可变换伽马相机
阅读：220发布：2020-05-11
专利汇可以提供可变换伽马相机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且描述了一种 伽 马 相机 、一种系统和一种方法，其中大伽马相机可以被细分为两个或更多个较小的伽马相机，每个相机独立地 定位 用于SPECT 数据采集 。这些可变换伽马相机可以更有效地使用伽马 光子 探测器区域。 半导体 伽马探测器平铺阵列特别适合于这种变换。，下面是可变换伽马相机专利的具体信息内容。
1.一种伽马相机系统，包括：
支架，
由所述支架支撑的可旋转机架，以及
可变换伽马相机，所述可变换伽马相机通过机械支撑件连接到所述可旋转机架上并且包括：
伽马探测器平铺阵列和准直器，
所述可变换伽马相机被配置成细分为多个细分伽马相机，
每个细分伽马相机包括所述伽马探测器平铺阵列的子集和所述准直器的子集。
2.根据权利要求1所述的可变换伽马相机，其中所述伽马探测器平铺阵列包括以下中的至少一个：平板和弯曲板。
3.根据权利要求1所述的可变换伽马相机，其中所述伽马探测器平铺阵列包括以下中的至少一个：
带有光耦合光探测器的闪烁体，以及
半导体直接转换探测器。
4.根据权利要求1所述的可变换伽马相机，其中所述伽马探测器平铺阵列包括稀疏填充的伽马探测器平铺阵列。
5.根据权利要求1所述的可变换伽马相机，其中所述机械支撑件被配置成定位所述可变换伽马相机或所述多个细分伽马相机。
6.根据权利要求1所述的可变换伽马相机，其中所述多个细分伽马相机能够被独立定位用于头部、心脏或乳房成像。
7.根据权利要求6所述的可变换伽马相机，其中能够被独立定位用于乳房成像的所述多个细分伽马相机被配置用于在所述多个细分伽马相机之间对乳房进行轻微压缩。
8.根据权利要求1所述的可变换伽马相机，其中所述机械支撑件中的至少一个被配置成围绕所述细分伽马相机中的至少一个细分伽马相机的机械支撑轴旋转。
9.一种可变换伽马相机，包括：
伽马探测器平铺阵列和准直器，
所述可变换伽马相机被配置成细分为多个细分伽马相机，
每个细分伽马相机包括所述伽马探测器平铺阵列的子集和所述准直器的子集。
10.根据权利要求9所述的可变换伽马相机，其中所述伽马探测器平铺阵列包括以下中的至少一个：平板和弯曲板。
11.根据权利要求9所述的可变换伽马相机，其中所述伽马探测器平铺阵列包括以下中的至少一个：
带有光耦合光探测器的闪烁体，以及
半导体直接转换探测器。
12.根据权利要求9所述的可变换伽马相机，其中所述伽马探测器平铺阵列包括稀疏填充的伽马探测器平铺阵列。
13.根据权利要求9所述的伽马相机，其中所述准直器包括平行方孔准直器。
14.一种成像方法，包括将可变换伽马相机细分为多个细分伽马相机的步骤，所述可变换伽马相机包括：
伽马探测器平铺阵列和准直器，
每个细分伽马相机包括所述伽马探测器平铺阵列的子集和所述准直器的子集。
15.根据权利要求14所述的成像方法，还包括以下步骤中的至少一个：
选择临床应用和多个伽马相机和准直器的最佳配置，
将患者准备好进行伽马光子成像数据采集，
将所述患者定位在扫描仪中，
获取一个或多个伽马光子图像投影，
重建所述伽马光子图像，以及
从所述扫描仪中移出所述患者。
16.根据权利要求14所述的成像方法，其中所述伽马探测器平铺阵列包括以下中的至少一个：平板和弯曲板。
17.根据权利要求14所述的成像方法，其中所述伽马探测器平铺阵列包括以下中的至少一个：
带有光耦合光探测器的闪烁体，以及
半导体直接转换探测器。
18.根据权利要求14所述的可变换伽马相机，其中所述伽马探测器平铺阵列包括稀疏填充的伽马探测器平铺阵列。
19.根据权利要求14所述的成像方法，其中所述多个细分伽马相机能够被独立定位用于头部、心脏或乳房成像。
20.根据权利要求19所述的成像方法，其中能够被独立定位用于乳房成像的所述多个细分伽马相机被配置用于在所述多个细分伽马相机之间对乳房进行轻微压缩。
21.根据权利要求14所述的成像方法，其中所述准直器包括平行方孔准直器。
