專利名稱：多模態(tài)圖像的配準的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及來自不同的成像模態(tài)的圖像的配準，以使得這些圖像可以互相重疊地一起被顯示。本發(fā)明可用于單光子發(fā)射計算機層析攝影術(shù)(SPECT)圖像與通過磁共振(MR)成像生成的圖像的配準，并且將具體參照所述應(yīng)用對本發(fā)明進行描述。然而，應(yīng)當看到，本示例性實施例也可修改用于來其它模態(tài)的圖像的配準。
背景技術(shù)：
有許多領(lǐng)域，其中通過使用不同的成像模態(tài)來成像對象是有用的。某些模態(tài)，諸如MR和X射線計算層析攝影術(shù)(CT)，以X射線圖像或磁共振圖像的形式提供有關(guān)對象的詳細的解剖信息。其它模態(tài)，包括核成像技術(shù)，諸如SPECT和正電子發(fā)射層析攝影術(shù)(PET)，諸如通過把被附著在生理示蹤劑上的放射性標記物引入到對象而提供在另一個模態(tài)中不可看見的不同結(jié)構(gòu)的信息，或有關(guān)在對象內(nèi)發(fā)生的新陳代謝或生理現(xiàn)象的功能性信息。
雖然可以對來自不同的模態(tài)的圖像一起進行檢查，但一個圖像上顯示的結(jié)構(gòu)與另一個圖像的結(jié)構(gòu)之間的空間關(guān)系的信息常常是有用的，例如，腫瘤相對于臨近的組織或骨骼結(jié)構(gòu)的位置。特別是在醫(yī)療領(lǐng)域，急需組合由SPECT或PET提供的功能性信息與由MR提供的解剖信息，以便把生理/新陳代謝現(xiàn)象與基礎(chǔ)的解剖相聯(lián)系。在互相重疊的情形下顯示圖像，常常是有用的。為了使重疊精確，在一個圖像中代表對象的特定位置的區(qū)域應(yīng)當相對于另一圖像中的相應(yīng)區(qū)域精確地安置。達到這種對準的處理過程被稱為“配準”。為了精確的配準，希望一個圖像中的每個點被映射到第二個圖像中的相應(yīng)點。
特別是在醫(yī)療成像領(lǐng)域，已經(jīng)提出了用于配準不同模態(tài)的圖像的各種技術(shù)。在一個方法中，在不移動對象的情況下，或通過把對象在掃描器之間移位精確的已知距離，同時或基本上同時得到兩種模態(tài)中的圖像。已經(jīng)開發(fā)了用于PET/CT和SPECT/CT成像的專用掃描器，這一定程度緩和了配準問題。然而，某些成像設(shè)備不適合于靠近使用。例如，在MRI設(shè)備中生成的磁場可能影響SPECT數(shù)據(jù)的采集。另外，在單個成像設(shè)備中提供兩種模態(tài)增加了設(shè)備的復雜性和成本。因此，希望配準已獨立地生成的圖像，即，在時間和/或位置上分開的圖像。
來自不同模態(tài)的圖像的配準包括得到用于映射要被配準的圖像的數(shù)學關(guān)系式。執(zhí)行映射的軟件包括用于例如根據(jù)強度或強度分布的檢測和比較或者邊緣或幾何結(jié)構(gòu)的檢測和比較來識別共同特性的方法。例如，基于匹配要被配準的圖像的強度的方法包括改變變換參數(shù)，使得方差最小化。
配準從SPECT和MR獨立得到的圖像的一個困難在于，作為圖像生成過程的物理原理非常不同且不相關(guān)，因此在來自中兩種模態(tài)的圖像中，如果有的話，只有很少可精確識別的共同特性。SPECT示蹤器越具體，它產(chǎn)生越少的一般解剖體對比度，這種一般解剖體對比度在相關(guān)的MR圖像中也將出現(xiàn)。在極端的情形下，SPECT圖像只顯示少量高度特定的熱點，而與周圍的解剖體沒有任何可見的關(guān)系。共同信息的缺乏，即核醫(yī)療圖像不包括詳細的骨骼或器官結(jié)構(gòu)，同時MR圖像也不包括功能信息，這意味著兩個圖像缺乏用于精確地使其匹配的信息。
已開發(fā)了在兩種模態(tài)的圖像上顯示的基準標記物，以幫助配準來自不同模態(tài)的圖像。然而，在遠離骨骼結(jié)構(gòu)的組織中，由于這些組織可能運動，因此基準標記物并不是特別有效。
已開發(fā)了用于配準從PET和CT獨立采集的圖像的軟件包。該技術(shù)利用同位素輻射透射圖像，所述同位素輻射透射圖像是為了隨后衰減校正根據(jù)診斷數(shù)據(jù)生成的重建圖像而由PET系統(tǒng)以不同的能量與診斷數(shù)據(jù)一起采集的。透射掃描是基于與CT相同的物理原理，并可以將其與來自CT設(shè)備的圖像相比較。PET和CT配準的成功刺激了對于SPECT和MR數(shù)據(jù)的組合的需求。
例如，授權(quán)給Wainer等人的美國專利No.5,871,013和授權(quán)給Liebig等人的美國專利No.5,672,877公開了通過使用配準過程中的透射圖像配準其它模態(tài)圖像與功能性核醫(yī)療發(fā)射圖像的方法。由于透射圖像通常與功能性發(fā)射圖像在相同的成像設(shè)備上得到，因此可以假設(shè)透射圖像與發(fā)射圖像互配準(即，在圖像幀中相同的像素地址對應(yīng)于對象中相同的位置)。
