心脏静息和应激成像中的心脏分割

摘要

对静息的患者(14)注射第一同位素示踪剂。在第一吸收时期之后，对患者给予应激并注射第二同位素示踪剂。在第二同位素示踪剂吸收时期之后，由数据采集设备(16)同时探测第一和第二同位素成像数据。将第一和第二同位素成像数据重建成第一或静息状态图像、第二或应激状态图像以及任选地组合的第一和第二同位素图像。分割具有较好的图像统计的图像，以生成分割参数，该分割参数应用于第一或静息状态图像和第二或应激状态图像这两者。以该方式，图像统计对于准确分割而言可能太弱的图像通过生成两个固有对准的图像并将相同的分割参数应用于这两者而被准确地分割。

说明书

本申请涉及双同位素和/或双示踪剂成像。本申请特别地与心脏的双同 位素SPECT成像协力应用并特别参考该成像而进行描述。然而，将意识到， 本概念还可应用于其他成像模态和解剖的其他部分的成像。

典型地在独立的SPECT图像采集步骤中获取心脏静息和应激图像。通 过典型地在心脏图像的自动分割之后比较两个图像而执行诊断。

基于锝(Tc)的示踪剂具有良好的图像统计，并且，可针对分割操作 而进行修正。在一个协议中，在静息状态和应激状态之一生成Tc图像，并 且，在另一状态生成第二Tc图像。然而，由于Tc相对缓慢地被洗掉，因 而在静息和应激成像会话之间典型地等待4或更多个小时。这不仅使患者 周转量减慢，而且还造成应激图像和静息图像对准问题。

在另一个协议中，在静息状态下生成铊(Tl)图像，该图像随后是应激 状态下的锝(Tc)图像。这具有这样的缺点：执行各自为15-25分钟数量级 的两次扫描，从而减少患者周转量。此外，Tl图像具有较低的统计，使得 分割难以进行且潜在地不准确，这可能对图像解译具有不良影响。

在另一个协议中，首先生成Tc图像，随后是Tl图像。该协议具有与首 先生成Tl图像且随后是Tc图像的协议相似的缺陷。另外，由于Tc被缓慢 地洗掉，因而在Tl数据采集期间，在患者中仍然存在着残留的Tc。具有较 高能量的Tc在散射时释放一部分能量。这提高了Tc向下散射至与Tl相同 的能量而使得两者难以区分的可能性。

本申请预期一种克服上面提到的问题及其他的新的且改进的系统和方 法。

根据一个方面，提供一种诊断成像的方法。从由第一状态下的受试者 吸收的第一同位素示踪剂和由第二状态下的受试者吸收的第二同位素示踪 剂同时采集第一和第二同位素成像数据。重建所采集的同位素成像数据， 以从第一同位素成像数据生成第一状态图像并从第二同位素成像数据生成 第二状态图像。基于具有较好的图像统计的第一和第二状态图像之一或组 合的第一和第二同位素图像而分割第一和第二状态图像这两者。同时显示 经分割的第一和第二状态图像。

根据另一个方面，提供一种计算机可读介质，该介质携带用于控制计 算机执行以下步骤的软件。将同时采集的第一同位素成像数据和第二同位 素成像数据相应地重建成第一同位素图像和第二同位素图像，该第一同位 素图像描绘注射至受试者中的第一同位素示踪剂的吸收，该第二同位素图 像描绘在注射第一同位素示踪剂后的第一同位素示踪剂吸收时期之后注射 至受试者中的第二同位素示踪剂的吸收，第二同位素示踪剂吸收时期在同 时采集第一和第二同位素成像数据之前。分割第一和第二同位素图像中具 有较好的图像统计的一个或从第一和第二同位素成像数据这两者重建的图 像，以生成分割参数。将分割参数应用于第一同位素图像和第二同位素图 像中的每个。

根据另一个方面，提供一种诊断成像系统。重建处理器将同时采集的 第一同位素成像数据重建成第一同位素图像并将第二同位素成像数据重建 成第二同位素图像，该第一同位素图像描绘注射至受试者中的第一同位素 示踪剂的吸收，该第二同位素图像描绘在注射第一同位素示踪剂后的第一 同位素示踪剂吸收时期之后注射至受试者中的第二同位素示踪剂的吸收， 第二同位素示踪剂吸收时期在同时采集第一和第二同位素成像数据之前。 分割处理器分割第一和第二同位素图像中具有较好的图像统计的一个或从 第一和第二同位素成像数据这两者重建的图像，以生成分割参数。图像调 整处理器将分割参数应用于第一同位素图像和第二图像中的每个，以生成 经分割的第一同位素图像和经分割的第二同位素图像。显示器同时显示经 分割的第一同位素和经分割的第二同位素图像。

