基于准直器和检测器的医学成像系统

本申请要求于2019年11月7日提交的美国专利申请No.16/676,932的优先权，其全部公开通过引用并入本文。该美国专利申请No.16/676,932要求美国临时专利申请No.62/760,659和美国临时专利申请No.62/758,183的权益。

背景技术

在分子医学成像(有时被称为核医学)中，可以生成表示放射性药物分布的图像以用于医学诊断。在成像之前，将放射性药物注射到成像对象(诸如患者)中。放射性药物发出放射性光子，其可以穿透身体而被光子检测器检测到。基于来自接收到的光子的信息，光子检测器然后可以确定放射性药物在患者体内的分布。它们的分布表示了患者的生理功能，并且因此，它们的分布图像为诸如心脏病学、肿瘤学、神经病学等各种疾病和病症的诊断提供了有价值的临床信息。

准直器是引导光子路径的装置。在分子成像中，光子可能来源于对象内部的未知位置，这与X射线或CT中的光子从(多个)已知源位置发出不同。如果没有准直器，来自各个方向的光子可能会被伽马检测器记录，并且图像重建可能会变得困难。因此，准直器被采用来引导可能的光子路径，以使得可以重建图像，类似于镜头在摄影相机中的作用。尽管现有的准直器和检测器成像系统通常已足以满足它们的预期目的，但它们在所有方面都不是完全令人满意的。例如，现有的成像系统常常具有有限的成像灵敏度或分辨率，并且常常遭受严重的噪声。因此，对准直器和检测器成像系统的改进是期望的。

发明内容

根据各种实施例，本公开提供了一种医学成像系统，包括：被配置为过滤从对象发出的辐射的第一准直器；被配置为检测已经通过第一准直器的辐射的第一检测器；被配置为过滤从对象发出的辐射的第二准直器，其中第一准直器部分地阻挡第二准直器的视场(FOV)；以及被配置为检测已经通过第二准直器的辐射的第二检测器。

在一些实施例中，第二检测器和第二准直器被配置为一起移动。在一些实施例中，第一准直器包括具有高与宽的第一纵横比的、用于通过辐射的第一开口，并且第二准直器包括具有高与宽的第二纵横比的、用于通过辐射的第二开口。第一纵横比高于第二纵横比。在一些实施例中，第一准直器的第一开口包括平行孔。在一些实施例中，第二准直器的第二开口包括板中的多个小孔。在一些实施例中，第二准直器上的小孔的数目为11个或更多。在一些实施例中，第二准直器被定位为距第一准直器至少3cm。在一些实施例中，第一准直器定位在第二准直器的FOV的外围上。在一些实施例中，第一准直器包括由空的部分隔开的上部和下部，并且空的部分在第一准直器的视场之外但在第二准直器的视场之内。在一些实施例中，第一准直器还包括左部和右部，每个部分连接上部和下部。左部、右部、上部和下部一起围绕空的部分。在一些实施例中，第一检测器的大小使得第一检测器被完全定位在第一和第二准直器之间。在一些实施例中，第一检测器基于以下中的至少一个：碲化镉(CdTe)、碲化镉锌(CZT)和高纯度锗(HPGe)。在一些实施例中，医学成像系统还包括：图像处理器，被配置为基于由第一检测器和第二检测器两者检测到的辐射来重建对象的医学图像，以及监视器，被配置为显示经重建的医学图像。

根据各种实施例，本公开还提供了一种用于检查患者的胸部上的乳房的分子乳房成像(MBI)系统。MBI系统包括：被配置为靠近胸部而放置的第一准直器和被配置为远离胸部而放置的第二准直器。第一和第二准直器被放置在乳房的同一侧上，第二准直器被定位成比第一准直器更远离乳房。在一些实施例中，第一准直器和第二准直器分别包括用于通过从患者发出的辐射的第一开口和第二开口。第一与第二开口分别具有高与宽的第一与第二纵横比，且第一纵横比高于第二纵横比。在一些实施例中，MBI系统还包括靠近胸部而放置的第三准直器和远离胸部而放置的第四准直器。第三准直器还包括具有高与宽的第一纵横比的、用于通过辐射的开口，并且第四准直器还包括具有高与宽的第二纵横比的、用于通过辐射的开口。第三和第四准直器被定位于乳房的同一侧上，该侧与第一和第二准直器放置在其上的乳房的那侧相对。在一些实施例中，第一准直器的开口包括平行孔。在一些实施例中，第二准直器的开口包括多个小孔。在一些实施例中，MBI系统还包括：被配置为检测已经通过第一准直器的辐射的第一检测器，以及被配置为检测已经通过第二准直器的辐射的第二检测器。在一些实施例中，第二准直器和第二检测器被配置为在保持第二准直器和第二检测器之间的恒定距离的同时围绕乳房移动。

根据各种实施例，本公开还提供一种使用分子成像对对象进行检查的方法。该方法包括：由第一准直器过滤从对象发出的光子，由第一检测器检测通过第一准直器的光子，由第二准直器过滤从对象发出的光子，由第二检测器检测通过第二准直器的光子，并由图像处理器基于由第一和第二检测器二者检测到的光子来重建对象的医学图像。在一些实施例中，第一和第二准直器被定位成使得它们的视场在重叠区域中部分地重叠。在一些实施例中，医学图像的重建包括：基于通过重叠区域并由第一检测器检测到的光子来重建第一局部图像，并且基于由第二检测器检测到的光子来重建第二局部图像。第二局部图像的重建使用第一局部图像作为针对重叠体积的初始估计。在一些实施例中，第二局部图像的重建还使用迭代方法来更新第一局部图像。