在某些情形下，SPECT發(fā)射圖像是與透射圖像(有時稱為SPTCT圖像)同時采集的，所述透射圖像通過把輻射源放置在遠離探測器的對象相對側(cè)使得輻射進入對象并且一些輻射穿過到達探測器而得到的。這提供了這樣的圖像，所述圖像提供有關(guān)對象的衰減和散射特性信息的圖像。透射圖像用于對不同對象區(qū)域中發(fā)生的不同衰減和散射，進行發(fā)射圖像校正。在發(fā)射圖像中，從對象的不同深度或從不同結(jié)構(gòu)發(fā)射的光子經(jīng)受不同的衰減和散射，導致與體內(nèi)新陳代謝功能無關(guān)的圖像強度的變化。透射圖像有效地提供有關(guān)不同的衰減和散射的信息，并允許發(fā)射圖像的校正。
然而，SPECT發(fā)射圖像包括關(guān)于功能的信息，但不提供關(guān)于對象結(jié)構(gòu)的重要信息。因此，它們不直接涉及到解剖體MR圖像。

發(fā)明內(nèi)容
按照本示例性實施例的一個方面，提供了用于生成對象的已配準的核和MR診斷圖像的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括用于生成至少發(fā)射診斷圖像的核成像設(shè)備和用于生成至少磁共振診斷圖像的MR成像設(shè)備。提供了生成用于對準由核成像設(shè)備與MR成像設(shè)備生成的圖像中共同解剖結(jié)構(gòu)的變換的裝置和應(yīng)用該變換使發(fā)射和磁共振診斷圖像配準的裝置。
按照本示例性實施例的另一方面，提供了用于生成對象的已配準的核和MR診斷圖像的方法。該方法包括使用核成像設(shè)備生成至少對象的發(fā)射診斷圖像和使用MR成像設(shè)備生成至少磁共振診斷圖像。生成用于對準由核成像設(shè)備與MR成像設(shè)備生成的圖像中的共同解剖體結(jié)構(gòu)的變換。該變換被應(yīng)用于使發(fā)射和磁共振診斷圖像配準。
按照本示例性實施例的另一方面，提供了用于配準不同模態(tài)的圖像的方法。該方法包括通過第一模態(tài)的核成像過程生成對象的第一診斷圖像，生成與第一診斷圖像互配準的對象的第一中間圖像，通過第二模態(tài)的成像過程生成對象的第二診斷圖像，生成與第二診斷圖像互配準的對象的第二中間圖像。得到用于配準第一和第二中間圖像的變換，并應(yīng)用該變換來配準第一和第二診斷圖像。
按照本示例性實施例的另一方面，提供了用于配準不同模態(tài)的圖像的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括第一成像設(shè)備，用于通過第一模態(tài)的成像過程生成對象的第一診斷圖像，所述第一成像設(shè)備被配置成用于生成與第一診斷圖像互配準的對象的第一中間圖像；第二成像設(shè)備，用于通過第二模態(tài)的成像過程生成對象的第二診斷圖像，第二成像設(shè)備被配置成用于生成與第二診斷圖像互配準的對象的第二中間圖像?？刂坪吞幚硐到y(tǒng)命令第一和第二設(shè)備采集第一和第二診斷圖像以及第一和第二中間圖像，控制和處理系統(tǒng)得到用來配準第一和第二中間圖像的變換，并應(yīng)用該變換來配準第一和第二診斷圖像。
本發(fā)明的至少一個實施例的一個優(yōu)點在于，它使得能夠合并SPECT和MR圖像。
本發(fā)明的至少一個實施例的另一個優(yōu)點在于來自不同模態(tài)的圖像的配準精確度增加。
本發(fā)明的至少一個實施例的另一個優(yōu)點在于配準了獨立采集的圖像。
通過閱讀和了解優(yōu)選實施例的以下的詳細說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白本發(fā)明的另外的優(yōu)點和好處。


本發(fā)明可以表現(xiàn)為各種部件和部件布置以及各種步驟和步驟布置的形式。附圖僅僅用于說明優(yōu)選實施例，而不應(yīng)認為限制了本發(fā)明。
圖1是采集和使用中間SPECT和MR圖像來配準/合并診斷SPECT和MR圖像的系統(tǒng)的示意圖。
具體實施例方式
來自多于一種成像模態(tài)的圖像的配準方法包括以一種或這兩種模態(tài)生成包含可配準特性的圖像。在一個實施例中，具有可配準特性的圖像是不需要具有診斷質(zhì)量的中間圖像，所述中間圖像可假設(shè)為與要被用于診斷目的的圖像(“診斷圖像”)互配準。生成適當?shù)能浖儞Q，其用于配準來自一個模態(tài)的中間圖像與來自另一個模態(tài)的中間圖像或診斷圖像。然后應(yīng)用生成的變換來配準來自兩種模態(tài)的診斷圖像。在一個實施例中，來自一種或兩種模態(tài)的中間圖像通過與用于生成診斷圖像的標準數(shù)據(jù)采集協(xié)議不同的協(xié)議生成。在另一個實施例中，在兩種模態(tài)中都可見的示蹤劑允許診斷圖像的配準。
在SPECT的情形下，中間圖像可以是透射圖像，或中間圖像可以是使用示蹤劑形成的發(fā)射圖像，所述示蹤劑在中間圖像所要配準的另一成像模態(tài)中可見。在MR/SPECT配準的情形下，中間MR圖像可以是比診斷圖像的分辨率更低的圖像，或是通過與用于診斷圖像的脈沖序列不同的脈沖序列生成的圖像，選擇該不同的脈沖序列以凸顯在中間圖像所要配準的SPECT圖像上可見的特性。雖然是具體地參考了來自諸如SPECT的核成像過程的圖像與來自諸如MR的非核成像過程的圖像的配準，但將要理解的是，所描述的方法可以應(yīng)用到來自其它源的圖像的配準，諸如從SPECT、PET、MR和CT中選擇的兩個或多個的組合。
