用于将正电子发射断层扫描(PET)探测器与计算机断层扫描(CT)扫描架集成的系统和方法

摘要

提供用于将PET探测器与CT扫描架集成的系统和方法。一个系统包括x射线计算机断层扫描(CT)扫描架，其具有壳体中的旋转部分和固定部分，并且包括贯穿其的膛体积。该系统还包括耦合到旋转部分的x射线源和x射线探测器。该系统还包括正电子发射断层扫描(PET)探测器，其中PET探测器耦合到CT扫描架的固定部分，使得PET探测器至少部分延伸到CT扫描架中，其中PET探测器的至少一部分处于CT扫描架的壳体中。

说明书

背景技术

本文所述的实施例一般涉及成像系统，具体来说涉及多模态成像系统、例如正电子发射断层扫描(PET)/计算机断层扫描(CT)系统。

CT成像系统通常包括x射线源和探测器。在操作中，x射线源和探测器围绕待成像对象旋转，使得x射线束与对象相交的角度发生变化。以一个扫描架角度来自探测器的一组x射线衰减测量或投射数据称作“视图”。在x射线源和探测器的一次旋转期间以不同扫描架角度所制作的视图集合可称作“扫描”。在轴向扫描中，投射数据经过处理，以构造与被扫描对象的二维截面或层面对应的图像。

PET成像系统可扫描对象，以使用非移动探测器来获取图像信息。在PET成像系统的操作期间，例如，患者最初注射有放射性药剂，其在放射性药剂衰变时发射正电子。所发射的正电子在正电子遭遇电子前行进较短距离，在该点，湮没事件发生，由此电子和正电子湮没并且转换为两个伽马光子，伽马光子使用在环形扫描架中设置成环的闪烁器来探测。来自闪烁器的信号然后经过处理，以产生图像。

例如在已知双模态成像系统中利用CT和PET系统来扫描受检者会是有益的。独立扫描架用于这些双模态成像系统中。但是，具有(串列的)两个成像探测器扫描架增加系统的占用面积，并且因此需要较大成像室。此外，较新的CT探测器具有越来越高的视场，这增加CT探测器尺寸。这些双模态CT/PET系统中的较大CT探测器使PET探测器更向前移到膛体积中。因此，患者进一步行进到膛体积中，这对某些患者能够引起幽闭恐惧症和全身不适。另外，由于增加的行进长度，必须采用附加加固使患者台架更强。

一些已知双模态成像系统尝试减小不同模态的探测器之间的距离。例如，一些系统将PET探测器和CT探测器共同定位在扫描架的公共旋转部分上。但是，旋转PET环不一定是合乎需要的。其他系统并排定位CT和PET探测器，并且提供移动患者平台。但是，这个布置增加配准和对齐的困难。

发明内容

在一个实施例中，提供一种成像系统，包括x射线计算机断层扫描(CT)扫描架，该扫描架具有壳体中的旋转部分和固定部分并且包括贯穿其的膛体积。该成像系统还包括耦合到旋转部分的x射线源和x射线探测器。该成像系统还包括正电子发射断层扫描(PET)探测器，其中PET探测器耦合到CT扫描架的固定部分，使得PET探测器至少部分延伸到CT扫描架中，其中PET探测器的至少一部分处于CT扫描架的壳体中。

在另一个实施例中，提供一种成像系统，包括x射线计算机断层扫描(CT)扫描架，该扫描架具有壳体中的旋转部分和固定部分并且包括贯穿其的膛体积。该成像系统还包括x射线源和x射线探测器，其耦合到旋转部分。该成像系统还包括具有与其耦合的PET探测器环的正电子发射断层扫描(PET)扫描架。PET扫描架耦合到CT扫描架的固定部分，以及PET探测器环至少部分延伸到CT扫描架中，使得PET探测器环的至少一部分处于CT扫描架的壳体中。

在又一个实施例中，提供一种成像系统，其包括具有壳体中的旋转部分和固定部分并且包括贯穿其的膛体积的x射线计算机断层扫描(CT)扫描架。膛体积沿贯穿CT扫描架的检查轴的长度具有恒定直径。该成像系统还包括：x射线探测器，耦合到CT扫描架的旋转部分；以及正电子发射断层扫描(PET)探测器环，耦合到CT扫描架的固定部分，其中PET探测器环至少部分延伸到CT扫描架中。

