本專利文檔要求2014年6月23日提交的、申請序列號為62/015,572的臨時美國專利申請在下的申請日的權(quán)益，所述美國專利申請由此通過引用被并入。

背景技術(shù)：

本實施例涉及單光子發(fā)射計算機斷層掃描（SPECT）。SPECT成像使用放射性同位素或放射性示蹤劑來確定患者體內(nèi)的生理功能?；诎l(fā)射的計數(shù)，為了定性SPECT而對放射性同位素的空間分布進行成像。對于定量SPECT，測量身體內(nèi)的放射性濃度或由身體內(nèi)組織對放射性示蹤劑的特定攝取。根據(jù)所檢測的發(fā)射來重構(gòu)放射性濃度（即，來自不同位置的放射性示蹤劑的濃度）?？紤]到各種建模和SPECT中的未知，定量SPECT的一般使用是受限的。例如，定量SPECT僅僅在針對Tc-99m的工業(yè)中被實現(xiàn)，所述Tc-99m具有單發(fā)射光電峰（即，能量峰）。

在核醫(yī)學中所使用的寬范圍的同位素（例如Lu-177、In-111、Sm-153）以多個光電峰而發(fā)射光子。通過在定性SPECT中使用多光電峰放射性同位素，每個光電峰被分別重構(gòu)，從而為每個光電峰提供分別重構(gòu)的容積。經(jīng)重構(gòu)的體元然后被求和以改善信噪比。然而，對重構(gòu)的輸出結(jié)果進行求和在定量SPECT中可能并不有用。對來自不同光電峰的輸出放射性濃度進行求和并不提供用于定量的準確放射性濃度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

作為介紹，下述優(yōu)選實施例包括用于利用多個光電峰的定量SPECT的方法、系統(tǒng)和非暫時性計算機可讀介質(zhì)。針對多個光電峰的組合在重構(gòu)內(nèi)執(zhí)行或作為重構(gòu)的部分被執(zhí)行，而不是在重構(gòu)后執(zhí)行。重構(gòu)被迭代地執(zhí)行，因此針對多個光電峰的組合在重構(gòu)的迭代循環(huán)內(nèi)執(zhí)行，諸如組合不同光電峰的經(jīng)后向投影的反饋，以用于更新容積。

在第一方面中，提供了一種用于利用多個光電峰的定量SPECT的方法。SPECT檢測器檢測來自患者的發(fā)射。所述發(fā)射是以具有相應(yīng)多個光電峰的同位素的不同光電峰范圍的。在重構(gòu)中，執(zhí)行針對所述不同光電峰范圍中的第一和第二光電峰范圍的前向投影。后向投影對來自所述第一和第二光電峰范圍的反饋進行組合。根據(jù)重構(gòu)而生成圖像。

在第二方面中，一種非暫時性計算機可讀存儲介質(zhì)已經(jīng)在其中存儲了表示指令的數(shù)據(jù)，所述指令通過經(jīng)編程的處理器可執(zhí)行以用于利用多個發(fā)射能量的SPECT。所述存儲介質(zhì)包括指令以用于利用針對該能量的算子（operator）來分別對所述多個發(fā)射能量中的每一個進行投影，并且組合來自針對所述多個發(fā)射能量的投影的結(jié)果的梯度。

在第三方面中，提供了一種SPECT系統(tǒng)。檢測器用于檢測來自以第一和第二光電峰發(fā)射的同位素的以所述第一和第二光電峰的發(fā)射。處理器被配置成根據(jù)所述發(fā)射來在三維中重構(gòu)發(fā)射的分布。所述重構(gòu)使用共軛梯度，其中所述共軛梯度是以所述第一和第二光電峰二者的發(fā)射的函數(shù)。顯示器被配置成顯示來自重構(gòu)的圖像。

本發(fā)明通過隨后的權(quán)利要求來被限定，并且本章節(jié)中沒有什么應(yīng)當被理解為對那些權(quán)利要求的限制。本發(fā)明的另外的方面和優(yōu)點在以下結(jié)合優(yōu)選實施例來被討論并且可以稍后獨立地或以組合地被要求保護。

附圖說明

組件和各圖不一定是按比例的，代替地將強調(diào)置于說明本發(fā)明的原理上。此外，在各圖中，同樣的參考標號貫穿不同的視圖標明對應(yīng)的部分。

圖1是用于利用多個光電峰的定量SPECT成像的方法的一個實施例的流程圖圖解；以及

圖2是根據(jù)一個實施例的用于利用多個光電峰的定量SPECT成像的系統(tǒng)的框圖。

具體實施方式

利用多個光電峰來執(zhí)行重構(gòu)。通過在重構(gòu)內(nèi)組合來自所述不同光電峰的反饋，為定量SPECT而重構(gòu)一個圖像。結(jié)果得到的圖像如與使用具有單個光電峰的放射性同位素相比可以具有更準確的放射性濃度或特定攝取值。以組合的方式使用來自多個光電峰的光子計數(shù)的重構(gòu)可以增大信噪比并且改善圖像品質(zhì)以及針對SPECT成像的定量準確性。