這里具體地參考了獨立采集的圖像的配準，即，在分開的位置生成的和/或在時間上分隔開的那些圖像，因此不能保證對象，例如患者的身體或身體的一部分，相對于第二成像設(shè)備的探測器的方向與相對于第一成像設(shè)備的相同。然而，該方法也可用于配準通過位于同一個物理結(jié)構(gòu)的不同模態(tài)的成像設(shè)備基本上同時采集的圖像，這樣，這些成像設(shè)備可以在不將患者從一個設(shè)備移動到另一個設(shè)備、或至少患者不用離開患者支撐臺的情況下運行。
在一個實施例中，SPECT和MR成像設(shè)備中之一或兩者足夠靈活，可采集支持配準任務(wù)的附加數(shù)據(jù)。用于中間圖像的附加數(shù)據(jù)不一定必須具有診斷質(zhì)量，因為它們主要用于配準目的(任選地，也用于衰減校正)，因此不是供醫(yī)生觀看。用于配準的數(shù)據(jù)(即，單個或多個中間圖像)的采集可能需要修改通常用于傳統(tǒng)的(即獨立的)SPECT和MR數(shù)據(jù)采集的標準協(xié)議。雖然這可能需要用于一種或兩種模態(tài)的擴展采集協(xié)議，但比診斷質(zhì)量差的中間圖像的使用導致最小限度的總成像過程時間的延長。
在具體的實施例中，該方法可以采用牽涉到中間非診斷SPECT和/或MR圖像采集的專用采集協(xié)議及其專用處理。提供中間MR圖像的一個目的是提供可以直接與中間SPECT圖像中的對比度有關(guān)的對比度，以便于它們的基于軟件的配準。以這樣的方式采集中間MR圖像，以使得它們可被看作與診斷MR圖像互配準。例如，以緊密間隔的時間間隔采集用于中間MR圖像和診斷MR圖像的數(shù)據(jù)，優(yōu)選地，這些圖像的數(shù)據(jù)采集是交替的。然后可以假設(shè)，沒有或明顯地沒有會造成圖像不能固有地互配準的患者運動。同樣地，以這樣的方式采集中間SPECT圖像，即，使得它們也可被認為與診斷SPECT圖像互配準。根據(jù)中間SPECT圖像與中間MR圖像(或當未在一個模態(tài)中生成中間圖像時，與各個診斷圖像)的基于軟件的配準，診斷MR圖像和診斷SPECT圖像的配準/合并，比起通?？赡軆H僅根據(jù)診斷圖像進行的配準更容易實現(xiàn)。由于中間的MR圖像不必具有診斷質(zhì)量，因此它們可以極快的速度采集，這樣它們不會顯著延長標準采集協(xié)議。
參照圖1，圖上顯示用于以兩種(或更多種)模態(tài)成像和圖像配準的系統(tǒng)的示意圖。該系統(tǒng)包括第一和第二成像設(shè)備10、12。雖然將理解的是，兩個設(shè)備10、12可以具有附加成像能力，但是在說明性實施例中，第一設(shè)備10被配置成用于SPECT成像，而第二設(shè)備12被配置成用于MR成像。用于重建圖像的數(shù)據(jù)經(jīng)過有線或無線鏈路16、18由第一和第二成像設(shè)備10、12提供到控制和處理系統(tǒng)14?？刂坪吞幚硐到y(tǒng)14可以在個人計算機、計算機網(wǎng)絡(luò)或其它適當?shù)挠布?軟件中得以實施。
第一設(shè)備10包括成像區(qū)域20，患者22躺其中或者在可移動的支撐臺24上運送穿過該成像區(qū)。一個或多個輻射探測器26被安置在患者附近，以監(jiān)視和記錄發(fā)射的輻射。探測器26適用于所選擇的無論哪個成像模態(tài)。在SPECT成像的情形下，可以任選地使用伽馬或閃爍探測器。閃爍探測器包括閃爍體，所述閃爍體包括大的閃爍晶體或較小閃爍晶體的矩陣。在任一項種情形下，諸如光電倍增管(“PMT”)的傳感器的矩陣觀看閃爍體。包括輻射吸收材料的網(wǎng)格或蜂窩狀陣列的準直器位于閃爍體與要被檢查的對象之間，以限制照射到閃爍體上的輻射的接受角度。照射到閃爍體上的每個輻射事件生成由PMT看見的相應(yīng)的光線閃光(閃爍)?；趤碜訮MT的輸出映射輻射事件，所述輸出包括照射到閃爍體上的輻射射線的能量和位置。SPECT圖像的圖像質(zhì)量通常由探測器的計數(shù)靈敏度和準直器的幾何形狀確定?；蛘?，使用基于鎘鋅碲化物(CZT)的探測器，該探測器直接檢測光子，而不用閃爍探測器。
核發(fā)射成像，諸如SPECT，利用引入到患者身體的放射源。在一個實施例中，該源包括被附著到生理示蹤劑的放射性標記物。用于SPECT的放射性標記物通常是放射性同位素，它以可預(yù)測速率和特征能量經(jīng)歷伽馬射線衰變，這由探測器26監(jiān)視和記錄。示蹤劑被注入到患者的血液中，并固定到具有特定的新陳代謝活動的患者內(nèi)的特定細胞。示蹤劑和相關(guān)的放射性標記物因此趨于按照生理功能集中。探測器26檢測放射性標記物并提供一個或多個相應(yīng)的圖像，所述圖像的強度對應(yīng)于每個區(qū)域中的放射性標記物的量。在層析攝影過程中幾次掃描的結(jié)果可以組合在一起以提供三維發(fā)射圖像。
SPECT成像可用于循環(huán)系統(tǒng)和所選擇的器官或組織的研究。這些技術(shù)的一個特別重要的應(yīng)用是體內(nèi)腫瘤的檢測。因為在腫瘤中和腫瘤周圍的高新陳代謝活動，這樣的腫瘤在發(fā)射圖像中是突出的。
為了使用設(shè)備10產(chǎn)生透射圖像，放射源28被提供在遠離探測器26的患者的相對側(cè)。探測器26和/或源28可以圍繞患者旋轉(zhuǎn)或索引，以便監(jiān)視從多個方向發(fā)射的輻射。
