多模態(tài)成像裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于對對象內(nèi)的放射性示蹤劑分布進行成像的多模態(tài)成像裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]單光子發(fā)射計算機斷層攝影(SPECT)和正電子發(fā)射斷層攝影(PET)(獨立地或與計算機斷層攝影(CT)或磁共振成像(MRI)組合)是用于對人體或其部分進行成像的兩種常用技術(shù)。尤其是，PET和SPECT允許對人體中的器官或新陳代謝過程進行成像，并且例如由此確定疾病的發(fā)展。對此，患者通常被施予放射性示蹤劑物質(zhì)，其發(fā)射粒子，即輻射，所述粒子能夠被捕獲并用作針對成像的基礎(chǔ)。另外的應(yīng)用包括臨床前研究，其中，小動物被成像以便確定新型藥物或處置方法的效應(yīng)。也存在醫(yī)學領(lǐng)域以外的其他成像應(yīng)用，其依賴于相同的原理。
[0003]針對一些應(yīng)用，尤其是醫(yī)學應(yīng)用，提供患者中的相同感興趣區(qū)域的SPECT圖像和PET圖像兩者，以便利用兩者成像模態(tài)的優(yōu)點能夠是有利的。盡管利用相同的基礎(chǔ)成像方案(探測伽馬射線)，然而兩種最常用的成像系統(tǒng)SPECT/CT和PET/CT當前通常以不同的機制，前端電子器件和后端處理配置，來提供。這導致針對不同成像系統(tǒng)的更復雜的供應(yīng)鏈和可升級性的困難。通常，PET和SPECT系統(tǒng)要求不同的機械結(jié)構(gòu)、不同的數(shù)據(jù)采集路徑和不同的光電探測器或光電探測器的組合，從而導致當組合兩種成像模態(tài)以便獲得用于基于兩者成像模態(tài)提供圖像的多模態(tài)成像設(shè)備時的較少可能的節(jié)約。
[0004]在Mediso的產(chǎn)品手冊“AnyScan:TripleModality Molecular Imaging System”，2011年10月中，介紹了一種用于針對癌癥、心臟病和神經(jīng)疾病的早期診斷和處置的AnyScan混合成像系統(tǒng)。所呈現(xiàn)的設(shè)備允許借助于組合成像系統(tǒng)來獲得患者的SPECT圖像和PET圖像。所呈現(xiàn)的系統(tǒng)包括兩種獨立的成像模態(tài)，其中，獨立的成像模態(tài)中的每種使用獨立的機架和獨立的電子處理器。兩種設(shè)備能夠機械地耦合，以便獲得患者的PET圖像和SPECT圖像。
[0005]然而，這種解決方案的一個缺點在于，其需要兩個獨立的機架，即相當復雜且昂貴的機械結(jié)構(gòu)，并且基本上包括并排放置的兩個獨立的成像設(shè)備。此外，為了獲得一個特定感興趣區(qū)的PET圖像和SPECT圖像，患者必須相對于兩個機架移動，因為兩個設(shè)備中的每個聚焦獨立的感興趣區(qū)域，這在需要精確定位或PET和SPECT信息的組合時可能導致更多困難。
[0006]在US 6448559 BI中，公開了一種用于多模態(tài)掃描器的探測器組件。所述組件包括用于探測低能伽馬輻射及X射線的第一層和用于探測高能伽馬輻射的第二層。第一層對高能伽馬輻射是大致透明的。第二層可以有利地提供高能輻射的相互作用深度的測量。探測器組件有利地被并入在多模態(tài)PET/SPECT/CT掃描器中，從而允許利用相同的探測幾何結(jié)構(gòu)的同時透射和發(fā)射成像。
[0007]在WO02/079802 A2中，描述了用于具有個體可旋轉(zhuǎn)探測器模塊和/或個體可移動探測器模塊的正電子發(fā)射斷層攝影相機的系統(tǒng)和方法。此外，公開了多個個體可移動屏蔽段。
[0008]在US 2008/111081 Al中，呈現(xiàn)了一種用于非完全正電子發(fā)射斷層攝影的成像系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括用于探測煙滅光子的PET子系統(tǒng)和用于探測相關(guān)聯(lián)的伽馬的SPECT子系統(tǒng)。這兩種子系統(tǒng)由三重符合電路連接。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于對對象內(nèi)的放射性示蹤劑分布進行成像的改進的多模態(tài)成像裝置，其克服了當前多模態(tài)成像設(shè)備的缺點。另外的目的是提供基于在更寬的能量范圍內(nèi)的發(fā)射的輻射(尤其是伽馬輻射或伽馬量子)來獲得圖像，并且避免利用兩個獨立的成像系統(tǒng)從而導致復雜的機械結(jié)構(gòu)和較高的成本的可能性。