附图说明

当结合附图阅读时，从以下详细描述可以最好地理解本公开。需要强调的是，根据行业标准惯例，各种特征并非按比例绘制，仅用于说明目的。事实上，为了讨论的清楚起见，可以任意增加或减少各种特征的尺寸。

图1A和图1B分别是根据本公开的各个方面的示例成像系统的示意性俯视图和截面图。

图2是根据本公开的各个方面的成像系统的一部分的示意性截面图。

图3是根据本公开的各个方面的示例核成像系统的示意图。

图4A是根据本公开的各个方面的一个分子乳房成像(MBI)系统的示意性俯视图，并且图4B是两个图4A中所示的MBI系统的截面图。

图4C是根据本公开的各个方面的另一个MBI系统的示意性俯视图，并且图4D是两个图4C中所示的MBI系统的截面图。

图5是根据本公开的各个方面对对象进行检查的方法的流程图。

具体实施方式

以下公开提供了许多不同的实施例或示例，用于实现本公开的不同特征。下面描述组件和布置的具体示例以简化本公开。当然，这些仅仅是示例而不是限制性的。对所描述的装置、系统、方法的任何改变和进一步修改以及本公开的原理的任何进一步应用都被完全考虑，如本公开所涉及的领域的普通技术人员通常会想到的那样。例如，关于一个实施例描述的特征、组件和/或步骤可以与关于本公开的其他实施例描述的特征、组件和/或步骤相组合以形成根据本公开的装置、系统或方法的又一个实施例——尽管没有明确示出这样的组合。此外，本公开可以在各种示例中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简单和清楚起见，其本身并不规定所讨论的各种实施例和/或配置之间的关系。

此外，在随后的本公开中的另一特征上的、连接到和/或耦合到该另一特征的特征可以包括特征直接接触的实施例，并且还可以包括附加特征可以插入特征的实施例，使得特征可能不会直接接触。此外，空间相对术语，例如“下”、“上”、“水平”、“垂直”、“之上”、“上方”、“之下”、“下方”、“向上”、“向下”、“顶部”、“底部”等等及其派生词(例如，“水平”、“朝下”、“朝上”等等)被用于简化本公开的一个特征与另一特征的关系。空间相对术语旨在涵盖包括特征的装置的不同取向。更进一步地，当用“大约”、“大致”等描述数字或数字范围时，该术语旨在涵盖在包括所描述的数字在内的合理范围内的数字，诸如在所描述的数字的+/-10％内或本领域技术人员理解的其他值。例如，术语“大约5厘米”涵盖从4.5厘米到5.5厘米的尺寸范围。

本公开一般涉及医学成像领域，并且更具体地涉及分子成像系统中使用的准直器和检测器的设计。

在分子医学成像系统中，准直器和检测器协同工作以生成表示对象体内放射性药物分布的图像。然而，现有的准直器和检测器设计遭受各种问题。例如，传统上仅一种类型的准直器被用来引导光子，但是一种准直器类型常常不足以捕获从患者发出的足够的有用光子，这导致成像灵敏度或分辨率有限。又例如，有时基于准直器的成像系统被用来对患者的某个部位(诸如乳房)进行成像。在这种情况下，为了提高成像灵敏度，准直器常常具有允许大角度入射光子通过的孔或其他通过特征。但采用这样的设计，准直器也可能允许不期望的光子(从患者身体的其他部位发出的光子)通过，从而增加了噪声。

本公开提供新的准直器和检测器系统设计以解决传统系统中的问题并提高性能。根据一些实施例，分子成像系统在同一成像器头部(位于患者的同一侧)上使用多种类型的准直器和检测器(而不是单个准直器类型和单个检测器类型)。在示例系统中，第一准直器被配置为过滤从对象发出的辐射，并且第一检测器耦合到(例如，固定到或可移动地连接到)第一准直器以检测已经通过第一准直器的辐射。与第一准直器类型不同的第二准直器与第一准直器一样位于对象的同一侧上，但比第一准直器离对象更远，并被配置为过滤从对象发出的辐射，并且第二检测器耦合到(例如，固定到或可移动地连接到)第二准直器以检测已经通过第二准直器的辐射。第一准直器可以被安置在第二准直器的视场(FOV)的外围。结果，第一准直器部分地限制或阻挡了第二准直器的FOV，但其空的中心部分允许第二准直器接收通过其的光子。这种配置允许第一准直器和检测器协同拾取外围光子，这提高了成像灵敏度，同时减少了由第二准直器接收的噪声。因此，可以改善系统性能。

图1A和图1B分别是示例成像系统100的示意性俯视图和截面图，其可以被用来医学检查或治疗诸如患者102之类的对象。成像系统100是包括两个成像模块或部件(在本文中被称为成像器)110和120的混合系统。成像器110包括第一准直器112和第一检测器114，并且成像器120包括第二准直器122和第二检测器124。成像系统100可以包括其他部件，诸如将部件耦合在一起(例如，将成像器110和120连接在一起)的连接器、引起部件移动的电机、光子屏蔽组件、包含其他部件的外壳组件等等。例如，耦合和屏蔽组件126可以连接准直器122和检测器124，以使得准直器122和检测器124一起移动(例如，旋转)，并且防止辐射(光子)通过准直器122以外的路径到达检测器124。在其他实施例中，准直器122和检测器124可以相对于彼此单独移动。图1A和图1B中的注示“S”和“I”分别表示上位(头)和下位(脚)。