來自探測器26的信號被提供到成像控制和處理系統(tǒng)14，所述成像控制和處理系統(tǒng)產(chǎn)生用于在顯示器30(諸如屏幕或紙件打印輸出)上顯示的圖像數(shù)據(jù)。根據(jù)諸如所檢測的位置和能量的信息，確定身體中的放射性藥物分布，并重建該分布的圖像，來研究例如循環(huán)系統(tǒng)、所選擇器官或組織中的放射性藥物的攝取等等。
以同樣的方式，通過具有與第一成像設(shè)備10不同的模態(tài)的第二成像設(shè)備12生成信號。第二設(shè)備12包括圖像區(qū)域40，其中患者躺在可移動的支撐臺44上。一個或多個輻射探測器46安置成相鄰于患者。例如，在MR成像設(shè)備中，在成像區(qū)域40周圍的磁線圈(未示出)造成在患者內(nèi)的質(zhì)子共振，這由探測器46檢測。來自探測器46的信號被提供到成像控制和處理系統(tǒng)14，所述成像控制和處理系統(tǒng)產(chǎn)生用于在顯示器30上顯示的圖像數(shù)據(jù)。
將會認識到，用于重建來自第一和第二設(shè)備10、12的圖像的處理軟件可以位于單處理系統(tǒng)14內(nèi)，如圖所示，或可以是分布的。在說明的實施例中，控制和處理系統(tǒng)14包括采集控制部分50以及重建和配準部分52，所述采集控制部分指導成像設(shè)備10、12執(zhí)行采集用于生成中間和診斷圖像的數(shù)據(jù)的適當步驟。部分52包括圖像重建部分54和預(yù)處理部分64，所述圖像重建部分用于生成中間和診斷圖像56，58，60，62，所述預(yù)處理部分用于配準中間圖像56、60(或?qū)⒅虚g圖像與診斷圖像配準)。更具體地，預(yù)處理部分確定使對準圖像配準的線性或非線性變換。診斷圖像配準部分66通過使用在一個或多個中間圖像配準時確定的變換配準來自第一和第二設(shè)備10、12的診斷圖像。然而，對于某些應(yīng)用，診斷圖像之一或者兩個都可以用作為對準圖像，如下面討論?？刂坪吞幚硐到y(tǒng)命令設(shè)備10、12執(zhí)行掃描和采集中間圖像(在適當時)，以用于配準。有線或無線鏈路70、72將控制和采集部分與掃描器10、12連接。
提出各種配準順序為如下在第一方法(M1)中，為兩個設(shè)備10、12生成固有地互配準的診斷圖像58、62和僅對準的中間圖像56，60。配準過程包括開發(fā)將第一和第二中間圖像56、60映射成配準的數(shù)學變換，和將同一變換(在對診斷圖像的分辨率進行適當?shù)闹匦抡{(diào)節(jié)后)應(yīng)用到診斷圖像58、62。該變換由重建和配準部分52中的軟件生成，并包括數(shù)據(jù)的數(shù)學運算，由此配準兩個中間圖像56、60的多個點。
因此可以通過診斷圖像配準部分66生成其中兩個配準的診斷圖像重疊、相加或以其它方式組合的合并的圖像，并在屏幕30上顯示。
在第二方法(M2)中，為兩個設(shè)備10、12生成診斷圖像58、62并為第一設(shè)備10生成中間圖像56。來自第一設(shè)備的中間圖像56與第二診斷圖像具有足夠的共同結(jié)構(gòu)，使得兩個圖像是可配準的，而不需要用第二設(shè)備生成中間圖像。(在本實施例中，預(yù)處理部分64使中間圖像56與第二診斷圖像62配準。)因此，該方法包括開發(fā)映射來自第一設(shè)備的中間圖像56和來自第二設(shè)備的診斷圖像62的數(shù)學變換，和應(yīng)用同一變換來映射兩個診斷圖像58，62，從而生成合并的圖像。
在第三方法(M3)中，為兩個設(shè)備10、12生成診斷圖像58、62并為第二設(shè)備12生成中間圖像60。來自第二設(shè)備的中間圖像60可與來自第一設(shè)備的診斷圖像58配準，而不需要用第一設(shè)備生成中間圖像。(在本實施例中，預(yù)處理部分64配準圖像60與圖像58。)因此，該方法包括開發(fā)映射來自第二設(shè)備的中間圖像60和來自第一設(shè)備的診斷圖像58的數(shù)學變換，和應(yīng)用同一變換來映射兩個診斷圖像58，62，從而生成合并的圖像。
在第四方法(M4)中，為兩個設(shè)備10，12生成診斷圖像58，62。適當?shù)乃幬镌噭┑氖褂檬沟迷\斷圖像可以直接配準，而不需要任一模態(tài)的中間圖像。在該實施例中，預(yù)處理部分64根據(jù)診斷圖像生成變換。
以上任一個方法的MR和SPECT圖像數(shù)據(jù)在不同的掃描器10，12上互相獨立地采集。直接接連地、疊加地或交替地采集中間和診斷SPECT數(shù)據(jù)(在使用二者的情況下)，以使得在采集之間患者/器官移動最小化。同樣地，接連或交替地采集中間和診斷MR數(shù)據(jù)(在使用二者的情況下)以使得在采集之間患者/器官移動最小化。向控制和處理系統(tǒng)14的采集控制50提供信息，所述信息使得它能夠規(guī)劃MR和SPECT采集。該信息中所包括的可以是透射掃描是否可用、哪種放射性藥物或其它示蹤劑將在SPECT一側(cè)使用以及哪個視場將被SPECT掃描覆蓋的相關(guān)信息。然后使用該信息來確定要被用于采集中間MR圖像(在使用該圖像的情況下)的適當?shù)拿}沖序列。
中間和診斷SPECT(或PET)和MR圖像可以以各種方式生成。通過例子的方式提供了四種方法，雖然將會認識到，這些方法可以組合或可以采用其它方法。
