利用两个共配准的相对的伽马成像头系统的高分辨率单光子平面和SPECT成像脑和颈部

摘要

一种小型、移动式、专用SPECT脑成像器，其可以容易地被移动到患者以提供原位成像，尤其当患者不能被移动到核医学成像中心时。由于单光子标记生物标记的普遍可用性，SPECT脑成像器可以用于许多地点，包括远离医疗中心的远程地点。该SPECT成像器用大视场改善了来自患者的头部和颈部区域的伽马发射的检测。两个相同的轻质伽马成像检测器头被安装到旋转台架并且成180度彼此机械地被共配准。唯一成像算法组合来自检测器头的共配准图像并且提供被成像对的若干SPECT断层摄影重建，由此改善诊断质量，尤其在同时需要更高空间分辨率和灵敏度的成像的情况下。

说明书

受能源部的管理和运营合同第DE-AC05-060R23177号的约束，美国可以享有本 发明的某些权利。

技术领域

本发明涉及SPECT成像，尤其涉及用于成像患者的头部、脑和颈部区域的小型 和移动式高分辨率SPECT成像系统。

背景技术

由于寿命的增加脑疾病在老年人群中变得越来越普遍，并且由于美国和欧洲人 口继续老化，阿耳茨海默氏病、帕金森氏病、其他痴呆和脑癌将增加。在美国大约 有4,000,000人患有阿耳茨海默氏病。仅在美国预计到2050年就有1500万阿耳茨 海默氏病的病例。而且在美国估计有150万人患有帕金森氏病。脑神经病影响1％ 的60岁以上的美国人并且每年有100,000新的病例。脑功能的诊断分析是当前的 成像技术中不能满足需要的领域。医生需要除了解剖学以外的关于脑功能的更具体 和精确的信息以便诊断病情、对症治疗和监测介入和治疗的结果。已开发了可以减 缓疾病的发展的用于阿耳茨海默氏病的有希望的新药物疗法。核医学目前提供若干 分子成像模态来帮助脑功能的评估：正电子发射断层摄影(PET)、单光子发射计算 机断层摄影(SPECT)和平面有限角断层摄影或简单平面单伽马成像。

从脑生物学和包括处理和成像技术的物理学的成像性能的角度来看，由 于若干原因PET是用于分子脑成像任务的首选，原因包括：1)18F-FDG脑 成像已经用作诊断阿耳茨海默氏病的灵敏方法，2)匹兹堡化合物B(PIB)生物 标记有望进一步改善阿耳茨海默氏病的早期诊断，3)用于脑功能成像的许多PET 放射性药物目前在研发中，以在症状出现之前诊断状况，4)由当前的临床PET扫 描器提供的4-5mm分辨率小于由临床SPECT系统提供的分辨率的一半，以及5)PET 技术的物理限制为1-2mm左右，而由于机械准直器的物理限制，在SPECT成像中获 得的典型空间分辨率为大约10mm。然而，在当前PET的可用性和成本是快速普及推 广的障碍，而单光子标记生物标记由于它们的更长半衰期、不需要附近的生产中心 和更低成本而在多数实际情况下可用。

Tc-99m是在核医学中使用的最流行的标记物，具有～140keV的光子(伽马) 发射和具有大约6小时的适宜半衰期。与单光子成像程序相关的主要问题在于来自 Tc-99m的特征伽马辐射在穿过诸如脑的组织时受到显著的吸收。因此对于Tc-99m， 来自远离检测器的头部/颈部的扇区的伽马射线通量和伽马照相机中的相关成像信 号比源自头部的前部中的伽马射线远远更多地被衰减。

使用适当的准直器和屏蔽，可以成像其他单光子标记物的分布，例如I123， In111，Lu177或I131。除了I123(159keV伽马发射)以外，所列出的三个贝塔发 射体用于癌症的辐射治疗中，也被称为短距放射治疗。所以，原则上，所提出的方 法也可以在治疗期间改善脑/颈部中的癌性组织的成像。