可变换伽马相机
[0001] 发明人：詹姆斯·W·哈格(马尔斯，宾夕法尼亚)
[0002] 相关申请的交叉引用
[0003] 本申请要求2016年8月8日提交的题为“Transformable Gamma Cameras”的编号为62/372,007的美国临时专利申请的优先权和权益，其主题整体以引用方式并入本文中。
技术领域
[0004] 一般而言，本发明所解决的主要应用是伽马相机，特别是核医学(又名“分子成像”)，其在注射放射性同位素标记的示踪剂(分子成像剂)后采用单光子发射计算机断层扫描(SPECT)。发射的伽马光子由伽马相机或优选地多个伽马相机成像。在单光子发射的情况下(如在SPECT中)，准直器(平行孔、聚焦或多针孔)整合到伽马相机。还可以使用康普顿散射探测器(也称为“电子准直”)，诸如多个Si位置敏感探测器，其中每个伽马相机探测康普顿散射事件并通过3D重建形成图像。在伽马相机的其它应用中，诸如监测粒子束辐射疗法、放射源的安全探测或伽马光子源的天文映射，可以采用编码孔径准直和平面伽马光子成像。这些示例只是说明性的；本发明适用于伽马相机的所有应用。
背景技术
[0006] 伽马相机，先前也称为闪烁相机或安格相机，已经被用于通过通常称为闪烁扫描术的技术对伽马光子发射进行成像。伽马相机被应用于核医学成像中以观察身体的图像，所述身体包含医学注射、吸入或摄入的放射性药物，所述放射性药物发射伽马光子。伽马相机还可用于安全或天文应用，以探测和成像由放射源或天体物理源产生的伽马光子。哈尔·安格于1957年开发出第一台伽马相机，其设计的变型至今仍被广泛使用。
[0007] 典型的闪烁伽马相机包括密封容器中的大扁平矩形晶体(通常约54cm×40cm×1cm)的铊掺杂碘化钠，标记为NaI(Tl)，密封容器防止湿气和可见光到达晶体。一面有透明玻璃窗或光导。当伽马光子撞击晶体时，晶体闪烁并且闪烁光可以通过玻璃窗逸出，在玻璃窗处光学耦合光探测器阵列(诸如真空光电倍增管(PMT)或硅光电倍增管)通常通过光学凝胶耦合。NaI晶体中伽马光子相互作用的位置由探测闪烁光的多个PMT的电压响应的重心型加权确定。
[0008] 伽马相机通常与准直器耦合(例如：平行孔、聚焦、多针孔或编码孔径)，所述准直器用作用于形成平面投影图像的透镜。在用于核医学的SPECT中，通过以下操作来形成3D图像：将伽马相机移动到患者周围的多个不同角度位置，在每个位置获取平面投影，然后使用各种技术(诸如滤波反投影或迭代最大似然估计重建)重建伽马发射源分布的3D图像。商业SPECT系统通常包括两个闪烁体(通常为NaI)伽马相机，所述两个闪烁体安装在机架上，患者台位于缓慢旋转的伽马相机之间。
[0009] 本发明解决了当前商业解决方案和现有专利的若干局限性。特别是，伽马相机中使用的基本技术自1957年以来没有发生实质变化，只是计算机提高了数据采集和图像重建的效率。现有技术系统的一个重要问题是它们通常被设计为“通用”SPECT系统，其中已经做出许多妥协以适应不同的临床应用，诸如骨、脑部、心脏或乳房成像。市场上有专用的心脏SPECT系统，以及专用的平面乳房伽马成像系统，并且已经设计了脑部SPECT系统。
[0010] 本发明涉及引入排列为伽马相机的像素化伽马探测器。举例说明，将参考像素化半导体镉锌碲化物(CZT)探测器，但类似的考虑适用于其它半导体伽马探测器，诸如碲化镉(CdTe)和汞化合物(HgI)，或像素化闪烁体探测器。与单片闪烁体和PMT现有技术相比，这些像素化半导体探测器具有许多性能优势，但是它们还具有比近60年的现有技术更高成本的缺点。本发明提出了通过使像素化半导体伽马相机能够适应和变换成用于各种临床应用的更优化的几何形状来增加像素化半导体伽马相机的临床效用和效率的方法。