1)低分辨率質(zhì)子密度MR掃描與SPECT衰減圖的組合這個方法包括四個圖像的生成，如在以上方法M1中所述。SPECT發(fā)射圖像利用設(shè)備10通過使用標準采集過程生成。透射圖利用SPECT設(shè)備10同時或在時間上非常靠近地生成，透射圖用作SPECT發(fā)射診斷圖像的中間對準圖像。透射圖與發(fā)射圖像固有地互配準(例如，由同一個設(shè)備10在時間上接近地或在時間上重疊地生成)。SPECT發(fā)射圖像是診斷圖像，即，具有足夠的分辨率適用于診斷用途的圖像，并可以顯示幾個(如果有的話)可用來使該圖像與MR圖像配準的可配準特征。然而，透射圖具有許多低質(zhì)量CT掃描特性。根據(jù)所選擇的掃描時間和外部輻射源28的能量，諸如身體輪廓和/或骨骼與某些主要的器官的外形的(多個)可配準特性顯示在中間的透射圖像上。透射圖選擇成比診斷圖像具有更大程度的可配準解剖特征。
可以在生成SPECT圖像之前或之后的某個時刻，通過把質(zhì)子密度序列段插入所選擇的診斷計劃序列而生成MR中間和診斷圖像。MR中間圖像與MR診斷圖像固有地互配準(在這種情形下，由同一個設(shè)備12在時間上緊密地或者在時間上重疊地生成)。中間MR質(zhì)子密度圖像包括可配準的特征，諸如主要器官、骨骼、身體輪廓等等，所述可配準特征可以與來自SPECT設(shè)備10的透射圖像的相應(yīng)可配準特征配準。
在優(yōu)選實施例中，MR中間圖像以比MR診斷圖像更低的分辨率生成，以便與中間透射圖像的分辨率匹配。MR中間圖像和診斷圖像因此可以使用長度不同的不同脈沖序列。典型地，較低的分辨率的圖像使用較短的序列。因此比起MR診斷圖像的分辨率，MR中間圖像可具有與來自設(shè)備10的中間透射圖像的分辨率更接近的分辨率。在一個實施例中，MR中間圖像具有與SPECT透射圖像的分辨率緊密匹配的分辨率。因此，用于形成中間MR圖像的低分辨率質(zhì)子密度掃描所花費的時間與診斷MR掃描所花費的時間相比是可忽略的，并且將幾乎不延伸標準MR采集協(xié)議而同時對于患者是安全的。
使來自第一設(shè)備10的中間圖像與來自第二設(shè)備12的中間圖像配準。配準過程包括軟件的使用，所述軟件通常通過關(guān)注兩個圖像中都出現(xiàn)的可配準特征確定圖像之間最緊密的配合。
2)MR掃描與雙示蹤劑SPECT研究的組合在本方法中，生成來自第一設(shè)備10的中間圖像和相應(yīng)的診斷圖像，以及來自第二設(shè)備12的診斷圖像和任選地中間圖像，并且在配準過程中使用上述的方法M1或M2。
診斷SPECT圖像通過使用主要示蹤劑生成，中間SPECT圖像通過使用與主要示蹤劑不同的輔助示蹤劑生成。這兩種示蹤劑具有在各自的SPECT發(fā)射掃描中顯示的放射性核素，這兩種放射性核素具有SPECT設(shè)備可以區(qū)分的不同的能量。主要SPECT示蹤劑特別專用于所研究的器官或其它位置。輔助示蹤劑關(guān)注骨骼、特定的器官、血液、或診斷MR掃描中或單獨的低分辨率MR對準掃描中也可看到的其它組織類型。
例如，輔助示蹤劑可以凸顯循環(huán)系統(tǒng)，MR對準圖像可以是黑血血管造影圖像。適當?shù)闹饕聚檮┦怯糜跈z測和定位初期和新陳代謝的前列腺癌的標簽為In-111的capromab pendetide(ProstaScintTM)。適當?shù)妮o助示蹤劑是用來成像脈管系統(tǒng)的標簽為Tc-99m的紅血細胞(RBC)。
在一個實施例中，輔助SPECT示蹤劑主要用于產(chǎn)生與MR對比度直接有關(guān)并可以與MR掃描配準的SPECT對比度。正如以上討論的實施例(1)那樣，由于兩個SPECT圖像的真正的或至少幾乎同時的采集，主要SPECT圖像可以與輔助SPECT圖像互配準。在生成中間MR圖像的場合下，中間MR圖像與診斷MR圖像互配準。因此可以通過應(yīng)用與如上討論的開發(fā)用于中間SPECT圖像和(診斷或中間)MR圖像配準相同的變換使SPECT診斷圖像自動對準MR診斷圖像。
主要示蹤劑可包括鎵或銦同位素作為放射性核素，輔助示蹤劑可包括锝，該元素衰變時其具有不同的與生成光子有關(guān)的能量。放射性核素標記物附著到生理示蹤劑。用于主要示蹤劑的生理示蹤劑不同于用于輔助示蹤劑的生理示蹤劑。例如，選擇用于輔助示蹤劑的生理示蹤劑使其綁定到MR圖像中顯現(xiàn)的器官和/或其它身體部分，而選擇主要示蹤劑中的生理示蹤劑使其專門地，或更加專門地綁定到正研究的目標器官和區(qū)域。在一個實施例中，主要示蹤劑是標簽為In-111的噴曲鈦(Pentetreotide)(OctreoScanTM)，用于檢測和定位攜帶了生長抑制素受體(somatostatin receptor)的初期和新陳代謝神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤。輔助示蹤劑可以是用于骨骼SPECT的標簽為Tc-99m的亞甲基二膦酸鹽(MDP)。輔助MR掃描是以骨骼為重點的質(zhì)子密度或其它掃描?；蛘撸趋澜Y(jié)構(gòu)可以在后處理操作中根據(jù)診斷MR掃描生成。
當輔助示蹤劑使用骨骼試劑時，該示蹤劑在中間SPECT圖像上凸顯骨骼。中間SPECT圖像可以在通過脈沖序列執(zhí)行且凸顯骨骼的MR診斷圖像上直接配準。因此，可以使用方法M2。在某些情形下，通過使用方法M1形成更容易與中間SPECT圖像映射的低分辨率MR掃描仍舊是有利的。
主要SPECT示蹤劑可以與輔助SPECT示蹤劑組合，然后被注入到對象。
