[发明专利]辐射治疗中的运动校正

说明书

本申请涉及诊断成像领域。本发明尤其适于与组合式X射线计算机断层摄影（CT）扫描器和发射断层摄影扫描器结合使用，所述发射断层摄影诸如是正电子发射断层摄影（PET）和单光子发射计算机断层摄影（SPECT）。

在诊断核成像中，随着放射性核素通过患者的血流来研究放射性核素分布，以对循环系统成像，或者对积聚所注入的放射性药剂的特定器官成像。在单光子发射计算机断层摄影（SPECT）中，使用一个或多个辐射探测器，通称为伽马（gamma）照相机，通过由放射性衰变事件导致的辐射发射来探测放射性药剂。通常，每个伽马照相机都包括辐射探测器阵列和设置于辐射探测器阵列前方的蜂房型准直器。蜂房型准直器界定线性或小角度圆锥视线，使得所探测的辐射包括投影数据。如果在一定范围的视角上，例如在180°或360°角范围上移动伽马照相机，那么可以利用滤波反向投影、期望值最大化或者另一种成像技术将所得的投影数据重建成患者体内放射性药剂分布的图像。有利地，可以设计放射性药剂以使其集中在选定组织中，从而提供那些选定组织的优先成像。

在正电子发射断层摄影（PET）中，放射性药剂的放射性衰变事件产生正电子。每个正电子与电子交互作用以产生正电子-电子湮灭事件，该湮灭事件发射两个反向的伽马射线。使用符合（coincidence）探测电路，围绕成像患者的辐射探测器的环形阵列探测与正电子-电子湮灭相对应的符合反向伽马射线事件。连接两个符合探测的响应线（LOR）包含正电子-电子湮灭事件的位置。这样的响应线类似于投影数据，并且能够被重建以产生二维或三维图像。在飞行时间PET（TOF-PET）中，使用两个符合γ射线事件的探测之间的小时间差异来沿着LOR（响应线）定位湮灭事件。

SPECT和PET两种成像技术都有一个问题，即，放射性核素与探测器之间由患者的解剖结构造成的光子吸收和散射使所得的图像失真。为了获得更为准确的核图像，利用透射计算机断层摄影技术进行直接透射辐射测量。透射数据用于构造整个身体内的密度差的衰减图并用于校正所发射光子的吸收。在过去，放射性同位素线或点源与探测器相对放置，使得探测器能够收集透射数据。在有和无患者时，两个值的比率用于校正不均匀密度，这可能导致图像噪声、图像伪影、图像失真，并可能掩盖重要特征。

另一种技术使用X射线CT扫描数据生成更准确的衰减图。由于与软组织相比，X射线和伽马射线两者都受到硬组织，诸如骨骼甚至合成材料植入物的更强的衰减，所以可以使用CT数据来估计放射性药剂所发射的伽马射线的衰减图。通常，在所发射伽马射线的适当能量下，使用取决于能量的缩放因子将CT像素值（单位Hounsfield（HU））转换成线性衰减系数（LAC）。

在过去，核扫描器和CT扫描器以固定的关系彼此相邻地永久安装，并共享公共的患者支撑物。将患者从CT扫描器的检查区域平移到核扫描器的检查区域。然而，由于患者的潜在移动或者CT扫描器和核扫描器之间的重新定位，这种技术在核图像和CT图像之间的对准方面带来不确定性。

为了消除对准问题，当前的系统将CT和核成像系统安装到公共的扫描架。然而，该设计意味着扫描架的速度限于每次旋转数十秒。如果患者在CT采集期间屏息，可以在CT数据中消除或减少运动。这出现了一个问题，即核成像采集时间比屏息以生成充分多数据更长。因此，患者自由呼吸。在屏息CT扫描期间患者的几何性质与自由呼吸的核扫描的几何性质不匹配。这会导致重建伪影，因为在衰减图与采集核数据的若干分钟内所采集的发射数据之间，尤其是在运动更大的区域中，例如隔膜、心壁等中，存在不匹配。

本申请提供了一种对核成像中运动对象的衰减和散射校正的新的改进的方法和设备，其克服了上述问题和其他问题。

根据一个方面，提供了一种用于生成运动模型的方法。在感兴趣对象的多个运动阶段期间采集解剖投影图像数据集。将所采集的解剖投影图像数据集重建成运动平均的解剖图像表示。基于所述运动平均的体积图像表示使运动模型的几何性质适配所述感兴趣对象的几何性质。在所述多个运动阶段利用运动模型从所述运动平均的解剖图像表示来模拟解剖投影图像数据。基于所采集的解剖投影图像数据集和所模拟的解剖图像数据之间的差异来更新所述运动模型。

根据另一方面，一种被配置成执行用于生成运动模型的方法的处理器。

根据另一方面，一种诊断成像系统，包括断层摄影扫描器，所述断层摄影扫描器连续生成解剖和功能图像数据集。所述诊断成像系统包括被编程控制以执行生成运动模型的方法的一个或多个处理器。