机构用于改变所述闪烁体元件的取向和/或位置，尤其是用于将所述闪烁体元件倾斜，以将所述成像装置在所述第一操作模式与所述第二操作模式之间切换。
[0011]所呈现的多模态成像装置允许对引起伽马量子，即伽马射线或高能光子(有时也被称为伽马粒子)的发射的过程进行成像，并且因此对对象内的放射性示踪剂分布进行成像。这些伽马量子可以由正电子发射放射性核(诸如用于PET成像)来间接发射，或者由直接发射光子的放射性核(诸如用于SPECT成像)来发射。这种放射性核(也被称为放射性示踪剂)可以例如以示踪剂物质的形式被施予患者。该示踪剂物质通常也包括其他元素并且可以形成与患者中的新陈代谢过程相互作用的化学复合物。然后，可以通过评估由示踪剂发射的伽马量子来对示踪剂物质的位置或者在特定器官中的浓度进行成像。
[0012]根据本发明的成像装置也可以与允许(同时)对对象的解剖信息进行成像的CT或MRI成像系统集成。然后，解剖图像能够与对象中的过程的所采集的图像组合，以便向医师提供有意义的信息。
[0013]所发射的伽马量子借助于闪烁体被捕获，所述闪烁体包括闪烁材料，即响应于所捕获的伽马量子发射闪烁光子的材料。提供了被耦合到该闪烁体的光电探测器，尤其是闪烁光子计数光电探测器，其允许捕获所发射的闪烁光子并且根据其确定闪烁光子的空间分布，例如米取电荷分布的形式。因此，电荷分布基本对应于闪烁光子在光敏元件的二维阵列上的空间分布的表示。本文的光敏元件尤其指的是不同类型的光电二极管，诸如数字或模拟硅光电倍增器(SiPM)。根据本发明，光电探测器优选地能够实施具有高动态范围的闪烁光子计数方法，从而允许对不同能量的闪烁光子的探测。尤其是，光电探测器具有允许其被耦合到不同类型的闪烁体并且提供与SPECT和PET成像两者兼容的光产出输出的动态范围。
[0014]闪烁光子的空间分布由读取电子器件读取，所述读取电子器件一方面允许确定由装置中的闪烁光子的发射引起的入射伽马量子的撞击位置和/或另一方面确定指示伽马量子在对象中的原始发射点的参数。基于闪烁体中的多个撞击位置和/或伽马射线在对象中的多个发射点，能够生成表示示踪剂物质的积累，并且尤其是具有较高或较低量的示踪剂物质沉积或新陈代谢的区域的图像。因此，所生成的图像可以包括图像序列(即移动的图像或视频)以及固定的图像。根据本发明，成像装置可以在允许探测低能伽马量子的第一操作模式与允许探测高能伽马量子的第二操作模式之间切换。
[0015]因此尤其有利的是，仅一个读取电子器件，即公共数据采集被用于探测低能伽马量子和高能伽马量子。因此，低能伽马量子尤其指的是具有大约70-250keV的能量的伽马射线，例如，使用铊-201、锝-99m、碘-123或铟-111放射性同位素在SPECT成像程流程发射的。因此高能伽马量子可以尤其指的是在如临床PET扫描中使用的放射性物质(如利用氟-18标记的氟脱氧葡萄糖(FDG))的电子-正电子衰变之后所发射的511keV伽马光子。此外，本发明允许捕获低能伽马量子和高能伽马量子而不需要患者相对于闪烁体被移动。因此，在生成多模态图像的同时患者可以保持在相同的位置。例如，可以在不需要移动患者的情况下生成来自基本相同的感兴趣区的PET图像和SPECT图像。
[0016]所提出的装置还可以使用能够支持不同光子计数探测器的公共电子架构，所述光子计数探测器具有不同的功率电流和电压要求，同时与单个机械结构兼容。
[0017]在根据本发明的多模态成像装置的优选实施例中，低能伽马量子和高能伽马量子两者的能量在于70keV与600keV之间(或通过在同时或以分阶段方式被施予患者的一种或多种医药复合物中组合的射性核的组合)。本发明的一个优点在于，不仅能够捕获小能量范围中的伽马量子，而且更高的范围是可能的。因此，根据本发明的成像装置可以允许例如对象中的相同感兴趣区的SPECT和PET图像的同时或序列生成。
[0018]在另一实施例中，多模态成像装置还包括公共机架，所述公共机架用于在所述第一操作模式中和在所述第二操作模式中支撑所述闪烁体和所述光电探测器。与先前的解决方案或系统相反，本发明允许通过使用单个，即公共的机架来节约成本，先前的解决方案或系统通常利用两个独立的机架和两个独立的读取电子器件，来生成对象中的一方面引起低能伽马量子的发射(如在SPECT成像中)并且另一方面高能伽马量子的发射(如在PET成像中)的过程的图像。根据本发明的另外实施例，还能够例如通过使用一个处理器(读取电子器件)而不是两个独立的处理器来处理针对低能信号和高能信号两者的信号，来减少电子器件的量。通过利用公共机架，本发明允许在不需要相对于机架移动对象的情况下对(对象中的)相同的感兴趣区进行成像。这允许有效地使用两种不同的成像模态来提供对象中的单个感兴趣区的图像并且具有不需要移动对象的优点。移动所述对象能够对被成像的过程或器官有影响并且能够使得难以从(在时空上)完全相同的感兴趣区获得PET和SPECT图像。
[0019]根据本发明的另一个实施例，多模态成像装置还包括准直器，所述准直器用于在所述第一操作模式中基于入射角来对所述入射伽马量子进行滤波。这样的准直器通常指的是用于窄化伽马量子(或其他粒子)的射束的设备，并且可以例如包括诸如铅、钼、钨或贫化铀的非透明屏蔽材料的块体，所述块体包括多个适当对齐的孔洞。准直器中也可以包括这样的非透明材料的折叠片的布置。本文的窄化意指将不同伽马量子的运动的方向对齐。准直器的主要效应是对在某些角度下从放射性同位素发射的量子的选择。因此使得能够通过对平行孔或针孔的使用来成像，类似于光学成像中的透镜或针孔的使用。在本发明中利用准直器的另一个优点在于，其允许滤除没有在期望方向上行进，即不是源自于感兴趣区的伽马量子，尤其是伽马射线。因此，入射伽马量子能够在其下