利用兩個共配準的相對的伽馬成像頭系統的高分辨率單光子平面和spect成像腦和頸部的制作方法

專利名稱：利用兩個共配準的相對的伽馬成像頭系統的高分辨率單光子平面和spect成像腦和頸部的制作方法
技術領域：
本發明涉及SPECT成像，尤其涉及用于成像患者的頭部、腦和頸部區域的小型和移動式高分辨率SPECT成像系統。
背景技術：
由于壽命的增加腦疾病在老年人群中變得越來越普遍，并且由于美國和歐洲人口繼續老化，阿耳茨海默氏病、帕金森氏病、其他癡呆和腦癌將增加。在美國大約有4，000，000 人患有阿耳茨海默氏病。僅在美國預計到2050年就有1500萬阿耳茨海默氏病的病例。而且在美國估計有150萬人患有帕金森氏病。腦神經病影響的60歲以上的美國人并且每年有100，000新的病例。腦功能的診斷分析是當前的成像技術中不能滿足需要的領域。 醫生需要除了解剖學以外的關于腦功能的更具體和精確的信息以便診斷病情、對癥治療和監測介入和治療的結果。已開發了可以減緩疾病的發展的用于阿耳茨海默氏病的有希望的新藥物療法。核醫學目前提供若干分子成像模態來幫助腦功能的評估正電子發射斷層攝影(PET)、單光子發射計算機斷層攝影(SPECT)和平面有限角斷層攝影或簡單平面單伽馬成像。從腦生物學和包括處理和成像技術的物理學的成像性能的角度來看，由于若干原因PET是用于分子腦成像任務的首選，原因包括1)18F-FDG腦成像已經用作診斷阿耳茨海默氏病的靈敏方法，2)匹茲堡化合物B (PIB)生物標記有望進一步改善阿耳茨海默氏病的早期診斷，3)用于腦功能成像的許多PET放射性藥物目前在研發中，以在癥狀出現之前診斷狀況，4)由當前的臨床PET掃描器提供的4-5mm分辨率小于由臨床SPECT系統提供的分辨率的一半，以及5)PET技術的物理限制為l_2mm左右，而由于機械準直器的物理限制，在 SPECT成像中獲得的典型空間分辨率為大約10mm。然而，在當前PET的可用性和成本是快速普及推廣的障礙，而單光子標記生物標記由于它們的更長半衰期、不需要附近的生產中心和更低成本而在多數實際情況下可用。Tc-99m是在核醫學中使用的最流行的標記物，具有 140keV的光子(伽馬)發射和具有大約6小時的適宜半衰期。與單光子成像程序相關的主要問題在于來自Tc-99m的特征伽馬輻射在穿過諸如腦的組織時受到顯著的吸收。因此對于Tc-99m，來自遠離檢測器的頭部/頸部的扇區的伽馬射線通量和伽馬照相機中的相關成像信號比源自頭部的前部中的伽馬射線遠遠更多地被衰減。使用適當的準直器和屏蔽，可以成像其他單光子標記物的分布，例如1123，hlll， Lul77或1131。除了 I123(159keV伽馬發射)以外，所列出的三個貝塔發射體用于癌癥的輻射治療中，也被稱為短距放射治療。所以，原則上，所提出的方法也可以在治療期間改善腦/頸部中的癌性組織的成像。可以由SPECT診斷的神經病癥包括創傷性腦損傷、阿耳茨海默氏病、注意缺陷多動癥(ADHD)、焦慮癥、自閉癥、雙相障礙、抑郁和強迫癥。所以需要一種能夠產生患者的頭部、腦和頸部區域的整體的高分辨率圖像的移動式專用SPECT腦成像器。該專用成像器的幾何結構將導致減小通常與常規SPECT成像器相關的、由于伽馬射線的衰減而產生的來自遠離檢測器的扇區的成像信號的損失。通過使用 SPECT成像，腦成像器將利用比相當的PET生物標記成本更低、更容易獲得的半衰期更長的 SPECT生物標記。

發明內容