[0011] 作为示例，我们将讨论可变换CZT伽马相机的优选实施例，可变换CZT伽马相机包括我们设计和测试的模块化像素化CZT探测器阵列(称为D-MatrixTM)。图1中示出了基本模块，基本模块包括2×2阵列形式的四个CZT伽马模块(GM)21，2×2阵列包括一个聚合器模块(AM)20。每个AM 20是4.4厘米的方形并且提供数字信号输出，所述数字信号输出包括2D位置(模块和像素编号或者优选地x和y)和每个伽马光子探测事件的能量。可选地，还可以通过读取阴极信号以及像素化的阳极信号来提供3D位置，所述3D位置包括CZT晶体中的相互作用深度。本领域技术人员将理解，AM 20包括ASIC(专用集成电路)、ADC(模数转换器)和FPGA(现场可编程门阵列)以及支持电子器件。下面的表1包含每个CZT伽马探测器聚合器模块20的基本特性。
[0012]
[0013] 表1.D-MatrixTM CZT伽马探测器聚合器模块(AM)20的特征，如图1中所示。
[0014] 作为另一示例，我们将讨论伽马相机22，如图2所描绘的，伽马相机22包括以与通用SPECT系统兼容的尺寸排列的D-MatrixTM聚合器模块20。在图示中，在12列中的每一列中排列9个AM 20，每列长39.6厘米，宽4.4厘米。12个相邻的列包括52.8cm宽的相机。因此，总共有9×12＝108个AM 20，以及4×108＝432个GM 21。由于每个GM 21具有121个像素，所以图2中的通用伽马相机22具有52,272个像素，每个是2mm的方形。与闪烁体伽马相机相比，CZT伽马相机的一些优点可以在下面的表2中看到。
[0015]
[0016] 表2.典型的闪烁体伽马相机与包括D-MatrixTMCZT探测器聚合器模块(AM)阵列20的CZT伽马相机的比较。
[0017] 表2示出了CZT探测器可以排列成类似于典型商用伽马相机的相机尺寸(大多数是约轴向40cm×横轴54cm)。选择5mm厚的CZT以提供与典型的0.95cm(3/8”)厚NaI闪烁体类似的阻止本领。该厚度适用于最常见的医用同位素，诸如Tc-99m(140 keV)、Tl-201(70keV)、Xe-133(81 keV)、Ga-67(90 keV)和I-123(159 keV)。将CZT厚度增加到1.0cm将提高阻止本领，从而提高针对较高能量医用同位素的探测效率，较高能量医用同位素诸如In-111(171和245 keV)和I-131(364 keV)，尽管效率较低但可以用5mm厚的CZT探测到它们。
[0018] CZT伽马相机22的固有空间分辨率比典型的闪烁体伽马相机好大约1.7倍，从而相同探测器区域中的像素是典型的闪烁体伽马相机的2.7倍。此外，与闪烁相机相比，像素化CZT伽马相机无死边缘，闪烁相机具有约为PMT直径的一半的不可用(“死”)边缘，在所述死边缘中安格位置确定是无效的。因此，边缘必须被遮蔽并且不用于成像。此外，闪烁伽马相机具有不均匀的性能，其中中心视野CFOV的性能明显优于外围(“有用”)视野UFOV。在CZT伽马相机中，性能在整个表面上是均匀的，因此CFOV和UFOV性能相同。此外，CZT像素是方形的且不重叠(除了少量的电荷共享)，而闪烁体像素是高斯的，相邻像素有相当大的重叠。最后，能量分辨率通常好2.4倍或更多倍，从而更好地区分模糊SPECT图像的散射伽马光子。
[0019] 平铺阵列半导体伽马相机提供的另一个优点是它们可以有利地部署为稀疏填充的探测器阵列，如2017年3月29日提交的题为“Sparse Acquisition Gamma Cameras”的编号为15/473,336的美国专利申请中所述，其主题整体以引用方式并入本文中。关于本说明书的可变换伽马相机，应该理解，伽马探测器平铺阵列可以包括稀疏填充的伽马探测器平铺阵列，以及伽马探测器平铺阵列被完全填充的情况。
发明内容
[0020] 本发明所解决的一个基本问题是用于通用SPECT系统的伽马相机被设计用于需要身体的大平面投影的临床应用的子集。这要求视野(FOV)约为40cm(轴向)×54cm(横轴)，以例如实现平面全身骨骼成像(病床移动到多个位置)、肺通气成像和心脏首通团注成像。较小FOV伽马相机的不同配置将为SPECT的所有其它临床应用提供更好的服务。
