本发明专利技术公开了一种针对医学同位素的低成本大视野的功能-分子-结构成像系统及方法。该系统包括：功能-分子-结构成像同轴探测器，对物理成像对象进行扫描，得到物理成像对象的功能与分子成像影像信息和结构成像影像信息，并输出给数据处理装置；数据处理装置，接收和存储功能与分子影像信息和解剖结构信息，进行功能-结构图像的融合计算，绘制多模态融合后的断层图像，并传送至计算机设备予以显示；计算机设备，实现图像重建，并显示功能-分子-结构多模态融合的断层成像。本发明专利技术由于采用电荷耦合器件与螺旋CT在同轴孔径位置探测有效信息，相对于PET/CT、SPECT/CT等双模态成像装置扩大了成像轴向视野，降低了全身成像时间，极大地降低了同位素成像成本。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及医学成像
，特别是一种针对医学同位素的低成本大视野的功能-分子-结构成像系统及方法。
技术介绍
功能-分子-结构的信息融合是核医学影像技术的临床需求与发展趋势。近年来，功能分子影像和结构成像融合的技术得到极大发展与应用。例如，正电子发射断层成像(Positron Emission ^Tomography，PET)、单光子发射计算机断层成像(Single Photon Emission Computed Tomography, SPECT)禾口计算机断层成像(Computed Tomography, CT)、 磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)的融合，在临床应用上出现了 PET/CT、 SPECT/CT、PET/MRI等多模态影像。2008 年，University of Freiburg 的学者(Nat. Clin. Pract. Oncol. 2008 ；5 160-170.)经过统计指出美国PET/CT每年扫描例数在2000-2006年间增长了近7倍，预计在2007年达到180万例，PET/CT相对于PET、CT单一模态能提供更好的癌症确诊与预后信息。2010 年，美国 Mayo Clinic 的专家指出(Arch Neurol 2010 ；67 :322-329) :58 位癌症疑似患者使用PET/CT检查的阳性率为39%，10位患者(18%)病理确诊为癌症患者；123 位患者单纯使用PET检查的阳性率为观％，12%病理确诊为癌症患者。对于肿瘤与非肿瘤类疾病早期临床监测，SPECT/CT相对于单一模态SPECT有效的提高了成像的灵敏度和特异性(Eur. J. Nuc 1. Med. Mol. Imaging 2010 ；37 :1959-1985)。 然而，基于高能伽玛射线监测成像的功能与结构成像在应用中暴露出诸多弊端使用高厚度的闪烁晶体和光电倍增光管阵列作为探测器导致材料与工艺成本昂贵；一般临床PET/CT的轴向视野直径(Axial coverage)不超过22cm，整体成像时间过长，最小空间分辨率大于3mm ；PET/SPECT与CT不在同一轴向层面扫描，功能与结构图像配准误差大；PET/MRI存在光电转换与磁场屏蔽矛盾体以及视野小等问题ansights Imaging, DOI 10. 1007/sl3244-010-0063-2 ；D0I10. 1007/sl3244_011-0069-4 ；DOI 10. 1007/ S13244-011-0085-4)。契伦科夫辐射(Cerenkov Radiation,CR)的宽谱可见光为解决医学同位素的多模态成像临床应用问题提供可能，也为大视野功能-分子-结构成像系统研制提供技术可能。 置于介质媒体中的放射性医学同位素在衰变过程中，连续释放超高速带电粒子，如β-、β+、 α ；当带电粒子运动速度大于相速度时，与周围介质相互作用并产生电磁辐射激波，在激波表面形成低能可见光子，即契伦科夫荧光；当正(负)电子高速运动至与负(正)电子碰撞时，发生湮灭事件，释放高能伽玛射线。从单个粒子事件上分析，假如满足运动速度阈值条件，在时间上契伦科夫荧光发生事件早于电子对湮灭，时间间隔长度在纳秒量级；在空间位置上，契伦科夫荧光光源和伽玛射线发生源都有偏离医学同位素释放高速电子的初始位置，而且同位素位置、荧光光源与伽玛射线源位置，三者物理距离间隔长度在纳米甚至皮米量级。