可以由SPECT诊断的神经病症包括创伤性脑损伤、阿耳茨海默氏病、注意缺陷 多动症(ADHD)、焦虑症、自闭症、双相障碍、抑郁和强迫症。

所以需要一种能够产生患者的头部、脑和颈部区域的整体的高分辨率图像的移 动式专用SPECT脑成像器。该专用成像器的几何结构将导致减小通常与常规SPECT 成像器相关的、由于伽马射线的衰减而产生的来自远离检测器的扇区的成像信号的 损失。通过使用SPECT成像，脑成像器将利用比相当的PET生物标记成本更低、更 容易获得的半衰期更长的SPECT生物标记。

发明内容

本发明是一种小型、移动式、专用SPECT脑成像器，其可以容易地被移动到患 者以提供原位成像，尤其当患者不能被移动到核医学成像中心时。由于单光子标记 生物标记的普遍可用性，SPECT脑成像器可以用于许多地点，包括远离医疗中心的 远程地点。该SPECT成像器改善了来自患者的头部和颈部区域的伽马发射的检测。 该SPECT成像器使用单伽马成像模态改善了诊断质量，尤其在同时需要更高空间分 辨率和灵敏度的成像的情况下。

目标和优点

使用本发明的高分辨率单光子平面和SPECT脑成像器获得了若干优点，包括：

(1)通过提供安装在旋转台架上并且成180度彼此精确地机械共配准的两个相 同的小型轻质伽马成像检测器头，视场覆盖比常规SPECT脑成像器明显得到改善(大 约20cm×15cm)。所述检测器头被置于患者的两侧并且相对于彼此机械地被固定，患 者的脑或颈部完全由产生的有效视场覆盖包含。

(2)安装在两个伽马照相机上的平行孔准直器被精确地机械对准，对准的精度 由点和线性放射性源验证。

(3)在两个检测器头中单独产生的患者的头部或颈部的被成像区域的两个角投 影的序列将使用步进或连续旋转机械台架获得，并且将其作为投影图像的一个集合 由专门的成像算法进行每个角投影的处理，所述成像算法涉及来自两个成像器的经 预处理的共配准图像的乘法或其他组合处理。

(4)必要时，从单独的检测器头获得的投影图像和组合图像用于获得对象的三 个SPECT断层摄影重建，其中组合图像用作标准集合并且单独的图像提供附加信息。 作为例子，单独的图像包含关于放射性摄取率的线性信息，而组合图像是高度非线 性的。

(5)由两组上述共配准检测器头制造的系统可以在包括用于立体定向显示的平 面模式的若干模式中被使用以提供头部/颈部区域的两个同时互补的动态视图、提 供两个独立的SPECT扫描或利用每一对来提供将被组合以产生断层摄影SPECT图像 的一个组合集合的角视图的一半。

(6)患者可以躺在床上、在椅子中坐直或最佳地坐在椅子中处于椅子中的倚靠 位置以限制患者的头部的运动，同时提供患者舒适性。

(7)患者的头部将被附连到成像床或椅以最小化扫描期间的头部运动，但是不 导致较大的不适。

(8)成像床、椅和/或成像器台架将允许中心成像平面定位在颈部/头部区域的 适当高度以提供感兴趣区域的优化成像。

(9)按照高分辨率成像中的新的成像标准，患者的头部的位置一直由光学监测 系统监测以为扫描期间的头部运动校正SPECT数据。

(10)两个小型检测器头可以利用小型位置敏感PMTs的阵列，而且新型硅光电 倍增器(SiPMTs)使该系统更加紧凑和可能更加稳健。

(11)SiPMTs的实现和提供MRI兼容屏蔽、准直器和对强磁场免疫的其他材料允 许将成像器插入MRI磁体中以获得包括fMRI-SPECT的同时双模态成像，所述同时 双模态成像组合两个功能成像模态以研究脑功能。