[0021] 本发明的一个基本特征需要用于像素化CZT伽马相机的模块化设计，并利用CZT探测器没有死边缘的事实。在一个方面，本发明简单地说，可以通过将大模块化相机细分为多个较小的FOV伽马相机模块来变换大FOV相机配置，这些较小的FOV伽马相机模块被独立定位，并且几何上更适合于最佳SPECT成像应用。举例说明，本发明的一个实施例是将大FOV相机细分为两个相等的半FOV相机，每个相机约40cm(轴向)×27cm(横轴)。如将讨论的，这些半FOV相机可以以更优化的配置定位在身体周围，用于各种临床SPECT成像应用。
[0022] 较小FOV伽马相机的最显著的性能优点是可以提高成像效率，导致较短的成像时间，或较低的注入辐射剂量，或较短时间和较低剂量的组合。虽然这个优点对于本领域技术人员来说是显而易见的，但是说明将阐明这个结论。考虑用标准的40cm×54cm伽马相机进行心脏成像。在采集期间的任何时间，获取心脏的两个平面投影图像，其中在标准SPECT系统中部署的两个伽马相机中的每一个上获取一个平面投影图像。在本发明的实施例中，这两个全FOV相机将细分为四个半FOV相机。在SPECT采集期间的任何时间，现在将同时采集心脏的四个平面投影图像。这将基本上使成像效率加倍，使得能够使用较短时间和/或较低剂量而无需任何其它改变。
[0023] 在一个实施例中，可以通过将两个大FOV伽马相机细分为四个半FOV相机并使这四个相机以步进拍摄或连续采集序列围绕身体绕转来优化通用SPECT成像，而每个相机可以单独尽可能接近身体轮廓(“身体体形”)以增强空间分辨率。
[0024] 在另一个实施例中，可以通过将两个大FOV伽马相机细分为四个半FOV相机并且使这四个相机以步进拍摄或连续采集序列围绕头部绕转来优化脑部SPECT，而每个相机可以单独地尽可能接近头部轮廓以增强空间分辨率。
[0025] 在另一个实施例中，可以通过将两个大FOV伽马相机细分为四个半FOV相机并且使这四个相机以步进拍摄或连续采集序列围绕身体绕转来优化心脏SPECT，而每个相机可以单独地尽可能接近身体轮廓以增强空间分辨率并同时指向心脏以提高效率。
[0026] 在另一个实施例中，可以通过将两个大FOV伽马相机细分为四个半FOV相机并且在每个乳房两侧放置一对半FOV相机来优化乳房平面成像(也称为分子乳房成像)。两个相机之间轻微无痛的压缩会使乳房固定不动。可以获得多个平面视图：例如，乳房X线照相术中最常使用的两个视图是CC(颅尾)和MLO(内侧斜肌)视图。通过同时对两个乳房进行成像，临床成像时间可以缩短一半。
[0027] 在本发明的另一实施例中，较小FOV伽马相机可各自围绕其机械支撑轴摆动，以从呈扇形的多个角度获取投影数据。该采集策略可以减少由于截断视图导致的图像重建伪像。
[0028] 本发明的另一个实施例是将大FOV伽马相机分离成单独的小片(举例说明，对于D-MatrixTM为4.4cm×4.4cm)，每个小片具有其自己的准直器并且每个小片被定位成针对正在处理的临床应用来优化效率和空间分辨率。
[0030] 提供这些实施例是为了说明，并且本领域普通技术人员将理解，每个大FOV相机可以有利地细分为三个或更多个较小的FOV相机，每个较小的FOV相机由机架机械地支撑并定位在患者周围。此外，使用三个或更多个大FOV可变换伽马相机是可能的，将标准不可变换闪烁体或半导体伽马相机与可变换半导体伽马相机组合的实施例也是可能的。附图说明
[0031] 结合并非按比例绘制的附图，通过参考以下描述，可以最好地理解本发明的结构和操作的组织和方式以及其另外目的和优点，其中相似的附图标记标识相似元件，其中：
[0032] 图1是本发明优选实施例的像素化CZT探测器模块。
[0033] 图2是图1的CZT探测器模块阵列的图示，其尺寸适合于通用平板SPECT伽马相机。
[0034] 图3示出了由呈平板或凹弯曲板配置的两个相对的SPECT扫描CZT伽马相机所围绕的人体的横轴视图。
[0035] 图4是使用配准的方孔准直器概念比较闪烁体和CZT伽马相机的平面系统分辨率的图。