传统临床核医学以探测伽玛射线为手段，以伽玛射线源分布图代表医学同位素分布。为了充分吸收高能粒子获得高灵敏图像，伽玛射线探测器需要特殊材质与物理厚度的光子晶体阵列。现有的工艺与技术水平，晶体阵列单元面积难以做大；一台PET/SPECT仪器往往需要多块晶体阵列单元；晶体单元间隙不能探测伽玛粒子，形成物理成像盲点。PET/ SPECT对晶阵制作与布局工艺要求过高，成本高昂，轴向扫描视野严重被约束。2010年，美国学者证实(J. Nucl. Med. 2010,51 :1123-1130)利用高能β或者α粒子在介质中高速运动过程产生的契伦科夫光子，可以达到与PET/SPECT —致的显像效果；使用多面镜组成的简单光学系统进行了契伦科夫荧光断层成像(Cerenkov Luminescence Tomography, CLT) 验证实验(Opt. Lett. 2010,35 :1109-1111)。此外，X射线在穿透荧光屏时，释放可见光信号。这种可见信号与X射线量化值线性相关，且能够被低温致冷型CCD探测(Nucl Instrum Meth B 2004 ；225 =617-622 ；2010 IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record (NSS/MIC)，3438—3443)。因此，光学与X-ray CT的融合的物理原理层级问题被解决了，为低成本大视野的功能-分子-结构多模成像设备研制提供可能。在此研究基础上，运用低能可见光子探测原理，取代原有的伽玛光子探测模式，使用电荷耦合器件CCD、广角光学镜头与平板CT，利用光学透镜成像原理和断层成像重建技术，构建CLT/CT融合的成像系统，不仅能够一并解决核素成像遇到的轴向视野小、整体扫描时间长、探测设备成本高、功能-结构图像配准难等技术难题，也是新时期高端医学影像设备原始创新研制的机遇。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的主要目的是提供一种针对医学同位素的低成本大视野的功能-分子-结构成像系统及方法。(二)技术方案为达到上述目的，本专利技术提供了一种基于契伦科夫荧光的功能-分子-结构成像系统，该成像系统包括功能-分子-结构成像同轴探测器10，用于对成像腔体装置14内部放置的物理成像对象进行扫描，得到物理成像对象的功能与分子成像影像信息和结构成像影像信息，并将该功能与分子成像影像信息和结构成像影像信息输出给数据处理装置13 ；数据处理装置13，用于接收和存储来自功能-分子-结构成像同轴探测器10的功能与分子影像信息和解剖结构信息，进行功能-结构图像的融合计算，绘制多模态融合后的断层图像，并将该断层图像传送至计算机设备16予以显示；以及计算机设备16，通过自身的外部接口接收用户操作与指令，实现图像重建，并显示功能-分子-结构多模态融合的断层成像。上述方案中，所述功能-分子-结构成像同轴探测器10由契伦科夫荧光探测装置 11和结构成像装置12在同一轴向环形排列而构成，固定在成像腔体装置14的外壳内壁。上述方案中，所述契伦科夫荧光探测装置11固定在成像腔体装置14的内部，用于围绕成像腔体装置14的中心轴进行360旋转，应用EMCXD采集成像腔体装置14内的物理成像对象释放的契伦科夫荧光信号，得到物理成像对象的功能与分子影像信息，并将该功能与分子影像信息传输给数据处理装置13。上述方案中，所述结构成像装置12固定在成像腔体装置14的内部，用于围绕成像腔体装置14的中心轴进行360旋转，应用螺旋CT采集物理成像对象的解剖结构信息，并将该解剖结构信息传输给数据处理装置13。上述方案中，所述成像腔体装置14由内部中空的扫描空洞和外部支撑壳构成，用于本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：田捷，杨鑫，钟江宏，秦承虎，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：
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