通过与参考附图一起阅读以下描述将更好地理解本发明的这些和其他目标和 优点。

附图说明

图1是从患者的头部之上看到的根据本发明的脑成像系统的顶视图，包括用于 确定由每个照相机检测到的伽马射线的数量的公式的几何参数。

图2是根据本发明的基于平板多衬垫光电倍增管的阵列的照相机头构造的例 子。

图3是具有接近90度的相对角的两对小型相对的共配准伽马成像器的顶视图， 检测器头安装在旋转台架的环板上。

图4是显示对于+/-10％能量窗口五个被选择的准直器的测得比较灵敏度的图 形。

图5是显示使用根据本发明的各种准直器的检测器非固有空间分辨率与离检测 器表面的距离的关系的图形。

图6是以病变感兴趣区域(ROI)内每10分钟的计数表示的检测器灵敏度与病 变离检测器的距离(以cm计)的相关性的图形。

图7是由两个相对的照相机单独测量并且来自组合(相乘和求和)图像的8mm 球形病变的病变对比度与检测器头之间的病变的位置的关系的图形。

附图中的附图标记的索引

20 小型相对式头脑成像系统，第一实施例

21 第一检测器或伽马照相机

22 第二检测器或伽马照相机

24 平行孔准直器

26 患者的头部

28 头部/颈部/脑扇区

30 到达检测器的伽马射线的投影管

40 检测器头，优选的实施例

42 平板多衬垫PMT

44 光分散器窗口

46 闪烁阵列

48 窗口

50 反射带

52 死区

60 小型相对式双头成像系统，优选的实施例

62 第一对共配准伽马检测器头

64 第二对共配准伽马检测器头

66 检测器板

68 环板

70 患者的头部

具体实施方式

在常规SPECT成像期间，从不同的检测器头角位置采集图像或投影的序列。成 像头被安装在旋转台架上。患者的头部或颈部的每个扇区从最接近该扇区的方向具 有更好的可见性，离所有方向距离相同的头部或颈部的内扇区除外。来自内扇区的 伽马照相机中的成像信号远远更多地被衰减并且因此那些扇区的图像重建差。

在执行对象的3D断层摄影重建算法之前，通过利用组合来自两个相对的且共 配准的伽马成像头的每个角视图的投影图像的构思，可以在SPECT中获得显著改善。 另外，吸收和空间分辨率影响的计算机建模以及被收集的数据的随后校正将改善被 重建的3D图像的品质。

在本领域的当前状态下，用标准核医学照相机执行患者的闪烁照相或单光子伽 马成像并且对于小特征，例如1cm以下的病变，尤其是远离伽马照相机表面的对象， 它遭受不良灵敏度的影响。导致该不良性能的主要因素是由于扇区或病变与检测器 头之间的大距离而产生的成像期间的不良空间分辨率。因此，用常规大视场(FOV) 照相机完成的患者研究由于目标到准直器距离(TCD)较大而遭受不良灵敏度的影 响。由于分辨率随对象距离而减小，因此TCD成为空间分辨率和因此病变检测灵敏 度的主要因素。小FOV成像头原则上可以很靠近患者的头部被放置以通过最小化TCD 来改善空间分辨率。然而，病变到照相机距离仍然对病变检测具有很大影响，甚至 这些专用设备取决于目标(头部、颈部等)内的病变位置而显示明显的灵敏度变化。 通过包含在患者的头部的相对侧的第二检测器，我们保证最小化所有情况的TCD。

本发明的主题是实质地解决在来自患者的头部/颈部的Tc-99m伽马发射的检测 中的理论上预期的和临床上观察的限制。该限制不利地影响所有单伽马成像模态的 诊断质量，但是尤其在同时需要更高空间分辨率和灵敏度(常常在脑成像期间需要) 的成像的情况下。