当成像系统100被用来医学检查或治疗患者102(其可以是人或动物)时，可以将一个或多个放射性药物口服或注射到患者102中。放射性药物经历核衰变并且可以直接或通过湮灭间接以(多个)一定速率和特征能量发出辐射(例如，伽马光子)。检测器114和124被放置在患者102附近以记录或监视该发出。在一些实施例中，检测器114和124被组织成平面形状以获取二维(2D)矩阵格式的数据，其可以被称为投影。在其他实施例中，检测器114和124具有曲面形状以增加用于接收入射角大于零的光子的表面积。基于所记录的信息，诸如此类被检测事件的计数、位置和能量，可以重建放射性药物分布的图像以研究患者102的某些身体部位的状态或功能。

图2是成像系统100的一部分的示意性截面图。在实施例中，准直器112被配置为过滤从患者102发出的辐射，并且检测器114耦合到准直器112以检测已经通过准直器112的辐射。准直器122被定位成比准直器112更远离患者102并且被配置为过滤从患者102发出的辐射。作为示例，准直器122可以被放置在距离用于患者102的搁置平台130至少几厘米(例如，5cm)处，而准直器112可以被放置为尽可能靠近用于患者102的搁置平台130(例如，2cm或更小，诸如几毫米)。因此，准直器122被放置在准直器112下方一定距离处(例如，至少3cm、或5cm、或10cm、或15cm、或30cm、或1至2米之间、或大于2米)，其中不同的距离可能适合不同的应用或目的。需要准直器112和准直器122之间的距离来优化准直器122的性能，诸如提高分辨率。患者102和准直器122之间的距离还可以取决于准直器112和122上的开口类型，这将在下面进一步描述。检测器124耦合到准直器122以检测已经通过准直器122的辐射。准直器112在其中心部分中可以是空的并且可以沿着准直器122的FOV的周边来进行安置。结果，准直器112部分地阻挡准直器122的FOV，但其空心部分允许准直器122接收通过其的光子。这种配置允许准直器112和检测器114拾取外围光子，这充分利用了空间并提高了成像灵敏度，同时减少了由准直器122接收的噪声。因此，可以改善系统性能。在替代实施例中，准直器112的中心部分不是空的，但是对于从患者102发出的辐射仍然是透明的。这实现了与具有空的中心部分相同或相似的效果。

准直器112和122被配置为通过阻挡某些光子并通过其他光子来过滤辐射。准直器112和122各自都可以由吸收一种或多种辐射(例如光子)的(多种)重金属(诸如铅和/或钨)制成。准直器112具有内置于其中以允许一些光子通过的开口113，并且准直器122具有内置于其中以允许一些光子通过的开口123。应当理解，本文所公开的准直器的辐射或光子阻挡或吸收不需要阻挡100％的光子，因为小百分比的光子(例如，5％或更少)仍然可以穿透辐射吸收材料的整个厚度。逃逸光子的数目可能会随着准直器的厚度呈指数下降。换句话说，阻挡(或其他类似术语)意指基本上所有的光子(例如，95％或更多，或98％或更多)被辐射吸收材料吸收。

如图2中所示，光子可以以可接受入射角(在图2中用符号α标示为线A1和垂直方向Z之间的角度，其中线A1是光子的行进方向并且方向Z是准直器112的顶表面的法线)撞击准直器112的顶表面。如果入射角大于预定阈值，则光子将被准直器112吸收(注意，存在光子穿过准直器112与开口相邻的一部分的情况(例如开口的侧壁上的薄区域))。因此，可接受入射角α表示光子通过开口113而不穿过准直器112的一部分的可能入射角的范围。

在一些实施例中，该阈值范围从0°到大约2°或从0°到大约10°。在一个示例中，LEHR(低能量高分辨率)准直器具有大约1.11mm的开口直径和大约24.04mm的长度，可接受入射角范围为0°至大约2.64°。在另一示例中，GAP(通用所有目的)准直器具有大约1.40mm的开口直径和大约25.4mm的长度，可接受入射角范围为0°至大约3.15°)。在又一示例中，LEHS(低能量高灵敏度)准直器具有大约2.54mm的开口直径、大约24.04mm的长度、可接受入射角范围为0°至约6.03°。准直器112的可接受入射角常常小于10°。可以通过准直器112的光子被认为在准直器112的FOV内(在图2中被标示为FOV1，其是在线A1和A2内的空间)。

类似地，对于准直器122，如果光子以大于预定阈值的入射角(由图2中的符号β标示并定义为光子的行进方向和准直器122的法线)撞击准直器122的顶表面，则光子将被准直器122吸收(注意，有时光子穿过准直器122与开口相邻的一部分(例如，开口的侧壁上的薄区域))。因此，只有入射角小于阈值的入射在开口123的表面上的光子才有可能通过开口123。在一些实施例中，该阈值的范围从0°至大约15°，或0°至大约75°。例如，直径大约1.0mm、长度大约3.0mm的开口具有大约为18.43°的可接受入射角，直径大约3.0mm、长度大约1.5mm的开口具有大约为63.43°的可接受入射角。准直器122的可接受入射角大于准直器112的可接受入射角(例如，大于15°)。可以通过准直器122的光子被认为在准直器122的FOV内(在图2中被标示为FOV2，其是在线B1和B2内的空间)。在一些实施例中，开口113和/或123具有不规则形状。例如，开口113可以具有与另一个开口113不同的宽度，并且开口123可以具有与另一个开口123不同的宽度。开口113或123本身可以具有变化的宽度。在这种情况下，可以使用与本文所公开的原理相一致的灵活方法来确定入射角(α或β)(即，目标是相比准直器122准直器112通过具有更窄的入射角范围的光子)。