本發明是一種小型、移動式、專用SPECT腦成像器，其可以容易地被移動到患者以提供原位成像，尤其當患者不能被移動到核醫學成像中心時。由于單光子標記生物標記的普遍可用性，SPECT腦成像器可以用于許多地點，包括遠離醫療中心的遠程地點。該SPECT 成像器改善了來自患者的頭部和頸部區域的伽馬發射的檢測。該SPECT成像器使用單伽馬成像模態改善了診斷質量，尤其在同時需要更高空間分辨率和靈敏度的成像的情況下。目標和優點使用本發明的高分辨率單光子平面和SPECT腦成像器獲得了若干優點，包括(1)通過提供安裝在旋轉臺架上并且成180度彼此精確地機械共配準的兩個相同的小型輕質伽馬成像檢測器頭，視場覆蓋比常規SPECT腦成像器明顯得到改善(大約 20cmX 15cm)。所述檢測器頭被置于患者的兩側并且相對于彼此機械地被固定，患者的腦或頸部完全由產生的有效視場覆蓋包含。(2)安裝在兩個伽馬照相機上的平行孔準直器被精確地機械對準，對準的精度由點和線性放射性源驗證。(3)在兩個檢測器頭中單獨產生的患者的頭部或頸部的被成像區域的兩個角投影的序列將使用步進或連續旋轉機械臺架獲得，并且將其作為投影圖像的一個集合由專門的成像算法進行每個角投影的處理，所述成像算法涉及來自兩個成像器的經預處理的共配準圖像的乘法或其他組合處理。(4)必要時，從單獨的檢測器頭獲得的投影圖像和組合圖像用于獲得對象的三個 SPECT斷層攝影重建，其中組合圖像用作標準集合并且單獨的圖像提供附加信息。作為例子，單獨的圖像包含關于放射性攝取率的線性信息，而組合圖像是高度非線性的。(5)由兩組上述共配準檢測器頭制造的系統可以在包括用于立體定向顯示的平面模式的若干模式中被使用以提供頭部/頸部區域的兩個同時互補的動態視圖、提供兩個獨立的SPECT掃描或利用每一對來提供將被組合以產生斷層攝影SPECT圖像的一個組合集合的角視圖的一半。(6)患者可以躺在床上、在椅子中坐直或最佳地坐在椅子中處于椅子中的倚靠位置以限制患者的頭部的運動，同時提供患者舒適性。(7)患者的頭部將被附連到成像床或椅以最小化掃描期間的頭部運動，但是不導致較大的不適。(8)成像床、椅和/或成像器臺架將允許中心成像平面定位在頸部/頭部區域的適當高度以提供感興趣區域的優化成像。(9)按照高分辨率成像中的新的成像標準，患者的頭部的位置一直由光學監測系統監測以為掃描期間的頭部運動校正SPECT數據。(10)兩個小型檢測器頭可以利用小型位置敏感PMTs的陣列，而且新型硅光電倍增器(SiPMTs)使該系統更加緊湊和可能更加穩健。(11) SiPMTs的實現和提供MRI兼容屏蔽、準直器和對強磁場免疫的其他材料允許將成像器插入MRI磁體中以獲得包括fMRI-SPECT的同時雙模態成像，所述同時雙模態成像組合兩個功能成像模態以研究腦功能。通過與參考附圖一起閱讀以下描述將更好地理解本發明的這些和其他目標和優
點ο


圖1是從患者的頭部之上看到的根據本發明的腦成像系統的頂視圖，包括用于確定由每個照相機檢測到的伽馬射線的數量的公式的幾何參數。圖2是根據本發明的基于平板多襯墊光電倍增管的陣列的照相機頭構造的例子。圖3是具有接近90度的相對角的兩對小型相對的共配準伽馬成像器的頂視圖，檢測器頭安裝在旋轉臺架的環板上。圖4是顯示對于+/-10 %能量窗口五個被選擇的準直器的測得比較靈敏度的圖形。圖5是顯示使用根據本發明的各種準直器的檢測器非固有空間分辨率與離檢測器表面的距離的關系的圖形。