[0036] 图5示出了本发明的实施例，作为针对各种临床SPECT成像应用的伽马相机和身体的横截面图。
[0037] 图6示出了本发明的实施例，作为像素化伽马相机的横截面视图，该像素化伽马相机被配置成细分为两个较小的伽马相机。
[0038] 图7示出了本发明的实施例，作为像素化伽马相机的侧视图，该像素化伽马相机被配置成细分为两个较小的伽马相机。
[0039] 图8是描绘了在临床环境中应用本发明的任何实施例的说明性方法的流程图。
具体实施方式
[0040] 虽然本发明可以有不同形式的实施例，但是在附图中示出并且在本文将详细描述具体实施例，应理解本公开将被认为是本发明的原理的示例，而并不旨在将本发明限于本文所阐释和描述的内容。
[0041] 图1示出了称为D-MatrixTM的模块化半导体直接转换CZT伽马探测器。该聚合器模块(AM)20包括四个CZT晶体探测器21，每个CZT晶体探测器21被指定为伽马模块(GM)，每个GM测量约2.2cm×2.2cm×0.5cm厚。每个GM 21可以包括单片晶体或者可以包括多个CZT小片，其安装在邻接的复合材料中，在小片之间具有小间隙。图1中的顶部GM 21表面是金属阴极，它通常是单片的，但也可以是像素化的。伽马光子通常从CZT晶体的阴极侧进入GM。对于每个CZT探测器，GM 21的下表面具有金属阳极像素，呈11×11像素图案，间距约为2mm。CZT与基板结合，为读出电路板提供机械稳定性和电气连接，读出电路板包括ASIC、一个或多个ADC和FPGA。为阴极提供负DC偏压(对于0.5cm厚的CZT约为-500V)，并且可选的电容去耦电路允许读取感应的阴极信号以及阳极信号。具有4个GM 21(CZT探测器，0.5cm厚)和读出电子器件的D-MatrixTM聚集器模块(AM)20的总尺寸约为4.4cm×4.4cm×5cm厚。该AM 20可以被平铺以包括各种尺寸的阵列，从而构成平板、弯曲板、环、椭圆或其它结构，如将在本说明书中所公开的。表1中列出了AM 20的一些特征。
[0042] CZT伽马探测器的一个优点是它们比闪烁体和PMT占据更小的体积，因此CZT伽马相机可以被更小体积和重量的重金属(诸如铅(Pb)或钨(W))来遮蔽。因此，专门为CZT伽马相机设计的SPECT系统机架可以比常规SPECT机架更小更轻。它可以占地面积较小，并适合较小的检查室。
[0043] 此外，如表2中列出的，CZT伽马相机的能量分辨率要好得多(对于NaI，约4％对比约9.6％)。实际上，这意味着对于被重建为3D SPECT图像的光峰平面投影图像，可以使用较窄的能量窗口。这个较窄的能量窗口将区分模糊SPECT图像的散射伽马光子。因此，与闪烁伽马相机相比，CZT相机中的最终图像对比度应该显著提高。
[0044] 图2描绘了AN420的一个这样的阵列22(108个中仅有两个被标记)，其尺寸是用于通用医疗SPECT的平板伽马相机的典型尺寸。说明性阵列22包括9行12列AM 20，形成尺寸为约39.6cm×52.8cm的平板伽马相机22。该说明性布置包括9×12＝108个AM和(9×22)×(12×22)＝198×264＝52,272个像素，如表2中所列。
[0045] 哈尔·安格于1957年制造的原始伽马相机是具有圆形视野的平板探测器。所有商业临床伽马相机都是原始平板的衍生物，但在20世纪80年代当SPECT的3D断层图像重建变得切实可行时，视野变成矩形。曾有若干次尝试将弯曲闪烁相机用于脑部或心脏成像应用，但没有一种在商业上成功。若干小型动物临床前SPECT系统是使用环形CZT模块建造的，但这些系统尚未成功大量销售。然而，模块化探测器组件，诸如图1和图2的聚合器模块AM 20，适于形成弯曲的弓形表面或环或椭圆形的探测器。