3)組合的SPECT-MR示蹤劑的使用在本實施例中，將提供SPECT和MR中的對比度的示蹤劑引入到對象。示蹤劑生成相關(guān)的圖像結(jié)構(gòu)，這些圖像結(jié)構(gòu)可用于SPEC與MR數(shù)據(jù)的明確配準/合并。這個方法可以遵循方法M3或M4的過程，盡管可以使用諸如M1或M2的其它方法。
在一個實施例中，通過使用第一設(shè)備10生成診斷圖像，而通過第二設(shè)備12生成診斷和中間圖像(M3)。中間圖像通過使用對于示蹤劑特定的脈沖序列生成。在另一個實施例中，示蹤劑通過使用與MR診斷圖像相同的脈沖序列而成為可見的，而不需要執(zhí)行中間圖像(方法M4)。
在一個實施例中，雙模態(tài)SPECT-MR示蹤劑通過使SPECT可見的放射性核素和由改變MR對比度的磁性材料形成的納米顆?；ハ喔街蚋街焦驳妮d體而形成。也可預(yù)期有其它MR造影劑，諸如在MR成像中顯現(xiàn)的放射性核素。由于SPECT比MR(放射性核素的毫微摩爾(nano-mol)在檢測水平上相應(yīng)于納米粒子的毫摩爾(milli-mol))的靈敏度高得多，因此僅僅少量的放射性添加劑就足以產(chǎn)生有用的雙模態(tài)圖像對比度。
使雙模態(tài)示蹤劑適合于聚集在感興趣的特定身體區(qū)域內(nèi)，例如，作為SPECT診斷成像的對象的特定結(jié)構(gòu)，或者周圍或附近區(qū)域。這個區(qū)域在兩個成像模態(tài)中都顯示出對比度，由此允許精確配準。典型的覆蓋層包括脂質(zhì)。
納米顆粒在長度上可以達到約1000nm，通常小于500nm，并且在一個實施例中，長度約為200-250nm。在一個實施例中，納米顆粒團簇載有諸如在SPECT中顯現(xiàn)的锝99或銦111的放射性核素，以及磁性材料或諸如在MRI上顯示為亮點的釓或鎵67的放射性核素。例如，納米顆?？梢园ㄖ|(zhì)-密封的液體全氟化碳納米顆粒，長度約200-250nm，每個納米顆粒承載有每納米顆粒約10到約500個銦原子以及任選地每粒子約1000-50000個MR增強原子，諸如釓原子。
雖然MR和SPECT可見的示蹤劑可以提供在同一個納米顆粒上，但也可以設(shè)想，MR和SPECT示蹤劑被附著到分開的納米顆粒，并將兩種納米顆粒的組合注入對象中。在該后一實施例中，納米顆粒的覆蓋層在聚集到特定的器官或其它位置中的趨勢方面是相同的，使得兩種類型的納米顆粒趨向于優(yōu)選地聚集在同一個位置。
4)MR掃描與使用組合的SPECT-MR示蹤劑的雙示蹤劑SPECT研究的組合本實施例組合以上在2)和3)中討論的雙示蹤劑研究和組合的SPECT-MR示蹤劑的特征。在一個實施例中，組合的SPECT-MR示蹤劑用于中間SPECT圖像與診斷或者中間MR圖像的配準，如以上在3)中討論的。配準過程可以使用方法M1或M2。例如，組合的(輔助)示蹤劑可包括納米顆粒，所述納米顆粒由MR造影劑形成或覆蓋有MR造影劑并且還覆蓋有在SPECT中間發(fā)射掃描中可見的SPECT造影劑。不同的(主要)示蹤劑被用于SPECT診斷掃描。主要示蹤劑可包括對于感興趣的區(qū)域特定的生理示蹤劑，而輔助示蹤劑可包括用于緊密相關(guān)區(qū)域的生理示蹤劑，諸如周圍的骨骼或組織。放射性標記物可以具有不同的能量。
總之，MR圖像和SPECT圖像的采集和配準包括以下步驟1.診斷MR圖像的采集。
2.在診斷MR圖像之前即刻，之后即刻，或與診斷MR圖像交替地，采集中間非診斷MR圖像(在使用時)。交替的采集趨向于使得采集之間的患者/器官運動最小化。用于采集中間圖像的脈沖序列可以按照以下準則選擇與SPECT圖像相同的空間分辨率，即典型地64×64到128×128的平面內(nèi)分辨率，與在SPECT圖像中所遇到的相當?shù)男旁氡忍匦?，類似于中間SPECT圖像的視場覆蓋范圍，以及類似于中間SPECT圖像的對比度。
3.診斷SPECT圖像的采集。
4.在診斷圖像之前即刻，之后即刻，或與診斷圖像交替地，采集中間非診斷SPECT圖像(在使用時)。
5.確定配準中間MR圖像與中間SPECT圖像的幾何變換T(在未生成一個模態(tài)的中間圖像的場合下，該變換將另一個模態(tài)的中間圖像與診斷圖像配準)。該變換通過包括數(shù)據(jù)的數(shù)學運算的軟件生成，由此配準中間圖像中的多個點。例如，軟件識別兩個圖像中的多個相應(yīng)的解剖位置并確定移位、旋轉(zhuǎn)、縮放、和任選地翹曲(warping)或其它非線性運算，使對得相應(yīng)的點配準。也可以設(shè)想出其它圖像和畫面匹配技術(shù)。雖然參考了基于純軟件的配準，但所有的或部分對準可包括通過眼睛配準，其中技術(shù)人員通過移動一個或兩個圖像直至可配準的特征重疊而使兩個圖像疊加。然后，軟件可用來確定技術(shù)人員施加的變換。
6.使得診斷MR圖像經(jīng)歷幾何變換T(可替換地，該變換可以施加到SPECT診斷圖像或可向兩個圖像施加變換)。
7.在變換后，組合MR診斷圖像與診斷SPECT圖像，以形成合并的圖像。
正如將認識到的，以上的步驟的順序可以改變，例如，在MR掃描之前執(zhí)行SPECT掃描。首先執(zhí)行哪種掃描可以取決于所使用的示蹤劑和它們的排空速率。該方法可以結(jié)合任何傳統(tǒng)的MR和SPECT成像設(shè)備使用。該方法可以補充以另外的步驟，諸如SPECT圖像的增強。例如，執(zhí)行伽馬校正、柱狀圖均衡化、或增強圖像中特征的分離的其它處理過程。SPECT透射圖像(在獲得時)，可以用作為中間圖像，也可以用于診斷SPECT圖像的衰減校正。