在一些实施例中，准直器112上的开口113被配置为通过相对窄的入射角范围内的辐射(例如，α在0度到大约10度之间)，而准直器122上的开口123被配置为通过更广的入射角范围内的辐射(例如，β在0到大约30度之间，或在0到大约75度之间)。在一些实施例中，准直器122的可接受入射角是准直器112的可接受入射角的至少两倍。在实施例中，准直器122的可接受入射角是准直器112的可接受入射角的至少三倍。换句话说，FOV1可以被设计为比FOV2窄。通过定制各种参数，诸如每个开口113或123的长度、大小、形状和倾斜方向，可以控制辐射的可允许通过角。在实施例中，准直器112比准直器122具有更高纵横比(孔长度与直径或宽度之比)的开口。例如，至少一些开口113可以具有比一些开口123更高的高度与宽度的纵横比。可以使用任何合适的方法来确定纵横比。如图2中所示，开口123的纵横比可以表示开口123的高度(标示为H)与开口123的宽度(标示为W)之间的比率。在一些实施例中，开口113和/或123具有不规则形状。例如，开口113可以具有与另一个开口113不同的宽度，并且开口123可以具有与另一个开口123不同的宽度。开口113或123本身可以具有变化的宽度。在这种情况下，可以使用与本文所公开的原理相一致的灵活方法来确定纵横比(即，目标是准直器112通过具有比准直器122更窄的入射角范围的光子)。例如，如果开口113比开口123更小和/或更深，则可以实现这样的目标。在一些实施例中，患者102位于成像系统100的目标体积129内，如图2中所例示。目标体积129在图2的截面图中被示为矩形框，但在3D视图中可以采取圆柱体的形式。例如，目标体积可以是直径为50至70cm的圆柱体。用于特定身体部位(诸如头部)的目标体积可能较小。在这种情况下，针对开口113和123的设计考虑适用于一些开口113，其FOV与开口123的一些FOV在目标体积129内重叠。因为开口113和123的FOV在朝上远离开口113和123时变得更宽，所以FOV重叠的概念特别适用于目标体积129内。

开口113和123——其也可以被称为隧道、孔径或通过特征——可以具有任何合适的形状、大小、数目和/或在它们相应的准直器内的分布。在一些实施例中，开口113可以包括平行孔、扇形束、锥形束、狭缝板条、小孔、多小孔、任何其他适当形状的开口、或它们的组合。在一些实施例中，准直器112被放置得非常靠近(例如，2cm或更小)患者102。因此，准直器112可以使用平行孔或扇形束(会聚或发散)，因为这样的特征不需要与患者102显著分离。在一些实施例中，开口113可以倾斜、会聚或发散并且可以形成扇形束或锥形束等。开口123可以包括平行孔、扇形束、小孔、多小孔、任何其他适当形状的开口、或它们的组合。在示例中，开口123包括多个小孔，其中小孔的数目可以大于11个、大于23个、或大于59个、或大于100个。例如，大小为5、7、11和13的常用的编码孔径图案MURA(均匀修改的冗余阵列)分别包括12、24、60和84个孔。更多数目的小孔有助于改善成像灵敏度。此外，开口123可以是单小孔、多小孔、多小孔模块(包括扩展场成像(SFI)或编码孔径)。在一些实施例中，开口123可以倾斜、会聚或发散并且可以形成扇形束或锥形束等。在实施例中，开口113和123具有不同的形状(例如，开口113是平行孔，而开口123是多小孔)。

在一些实施例中，准直器112和122各自由窄的开口制成，这些开口由被称为隔膜的重金属制成的壁隔开。如图2中所示，准直器112和122各自包括由诸如铅和钨之类的重金属制成的穿孔板。取决于被设计为进行成像的光子成像系统100的能量，板的厚度足够大以阻止大部分辐射，以使得光子主要通过板上的开口。例如，常用的同位素，锝99m(

在一些实施例中，准直器112耦合到检测器114，以使得它们一起移动(例如，旋转)。在其他实施例中，准直器112和检测器114可以相对于彼此单独移动。类似地，准直器122和检测器124可以一起移动或相对于彼此单独移动。此外，成像器110和成像器120可以被配置为一起移动或相对于彼此单独移动。在示例中，成像器110或成像器120或两者可以在成像期间移动而患者102保持静止。成像器120可以移动而成像器110保持静止，反之亦然。成像器(例如，成像器110或120)的运动可以包括横向偏移(在x或y方向上)、或垂直偏移(在z方向上)、或倾斜、或旋转、或其组合。在一些实施例中，当成像器移动时，以“步进并拍摄”的方式捕获图像，包括例如以下操作：将成像器移动到第一位置，从第一位置获取第一图像一段时间，将成像器移动到第二位置，并从第二位置获取第二图像某段时间。成像器可以围绕患者102移动到其他位置以重复操作。