[0046] 图3(a)和图3(b)示出了弯曲探测器表面的这种设计选项。图3(a)示出了双探测器SPECT系统的横轴横截面(来自患者的脚的视图)，其中人体30作为通过伽马发射成像的示例对象。如在图2中一样，图3a中的两个探测器阵列22都被示为灰色框所示的12列24的横截面。参考图2，显然每列24包括9个AM，其长度约为39.6cm。未明确示出的是准直器、辐射屏蔽和读出电子器件，但是这些元件是本领域技术人员所熟知的。图3(b)示出了弯曲弓形表面探测器23，可以通过将AM的列24沿着大致遵循典型人体外形的弯曲表面放置而形成所述弓形表面探测器23。
[0047] 可以设计伽马相机以在图3(a)的平板配置和图3(b)的弯曲板配置之间进行机械变换。预计曲率可以是固定的或可变的。对于固定的曲率，重建将更容易，但是如果机械地或通过其它方式跟踪每个探测器的位置，则迭代重建软件可以用可变弯曲板适应“身体轮廓”。本领域技术人员将清楚，这种变换的铰接点将取决于所采用的准直方案。例如，如果平行孔准直器附接到每个CZT探测器列24，则铰接点将在准直器列的前面。然而，如果采用多针孔准直，则铰接点将在图1的CZT探测器21的前面。
[0048] 旨在将弓形探测器板的概念应用于其它可能的实施例，诸如图5、图6和图7中的那些实施例。无论在何处示出平板伽马相机，在本发明的精神和范围内都可以代替弓形板伽马相机。
[0049] 与闪烁伽马相机的重叠高斯像素相比，CZT伽马相机的较小的方形像素也可以被有利地使用。可以设计准直器(不是本发明的主题)以优化探测器-准直器系统的空间分辨率和效率，再次改善图像对比度。举例说明，表3示出了如典型的SPECT系统中使用的典型的六边形平行孔准直器和一些可能的像素配准的方孔准直器的比较。这些设计概念尚未优化，但是说明了这类像素化CZT特定准直器可实现的性能。
[0050]
[0051]
[0052] 表3.典型SPECT准直器和潜在CZT专用准直器的比较。
[0053] 图4以图形方式示出了表3中所示的四个准直器的比较。虚线表示典型LEGP(低能量通用，短划线)和LEHR(低能量高分辨率，长划线)六角形平行孔引线(Pb)准直器的系统分辨率。举例说明，实线表示对于像素配准的方形平行孔引线(Pb)准直器的两种潜在设计的系统分辨率。带有开放圆形标记的较细实线表示LEGP-CZT准直器响应；带有开放方形标记的较粗实线表示LEHR-CZT准直器响应。作为可能设计的示例，对于两个LEGP和两个LEHR准直器，在距准直器面10cm距离处的系统分辨率匹配。当然，作为距准直器的距离的函数，分辨率可以为了系统效率(灵敏度)而被折衷。对于图4和表3中所示的特定选择，配准的LEGP-CZT比典型的临床六角孔LEGP准直器效率高29％。同样，LEHR-CZT比典型的临床六角孔LEHR准直器效率高35％。设计的优化取决于应用任务，并且可以通过对系统响应的蒙特卡罗建模仿真结合迭代重建来完成设计的优化，所述迭代重建采用了对探测器-准直器响应的完整物理描述。
[0054] 本领域技术人员将清楚，像素配准的准直器响应对探测器空间分辨率没有显著依赖性，因此系统分辨率响应函数近似为直线。相反，对于具有高斯像素的闪烁体，系统分辨率是探测器和准直器分辨率的正交求和，因此分辨率响应函数近似为抛物线。更近距离的优势属于具有像素配置准直器的CZT伽马相机。本领域技术人员将清楚，方孔准直器的空间分辨率在平面中不是各向同性的。根据我们如在分子乳房成像(MBI)中使用的这种准直器的经验，这种离轴分辨率不是重要问题。
[0055] 本领域技术人员将清楚，像素化CZT探测器是本发明的优选实施例，但是利用像素化闪烁体伽马相机可以获得一些优点。例如，像素可以由NaI、CsI或LaBr制成，并且闪烁光读出例如可以通过光耦合光探测器实现，诸如真空PMT、雪崩光电二极管、位置敏感光电倍增管或硅光电倍增管。这些替代像素化相机中没有一个能够在能量分辨率、空间分辨率和形状紧凑性方面与CZT相匹配。然而，可以有利地将本说明书中公开的原理应用于这类替代的像素化伽马相机。