圖6是以病變感興趣區域(ROI)內每10分鐘的計數表示的檢測器靈敏度與病變離檢測器的距離(以cm計)的相關性的圖形。圖7是由兩個相對的照相機單獨測量并且來自組合(相乘和求和)圖像的8mm球形病變的病變對比度與檢測器頭之間的病變的位置的關系的圖形。附圖中的附圖標記的索引20小型相對式頭腦成像系統，第一實施例21第一檢測器或伽馬照相機22第二檢測器或伽馬照相機24平行孔準直器26患者的頭部28頭部/頸部/腦扇區30到達檢測器的伽馬射線的投影管40檢測器頭，優選的實施例42平板多襯墊PMT44光分散器窗口46閃爍陣列48 窗口50反射帶
52死區
60小型相對式雙頭成像系統，優選的實施例
62第一對共配準伽馬檢測器頭
64第二對共配準伽馬檢測器頭
66檢測器板
68環板
70患者的頭部
具體實施例方式在常規SPECT成像期間，從不同的檢測器頭角位置采集圖像或投影的序列。成像頭被安裝在旋轉臺架上。患者的頭部或頸部的每個扇區從最接近該扇區的方向具有更好的可見性，離所有方向距離相同的頭部或頸部的內扇區除外。來自內扇區的伽馬照相機中的成像信號遠遠更多地被衰減并且因此那些扇區的圖像重建差。在執行對象的3D斷層攝影重建算法之前，通過利用組合來自兩個相對的且共配準的伽馬成像頭的每個角視圖的投影圖像的構思，可以在SPECT中獲得顯著改善。另外，吸收和空間分辨率影響的計算機建模以及被收集的數據的隨后校正將改善被重建的3D圖像的品質。在本領域的當前狀態下，用標準核醫學照相機執行患者的閃爍照相或單光子伽馬成像并且對于小特征，例如Icm以下的病變，尤其是遠離伽馬照相機表面的對象，它遭受不良靈敏度的影響。導致該不良性能的主要因素是由于扇區或病變與檢測器頭之間的大距離而產生的成像期間的不良空間分辨率。因此，用常規大視場(FOV)照相機完成的患者研究由于目標到準直器距離(TCD)較大而遭受不良靈敏度的影響。由于分辨率隨對象距離而減小，因此TCD成為空間分辨率和因此病變檢測靈敏度的主要因素。小FOV成像頭原則上可以很靠近患者的頭部被放置以通過最小化TCD來改善空間分辨率。然而，病變到照相機距離仍然對病變檢測具有很大影響，甚至這些專用設備取決于目標(頭部、頸部等)內的病變位置而顯示明顯的靈敏度變化。通過包含在患者的頭部的相對側的第二檢測器，我們保證最小化所有情況的TCD。本發明的主題是實質地解決在來自患者的頭部/頸部的Tc-99m伽馬發射的檢測中的理論上預期的和臨床上觀察的限制。該限制不利地影響所有單伽馬成像模態的診斷質量，但是尤其在同時需要更高空間分辨率和靈敏度(常常在腦成像期間需要)的成像的情況下。本發明的小型、移動式、專用SPECT腦成像器可以被移動到患者(ER，I⑶，醫院病床，門診中心)以提供原位成像，尤其當患者不能被移動到核醫學成像中心時。由于單光子標記生物標記的普遍可用性，與PET相比，SPECT腦成像器可以用于同樣也遠離醫療中心的許多地點。根據本發明的高效率、高分辨率(大約5mm)和經濟專用SPECT腦成像器可以對腦疾病或狀況(例如創傷)的早期檢測和對治療計劃和監測具有重要影響。更高空間分辨率的成像器由于特定的共配準雙頭設計而保持靈敏度。本發明的腦成像器檢測更小的異常并且能夠比標準單光子成像器更早和更精確地診斷腦疾病或狀況。腦成像器利用高性能分子成像模態與近期引介的生物標記的結合來改善諸如癡呆的腦疾病的早期診斷。