控制和處理系統(tǒng)14可以在用于采集和分析MR和SPECT數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)工作站中實現(xiàn)。按照例如由診斷MR和SPECT數(shù)據(jù)確定的臨床醫(yī)學環(huán)境，適用于中間MR圖像的采集的脈沖序列可以通過使用在MR掃描器已經(jīng)可以得到的脈沖序列工具來自動地選擇和精細地調(diào)節(jié)。該方法可以推廣到其它雙模態(tài)圖像的配準/合并。例如，MR圖像可以與正電子發(fā)射層析攝影(PET)圖像組合。對于這樣的組合，可以使用上述的過程。
雖然配準可以在不依靠基準標記物的情形下達到，但在成像過程中可檢測的基準標記物也可以用來輔助配準圖像。
已經(jīng)參照優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了描述。顯然，本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀和理解前面的詳細說明后可以作出修改和替換。本發(fā)明打算包括所有的這樣的修改和替換例，只要它們屬于所附權(quán)利要求或及其等效的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于生成對象的已配準核和MR診斷圖像的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于生成至少發(fā)射診斷圖像(58)的核成像設(shè)備(10)；用于生成至少磁共振診斷圖像(62)的MR成像設(shè)備(12)；用于生成變換的裝置(64)，所述變換用于對準由核成像設(shè)備與MR成像設(shè)備生成的圖像(56，58，60，62)中共同的解剖結(jié)構(gòu)；和用于應(yīng)用該變換以使所述發(fā)射和磁共振診斷圖像配準的裝置(66)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中核成像設(shè)備(10)包括輻射源(28)，用來除生成發(fā)射診斷圖像以外還生成透射圖像，該透射圖像固有地與該發(fā)射診斷圖像配準，并且其中MR成像設(shè)備(12)生成模仿透射圖像的圖像(60，62)，所述變換生成裝置(64)根據(jù)所述透射圖像和透射模仿圖像生成變換。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中透射模仿圖像(60)是與磁共振診斷圖像(62)不同的質(zhì)子密度圖像，質(zhì)子密度圖像是通過插入用于生成磁診斷圖像的掃描序列的掃描序列生成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括注入到對象內(nèi)的放射性同位素示蹤劑，該放射性同位素優(yōu)選附著到也由MR成像設(shè)備(12)成像的解剖結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的系統(tǒng)，其中放射性同位素示蹤劑包括第一能量的放射性同位素，優(yōu)選附著到也由MR成像設(shè)備(12)成像的解剖結(jié)構(gòu)；以及用于發(fā)射診斷圖像的第二能量的放射性同位素，所述變換生成裝置(64)根據(jù)第一能量發(fā)射圖像(56)和來自MR成像設(shè)備(12)的圖像(60，62)生成變換。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中來自MR成像設(shè)備(12)的圖像(62)是輔助圖像，并且變換生成裝置(64)根據(jù)第一能量發(fā)射圖像(56)和該輔助圖像(62)生成變換。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括注入到對象中的放射性藥物，該放射性藥物包括通過核成像設(shè)備進行成像的放射性同位素和通過磁共振成像設(shè)備進行成像的造影劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中造影劑包括納米顆粒。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中核成像設(shè)備是單光子發(fā)射計算機層析攝影(SPECT)成像設(shè)備。
10.一種用于生成對象的已配準核和MR診斷圖像的方法，該方法包括用核成像設(shè)備(10)生成對象的至少發(fā)射診斷圖像(58)；用MR成像設(shè)備(12)生成至少磁共振診斷圖像(62)；生成用于對準在由核成像設(shè)備與MR成像設(shè)備生成的圖像(56，58，60，62)中共同的解剖結(jié)構(gòu)的變換；以及應(yīng)用該變換以使所述發(fā)射和磁共振診斷圖像配準。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，還包括生成固有地與發(fā)射診斷圖像(58)對準的輔助圖像(56)，并且其中變換的生成包括對準該輔助圖像(56)和固有地與磁共振診斷圖像(62)對準的圖像(60)中共同的解剖結(jié)構(gòu)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中該方法還包括生成固有地與磁共振診斷圖像(62)對準的輔助圖像(60)，并且其中變換的生成包括對準固有地與發(fā)射診斷圖像(58)對準的輔助圖像(56)和固有地與磁共振診斷圖像(62)對準的輔助圖像(60)中共同的解剖結(jié)構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中固有地與磁共振診斷圖像(62)對準的輔助圖像(60)是與磁共振診斷圖像(62)不同的質(zhì)子密度圖像，所述質(zhì)子密度圖像通過插入用于生成磁診斷圖像的掃描序列的掃描序列生成。