[0056] 图5示出了本发明的实施例，作为针对各种临床SPECT成像应用以伽马相机和身体的横截面图。在图5a)、图5b)和图5d)中，身体28躯干的近似椭圆形横截面由多个伽马相机14和18成像。在图5c)中，正在对头部和脑部25成像，而在图5d)中，正在对心脏26成像，并且在图4e)中，正在对乳房23成像。伽马相机14和18(以及14L、14R、18L、18R)包括像素化伽马传感器、读出电子器件、辐射屏蔽和准直，如将在下面的图6和图7中讨论。
[0057] 在图5a)中，虚线15表示平分全FOV伽马相机14和18的横轴宽度的平面。在该平面处，两个像素化伽马相机14和18中的每一个已经被配置成分成两个较小的FOV相机(14L和14R，18L和18R)。在特殊情况下，两个较小的FOV相机的宽度相等。本领域技术人员将认识到，这种细分可以在多个位置发生，并且所得到的较小FOV相机不需要全部具有相同的尺寸。在图5b)至图5e)中，举例说明，较小的FOV相机被示为左半部和右半部的四个半FOV相机
14L、14R、18L、18R。
14L、14R、18L、18R。
[0058] 图5中的附图示出了SPECT数据采集的时间快照。必须获取多个投影视图以重建3D SPECT图像，并且这里未示出伽马相机14和18(或14L、14R、18L和18R)的所需轨道运动，因为它对于本领域中的技术人员来说是公知的。此外，附图示出了伽马相机14和18的前表面与身体28、头部25或乳房23接触。这是优选的几何形状，其中伽马相机被定位成尽可能靠近感兴趣的体积。然而，当伽马相机14和18移动到下一个成像视图时，它们必须首先远离身体28、头部25或乳房23后退，然后移动到新的观察位置，然后移动到接近身体28、头部25或乳房23。该过程被本领域技术人员称为“身体轮廓化”，并且出于安全原因，使用大伽马相机14和18，对身体20、头部25或乳房23(例如，如红外光束所探测的那样)最接近的程度可以限制在几厘米。利用较小的FOV伽马相机14L、14R、18L和18R，接近身体20、头部25或乳房23将更安全，从而改善重建的空间图像分辨率。
[0059] 图6a)示出了本发明的实施例，作为像素化伽马相机14的横截面图，该像素化伽马相机14被配置成在平面15处细分为两个较小的伽马相机14L和14R，如图6b)和6c)中所示。伽马相机14包括像素化探测器，所述像素化探测器具有读出电子器件10、辐射屏蔽11和准直12，作为示例示出为平行孔准直器。在优选实施例中，探测器10包括像素化CZT直接转换半导体模块，诸如图1中所示的D-矩阵20。与像素化探测器10相关联的读出电子器件包括ASIC、ADC和数字通信，其向数据采集计算机(42，图7)传输包含至少2D位置和能量的伽马光子探测事件包的列表。如图5中所示，虚线15标记了电位分离平面，其中探测器10、屏蔽11和准直器12可以细分以形成两个较小的FOV伽马相机14L和14R。
[0060] 本领域技术人员将清楚，细分的探测器需要额外的辐射屏蔽13L和13R以覆盖暴露的探测器10L和10R的边缘。该附加屏蔽13L和13R可以被机械地或手动地布置。当然，在细分伽马相机14L和14R可以重新结合成全FOV伽马相机14之前，必须去除该附加屏蔽13L和13R。图6a)示出了附接到大FOV通用伽马相机14的附加边缘屏蔽的位置，可变换相机14被细分时可以将所述附加边缘屏蔽部署在所述位置。图6b)示出了通过细分全FOV相机14而形成的两个小FOV相机14L和14R完全分离并形成独立的伽马相机的情况。附加的辐射屏蔽13L和13R已经移动(优选地自动化)以覆盖细分的伽马相机的暴露端。图6c)中中示出了不同的情况，其中两个小FOV相机14L和14R没有完全分离，而是在铰链线处保持在一起，以保持对两个小FOV相机之间的位置和方位的某种依赖性。在这种情况下，附加屏蔽13L和13R将覆盖两个小FOV相机之间的楔形空间。