本發明的腦SPECT成像器包括用于根據成像器模塊(一個或兩個成像對)的角覆蓋和成像切片的寬度(5-20cm)旋轉和可能的平移掃描的專用輕質移動式臺架。腦SPECT成像器可以提供可選的用于高質量的全角度采樣的快速連續動態掃描、快速平面成像、標準成像或有限角SPECT成像。小型幾何結構允許成像器和臺架接近患者的頭部/頸部定位并且具有改善的分辨率和/或靈敏度。檢測器頭之間的距離可以被調節以使不同的情形(例如椅子或床)適應不同尺寸的患者頭部。小型幾何結構允許患者具有若干選擇的靈活的成像幾何結構，包括躺在床上或坐在靜止或旋轉的椅子中。包括旋轉臺架、床和椅子的所有系統構件可以是移動式的，用于容易在各地點之間轉移、儲存或容易安裝在車輛上。校正掃描期間的頭部/頸部運動的頭部/頸部監測系統可以被包括在系統中。具有讀出電子設備和控制器的數據處理站和專用計算機可以被安裝在獨立的移動式輪式柜中或包含/附連到臺架或床或椅子。如果在不同的臺架上被重新配置并且適配有最佳的準直器，所提出的共配準雙頭單光子腦成像器構思原則上也可以用于患者的身體的其他部分，例如肢體、頸部和甲狀腺， 甚至乳房。參考圖1，顯示了頂視圖，解釋了本文中使用的近似公式的幾何參數以證實通過使用共配準檢測器獲得的改善。本發明的腦SPECT成像器20使用標準伽馬照相機根據共配準雙側成像的原理操作。幾何結構包括兩個相同的伽馬照相機21和22，相同和共線性平行孔準直器M置于患者的頭部26的相對側。在圖1中顯示了應用于下文中的方程(1)和 (2)中的近似公式的幾何參數。具有輻射強度A的頭部/頸部/腦扇區觀處于沿照相機或檢測器21的方向測量的頭部/頸部表面/皮膚之下的深度d處。在特定橫截面水平的對象厚度為T。由于在優選的布置中平行孔準直器M的使用，從被選擇的頭部/頸部/腦扇區觀到達兩個檢測器21和22的伽馬射線近似地被包含在投影管30內，所述投影管垂直于檢測器前表面，并且具有對象扇區的橫向尺寸。如果在頭部/腦/頸部區段中的單位時間的總放射性為A，則在兩個平面圖像的同時采集之后，由每個照相機21和22從該頭部/頸部區段檢測到的伽馬射線的數量可以近似表示為(I)N21= ε 21tAexp[-y d]N22= ε 22tAexp [- μ (T-d)]其中ε工和ε 2分別是照相機1和2的實際檢測效率(包括例如肺、骨等的吸收)， t是以秒計的采集時間，μ是以cm—1計的組織的線性衰減系數，d是在頭部/頸部的表面之下并且沿照相機1的表面的方向測量的對象扇區的以cm計的深度，并且T是在相關投影平面和方向的以cm計的對象厚度。兩個照相機提供頭部/腦/頸部扇區的兩個互補的投影視圖和相應的測得強度率 (activity rate)。兩個測得強度率是因衰減和準直因素降低的實際強度率。盡管對測得強度的準直影響完全與到特定對象扇區的距離無關，但是衰減影響根據特定頭部/腦/頸部扇區離對象表面的距離(距離d)而降低測得信號。然而，如果在相同時間塊中獲得的兩個共配準圖像的像素值在逐像素的基礎上被相乘，導致每個時間塊的單一乘積圖像，則來自感興趣的對象區段的乘積圖像信號值可以由以下公式近似表示(2) N21N22 = ε 21 ε 22t2A2exp [- μ Τ]方程( 顯示對象區段深度d的影響從公式被去除，還剩下由在該頭部/頸部成像切片水平的頭部/頸部厚度T表示的吸收影響，S卩，檢測靈敏度在整個對象體積上比當單獨被使用時、甚至當被求和時的兩個單獨的視圖中的任何一個遠遠更均勻和更高。最佳圖像乘法或組合公式應當涉及對象(頭部或頸部)的更精確的物理建模，但是該簡化的數學描述顯示共配準成像的主要特征和能力。