本发明的小型、移动式、专用SPECT脑成像器可以被移动到患者(ER，ICU， 医院病床，门诊中心)以提供原位成像，尤其当患者不能被移动到核医学成像中心 时。由于单光子标记生物标记的普遍可用性，与PET相比，SPECT脑成像器可以用 于同样也远离医疗中心的许多地点。根据本发明的高效率、高分辨率(大约5mm) 和经济专用SPECT脑成像器可以对脑疾病或状况(例如创伤)的早期检测和对治疗 计划和监测具有重要影响。更高空间分辨率的成像器由于特定的共配准双头设计而 保持灵敏度。本发明的脑成像器检测更小的异常并且能够比标准单光子成像器更早 和更精确地诊断脑疾病或状况。脑成像器利用高性能分子成像模态与近期引介的生 物标记的结合来改善诸如痴呆的脑疾病的早期诊断。

本发明的脑SPECT成像器包括用于根据成像器模块(一个或两个成像对)的角 覆盖和成像切片的宽度(5-20cm)旋转和可能的平移扫描的专用轻质移动式台架。 脑SPECT成像器可以提供可选的用于高质量的全角度采样的快速连续动态扫描、快 速平面成像、标准成像或有限角SPECT成像。小型几何结构允许成像器和台架接近 患者的头部/颈部定位并且具有改善的分辨率和/或灵敏度。检测器头之间的距离可 以被调节以使不同的情形(例如椅子或床)适应不同尺寸的患者头部。小型几何结 构允许患者具有若干选择的灵活的成像几何结构，包括躺在床上或坐在静止或旋转 的椅子中。包括旋转台架、床和椅子的所有系统构件可以是移动式的，用于容易在 各地点之间转移、储存或容易安装在车辆上。校正扫描期间的头部/颈部运动的头 部/颈部监测系统可以被包括在系统中。具有读出电子设备和控制器的数据处理站 和专用计算机可以被安装在独立的移动式轮式柜中或包含/附连到台架或床或椅 子。

如果在不同的台架上被重新配置并且适配有最佳的准直器，所提出的共配准双 头单光子脑成像器构思原则上也可以用于患者的身体的其他部分，例如肢体、颈部 和甲状腺，甚至乳房。

参考图1，显示了顶视图，解释了本文中使用的近似公式的几何参数以证实通 过使用共配准检测器获得的改善。本发明的脑SPECT成像器20使用标准伽马照相 机根据共配准双侧成像的原理操作。几何结构包括两个相同的伽马照相机21和22， 相同和共线性平行孔准直器24置于患者的头部26的相对侧。在图1中显示了应用 于下文中的方程(1)和(2)中的近似公式的几何参数。具有辐射强度A的头部/颈部/ 脑扇区28处于沿照相机或检测器21的方向测量的头部/颈部表面/皮肤之下的深度 d处。在特定横截面水平的对象厚度为T。由于在优选的布置中平行孔准直器24的 使用，从被选择的头部/颈部/脑扇区28到达两个检测器21和22的伽马射线近似 地被包含在投影管30内，所述投影管垂直于检测器前表面，并且具有对象扇区的 横向尺寸。

如果在头部/脑/颈部区段中的单位时间的总放射性为A，则在两个平面图像的 同时采集之后，由每个照相机21和22从该头部/颈部区段检测到的伽马射线的数 量可以近似表示为：

(1)N₂₁＝ε₂₁tAexp[-μd]      N₂₂＝ε₂₂tAexp[-μ(T-d)]

其中ε₁和ε₂分别是照相机1和2的实际检测效率(包括例如肺、骨等的吸收)，t是以 秒计的采集时间，μ是以cm^-1计的组织的线性衰减系数，d是在头部/颈部的表面之下 并且沿照相机1的表面的方向测量的对象扇区的以cm计的深度，并且T是在相关投 影平面和方向的以cm计的对象厚度。

两个照相机提供头部/脑/颈部扇区的两个互补的投影视图和相应的测得强度 率(activity rate)。两个测得强度率是因衰减和准直因素降低的实际强度率。尽 管对测得强度的准直影响完全与到特定对象扇区的距离无关，但是衰减影响根据特 定头部/脑/颈部扇区离对象表面的距离(距离d)而降低测得信号。然而，如果在 相同时间块中获得的两个共配准图像的像素值在逐像素的基础上被相乘，导致每个 时间块的单一乘积图像，则来自感兴趣的对象区段的乘积图像信号值可以由以下公 式近似表示：