准直器112可以具有各种合适的形状和尺寸。如图1A的俯视图中所示，在该实施例中，准直器112具有四个臂或部分，包括上部112S、下部112I、左部112L和右部112R，它们一起围绕空的中心部分。准直器112的上部112S和下部112I分别对应于患者102的上侧和下侧。上部112S和下部112I被空的中心部分隔开，这允许辐射到达准直器122。虽然图1A将准直器112例示为具有沿着准直器122的FOV的外围定位的四个部分，但是准直器112在各种实施例中可以采取任何合适的配置。在实施例中，准直器112可以是完全围绕准直器122的FOV的外围的一个连续件。在另一个实施例中，准直器112可以包括沿着准直器122的FOV的外围定位的分立的(或不相接的)部分。为了进一步扩展本实施例，准直器112可以具有任何合适数目的部分或侧面，诸如一侧、两侧、三侧、四侧或多于四侧。例如，准直器112可以包括上部112S、下部112I、左部112L和右部112R中的一个或多个。注意，在本文中使用取向(上、下、左和右)来表示准直器112的四个侧面。当相机/准直器模块围绕对象旋转时，关于对象的相对位置可以改变。在医学成像中，由于患者的长度(高度)通常大于宽度，因此在一些实施例中，准直器112可以仅包括两个部分，其通常是部分112S和112I。准直器112的每个部分可以具有规则的形状或不规则的形状并且可以具有弯曲的或直的边缘。此外，准直器112的分立部分可以沿着准直器122的FOV的外围而被放置在任何合适的位置处。例如，部分112S和112I可以靠近对象的头部和足部而放置，而部分112L 112R可以靠近对象的左侧和右侧，或者靠近对象的前侧和后侧而放置。更进一步地，部分112L和112R可以相对于从对象的头部到脚部的中心线对称地或不对称地放置。

准直器112耦合到一个或多个检测器114，其可以记录用于成像的光子计数。由检测器114收集的信息增加了成像灵敏度，因为与单独使用检测器124相比，来自更多区域的光子被检测到。成像器110的整体大小适合患者102和成像器120之间的空间。在成像器110内，检测器114可以具有允许其适合准直器112和122之间的空间的任何合适的大小。在实施例中，检测器114具有相对紧凑的大小或小占地面积，使得其厚度(在图1B中被标示为T1)小于准直器112的底表面和准直器122的顶表面之间的距离，并且其宽度不大于准直器112的宽度(即，在诸如图1A的俯视图中，检测器114被隐藏在准直器112下方)。紧凑的大小有助于降低成本和/或系统大小。在一些实施例中，检测器114是将X射线或伽马射线光子直接转换成电信号的直接转换检测器。此类直接转换检测器的一种类型是半导体检测器(即，基于半导体的检测器)，诸如基于碲化镉(CdTe)、碲化镉锌(CZT)或高纯度锗(HPGe)的半导体检测器。准直器112也可以是与紧凑型光电倍增管(PMT)、硅光电倍增管(SiPMT)或雪崩光电二极管耦合的闪烁体。准直器112的每个部分或侧面可以与专用检测器114相关联(或与之耦合)。可替代地，准直器112的多个部分可以共享检测器114。另一方面，在成像器120内，检测器124可以是与检测器114不同的类型。在实施例中，检测器124是闪烁体(诸如基于碘化钠(NaI)或碘化铯(CsI))检测器。

除了过滤检测光子之外，成像器110(包括准直器112和检测器114)可以用于其他目的。例如，成像器110充当FOV限制器，其限制准直器122可以看到的区域。如图2中所示，准直器112的FOV(线A1和A2内的FOV1)与准直器122的FOV(线B1和B2内的FOV2)在重叠的体积或区域中重叠。换句话说，如果线A1、A2、B1和B2朝上延伸，则线A1和B1将在准直器112的左侧上方相交，而线A2和B2将在准直器112的右侧上方相交)。在实施例中，成像器110被安置在FOV2的外围，以使得成像器110部分地阻挡FOV2。例如，成像器110可以部分地阻挡最靠近成像器110安置的一个或多个开口123的FOV。如图2中所例示，成像器110的上部112S阻挡了从准直器122上的最左侧开口123开始的线B1和C1之间的空间体积，其中线C1连接上部112S的右上角和准直器122上的最左侧开口123的右下角。类似地，成像器110的下部112I阻挡了从准直器122上的最右侧开口123开始的线B2和C2之间的空间体积，其中线C2连接下部112I的左上角和准直器122上的最右侧开口123的左下角。另一方面，为了允许光子到达准直器122，准直器112的空的部分在FOV1之外但在FOV2之内。在这个意义上，成像器110用作成像器120的取景器。因为开口123具有比开口113更宽的可接受入射角，所以线C1如果延伸足够远的话，将截取线A1。在一些实施例中，甚至准直器的部分112S中的最左侧开口113(或准直器的部分112I中的最右侧开口113，如图2中所示)的FOV也与准直器122的FOV在目标体积129内部分地重叠。此外，准直器122可以不在FOV1中。因此，已经通过准直器112中的开口113的光子不通过准直器122中的开口123。例如，如图2中所示，沿着线D1或线D2行进(在通过开口113之后)的光子可以不通过任何开口123。这样的配置允许准直器122和/或112具有比常规准直器更小的占地面积(例如，宽度和/或长度)，从而降低系统成本。一种设计是针对准直器112和122混合高成本和低成本检测器，以随后降低成像系统100的总成本。在一个示例中，检测器114是高成本、高性能检测器，诸如基于半导体的检测器(例如，CZT检测器)，并且检测器124是基于闪烁体的检测器，或者反之亦然。在这种情况下，检测器114和124的总成本低于将CZT检测器用于检测器114和124的成本。