附图说明

图1是示出按照各个实施例的双模态成像系统的简图。

图2是按照一实施例、具有均匀膛直径的双模态成像系统的截面示意图。

图3是按照一实施例、具有变化膛直径的双模态成像系统的截面示意图。

图4是按照一实施例、具有公共扫描架的双模态成像系统的截面示意图。

图5是按照各个实施例、用于配置双模态成像系统的方法的流程图。

具体实施方式

通过结合附图进行阅读，将会更好地理解某些实施例的以下详细描述。

此外，提到“一个实施例”并不是要被解释为排除还结合了所述特征的附加实施例的存在。此外，除非相反的明确说明，否则，“包括”或“具有”带特定性质的元件或者多个元件的实施例可包括没有那种性质的其他这类元件。此外，提到“一个实施例”并不是要被解释为排除还结合了所述特征的附加实施例的存在。此外，除非相反的明确说明，否则，“包括”或“具有”带特定性质的元件或者多个元件的实施例可包括没有那种性质的其他这类元件。

各个实施例提供采用多种成像技术来生成图像的成像系统。例如，可使用正电子发射断层扫描(PET)成像系统，其基于使用通常配置为探测器块的环形组合件的探测器系统所探测的符合发射事件来生成示出患者体内的正电子发射核素的分布的图像。正电子通过湮没与患者体内的电子相互作用，并且然后电子-正电子对转换为两个光子。光子沿响应线在相反方向发射。湮没光子由探测器环的响应线的两侧上的探测器来探测。然后基于包括湮没光子探测信息的所获取发射数据来生成图像。

各个实施例还包括计算机断层扫描(CT)成像系统。例如，CT成像系统包括扫描架，其具有旋转部分和固定部分。旋转部分包括x射线源，其将x射线束投射到环的相对侧的获取图像数据以生成图像的x射线探测器集合上。滑环用来将探测器连接到CT扫描架的固定部分。

在各个实施例中，提供一种双模态成像系统，其中该成像系统允许不同模态的多个扫描，以促进优于单模态系统的增加的诊断能力。虽然在包括CT和PET成像系统的示范双模态成像系统的上下文中描述各个实施例，但是应当理解，预期使用能够执行本文所述功能的其他成像系统。

图1是示出按照各个实施例的双模态成像系统100的简图。在一个实施例中，示范双模态成像系统100是CT/PET成像系统。如上所述，可选地，CT和PET之外的模态与成像系统100一起使用。例如，成像系统100可以是独立CT成像系统、独立PET成像系统、磁共振成像(MRI)系统、超声成像系统、x射线成像系统、单光子发射计算机断层扫描(SPECT)成像系统、介入C型臂断层扫描系统、诸如肢体或乳房扫描之类的专用CT系统及它们的组合，等等。

CT成像系统一般包括CT扫描架102，其包括固定部分110和旋转部分111。固定部分110为成像系统提供稳定框架。旋转部分111包括x射线源112，其将x射线束投射到旋转部分111的相对侧的x射线探测器114(例如探测器阵列)。在一些实施例中，x射线探测器114包括多个探测器元件，其以共同感测经过对象、例如受检者106的所投射x射线的行和通道来设置。

旋转部分111还包括贯穿其的膛。在各个实施例中，扫描架开口124(用于膛)的直径和CT扫描架102的膛深度限定膛体积。膛深度定义为从扫描架开口124处的膛的一端到膛的相对端(图1中未示出)的距离。例如，在一个实施例中，扫描架开口124的直径可以是80厘米。但是，在其他实施例中，扫描架开口124和膛直径可以是不同的。

在各个实施例中，成像系统100还包括PET扫描架104(以虚线示出)，其允许PET探测器、例如PET探测器环(未示出)获取发射数据。如本文更详细描述的PET扫描架104配置成允许PET探测器的至少一部分处于CT扫描架102的壳体中。在各个实施例中，PET扫描架104可部分或完全处于CT扫描架102中。应当注意，在各个实施例中，膛体积还包括PET扫描架104的附加膛深度。但是，如本文更详细描述，本文中的不同配置允许大扫描架开口124，其可降低患者的幽闭恐惧症或其他不适的感觉，同时减少双模态成像系统100的总占用面积(例如深度)。

在操作中，操作员提供的命令和参数由计算机120用来提供控制信号和信息，以定位机动台架122。更具体来说，机动台架122用来将受检者106移入和移出成像系统100。具体来说，机动台架122将受检者106的至少一部分移入扫描架开口124，并且延伸到CT扫描架102和PET扫描架104中。在台架122使受检者106穿过扫描架的同时，x射线探测器114和PET探测器获取图像数据，其用来例如使用本领域的图像重构技术来生成受检者106的图像。例如，计算机120接收图像数据，其经过处理以生成二维或三维图像。