本發明的腦SPECT成像器通過使用從兩個相對(相對于彼此成180度設置)的伽馬成像頭獲得的動態圖像的兩個(逐像素)共配準序列來改善腦成像和診斷，以便最大化頭部/腦/頸部的活動性的檢測靈敏度的均勻性，例如血流或灌注，或在整個頭部/頸部體積上的頭部/腦/頸部的組織中的比攝取的其他原因，并且最小化輻射吸收影響。逐像素地執行歸一化/圖像融合技術以增加在從兩個相對的檢測器頭位置獲得的兩個視圖或圖像中顯示的任何對象區域的信號。檢測器頭將典型地被安裝在旋轉臺架上以獲得在180-360度上的頭部和/或頸部的角視圖的完整集合，從而隨后產生對象的3D斷層攝影重建。為了獲得所需的精確的和唯一的一對一檢測器像素對應性，兩個檢測器頭位置被以優于Imm地幾何地對準。不同的公式可以用于來自兩個照相機的逐像素組合角視圖。關鍵是最高效地組合來自雙側成像的圖像。除了求和和相乘圖像以外，其他更多的復雜選擇可以包括在組合兩個相應的像素值之前加權它們的值，甚至用吸收和分辨率回歸公式建模實際情形，這取決于頭部和/或頸部的特定扇區的位置。迭代技術被用于提取關于對象的結構和生物標記的攝取分布的最佳信息。與常規SPECT成像器相比，兩個檢測器的逐像素組合圖像呈現對整個腦或頸部區域中的血流的動力學或攝取的遠遠更均勻的靈敏性。本發明的共配準雙頭成像系統通過伽馬吸收影響的一階校正增強了小圖像特征的檢測信號和檢測(如上面公式O)中所示)。 對于對象的每個投影視圖，共配準雙頭成像系統也通過以下方式增強了小圖像特征的檢測信號和檢測1)經由同時由兩個照相機測量的兩個統計無關信號的關聯來增加信號的統計強度(信噪比(S/N))，和2、經由同時由兩個照相機測量的兩種圖像的組合(相乘等)來增加圖像特征(熱點等)的對比度。由本發明的共配準雙頭成像系統提供的信號增加典型地是非線性的(例如當使用逐像素圖像相乘時)，并且因此不能用于提取不同感興趣區域(ROIs)的攝取率，但是它大大地增強了結構的可見性(對結構進行“銳化”)和突出分布的非均勻性，和因此(例如在阿耳茨海默氏病、創傷、癌癥和其他疾病狀況中看到的)異常生物標記攝取圖型的檢測。可以在根據本發明的共配準雙頭成像系統中執行若干成像技術。優選的實施例包括作為穿過機械準直器(典型地為鉛、鎢或這些材料的合金)的伽馬射線的傳感器/能量轉換器的閃爍器，同時不同的光電檢測器將用作由閃爍器中被吸收的伽馬射線產生的閃爍光的檢測器。閃爍器可以由像素化或片狀晶體材料制造，例如NaI (Tl),CsI (TI)jCsI (Na)， GSO, LaBrf等。閃爍材料的厚度必須提供用于特定能量(例如由Tc99m標記物發射的 140keV)的伽馬射線的足夠停止能力并且典型地從幾毫米到數厘米。光電檢測器部分可以是標準或多元件光電倍增器，位置敏感的、基于平板或微通道板的光電倍增器，雪崩光電二極管陣列或具有電阻等讀出的大型雪崩光電二極管，和新型的所謂的硅光電倍增器的不同變型。使用當今技術的小型雙相對頭成像器系統的尤其優選的實施例基于16個Hamamatsu H8500平板多襯墊位置敏感PMTs的陣列，所述PMTs以4X4陣列被布置并且耦聯至Ij具有 2mm-5mm 像素大小的 0. 6-1. 2cm 厚的 Saint Gobain Crystals and Detectors NaI (Tl)閃爍器像素陣列。該配置被優化用于來自Tc-99m的140keV能量光子。