由成像系统100使用的成像模态可以包括伽马相机、SPECT(单光子发射计算机断层扫描)和PET(正电子发射断层扫描)和其他合适的成像模态。例如，在SPECT成像中，一个或多个准直器112被放置在检测器114和患者102之间，并且准直器112上的开口113可以确定方向和角度跨度，辐射可以从该方向和角度跨度通过准直器112而到达检测器114上的某个位置。类似地，一个或多个准直器122可以被放置在检测器124和患者102之间，并且准直器122上的开口123可以确定方向和角度跨度，辐射可以从该方向和角度跨度通过准直器122而到达检测器124上的某个位置。在一些实施例中，准直器122和检测器124经由耦合组件126连接或固定在一起，耦合组件126还提供屏蔽以防止光子通过122和124之间的空间。在SPECT成像中，可以旋转相机以从不同角度获取2D图像。在实施例中，准直器122和检测器124可以一起移动(例如，旋转)。部件110和120也可以连接，以便它们一起旋转以获取图像。

从成像器110获取的数据可以被用来独立地重建FOV1的图像。此外，来自成像器110的子部件(例如，准直器的部分112S、112I、112L或112R)的数据也可以被独立地重建。包括滤波反投影、代数或统计方法(诸如期望和最大化(EM)方法或有序子集期望最大化(OSEM)方法)的各种方法可以被用于利用平行准直器的图像重建。在一些实施例中，来自成像器110和成像器120两者的图像信号(有时被称为计数)可以在图像重建中一起使用。例如，从成像器120获取的数据可以被用来使用迭代方法重建FOV2的图像。迭代方法利用在来自成像器110的FOV1中被重建的图像数据作为用于FOV1和FOV2的重叠体积的初始猜测。在一些实施例中，来自成像器110的(多个)信号可以被重建以生成FOV1的横截面图像(被标示为F1)，其可以具有相对低的分辨率。由于FOV1和FOV2重叠，重建图像F1中表示与FOV2重叠的区域的部分可以被用作用于重叠区域的重建的初始估计。重叠区域可以通过使用来自成像器110和来自成像器120的数据的图像重建来顺序地更新。可替代地，重叠区域可以通过一起使用来自图像110和120的数据的图像重建来同时更新。

图像重建可以使用系统100和与其耦合的其他系统或组件。图3例示了示例分子或核成像系统300，其包括成像系统100、机架310、平台312、控制台320和计算机系统330。在本实施例中，计算机系统330包括数据存储器单元332、图像处理器334、图像存储单元336和显示器338。一个或多个成像模块(例如，包括成像器110和/或120的成像系统100)被安装在机架310上，其可以移动、旋转并同时获取数据。患者102被放置在平台312(例如，沙发)上以由成像系统100进行检查或治疗。在一些实施例中，成像器110和/或120通过可移动部件而被耦合到机架310，以使得它们可以在机架310上移动(例如，旋转)。

成像器110和/或120可以检测和记录从患者102发出的辐射并将所记录的信息传送到数据存储单元332。然后，图像处理器334可以使用所记录的信息来重建表示患者102内放射性药物分布的体积图像。重建的图像被存储在图像存储单元336中，其可以被操纵并显示在显示器338上以供查看。操作员或技术员可以使用控制台320来控制成像系统100以获取数据。在一些实施例中，控制台320、数据存储单元332、图像处理器334、图像存储单元336和显示器338被集成在计算机系统330中。在一些实施例中，一个或多个计算机组件(诸如控制台320、数据存储单元332、图像处理器334、图像存储单元336和显示器338)可以部分或全部位于远程位置处(例如，在云上)。在一些实施例中，这些组件中的一个或多个可以本地或远程存在。

本公开提供用于核医学和分子成像以容纳诸如准直器122之类的准直器的独特方法，准直器可以具有多个小孔(被称为多小孔准直器)。图像重建方法可以使用下文所描述的等式(1)、(2)、(2-1)和(2-2)。图像重建中的一个示例方法被称为最大似然期望和最大化(MLEM)方法，该方法使用以下等式来估计对象图像：

其中

在一些情况下，诸如当编码孔径掩模被用作准直器时，等式(1)可以进一步被写为

其中h是编码孔径掩模阴影，并且p

等式(2)适用于薄的成像对象，该薄的成像对象的厚度远小于对象与准直器(诸如准直器122)之间的距离。对于较厚的对象，使用三维(3D)方法。例如，距离z处的对象图像可以使用以下等式进行估计：

也可以使用稍微不同的公式来估计对象：

本公开提供了成像技术，取决于应用，该成像技术可以被用于通用目的的成像或者用于对诸如患者102之类的对象的某些身体部位进行成像。例如，本文所公开的系统可以被用于人类的(多个)乳房的成像。图4A和图4B例示了示例分子乳房成像(MBI)系统400，其可以被设计为获取(位于患者102的胸部106上的)乳房104的图像以用于诸如乳腺癌之类的疾病的筛查或诊断。具体来说，图4A是一个MBI系统400的示意性俯视图，图4B是两个MBI系统400的截面图，每个系统被部署在乳房104的不同侧上(例如，一个在乳房104下方，另一个在乳房104上方)。在一些实施例中，图4B中的每个MBI系统400可以被认为是图4B中所示的整个(更大)MBI系统的成像单元。实际上，取决于诸如成本之类的因素，一个或多个这样的成像单元可以在乳房104上被使用。为了清楚起见，以下描述集中在一个MBI系统400上，应理解类似的原理可以被用于另一个MBI系统400(但是请注意，在乳房104的不同侧上使用的两个MBI系统之间可能存在差异)。