[0061] 图7a)示出了本发明的实施例，作为像素化伽马相机14的平面图，该像素化伽马相机被配置成在平面15处细分为两个较小的伽马相机14L和14R，如图7b)中所示。附加辐射屏蔽13L和13R覆盖探测器10L和10R的暴露边缘。图7中示出了另一个重要的机械特征，即机械支撑件16L和16R。这些机械支撑件可以在本发明的预期实施例中采用各种形式。在一个实施例中，机械支撑件16L和16R将连接到标准SPECT系统机架环40，并且除了沿机械支撑轴16L或16R提供枢转运动之外，还能够进行径向和方位角(旋转)运动，以将相机远离旋转的系统机架轴来瞄准。在另一个实施例中，机械支撑件16L和16R将包括铰接臂，以使伽马相机(14或14L和14R)能够被手动或机器人定位在围绕身体的许多位置，如图5中所示，用于潜在临床应用的取样。
[0062] 如本领域技术人员将理解，需要标准SPECT系统来支持可变换伽马相机，并且存在用于这类系统的多种几何形式。实质上，这类系统包含支撑转子45和机架40的支架44。可变换伽马相机14或14L和14R由机械支撑件16L和16R支撑。包括病床(未示出)的系统的所有运动(旋转、平移、机器人定位)由计算机42控制，计算机42还从伽马相机14或14L和14R获取数字数据，重建2D平面和3D SPECT图像，并显示生成的图像以进行医学解释。
[0063] 总之，本发明在一个实施例中提供了用于SPECT系统的创新设计，该SPECT系统通过机器人变换成适应的几何形状，其比具有两个大FOV平板闪烁体伽马相机的现有技术SPECT系统更适合于各种临床应用。该实施例提供了途径将大型全FOV伽马相机14和18细分为至少四个较小FOV伽马相机14L、14R、18L和18R并将这些相机以更有效的几何形状定位在身体周围以进行SPECT成像。最明显的优势是采集效率可以大约翻倍。而且，通过将更多的探测器体积放置得更靠近感兴趣的成像体积，可以改善重建图像的空间分辨率。
[0064] 图8是描绘用于在临床环境中应用本发明的任何实施例的说明性方法的流程图。假设已经在核医学(“分子成像”)诊所中设计、构建和安装了具有一个或多个可变换伽马相机的SPECT系统，则将遵循图8中所示的步骤以利用这种创新系统。每个患者检查的第一步
30是选择临床应用。通常，每个患者使用一种应用，但是可以在单次检查期间对同一患者进行两次或更多次连续研究。如果是这种情况，则针对每种临床应用重复该流程，诸如脑血流量、肺灌注/通气、心肌灌注或全身骨(平面或SPECT)。
30是选择临床应用。通常，每个患者使用一种应用，但是可以在单次检查期间对同一患者进行两次或更多次连续研究。如果是这种情况，则针对每种临床应用重复该流程，诸如脑血流量、肺灌注/通气、心肌灌注或全身骨(平面或SPECT)。
[0065] 下一步骤31是使临床应用与伽马相机和准直器的最佳配置相匹配。必须做出选择，诸如平面板或弯曲板、伽马相机数量和准直类型。通常，这类选择将被输入到图形用户界面中，该图形用户界面将关联由制造商为每个临床应用提供的优选配置。在选择了所需的配置后，扫描仪将自动变换为所需的配置，将大型通用伽马相机细分为大型平铺阵列的较小子集，如步骤32中所示。该变换过程可能完全是机器人控制的，也可能是手动协助的。例如，可能需要更换准直器，并且可能需要附接或移除附加的辐射屏蔽。
[0066] 下一步骤33是患者准备。当然，该步骤可以在先前步骤之前或与之前步骤并行地执行。在正确配置扫描仪(步骤32)并且患者已经准备好注射放射性示踪剂之后，然后将患者定位在扫描仪床上并移动到针对多个投影图像中的第一个图像的位置。
[0067] 步骤34是数据采集。多个变换的伽马相机定位在患者的身体28、头部25或乳房23周围，并且获取单个平面投影(对于多个相机中的每一个可能是不同的平面)。然后通过用机器人将相机移动到患者周围的不同角度和不同的相机方位(诸如全部聚焦在心脏26上)来多次重复该步骤。在获取了所有数据之后，然后执行步骤35，其中计算机重建然后显示并存储患者SPECT图像。同样在数据采集之后，可以执行步骤36以从SPECT扫描仪中移出患者。显然，步骤35和36可以按顺序或同时执行。
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