也可以在伽馬檢測器頭中使用其他多元件PMT類型，例如可從賓夕法尼亞州Lancaster市的Burle Industries 獲得的 Burle 85011-501，和可從馬薩諸塞州 Sturbridge 市的 Photonis USA 公司獲得的 Photonis XP1470。H8500 PMTs 可從新澤西州 Bridgewater 市的 Hamamatsu Corporation 獲得。Saint Gobain Crystals and Detectors 可從俄亥俄州 Hiram 市的 Saint-Gobain Crystals 獲得。參考圖2，顯示了用于根據本發明的共配準雙頭成像系統中的檢測器頭40的優選實施例。檢測器頭傳感器部件包括小型多襯墊PMT結構。照相機頭40的構造基于帶有附屬電子設備的16 0X4)個Hamamatsu H8500平板多襯墊PMTs 42，所述PMTs通過光分散器窗口 44偶聯到在窗口 48之后封裝的閃爍陣列46。反射帶50被置于PMTs 42之間的死區 52中以改善從大約4mm寬的死區52的閃爍光的收集。在該略圖中未顯示在閃爍陣列46前面的屏蔽和準直器。使用如圖2中所示的小型多襯墊PMT檢測器頭的每個單頭成像器可以以至少 250kHz的頻率操作。這一高頻率是設備如下設計的結果，即該設備具有在并行數字數據流模式下操作以用于傳送來自數字成像照相機檢測器的數字化信息的能力。目前在醫療實踐中使用的常規伽馬照相機部分地由于它們的較慢的前端電子設備和數據采集系統而使得其固有頻率被限制到小于大約IOOkHz。比第一實施例緊湊和更輕的檢測器頭的第二和優選實施例包括其中多襯墊PMTs 由硅PMTs替換的檢測器頭。硅PMTs可從若干制造商獲得，包括國加利福尼亞州Mountain View市的 SensL USA，馬薩諸塞州 Watertown市的 Radiation Monitoring Devices 公司，力口拿大多倫多市的Zecotek，禾口新澤西州Bridgewater市的Hamamatsu Corporation。另夕卜， 不基于閃爍器的成像器頭可以基于碲化鎘或碲化鎘鋅物理或電子像素化伽馬傳感器。參考圖3，小型雙相對頭成像器系統60的優選實施例包括共配準伽馬檢測器頭66 的兩個對62和64。小型相對式共配準伽馬成像器66的兩個對62，64可以提供相對角接近90度的頭部/頸部的立體定向視圖。檢測器頭66被安裝在旋轉臺架的環板68上。檢測器66相對于患者的頭部70的角和位置以及兩個對62和64之間的相對角在某種程度上是撓性的并且在由檢測器頭66和相關安裝齒輪的尺寸規定的機械限度內可調節。除了提供更佳的SPECT成像以外，頭部/頸部的兩個平面立體定向視圖的同時動態記錄可以提供深度信息以解決來自頭部/頸部的重疊(在視圖的一個中)扇區的貢獻。基于這兩個互補視圖，軟件可以基于動態模型展開重疊貢獻的卷積。最終結果是簡單但強大的單光子成像系統快速地評估不需要由SPECT提供的詳細斷層攝影信息的一些腦成像功能，例如血流的動力學的成像的主要路徑和其他情況。使用模型試驗執行應用于乳房成方案的相對雙頭構思的示范。使用模型試驗在乳房上示范相對雙頭構思。在這些研究中獲得的結果中的一些與頭部/頸部成像方案相關。 用軟組織等效模型進行的實驗證實了雙側成像相對于單側成像的改善。在最后的分段中， 顯示了用腦模型執行的初始的和最近的研究的結果。若干類型的準直器在實驗中被使用， 改變靈敏度和分辨率參數。