一个优点在于来自不同的同位素/示踪剂的数据的固有的对准。

另一个优点在于改进的患者周转量。

在阅读并理解下列详细描述的基础上，更进一步的优点和益处对本领 域中普通技术人员变得显而易见。

本创新可以采取各种部件和部件布置的形式，并且，可以采取各种步 骤和步骤安排的形式。附图仅出于图示优选实施例的目的，并不被解释为 限制本发明。

图1是根据本概念的诊断成像系统的示意性图示；以及

图2图示使用方法。

参考图1，诸如SPECT成像系统的诊断成像装置10具有配置为容纳将 被成像的受试者14的一部分的成像区域12。成像数据采集设备16安装在 扫描架上，以采集同位素成像数据。在所图示的实施例中，诊断成像系统 是SPECT系统，其中，成像数据采集设备包括安装至扫描架18以便围绕 受试者14旋转的一个或多个SPECT或核摄像机16。还预期其他成像系统， 例如PET、组合的PET或SPECT CT、组合的PET或SPECT MR等。

参考图2，在用于通过对心肌中的缺血区域进行可视化而检测冠状动脉 疾病(CAD)的心肌灌注成像(MPI)实施例中，对静息的受试者注射20Tc 同位素示踪剂。如下面所讨论的，还预期其他同位素。在静息或第一同位 素吸收持续时间，例如30-60分钟，患者仍然静息22。然后，对受试者给 予应激24，并且，注射26Tl同位素示踪剂。如下面所讨论的，第二示踪剂 可以包括其他同位素。在等待28典型地为15-30分钟的应激或第二同位素 吸收持续时间之后，扫描器10开始同时从两种同位素采集成像数据30。

同时采集的第一和第二同位素成像数据以及任选的门控信息存储在成 像数据缓冲器40中。校正处理器42执行校正步骤43，以任选地校正衰减、 散射、空间分辨率、交叉污染等中的一个或多个。任选地，心脏或生理门 控处理器算法程序或其他手段44通过受试者的心脏或生理相位而对数据进 行门控或分类45。能量鉴别器46执行能量加窗操作48，以分离与多个能 量窗对应的成像数据。也可以使用其他能量窗来测量受试者的衰减特性、 测量背景散射等。能量窗数据存储在独立的能量窗存储器中。

一个或多个重建处理器56从一个或多个能量窗存储器重建58成像数 据。所得的重建图像相应地存储在第一图像/同位素存储器60₁、第二图像/ 同位素存储器60₂以及组合的同位素图像存储器60_C中。重建处理器能够执 行衰减、散射以及准直器响应校正。在一个实施例中，同步地重建来自多 个或所有能量窗的数据，从而固有地执行衰减、散射以及准直器响应校正。 在另一个实施例中，在执行衰减、散射以及准直器响应校正的单独的步骤 中迭代地从能量的同位素特定子集重建每个同位素图像。在又一个实施例 中，在能量窗的同位素特定子集上针对每个同位素的图像而在单独的步骤 中执行重建。

一个或多个处理器70包括用于在重建的图像中找到74受试者的心脏 的心脏寻找处理器、算法、程序或其他手段72。处理器70在具有最好的统 计的图像上操作。当第一和第二同位素是Tc和Tl时，Tc典型地具有最佳 统计。在生成组合的图像的备选实施例中，处理器70能够在组合的图像上 操作。由于同时采集所有同位素的数据，因而所有图像固有对准、共同缩 放等。重定向处理器、程序、算法或其他手段76根据具有最佳噪声统计的 图像计算重定向参数78，该参数将心脏的主轴重定向成与预选的方向或轴 对准。例如，左心室定向为垂直轴。处理器70还包括分割82具有最佳噪 声统计的重定向心脏图像的处理器、程序、算法或其他手段80。一个或多 个图像调整处理器、算法、程序或其他手段84将分割参数、重定向参数等 应用86于Tc和Tl图像中的每个，以生成经对准并共同分割的Tc和Tl图 像，该Tc和Tl图像相应地存储在第一图像存储器88₁和第二图像存储器88₂中。

更具体地说，能够自动地、手动地或利用两者的组合来分割具有最佳 噪声统计的图像。在分割期间，对与诸如心脏、左心室、主动脉、肝脏等 的所选择的结构对应的图像的区域进行分割，例如对其描画轮廓，以定义 与每个心脏的生理结构或区域对应的图像的区域。一旦分割了具有最佳噪 声统计的图像，其分割参数，例如所定义的区域，就叠加在(一个或多个) 其他图像上或要不然就应用于(一个或多个)其他图像以将其分割。以该 方式，执行一次分割过程，并且，将分割参数应用于所有对应的图像。