各个实施例有选择地将用于获取PET图像和CT图像的探测器定位成相互更靠近，以减少机动台架122并且因此受检者106必须移入膛中的距离。减少CT探测器与PET探测器之间的距离促进共同配准，由此计算机120把来自x射线探测器114的图像与来自PET探测器的图像相组合。

图2是按照一实施例、具有恒定均匀膛直径220的双模态成像系统的截面示意图。成像系统200可体现为图1所示的成像系统100。成像系统200包括机动台架202，其可被控制成移入扫描架开口201。壳体204可覆盖CT扫描架205和PET扫描架207。在另一个实施例中，CT扫描架205和PET扫描架207可包括耦合在一起的独立的不同壳体。

CT扫描架205包括通过滑环(未示出)所分隔的固定部分206和旋转部分208。旋转部分208包括x射线发射器210和x射线探测器212(例如探测器阵列)。PET扫描架207包括支承结构214和与其耦合的PET探测器216，从而形成PET探测器环218。在另一个实施例中，PET探测器216可形成探测器的部分环。如在图2中能够看到，PET探测器环218的中心轴与CT扫描架205的旋转部分208的旋转轴对齐，以形成贯穿其的检查轴203，其具有恒定均匀膛直径。

如图2所示，膛体积遍及检查轴203保持恒定膛直径220a和220b。因此，在壳体204一端(例如入口)的扫描架开口201处的膛直径220a与在扫描架209的另一端的膛直径220b是相同的。例如，在一些实施例中，膛直径220可以为大约80厘米。但是，在其他实施例中，可提供更大或更小的不同直径。在所示实施例中，壳体204遍及其中所限定的扫描体积的整个长度保持80厘米的直径。因此，在所示实施例中，形成恒定直径膛，其中壳体204确定尺寸(例如确定大小和成形)为覆盖或包围CT扫描架205和PET扫描架207。

在其他实施例中，膛直径220(例如从220a至220b)可改变成适应PET探测器环218和CT扫描架的旋转部分208中的重叠，如结合图3和图4更详细论述。

如在图2中能够看到，PET探测器示为PET探测器环216，并且至少部分延伸到CT扫描架205中。支承结构214配置成将PET探测器环216定位成与CT扫描架205中的CT探测器212相邻，使得PET探测器环216没有干扰(例如接触或邻接)滑环或旋转部分208。例如，PET探测器环216和CT探测器212沿检查轴相互靠近但是没有接触地分隔，这是比具有两个扫描架的常规双模态系统中要短的距离。因此，PET探测器216可至少部分延伸到CT扫描架205中某个距离211。

在一个实施例中，PET探测器环218可从PET扫描架207的支承结构214向外伸展。例如，支承结构214可包括一个或多个支承构件或臂，以将PET探测器环218延伸到CT扫描架205的固定部分206。结构构件可固定到支承结构214，并且沿着和围绕检查轴203来支承PET环218。支承结构214可例如基于PET探测器环218的配置来配置成具有不同形状和大小。

在各个实施例中，支承结构214和CT扫描架固定部分206固定地耦合在一起。如本文在各个实施例中所使用的“固定耦合”表示组件被对齐并且固定在一起。支承结构214可包括例如对齐构件，以促进将支承结构214固定地耦合到CT扫描架固定部分206，使得定位PET扫描架214，其中CT探测器和PET探测器环216的检查轴一致以形成检查轴203。例如，对齐构件可包括具有预定义标记和锚点的预制或机器加工板，以附连CT扫描架固定部分206到PET支承214。

图3是按照一实施例、具有变化膛直径的双模态成像系统的截面示意图。成像系统300可体现为图1所示的成像系统100。在一个实施例中，在扫描架开口301处的膛直径302a可大于在扫描架结构的相对端的膛直径302b。例如，膛直径302a可以为大约80厘米，而膛直径302b可以为大约70厘米。应当理解，膛直径302a和302b可以更大或更小，以及从一端到另一端具有膛直径的不同变化量。

在一个实施例中，壳体318可有选择地确定尺寸(例如成形)为适应直径302a和302b的相对变化。例如，壳体318可径向地逐渐变细，使得沿如图3所示的成像轴来限定倾斜膛壁。在另一个实施例中，壳体318可形成阶梯式配置或弯曲壁(例如变化形状或曲率)。在另一个实施例中，CT扫描架305和PET扫描架307可配置有独立壳体。