表1和2包括在使用小型成像照相機的實驗中使用的一組準直器的參數和測得性能。表1包括準直器參數并且表2包括對于兩個成像能量窗口的測得準直器靈敏度。表1 準直器參數
權利要求
1.一種小型和移動式高分辨率單光子平面和SPECT腦成像系統，用于成像已被施予單光子標記生物標記的患者的腦/頸部/頭部，該系統包括旋轉臺架；兩個相同的小型伽馬成像檢測器頭，其安裝在所述旋轉臺架上并且相對于彼此機械地被固定；所述檢測器頭相對于彼此成180度角地被機械地彼此共配準；所述檢測器頭被置于患者的頭部的相對側，患者的腦或頸部完全由所述檢測器頭的產生的有效視場覆蓋包含；成像掃描期間最小化患者的頭部運動的布置；以及數據采集和處理系統，其用于接收單獨來自所述伽馬檢測模塊的每一個的成像數據以用于產生腦/頸部/頭部的斷層攝影圖像。
2.根據權利要求1所述的SPECT腦成像系統，其中所述伽馬成像檢測器頭包括兩個相同的伽馬照相機；以及兩個相同的和共線性的平行孔準直器。
3.根據權利要求1所述的SPECT腦成像系統，包括這樣的靈敏度，在該靈敏度下，在 Icm以下的病變和遠離伽馬照相機表面定位的病變是可檢測的。
4.根據權利要求1所述的SPECT腦成像系統，其中所述臺架除了旋轉掃描以外還能夠平移掃描。
5.根據權利要求1所述的SPECT腦成像系統，包括與高靈敏度并存的至少5mm的空間分辨率；5-20cm的成像切片的寬度；以及至少20cmX 15cm的視場，所述視場完全包含患者的整個腦或頸部。
6.根據權利要求1所述的SPECT腦成像系統，包括用于調節所述檢測器頭之間的距離的布置。
7.根據權利要求1所述的SPECT腦成像系統，其中所述單光子生物標記選自包括 Tc-99m, 1123，Inlll, Lu 177 和 1131 的群組。
8.根據權利要求2所述的SPECT腦成像系統，其中安裝在所述伽馬照相機上的所述共線性的平行孔準直器精確地與點和線性放射性源機械對準。
9.根據權利要求1所述的SPECT腦成像系統，其中所述臺架步進或連續旋轉以在所述兩個共配準的檢測器頭中產生患者的頭部或頸部的被成像區域的兩個單獨產生的角投影的序列。
10.根據權利要求1所述的SPECT腦成像系統，其中所述腦成像系統包括成像床或椅；以及所述最小化患者的頭部運動的布置包括將患者的頭部附連到所述成像床或椅以最小化頭部運動，同時保持患者舒適性。
11.根據權利要求1所述的SPECT腦成像系統，其中對于頭部/腦/頸部區段中的單位時間的總放射性A，則在兩個平面圖像的同時采集之后，由每個照相機21和22從該頭部 /頸部區段檢測到的伽馬射線的數量能夠由下列近似(I)N21= ε 21tAexp[-y d] N22= ε 22tAexp [- μ (T-d)]其中ε i和ε 2分別是照相機1和2的實際檢測效率(包括例如肺、骨等的吸收)，t是以秒計的采集時間，μ是以cm—1計的組織的線性衰減系數，d是在頭部/頸部的表面之下并且沿照相機1的表面的方向測量的對象扇區的以cm計的深度，并且T是在相關投影平面和方向的以cm計的對象厚度。
12.根據權利要求11所述的SPECT腦成像系統，其中如果在相同時間塊中獲得的兩個共配準圖像的像素值在逐像素的基礎上被相乘，導致每個時間塊的單一乘積圖像，則來自感興趣的對象區段的乘積圖像信號值能夠由以下公式近似(2) N21N22 = ε 21 ε 22t2A2exp [- μ Τ]。