(2)N₂₁N₂₂＝ε₂₁ε₂₂t²A²exp[-μT]

方程(2)显示对象区段深度d的影响从公式被去除，还剩下由在该头部/颈部成 像切片水平的头部/颈部厚度T表示的吸收影响，即，检测灵敏度在整个对象体积 上比当单独被使用时、甚至当被求和时的两个单独的视图中的任何一个远远更均匀 和更高。最佳图像乘法或组合公式应当涉及对象(头部或颈部)的更精确的物理建 模，但是该简化的数学描述显示共配准成像的主要特征和能力。

本发明的脑SPECT成像器通过使用从两个相对(相对于彼此成180度设置)的 伽马成像头获得的动态图像的两个(逐像素)共配准序列来改善脑成像和诊断，以 便最大化头部/脑/颈部的活动性的检测灵敏度的均匀性，例如血流或灌注，或在整 个头部/颈部体积上的头部/脑/颈部的组织中的比摄取的其他原因，并且最小化辐 射吸收影响。

逐像素地执行归一化/图像融合技术以增加在从两个相对的检测器头位置获得 的两个视图或图像中显示的任何对象区域的信号。检测器头将典型地被安装在旋转 台架上以获得在180-360度上的头部和/或颈部的角视图的完整集合，从而随后产 生对象的3D断层摄影重建。

为了获得所需的精确的和唯一的一对一检测器像素对应性，两个检测器头位置 被以优于1mm地几何地对准。不同的公式可以用于来自两个照相机的逐像素组合角 视图。关键是最高效地组合来自双侧成像的图像。除了求和和相乘图像以外，其他 更多的复杂选择可以包括在组合两个相应的像素值之前加权它们的值，甚至用吸收 和分辨率回归公式建模实际情形，这取决于头部和/或颈部的特定扇区的位置。迭 代技术被用于提取关于对象的结构和生物标记的摄取分布的最佳信息。

与常规SPECT成像器相比，两个检测器的逐像素组合图像呈现对整个脑或颈部 区域中的血流的动力学或摄取的远远更均匀的灵敏性。本发明的共配准双头成像系 统通过伽马吸收影响的一阶校正增强了小图像特征的检测信号和检测(如上面公式 (2)中所示)。对于对象的每个投影视图，共配准双头成像系统也通过以下方式增强 了小图像特征的检测信号和检测：1)经由同时由两个照相机测量的两个统计无关信 号的关联来增加信号的统计强度(信噪比(S/N))，和2)经由同时由两个照相机测 量的两种图像的组合(相乘等)来增加图像特征(热点等)的对比度。

由本发明的共配准双头成像系统提供的信号增加典型地是非线性的(例如当使 用逐像素图像相乘时)，并且因此不能用于提取不同感兴趣区域(ROIs)的摄取率， 但是它大大地增强了结构的可见性(对结构进行“锐化”)和突出分布的非均匀性， 和因此(例如在阿耳茨海默氏病、创伤、癌症和其他疾病状况中看到的)异常生物 标记摄取图型的检测。

可以在根据本发明的共配准双头成像系统中执行若干成像技术。优选的实施例 包括作为穿过机械准直器(典型地为铅、钨或这些材料的合金)的伽马射线的传感 器/能量转换器的闪烁器，同时不同的光电检测器将用作由闪烁器中被吸收的伽马 射线产生的闪烁光的检测器。闪烁器可以由像素化或片状晶体材料制造，例如 NaI(Tl)，CsI(Tl)，CsI(Na)，GS0，LaBr3等。闪烁材料的厚度必须提供用于特定 能量(例如由Tc99m标记物发射的140keV)的伽马射线的足够停止能力并且典型地 从几毫米到数厘米。