具有可变膛直径的成像系统300提供将PET探测器308(例如PET探测器环)的至少一部分与CT旋转部分312重叠的空间。如图3所示，通过将PET探测器环308进一步延伸到CT扫描架305的膛体积中(如与图2所示配置相比)，来减少CT探测器306与PET探测器308之间的距离。重叠距离315还减少CT探测器306与PET探测器308之间的距离311。在所示实施例中，PET扫描架316配置成从旋转部分312的结构组件以及CT扫描架305的固定部分314径向朝内(例如上方)延伸和支承PET探测器环308。因此，PET探测器环308的组件可相对于CT探测器环来定位，以减少重叠距离315。

如本文中结合图2所述，CT扫描架固定部分314可与支承结构316固定耦合。当耦合时，旋转部分312的旋转轴与PET探测器环308的中心对齐。可选地，可包括对齐构件或机构，以促进如本文所述的对齐。如能够看到，支承结构316可包括垂直支承309，其被确定大小和成形，并且具有定位支承313(安装到垂直支承309)，以用于径向朝内并且在旋转部分312的上方或之内支承PET探测器环308。因此，在这个实施例中，PET探测器环308仍然与旋转部分312分隔某个距离，但不是仅与旋转部分312轴向分隔(例如图2所示)，PET探测器环308还以较小轴向偏移与旋转部分312径向朝内分隔。但是，应当理解，径向和/或轴向偏移可根据预期或需要来改变。

在另一个实施例中，PET探测器环可固定地耦合到CT扫描架的固定部分，由此具有如图4所示的公共扫描架。如本文所述，公共扫描架一般表示单个扫描架，PET探测器环和CT组件固定到其中。

图4是按照一实施例、具有公共扫描架406的双模态成像系统400的截面示意图。在这个实施例中，不存在独立PET扫描架。PET探测器环402而是固定耦合到CT扫描架的固定部分404。CT固定部分404包括结构构件406，其支承PET探测器环402(以提供与图3所示配置相似的对齐)。在这个实施例中，CT固定部分404可配置有额外结构强度(例如支承)，以允许具有CT探测器416的PET探测器环402和CT旋转部分408安装到其上。因此，PET探测器环402可固定耦合到CT固定部分404。

因此，结构构件406可将PET探测器环402径向朝内定位到CT旋转部分408中，从而产生PET探测器环402和CT旋转部分408的重叠区域415。又如以上结合图3所述，重叠315可引起变化膛直径和成形内壳体414。但是，应当理解，在其他实施例中，PET探测器402可以没有与CT探测器环408重叠。在这些实施例中，如结合图2所述，壳体414可保持恒定均匀膛直径。

因此，在各个实施例中，PET探测器定位在CT旋转扫描架的体积内部、具体来说正好在CT探测器后面，以便显著减少FOV距离。

图5是用于配置双模态成像系统的方法500的流程图。在一个实施例中，该方法可提供组合的PET和CT成像系统。结合图1和图2的实施例来描述方法500。但是，方法500并不局限于那些实施例中的配置。另外，方法500的步骤可按照任何顺序执行，其中去除某些步骤和/或添加其他步骤。另外，步骤可并发或依次执行。

在502，对齐CT扫描架205和PET扫描架207，例如使得旋转部分208的旋转轴与PET环218的中心轴对齐，以形成成像轴203。应当注意，如本领域已知，任何适当过程可用来执行对齐。在一个实施例中，对齐构件可用来促进对齐过程。

在504，PET环218配置成使得PET环218至少部分延伸到CT扫描架205中。如图2所示，PET探测器环218的至少一部分延伸到CT扫描架205之内。在另一个实施例中，例如，如图3所示，PET探测器308可配置成具有与CT探测器306的旋转部分的重叠距离315。

在506，PET支承结构214如本文所述耦合到CT固定部分206。在508，确定扫描架开口201处的直径220a和扫描架209的另一端处的直径220b。

在510，壳体204按照直径220a和220b来配置。壳体204的直径可逐渐变细，或者是基于直径220a和220b的恒定均匀直径。壳体204可有选择地基于直径220a和220b来确定尺寸(例如确定大小和成形)。应当注意，在一些实施例中，壳体204基于系统的尺寸参数在一件或多件中预先制作。因此，壳体204覆盖其中的组件，并且形成其中用于接纳患者的平滑内膛。