13.根據權利要求1所述的SPECT腦成像系統，其中所述兩個檢測器頭被幾何地對準以好于1mm，從而獲得所需的精確的和唯一的一對一檢測器像素對應性，從而隨后產生對象的高度精確的3D斷層攝影重建。
14.根據權利要求2所述的SPECT腦成像系統，其中所述檢測器頭包括閃爍器，其作為穿過所述平行孔準直器的伽馬射線的傳感器和能量轉換器；以及光電檢測器，其檢測由在閃爍器中被吸收的伽馬射線產生的閃爍光。
15.根據權利要求14所述的SPECT腦成像系統，其中所述閃爍器由像素化或片狀晶體材料制造，所述材料選自包括NaI (Tl)，CsI (Tl)， CsI (Na)，GSO和LaBr3的群組；以及所述光電檢測器選自包括下列的群組標準光電倍增器，多元件光電倍增器，位置敏感光電倍增器，平板光電倍增器，基于微通道板的光電倍增器，雪崩光電二極管陣列，具有電阻等讀出的大型雪崩光電二極管，和硅光電倍增器。
16.一種小型和移動式高分辨率單光子平面和SPECT腦成像系統，用于成像已被施予單光子標記生物標記的患者的腦/頸部/頭部，該系統包括包括環板的旋轉臺架；兩對共配準的伽馬檢測器頭，其安裝在所述旋轉臺架的所述環板上并且相對于彼此機械地被固定；所述檢測器頭的每一對中的每一個檢測器頭相對于彼此成180度角地被機械地彼此共配準；用于調節檢測器頭的所述對之間的位置和相對角的調節布置；所述檢測器頭被置于患者的頭部的相對側，患者的腦或頸部完全由所述檢測器頭的產生的有效視場覆蓋包含；成像掃描期間最小化患者的頭部運動的布置；以及數據采集和處理系統，其用于接收單獨來自所述伽馬檢測模塊的每一個的成像數據以用于產生腦/頸部/頭部的斷層攝影圖像。
17.根據權利要求16所述的SPECT腦成像系統，其中所述兩對共配準的檢測器頭相對于彼此成90度的角被安裝在所述環板上。
18.根據權利要求16所述的SPECT腦成像系統，其中所述檢測器頭包括以250kHz的頻率操作的多襯墊PMT檢測器頭布置。
19.根據權利要求16所述的SPECT腦成像系統，其中所述伽馬檢測器頭包括16個PMTs的陣列；所述PMTs以4X4陣列被布置并且耦聯到具有2mm-5mm像素大小的NaI (Tl)閃爍器像素陣列；以及所述PMTs選自包括平板多襯墊位置敏感PMTs和硅PMTs的群組。
20.根據權利要求16所述的SPECT腦成像系統，其中檢測器頭的所述對包括硅PMTs， 準直器，屏蔽，和其他材料，所述其他材料是MRI兼容的和對強磁場免疫的，由此允許將所述腦成像系統插入MRI磁體中以獲得包括fMRI-SPECT的同時雙模態成像。
全文摘要
一種小型、移動式、專用SPECT腦成像器，其可以容易地被移動到患者以提供原位成像，尤其當患者不能被移動到核醫學成像中心時。由于單光子標記生物標記的普遍可用性，SPECT腦成像器可以用于許多地點，包括遠離醫療中心的遠程地點。該SPECT成像器用大視場改善了來自患者的頭部和頸部區域的伽馬發射的檢測。兩個相同的輕質伽馬成像檢測器頭被安裝到旋轉臺架并且成180度彼此機械地被共配準。唯一成像算法組合來自檢測器頭的共配準圖像并且提供被成像對的若干SPECT斷層攝影重建，由此改善診斷質量，尤其在同時需要更高空間分辨率和靈敏度的成像的情況下。
文檔編號A61B6/00GK102497815SQ200980155143
公開日2012年6月13日 申請日期2009年5月21日 優先權日2009年1月23日
發明者斯坦尼斯拉夫·麥楚斯基, 詹姆斯·普洛菲特 申請人:杰弗遜科研有限責任公司