光电检测器部分可以是标准或多元件光电倍增器，位置敏感的、基于平板或微 通道板的光电倍增器，雪崩光电二极管阵列或具有电阻等读出的大型雪崩光电二极 管，和新型的所谓的硅光电倍增器的不同变型。

使用当今技术的小型双相对头成像器系统的尤其优选的实施例基于16个 Hamamatsu H8500平板多衬垫位置敏感PMTs的阵列，所述PMTs以4×4阵列被布置 并且耦联到具有2mm-5mm像素大小的0.6-1.2cm厚的Saint Gobain Crystals and  Detectors NaI(Tl)闪烁器像素阵列。该配置被优化用于来自Tc-99m的140keV能 量光子。也可以在伽马检测器头中使用其他多元件PMT类型，例如可从宾夕法尼亚 州Lancaster市的Burle Industries获得的Burle 85011-501，和可从马萨诸塞州 Sturbridge市的Photonis USA公司获得的Photonis XP1470。H8500 PMTs可从新 泽西州Bridgewater市的Hamamatsu Corporation获得。Saint Gobain Crystals and  Detectors可从俄亥俄州Hiram市的Saint-Gobain Crystals获得。

参考图2，显示了用于根据本发明的共配准双头成像系统中的检测器头40的优 选实施例。检测器头传感器部件包括小型多衬垫PMT结构。照相机头40的构造基 于带有附属电子设备的16(4×4)个Hamamatsu H8500平板多衬垫PMTs 42，所述 PMTs通过光分散器窗口44偶联到在窗口48之后封装的闪烁阵列46。反射带50被 置于PMTs 42之间的死区52中以改善从大约4mm宽的死区52的闪烁光的收集。在 该略图中未显示在闪烁阵列46前面的屏蔽和准直器。

使用如图2中所示的小型多衬垫PMT检测器头的每个单头成像器可以以至少 250kHz的频率操作。这一高频率是设备如下设计的结果，即该设备具有在并行数字 数据流模式下操作以用于传送来自数字成像照相机检测器的数字化信息的能力。目 前在医疗实践中使用的常规伽马照相机部分地由于它们的较慢的前端电子设备和 数据采集系统而使得其固有频率被限制到小于大约100kHz。

比第一实施例紧凑和更轻的检测器头的第二和优选实施例包括其中多衬垫 PMTs由硅PMTs替换的检测器头。硅PMTs可从若干制造商获得，包括国加利福尼亚 州Mountain View市的SensL USA，马萨诸塞州Watertown市的Radiation  Monitoring Devices公司，加拿大多伦多市的Zecotek，和新泽西州Bridgewater 市的Hamamatsu Corporation。另外，不基于闪烁器的成像器头可以基于碲化镉或 碲化镉锌物理或电子像素化伽马传感器。

参考图3，小型双相对头成像器系统60的优选实施例包括共配准伽马检测器头 66的两个对62和64。小型相对式共配准伽马成像器66的两个对62，64可以提供 相对角接近90度的头部/颈部的立体定向视图。检测器头66被安装在旋转台架的 环板68上。检测器66相对于患者的头部70的角和位置以及两个对62和64之间 的相对角在某种程度上是挠性的并且在由检测器头66和相关安装齿轮的尺寸规定 的机械限度内可调节。除了提供更佳的SPECT成像以外，头部/颈部的两个平面立 体定向视图的同时动态记录可以提供深度信息以解决来自头部/颈部的重叠(在视 图的一个中)扇区的贡献。基于这两个互补视图，软件可以基于动态模型展开重叠 贡献的卷积。最终结果是简单但强大的单光子成像系统快速地评估不需要由SPECT 提供的详细断层摄影信息的一些脑成像功能，例如血流的动力学的成像的主要路径 和其他情况。

使用模型试验执行应用于乳房成方案的相对双头构思的示范。使用模型试验 在乳房上示范相对双头构思。在这些研究中获得的结果中的一些与头部/颈部成像 方案相关。用软组织等效模型进行的实验证实了双侧成像相对于单侧成像的改善。 在最后的分段中，显示了用脑模型执行的初始的和最近的研究的结果。若干类型的 准直器在实验中被使用，改变灵敏度和分辨率参数。