在52，患者106放置在机动台架202上，以及计算机120命令机动台架202沿成像轴203将患者106移入膛体积。在514，计算机120可从CT探测器212和/或PET探测器216获取图像。计算机120然后可共同配准图像，以产生组合图像。在516，计算机120命令机动台架202从膛体积移开患者106。

以上详细描述了多模态成像系统的示范实施例。所示的多模态成像系统组件并不限于本文所述的具体实施例，而是可单独和独立于本文所述的其他组件来利用每个多模态成像系统的组件。例如，上述多模态成像系统组件还可与其他成像系统组合使用。作为另一个示例，在一些实施例中可采用单模态系统。

因此，各个实施例提供多模态成像系统、例如CT/PET系统，其具有减少的膛长度或检查轴。

应当注意，各个实施例可通过硬件、软件或者它们的组合来实现。各个实施例和/或组件、例如模块或者其中的组件和控制器也可实现为一个或多个计算机或处理器的一部分。计算机或处理器可包括计算装置、输入装置、显示单元以及例如用于访问因特网的接口。计算机或处理器可包括微处理器。微处理器可连接到通信总线。计算机或处理器还可包括存储器。存储器可包括随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。计算机或处理器还可包括存储装置，其可以是硬盘驱动器或者可拆卸存储驱动器，例如固态驱动器、光盘驱动器等。存储装置也可以是用于将计算机程序或其他指令加载到计算机或处理器中的其他类似部件。

如本文所使用的术语“计算机”或“模块”可包括任何基于处理器或者基于微处理器的系统，其中包括使用微控制器、简化指令集计算机(RISC)、ASIC、逻辑电路以及能够运行本文所述功能的任何其他电路或处理器的系统。上述示例只是示范性的，并且因而并不是意在以任何方式限制术语“计算机”的定义和/或含意。

计算机或处理器运行一个或多个存储元件中存储的指令集，以便处理输入数据。存储元件还可根据预期或需要存储数据或其他信息。存储元件可采取处理机中的信息源或物理存储器元件的形式。

指令集可包括各种命令，这些命令指示作为处理机的计算机或处理器执行诸如本发明的各个实施例的方法和过程之类的特定操作。指令集可采取软件程序的形式。软件可采取各种形式，例如系统软件或应用软件，并且可体现为有形和非暂时计算机可读介质。此外，软件可采取独立程序或模块的集合、较大程序中的程序模块或者程序模块的一部分的形式。软件还可包括采取面向对象编程的形式的模块编程。由处理机对输入数据的处理可响应操作员命令或者响应先前处理的结果或者响应另一个处理机所进行的请求而进行。

如本文所使用的术语“软件”和“固件”是可互换的，并且包括存储器(包括RAM存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器和非易失性RAM(NVRAM)存储器)中存储的、供计算执行的任何计算机程序。上述存储器类型只是示范性的，并且因而并不是限制可用于存储计算机程序的存储器的类型。

要理解，预计以上描述是说明性而不是限制性的。例如，上述实施例(和/或其方面)可相互结合使用。另外，可对各个实施例的理论进行多种修改以适合具体情况或材料，而没有背离其范围。虽然本文所述的材料的尺寸和类型意在定义各个实施例的参数，但是它们决不是限制性的，而只是示范性的。通过阅读以上描述，许多其他实施例将是本领域的技术人员显而易见的。因此，各个实施例的范围应当参照所附权利要求连同这类权利要求涵盖的完整等效范围共同确定。在所附权利要求书中，术语“包括”和“其中”用作相应术语“包含”和“其中”的普通语言等效体。此外，在以下权利要求书中，术语“第一”、“第二”和“第三”等只用作标号，而不是意在对其对象施加数字要求。此外，以下权利要求书的限制并不是按照部件加功能格式编写的，并且不是意在基于35U.S.C.§112第六节来解释，除非这类权利要求限制明确使用词语“用于…的部件”加上没有其他结构的功能的陈述。

本书面描述使用包括最佳模式的示例来公开各个实施例，并且还使本领域的技术人员能够实施各个实施例，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何结合方法。各个实施例的专利范围由权利要求书来定义，并且可包括本领域的技术人员想到的其他示例。如果示例具有与权利要求书的文字语言完全相同的结构元件，或者示例包括具有与权利要求书的文字语言的非实质差异的等效结构元件，则这类其他示例意在落入权利要求书的范围之内。