在图4A和图4B中所示的实施例中，每个成像系统400是包括两个成像模块或部件(称为成像器)410和420的混合系统。成像器410包括第一准直器412和第一检测器414，并且成像器420包括第二准直器422、第二检测器424。成像系统400可以包括其他部件，诸如将部件耦合在一起的连接器、引起部件移动的电机、光子屏蔽组件、包含其他部件的外壳组件等等。例如，耦合和屏蔽组件426可以连接准直器422和检测器424，以使得准直器422和检测器424一起移动(例如，旋转)，并且还在成像器420周围提供屏蔽。因为本领域技术人员会认识到MBI系统400的各个方面将类似于成像系统100并且成像系统100的各个特性将类似地应用于MBI系统400中的对应物，所以为了简洁起见，下文不再重复此类类似方面。另一方面，在适用的情况下，MBI系统400的各种特性也可以被用于成像系统100中。

与传统的筛查方法(诸如乳房X光检查)相比，MBI系统400在致密乳房的情况下的病变检测中展现出更高的灵敏度。在使用中，可以在图像获取前几分钟将放射性药物(诸如锝Tc 99m(99m Tc)sestamibi)注射到患者102体内。放射性药物可能会分布在乳房104以及患者102的其他部位(例如，在靠近乳房104的胸部区域中，这可能会引起噪声)。在获取期间，可以压缩乳房104以减小其厚度以便更好地穿透伽马光子以及减少其运动。

在MBI系统400的实施例中，准直器412和422被放置在乳房104的同一侧上，但是准直器422比准直器412被定位得更远离乳房104(在图4B的垂直方向Z上)。此外，准直器412和检测器414被放置得比准直器422更靠近胸部106(在图4B的水平方向X上)。在实施例中，准直器412和422各自包括用于通过从乳房104发出的辐射的开口。为了减少来自不预期被成像的其他身体部位的噪声(诸如来自靠近乳房104的胸部106区域的噪声)，准直器412可以具有比准直器422更窄和/或更深的开口。例如，准直器412中的开口可以具有比准直器422中的开口更高的纵横比(高宽的纵横比，如上文关于成像系统100所述)，以使得仅具有窄入射角范围的光子可以通过准直器412而到达检测器414。由于准直器412被定位得靠近胸部106，其开口可以有效地阻挡来自靠近乳房104的胸部106区域的噪声发射。在一些实施例中，准直器422中的开口以及准直器412和422定位在乳房104的一侧(例如，下侧)上被设计来确保来源于位于乳房104的相对侧(例如，上侧)的准直器412的上方或去往准直器412的左侧的辐射将被屏蔽416和准直器412(在上侧)阻挡，如图4B中的线E1所例示。在仅采用一个成像系统400的情况下，可能存在以确保该效应的方式定位的辐射屏蔽装置。在实施例中，准直器412中的开口包括平行孔，并且准直器422中的开口包括小孔。

虽然如图4A和图4B中所示的MBI系统400包括用于对乳房104进行成像的多个准直器，但是应当理解，在一些实施例中，MBI系统400可以使用单个准直器，诸如准直器422，其与其他部件一起工作或者具有鲜明特征以实现对乳房104的改善成像。这种鲜明的特征也可以被使用在多准直器环境中以进一步改善乳房104的成像。图4C和图4D例示了具有一个或多个FOV限制器418的示例MBI系统450。例如，由重金属制成的FOV限制器418可以被放置在乳房104和准直器422之间。在实施例中，FOV限制器418位于乳房104靠近胸部106的那一侧上(即，FOV限制器418比准直器422更靠近胸部106)。FOV限制器418可以被定位成类似于图4A和图4B中的成像器410，并且在一些应用中当不需要来自成像器410的图像数据时，可以取代成像器410。FOV限制器418(有时被称为取景器，如上所述)可以被部分地定位在准直器422的FOV内部，以使得FOV限制器阻挡一些光子到达准直器422，否则这些光子将到达准直器422。例如，结合成像器运动，可以在成像期间改变FOV限制器418的位置，这将在下面进一步描述。

在一些实施例中，一个或多个辐射屏蔽装置，包括取代FOV限制器418的416和418，可以抵靠胸部106放置在乳房104的两侧上，如图4C和图4D中所示。辐射屏蔽装置416和418可以有助于阻挡辐射撞击准直器422，准直器422可以具有能够接收具有宽入射角范围的光子的多个小孔。可选的辐射屏蔽装置418可以取代准直器412和检测器414(在不需要来自检测器414的图像数据的情况下)或者除了准直器412和检测器414之外还可以被部署。即使在单准直器MBI系统400中，辐射屏蔽装置416和/或418可以被放置在乳房104的两侧上。例如，放置在乳房104的上侧上的辐射屏蔽装置416和/或418仍然可以有助于阻挡从乳房104上方或从胸部106行进的光子并且防止光子撞击放置在乳房104下侧的准直器422。虽然关于MBI系统400描述了辐射屏蔽装置416和/或418，但是应当理解，在成像系统100中(例如，除了成像器110之外或代替成像器110)也可以使用一个或多个类似的辐射屏蔽装置以便限制准直器122的FOV。