[0010]在本發(fā)明的方面中，呈現(xiàn)了一種用于對對象內(nèi)的放射性示蹤劑分布進行成像的多模態(tài)成像裝置，所述過程引起伽馬量子的發(fā)射，所述裝置包括:閃爍體，其包括閃爍體元件，所述閃爍體元件用于捕獲由放射性示蹤劑生成的入射伽馬量子，并且用于響應(yīng)于所述捕獲的伽馬量子發(fā)射閃爍光子;光電探測器，其包括光敏元件，所述光敏元件用于捕獲所發(fā)射的閃爍光子，并且用于確定所述閃爍光子的空間分布；以及讀取電子器件，其用于基于所述閃爍光子的所述空間分布，來確定入射伽馬量子在所述閃爍體中的撞擊位置和/或指示所述伽馬量子在所述對象中的發(fā)射點的參數(shù)，其中，所述成像裝置被配置為在用于探測低能伽馬量子的第一操作模式與用于探測高能伽馬量子的第二操作模式之間切換，其中，所述高能伽馬量子具有比所述低能伽馬量子更高的能量;并且所述閃爍體被布置為在所述第一操作模式中和在所述第二操作模式中捕獲來自相同的感興趣區(qū)的入射伽馬量子，而不需要所述對象對所述閃爍體的相對移動;其中，所述閃爍體包括閃爍體元件的陣列，所述陣列包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述第一區(qū)域具有用于捕獲高能伽馬量子的高能閃爍體元件，所述第二區(qū)域具有用于捕獲低能伽馬量子的低能閃爍體元件;和/或所述裝置還包括定位機構(gòu)，所述定位機構(gòu)用于改變所述閃爍體元件的取向和/或位置，尤其是用于將所述閃爍體元件傾斜，以將所述成像裝置在所述第一操作模式與所述第二操作模式之間切換。
[0011]所呈現(xiàn)的多模態(tài)成像裝置允許對引起伽馬量子，即伽馬射線或高能光子(有時也被稱為伽馬粒子)的發(fā)射的過程進行成像，并且因此對對象內(nèi)的放射性示蹤劑分布進行成像。這些伽馬量子可以由正電子發(fā)射放射性核(諸如用于PET成像)來間接發(fā)射，或者由直接發(fā)射光子的放射性核(諸如用于SPECT成像)來發(fā)射。這種放射性核(也被稱為放射性示蹤劑)可以例如以示蹤劑物質(zhì)的形式被施予患者。該示蹤劑物質(zhì)通常也包括其他元素并且可以形成與患者中的新陳代謝過程相互作用的化學復合物。然后，可以通過評估由示蹤劑發(fā)射的伽馬量子來對示蹤劑物質(zhì)的位置或者在特定器官中的濃度進行成像。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的成像裝置也可以與允許(同時)對對象的解剖信息進行成像的CT或MRI成像系統(tǒng)集成。然后，解剖圖像能夠與對象中的過程的所采集的圖像組合，以便向醫(yī)師提供有意義的信息。
[0013]所發(fā)射的伽馬量子借助于閃爍體被捕獲，所述閃爍體包括閃爍材料，即響應(yīng)于所捕獲的伽馬量子發(fā)射閃爍光子的材料。提供了被耦合到該閃爍體的光電探測器，尤其是閃爍光子計數(shù)光電探測器，其允許捕獲所發(fā)射的閃爍光子并且根據(jù)其確定閃爍光子的空間分布，例如米取電荷分布的形式。因此，電荷分布基本對應(yīng)于閃爍光子在光敏元件的二維陣列上的空間分布的表示。本文的光敏元件尤其指的是不同類型的光電二極管，諸如數(shù)字或模擬硅光電倍增器(SiPM)。根據(jù)本發(fā)明，光電探測器優(yōu)選地能夠?qū)嵤┚哂懈邉討B(tài)范圍的閃爍光子計數(shù)方法，從而允許對不同能量的閃爍光子的探測。尤其是，光電探測器具有允許其被耦合到不同類型的閃爍體并且提供與SPECT和PET成像兩者兼容的光產(chǎn)出輸出的動態(tài)范圍。