表1和2包括在使用小型成像照相机的实验中使用的一组准直器的参数和测得 性能。表1包括准直器参数并且表2包括对于两个成像能量窗口的测得准直器灵敏 度。

表1：准直器参数

  孔直径(mm)   高度(mm)   隔膜(mm)   准直器1   1.397   27.000   0.203   准直器2   1.575   21.006   0.267   准直器3   1.778   19.990   0.305   高分辨率   1.243   27.904   0.241   钨   1.25方形   17.800   0.200

表2：对于两个成像能量窗口的测得准直器灵敏度。

  +/-10％窗口   -2.5，+30％窗口   准直器1   131cpm/μCi   99cpm/μCi   准直器2   242cpm/μCi   178cpm/μCi   准直器3   328cpm/μCi   244cpm/μCi   高分辨率   93cpm/μCi   72cpm/μCi   钨   299cpm/μCi   220cpm/μCi

如表2中所示对于+/-10％能量窗口所测得的五个被选择的准直器的比较灵敏度 在图4中图形地被显示。另外，图5使用表1中的各种准直器获得的系统分辨率显 示了检测器非固有空间分辨率与离检测器表面的距离的关系的例子。每条线表示通 过数据点的线性拟合。竖直标度以闪烁像素计(1像素＝3.3mm)。

充满放射性溶液的小于1mm直径的单独的细毛细管和毛细管的集合被用于测量 双照相机系统的空间分辨率，并且两个相对的照相机与它们的准直器对准以好于 1mm精度。毛细管以1cm的步幅远离检测器B朝着检测器A移动。从两个检测器获 得单独的和组合的图像。组合图像显示更好的分辨率，这在很大程度上与检测器头 之间的毛细管的位置无关。在示范试验中涉及的距离(7cm照相机到照相机的间隔) 远远短于头部/颈部成像的情况。

另外，从两个相对的照相机和组合图像获得由四个＞1mm直径的毛细管形成的 框。将用于测试照相机的对准的该框置于两个照相机之间的中平面中并且平行于它 们的表面。组合图像显示更好的分辨率(毛细管集合的窄型面)和更高的对比度。 在示范试验中涉及的距离(5cm照相机间的间隔)远远短于头部/颈部成像的真实情 况。

在暖背景下，对小病变进行成像研究的结果显示均导致病变对比度的部分损失 的衰减、散射和空间分辨率与距离的关系的组合联合产生与病变到检测器的距离相 关的显著信号减小。首先研究随着距离的衰减的影响。图6显示了均匀凝胶小模型 中的模拟9mm 直径的病变的实验检测灵敏度与病变的位置或病变和小型伽马照相机 的表面之间的覆盖“头部组织”的厚度的相关性。在图6中检测灵敏度与病变离检 测器的距离(以cm计)的相关性以病变感兴趣区域(ROI)内每10分钟的计数表 示。使用充满水的冷乳房模型盒中的9mm直径的热病变。由于由对象扇区或病变发 射的140keV伽马射线的吸收和散射，在5cm的模型材料中观察到2以上的因数的 信号的近似指数减小。在图6中的数据点的指数拟合中获得0.130/cm的衰减系数。 在头部或颈部的情况下，平均衰减系数将高于在软组织的情况下，增强了距离影响。 以上衰减影响与距离对空间(准直器)分辨率的影响组合以降低被成像病变的对比 度和信噪比(S/N)。

在另外一组的病变/热点类型的研究中，研究若干病变的对比度和S/N与它们 在两个检测器头之间的位置的关系。正如预期，在所有病变尺寸和摄取情况下，当 组合两个相反的图像时对比度有改善，但是该技术实际上通过增强小病变的可见性 显示它的优点。参考图7，显示了由两个相对的照相机单独测量并且来自组合(相 乘和求和)图像的8mm球形病变的病变对比度与检测器头之间的病变的位置的关系。 可以看到，从组合相乘图像测量的对比度在该情况下高两个因数以上，并且也在很 大程度上与软组织模拟7cm厚的模型中的检测器头之间的病变的位置无关。在该示 范试验中涉及的距离远远短于头部/颈部成像的情况。