在一些实施例中，MBI系统400是采用具有多小孔的一个或多个准直器的乳房伽马成像系统。与平行孔相比，小孔为乳房成像提供了多种益处，诸如改善的成像分辨率和灵敏度。传统的MBI系统不使用多小孔准直器，因为图像重建算法的复杂性和宽入射角允许来自胸部区域的光子通过并因此降低图像质量。例如，小孔可以接收具有更宽入射角范围的光子。在实施例中，使用多小孔的准直器422能够接收入射角(β)等于或大于30、45、60度的光子。此外，多个小孔可以不被定位于等间距的网格上(即，小孔在准直器422的板上可以等间距或者可以不等间距)。此外，小孔的高度(通常等于准直器板的厚度)可以小于基于平行孔的准直器中的平行孔的高度。在实施例中，使用多小孔的准直器422大约为1mm至大约3mm厚。此外，小孔的数目可能非常大(例如，超过100个)。在实施例中，多小孔准直器可以是编码孔径准直器。多小孔准直器可以包括不同形状或大小的孔径。

在一些实施例中，MBI系统400包括一个或多个成像器，其可以在成像期间移动，同时患者102和乳房104保持静止。成像器(例如，成像器410或420)的运动可以包括横向偏移(在x或y方向上)、或垂直偏移(在z方向上)、或倾斜、或旋转、或其组合。在一些实施例中，当成像器移动时，以“步进并拍摄”的方式捕获图像，包括例如以下操作：将成像器移动到第一位置，在一段时间从第一位置获取第一图像，将成像器移动到第二位置，并在某段时间从第二位置获取第二图像。成像器可以围绕乳房104移动到其他位置以重复操作。在一些实施例中，在运动期间，准直器422和检测器424之间的距离保持恒定(与距离改变的某些系统不同)。在一些实施例中，准直器422和检测器424之间的距离足够大以使得总是存在复用，即光子可以通过不同的开口以到达检测器424的相同表面区域；也就是说，通过孔径投射的图像基本上是重叠的。在实施例中，通过孔径投射的图像的至少一半与通过至少一个其他孔径的图像重叠。在一些实施例中，基于一个或多个所获取的图像来重建包括多个图像切片(其表示不同深度处的对象切片)的乳房的3D图像，并且呈现该3D图像以供查看。这是有益的，因为病变在其3D图像的相应切片中的对比度高于乳房的2D图像中的对比度。在实施例中，切片的数目等于或大于所获取的图像的数目。

尽管关于分子乳房成像描述了MBI系统400，但是应该理解，本文所公开的原理适用于使用放射性药物的其他乳房成像技术，诸如乳房特异性伽马成像(BSGI)或闪烁摄影术(SMM)。

现在参考图5，根据本公开的各个方面例示了用于使用分子成像来对对象进行检查的方法500的流程图。方法500仅是一个示例，并不旨在将本公开内容限制为方法500中明确例示的内容。可以在方法500之前、期间和之后提供附加的操作，并且针对该方法的附加实施例，可以取代、消除或移动所描述的一些操作。方法500在下面结合图1-图4进行描述。

在操作510处，第一准直器(例如，准直器112或准直器412)过滤从诸如患者102之类的对象发出的光子，并且第二准直器(例如，准直器122或准直器422)过滤从该对象发出的其他光子。在实施例中，第一准直器和第二准直器被定位成使得它们的视场在重叠体积中部分地重叠。在操作520处，第一检测器(例如，检测器114或检测器414)检测通过第一准直器的光子，并且第二检测器(例如，检测器124或检测器424)检测通过第二准直器的其他光子。

在操作530处，图像处理器(例如，图像处理器334)基于由第一和第二检测器两者检测到的光子来重建对象的医学图像。在实施例中，基于通过重叠区域并由第一检测器检测到的光子来重建第一局部图像，并且基于由第二检测器检测到的光子来重建第二局部图像。第二局部图像的重建可选地使用第一局部图像作为针对重叠体积的初始估计。此外，第二局部图像的重建可以使用迭代方法来更新第一局部图像。在另一个实施例中，可以同时使用由第一和第二检测器检测到的光子来重建第一和第二准直器的组合FOV的图像，并且可以使用诸如本文中的等式(1)中给出的MLEM方法的方法来重建。

尽管不旨在进行限制，但本公开的一个或多个实施例为对诸如患者之类的对象进行分子成像提供了许多益处。例如，多个成像器的混合结构允许第一成像器(例如，成像器110或410)拾取外围光子(其增加了成像灵敏度)，同时减少了由第二成像器(例如，成像器120或420)接收的噪声。因此，改善了系统性能。

前述概述了若干实施例的特征，以使得本领域的普通技术人员可以更好地理解本公开的各方面。本领域普通技术人员应当了解，他们可以很容易使用本公开作为设计或修改其他过程和结构的基础，以实现与本文所介绍的实施例相同的目的和/或达到相同的优点。本领域普通技术人员还应该了解，这样的等效构造并不脱离本发明的精神和范围，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，他们可以对本文进行各种变化、替换和变更。因此，所附权利要求被宽泛地并且以与本公开一致的方式来解释是合适的。