[0014]閃爍光子的空間分布由讀取電子器件讀取，所述讀取電子器件一方面允許確定由裝置中的閃爍光子的發(fā)射引起的入射伽馬量子的撞擊位置和/或另一方面確定指示伽馬量子在對象中的原始發(fā)射點的參數(shù)?；陂W爍體中的多個撞擊位置和/或伽馬射線在對象中的多個發(fā)射點，能夠生成表示示蹤劑物質(zhì)的積累，并且尤其是具有較高或較低量的示蹤劑物質(zhì)沉積或新陳代謝的區(qū)域的圖像。因此，所生成的圖像可以包括圖像序列(即移動的圖像或視頻)以及固定的圖像。根據(jù)本發(fā)明，成像裝置可以在允許探測低能伽馬量子的第一操作模式與允許探測高能伽馬量子的第二操作模式之間切換。
[0015]因此尤其有利的是，僅一個讀取電子器件，即公共數(shù)據(jù)采集被用于探測低能伽馬量子和高能伽馬量子。因此，低能伽馬量子尤其指的是具有大約70-250keV的能量的伽馬射線，例如，使用鉈-201、锝-99m、碘-123或銦-111放射性同位素在SPECT成像程流程發(fā)射的。因此高能伽馬量子可以尤其指的是在如臨床PET掃描中使用的放射性物質(zhì)(如利用氟-18標記的氟脫氧葡萄糖(FDG))的電子-正電子衰變之后所發(fā)射的511keV伽馬光子。此外，本發(fā)明允許捕獲低能伽馬量子和高能伽馬量子而不需要患者相對于閃爍體被移動。因此，在生成多模態(tài)圖像的同時患者可以保持在相同的位置。例如，可以在不需要移動患者的情況下生成來自基本相同的感興趣區(qū)的PET圖像和SPECT圖像。
[0016]所提出的裝置還可以使用能夠支持不同光子計數(shù)探測器的公共電子架構(gòu)，所述光子計數(shù)探測器具有不同的功率電流和電壓要求，同時與單個機械結(jié)構(gòu)兼容。
[0017]在根據(jù)本發(fā)明的多模態(tài)成像裝置的優(yōu)選實施例中，低能伽馬量子和高能伽馬量子兩者的能量在于70keV與600keV之間(或通過在同時或以分階段方式被施予患者的一種或多種醫(yī)藥復合物中組合的射性核的組合)。本發(fā)明的一個優(yōu)點在于，不僅能夠捕獲小能量范圍中的伽馬量子，而且更高的范圍是可能的。因此，根據(jù)本發(fā)明的成像裝置可以允許例如對象中的相同感興趣區(qū)的SPECT和PET圖像的同時或序列生成。
[0018]在另一實施例中，多模態(tài)成像裝置還包括公共機架，所述公共機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撐所述閃爍體和所述光電探測器。與先前的解決方案或系統(tǒng)相反，本發(fā)明允許通過使用單個，即公共的機架來節(jié)約成本，先前的解決方案或系統(tǒng)通常利用兩個獨立的機架和兩個獨立的讀取電子器件，來生成對象中的一方面引起低能伽馬量子的發(fā)射(如在SPECT成像中)并且另一方面高能伽馬量子的發(fā)射(如在PET成像中)的過程的圖像。根據(jù)本發(fā)明的另外實施例，還能夠例如通過使用一個處理器(讀取電子器件)而不是兩個獨立的處理器來處理針對低能信號和高能信號兩者的信號，來減少電子器件的量。通過利用公共機架，本發(fā)明允許在不需要相對于機架移動對象的情況下對(對象中的)相同的感興趣區(qū)進行成像。這允許有效地使用兩種不同的成像模態(tài)來提供對象中的單個感興趣區(qū)的圖像并且具有不需要移動對象的優(yōu)點。移動所述對象能夠?qū)Ρ怀上竦倪^程或器官有影響并且能夠使得難以從(在時空上)完全相同的感興趣區(qū)獲得PET和SPECT圖像。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，多模態(tài)成像裝置還包括準直器，所述準直器用于在所述第一操作模式中基于入射角來對所述入射伽馬量子進行濾波。這樣的準直器通常指的是用于窄化伽馬量子(或其他粒子)的射束的設(shè)備，并且可以例如包括諸如鉛、鉬、鎢或貧化鈾的非透明屏蔽材料的塊體，所述塊體包括多個適當對齊的孔洞。準直器中也可以包括這樣的非透明材料的折疊片的布置。本文的窄化意指將不同伽馬量子的運動的方向?qū)R。準直器的主要效應(yīng)是對在某些角度下從放射性同位素發(fā)射的量子的選擇。因此使得能夠通過對平行孔或針孔的使用來成像，類似于光學成像中的透鏡或針孔的使用。在本發(fā)明中利用準直器的另一個優(yōu)點在于，其允許濾除沒有在期望方向上行進，即不是源自于感興趣區(qū)的伽馬量子，尤其是伽馬射線。因此，入射伽馬量子能夠在其下