监视器90同时显示经对准并共同分割的Tc和Tl或其他第一和第二同 位素图像。任选地，重叠处理器92将经分割的Tc和Tl图像重叠94，从而 监视器90例如以不同的颜色编码同时显示96叠加的两个图像。

如果在门控模式下采集数据，那么，在具有最佳图像统计的同位素成 像数据或组合的数据上执行门控重建。在门控模式下，根据心脏相位或生 理运动位置而分离所采集的数据。例如，心脏周期能够分成10个相位。能 够重建来自每个相位的数据，并且，对其进行衰减、散射、准直器响应校 正，以生成对应的心脏相位中的心脏的图像。由于在每个相位中仅有一部 分数据，因而放大了上面所讨论的关于具有较差的噪声统计的同位素或能 级的分割问题。再次分割具有最佳噪声统计的所选择的相位图像或来自组 合的数据的所选择的相位图像，并且，将分割参数应用于来自(一个或多 个)其他同位素的(一个或多个)所选择的相位图像。

处理器70还包括估计门控相位中的移动或位置变化的运动估计器处理 器、程序、算法或其他手段100。运动校正处理器、程序、算法或其他手段 102生成运动校正参数，该运动校正参数在图像调整过程86中使用，以同 时在第一和第二同位素图像上执行运动校正操作104，或者，能够反馈至重 建处理器56，以利用针对固有的运动校正的运动参数来重新执行重建。运 动估计参数例如能够用于创建空间变换，以将图像从一个心脏或生理相位 变换成另一个。例如，能够将呼吸门控图像空间地变换成呼气末相位。根 据具有最佳噪声统计的图像或每个相位中的组合的图像而确定运动校正参 数。然后，将例如空间变换的运动校正参数应用于相同相位中的(一个或 多个)其他同位素图像。一旦变换给定相位的相位图像，就将给定同位素 的所有相位图像变换成相同相位并进行组合。还能够将运动参数反馈至重 建处理器，以在重建期间固有地校正运动。

尽管在图2中示出为在定向心脏之后进行运动校正，但将意识到，能 够在过程中的其他点、尤其是较早的点，执行运动校正。以该方式，来自 具有良好的噪声统计的单独的或组合的图像窗的门控同位素数据用于对来 自对于门控和运动校正而言统计太弱的同位素的图像数据进行门控和运动 校正。还能够在重建期间执行门控和运动校正。

运动估计或空间校正变换还能够用于将分割参数或定义的区域从一个 相位变换成另一个。以该方式，能够分割根据具有最佳噪声统计的(一个 或多个)能量窗重建的相位图像，并且，能够将分割参数变换并应用于来 自相同的同位素的其他相位图像和其他同位素的其他相位图像。

尽管单个处理器70被图示为执行若干个功能或过程，但将意识到，每 个功能或过程都能够由专用的处理器、ASIC等执行。此外，能够以各种方 式以及在多个处理器间的组合中共享功能或过程。

在另一个实施例中，Tl-201用于静息灌注，静息灌注随后是应激研究 的Tc-99m。在另一个实施例中，Tc-99m静息灌注研究随后是Tl-201应激 研究。在另一个实施例中，Tc-99m用于灌注，并且，I-123-BMIPP用于代 谢测量，均在静息的情况下进行，以得到关于慢性缺血或心肌梗死和组织 存活的信息。在另一个实施例中，基于Tc-99m的应激灌注测试之后的较短 时间(例如，小于4小时)内进行将用于重新分配的Tc-99m重新注射和用 于缺血存储测量的I-123-BMIPP组合的静息研究。在另一个实施例中，用 于确定灌注缺陷的Tc-99m-ECDG应激测量之后的较短时间内进行对缺血 存储的I-123-BMIPP静息测量。在另一个实施例中，进行Tc-99m灌注和 I-123-MIBG合成支配测量的结合。这些技术不限于心脏SPECT。它们能够 应用于将执行分割或运动校正的任何多种同位素SPECT成像协议/应用以 及PET、功能MRI和其他“成像”模态。

已参考优选实施例描述本发明。在阅读并理解先前的详细描述的基础 上，其他人可以进行修改和变更。其意在将本发明解释为包括所有这样的 修改和变更，只要它们进入所附权利要求书或其等同物的范围内。