14.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中固有地與發(fā)射診斷圖像(58)對準的輔助圖像(56)是發(fā)射圖像，并且其中所述方法還包括將放射性同位素示蹤劑引入對象，所述放射性同位素示蹤劑包括第一能量的放射性同位素，優(yōu)選地附著到也由MR成像設(shè)備(12)成像的解剖結(jié)構(gòu)；以及用于發(fā)射診斷圖像的第二能量的放射性同位素，所述變換的生成包括根據(jù)第一能量發(fā)射圖像(56)和來自MR成像設(shè)備(12)的圖像(60，62)生成變換。
15.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，還包括把放射性藥物引入對象，該放射性藥物包括通過核成像設(shè)備(10)進行成像的放射性同位素，和通過磁共振成像設(shè)備(12)進行成像的造影劑。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中造影劑包括納米顆粒。
17.一種在權(quán)利要求15的方法中使用的放射性藥物，包括放射性同位素和MR造影劑。
18.根據(jù)權(quán)利要求18的放射性藥物，其中示蹤劑包括平均直徑小于1000nm的顆粒。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的放射性藥物，其中所述顆粒包括脂質(zhì)覆蓋層。
20.一種用于配準不同模態(tài)的圖像的方法，包括利用第一模態(tài)的核成像過程生成對象的第一診斷圖像；生成與第一診斷圖像互配準的對象的第一中間圖像；利用第二模態(tài)的成像過程生成對象的第二診斷圖像；生成與第二診斷圖像互配準的對象的第二中間圖像；得到使第一和第二中間圖像配準的變換；以及應(yīng)用該變換來配準第一和第二診斷圖像。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中第一診斷圖像是第一能量的發(fā)射圖像，并且第一中間圖像是第二能量的發(fā)射圖像和透射圖像之一。
22.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中第一中間圖像是發(fā)射圖像，并且所述方法還包括把放射性同位素示蹤劑引入對象，所述放射性同位素示蹤劑包括第一能量的放射性同位素，優(yōu)選地附著到也由MR成像設(shè)備(12)成像的解剖結(jié)構(gòu)；以及用于發(fā)射診斷圖像的第二能量的放射性同位素，所述變換的生成包括根據(jù)第一能量發(fā)射圖像(56)和來自MR成像設(shè)備(12)的圖像(60，62)生成變換。
23.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中第二診斷圖像是磁共振圖像，并且第二中間圖像是分辨率低于第二診斷圖像的磁共振圖像。
24.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，還包括把放射性同位素示蹤劑引入對象，所述放射性同位素與在第二中間圖像中顯現(xiàn)的造影劑相關(guān)聯(lián)，所述放射性同位素在第一中間圖像中顯現(xiàn)。
25.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中第二中間圖像是磁共振圖像。
全文摘要
用于生成對象的已配準診斷圖像的系統(tǒng)，諸如核和磁共振(MR)診斷圖像，所述系統(tǒng)包括用于生成發(fā)射診斷圖像(58)和還任選地生成中間透射或發(fā)射圖像(56)的核成像設(shè)備(10)。諸如MR成像設(shè)備的第二成像設(shè)備(12)生成磁共振診斷圖像(62)并還任選地生成中間圖像，所述中間圖像比診斷MR圖像更容易與來自核成像設(shè)備的圖像配準。圖像的處理包括預(yù)處理部分(64)，用于生成用于對準由核成像設(shè)備與MR成像設(shè)備生成的圖像(56，58，60，62)中共同的解剖結(jié)構(gòu)的變換；和診斷圖像配準部分，用于應(yīng)用該變換以使發(fā)射和磁共振診斷圖像(58，62)配準。
文檔編號G06T7/00GK101080746SQ200580043323
公開日2007年11月28日 申請日期2005年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月15日
發(fā)明者I·C·卡森, L·邵, A·J·達西爾瓦, S·韋斯, M·J·佩特里洛 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司