这些实验研究的结果充分地表明双头系统将在成像头部/脑/颈部中提供小结 构的更好可见性。可以预期这些影响将在涉及更高的吸收系数和更大的距离(25cm， 大于10cm)的头部/颈部成像情况下更加显著。

可从北卡罗来纳州Hillsborough市的Data Spectrum Corporation获得的多隔 室脑模型将用于初步研究中，并且两个检测器头以21cm的距离被放置。脑模型的右 上“叶”扇区充满大约一半的活动性以模拟阿耳茨海默氏病的发作。用双头照相机 系统成像脑模型，照相机成180度被共配准并且模型被置于照相机之间的旋转台架 上以模拟系统的SPECT操作。每个照相机使用3×3×6mm³NaI(Tl)像素(3.2mm节距) 的20×15cm²FOV阵列，所述阵列联接到8×6Hamamatsu R8520 PSPMTs的阵列。系统 使用独立的x(16)和y(12)读出扇区和基于FPGA的ADC DAQ系统。为了简化初始示范 试验，平行于检测器表面沿着与将在该成像几何结构中作为合适的患者的脑切片方 向的方向正交的方向放置模型。

使用两个相对的和共配准的伽马照相机获得平面成像试验。从第一照相机、从 第二照相机获得图像并且组合来自两个照相机的图像。使用置于间隔21cm(表面到 表面)的两个照相机之间的中平面中的2D脑模型获得图像的第一集合。使用置于 第一照相机上的模型获得图像的第二集合。结果显示在这两个极端情况下检测活动 性降低的区域中组合图像是最佳的。

如图5中所示，并且正如在单光子成像(与PET成像相反)的情况下所预期的， 空间分辨率随着对象元素或扇区离安装在检测器头/伽马照相机上的平行孔准直器 的距离而显著地下降。尤其在元素或扇区到两个照相机的距离很不同的不对称情况 下，影响很大。

附加的脑模型图像被获得，具有横过具有模拟低脑活动性的右上“叶”区域的 型面。从组合图像获得的型面在两种成像情况下显示更高的对比度。在两种情况下， 当两种图像被组合时对比度被改善。组合两种图像的其他算法也可能具有类似的结 果，然而它们将不太可能产生显著更大的对比度增加。

再次与PET成像情况相比，试图最小化该负面影响通常导致成像灵敏度的严重 减小。所以，最佳方法涉及利用两个组合成像头的能力和获得改善的空间分辨率和 图像对比度，同时保持高的系统灵敏度(但是伴随着两个单独的头的不良空间分辨 率成像)。

总之，在脑成像情况下当系统的高灵敏度最重要时，优选的选择是在更大距离 上使用具有较差分辨率性能的高效率准直器。对于高空间分辨率应用，由于所提出 的双照相机成像方法的强组合影响特性，两个中等分辨率准直器就足够了。

根据本发明，一种用于成像患者的头部、脑和颈部区域的小型和移动式高分辨 率SPECT成像系统包括两组、每组两个相对的和共配准的伽马照相机。该四头系统 被安装在旋转台架上，照相机围绕患者的头部或颈部作轨道运动。由于它们的紧凑 性，相邻照相机头的有效FOVs的边缘很靠近机械照相机边缘并且这允许照相机靠 近患者的头部/颈部的无干扰和高效定位。靠近定位保证该小型和移动式高分辨率 SPECT成像系统中的高分辨率。

尽管以上描述包含许多具体描述、材料和尺寸，但是这些不应当被理解为限制 本发明的范围，而是仅仅提供本发明的当前优选的实施例中的一些的举例说明。因 此本发明的范围应当由附带的权利要求和它们的法律等效物确定，而不是由给出的 例子确定。