對于每個光電峰，圖像容積利用光電峰特定的系統(tǒng)矩陣或投影算子（例如投影算子建模衰減校正、散射校正、點響應(yīng)函數(shù)和/或靈敏性）來被投影和后向投影。從多個光電峰的后向投影所產(chǎn)生的新梯度（negradient）被組合。通過加上從經(jīng)組合的新梯度中所產(chǎn)生的共軛梯度來更新圖像容積。為了更新，所述共軛梯度乘以基于經(jīng)組合的新梯度的最優(yōu)步長。

該重構(gòu)方案在用于定量SPECT的一個圖像容積中組合多個光電峰。針對每個光電峰的、利用其系統(tǒng)矩陣或投影算子的投影以及對來自多個光電峰的反饋的組合解決其中傳統(tǒng)方法失敗的來自多個光電峰的定量求和的挑戰(zhàn)。

圖1示出了用于利用多個光電峰的定量SPECT的方法的一個實施例。所述光電峰是放射性同位素的發(fā)射能量頻譜中的峰。通過在重構(gòu)中組合來自不同光電峰的信息，單個圖像或容積被重構(gòu)。信息通過針對所述不同光電峰的前向和后向投影而被組合，但是組合來自所述多個光電峰的梯度信息以在每個迭代中更新圖像或?qū)ο笕莘e。

所述方法適用于給定患者的給定掃描。所述患者包含放射性示蹤劑，所述放射性示蹤劑具有以不同光電峰而發(fā)射能量的同位素。在針對所述不同光電峰的不同能量范圍下檢測發(fā)射。SPECT系統(tǒng)基于以所述不同光電峰的發(fā)射來執(zhí)行定量SPECT。

動作通過圖2的系統(tǒng)或不同的系統(tǒng)來被執(zhí)行。檢測器、諸如伽馬相機在動作20中檢測發(fā)射。處理器、諸如SPECT系統(tǒng)計算機在動作22中進行重構(gòu)。所述處理器或圖形處理單元在動作28中生成圖像。其它設(shè)備可以執(zhí)行所述動作中的任一個。

可以執(zhí)行附加的、不同的或更少的動作。例如，在其中所檢測的發(fā)射被存儲或從存儲器被傳遞的情況下不提供動作20。作為另一示例，在其中所重構(gòu)的對象用于除了成像之外的目的、諸如用以對量進行計算的情況下不提供動作28。在其它示例中，提供與定位患者、配置SPECT掃描儀、繞患者而旋轉(zhuǎn)檢測器和/或SPECT成像有關(guān)的動作。動作以所示的次序或不同的次序來被執(zhí)行。

在動作20中，檢測來自患者的發(fā)射。作為通過定量SPECT系統(tǒng)的重構(gòu)的部分來確定已經(jīng)接收了放射性示蹤劑的患者體內(nèi)的放射性濃度。在將放射性示蹤劑攝入或注入到患者體內(nèi)之后，相對于SPECT檢測器來定位患者，和/或相對于患者來定位SPECT檢測器。隨時間而檢測來自患者體內(nèi)的放射性示蹤劑的發(fā)射。檢測器前方的準直器限制通過SPECT檢測器所檢測到的光子的方向，因此每個所檢測到的發(fā)射與能量以及從中發(fā)生發(fā)射的可能位置的線或錐相關(guān)聯(lián)?？梢酝瑯拥卮_定所述線或錐相對于檢測器的橫向定位。SPECT檢測器可以相對于患者而被旋轉(zhuǎn)或移動，從而允許檢測來自患者體內(nèi)不同角度和/或位置的發(fā)射。

SPECT檢測器包括光電倍增管或其它分層有閃爍晶體的光子檢測器。沿著矩形或其它網(wǎng)格來布置光電倍增管以提供用于檢測伽馬輻射的二維平面陣列。可以使用其它類型的檢測器，諸如任何伽馬檢測器。

發(fā)射是以不同的能量或光電峰。以兩個或多個范圍的能量被檢測，其中每個能量范圍對應(yīng)于感興趣的光電峰。能量針對所選的范圍，而無論范圍來自連續(xù)的能量頻譜、來自不同的主要光電峰和/或來自不同的次要光電峰。例如，對于I-123，存在以159keV的單個主發(fā)射能量峰以及許多次要的發(fā)射高能量峰。兩個范圍的發(fā)射能量被檢測——一個針對發(fā)射能量峰159keV并且另一個針對全部高能量發(fā)射峰，而不是使用在159keV周圍的單個光電峰獲取能量窗口。在另一示例中，使用具有不同發(fā)射能量的放射性核素。例如，使用I-123、Lu-177或In-111。Lu-177在以113kv和208kv的光電峰的情況下發(fā)射。針對在那些光電峰周圍的能量范圍的發(fā)射被檢測到。其它光電峰可以不被包括或者可以被包括在所使用的峰中之一周圍所設(shè)置的能量范圍內(nèi)。

通過應(yīng)用能量閾值，來自不同光電峰或?qū)?yīng)的能量范圍的發(fā)射被隔離。為不同能量范圍中的每一個提供不同的計數(shù)集。例如，為兩個光電峰或在所述光電峰附近的范圍提供發(fā)射的兩個計數(shù)集?？梢允褂萌齻€或多個不同范圍的發(fā)射能量或關(guān)于不同的光電峰。發(fā)射集中的每一個是針對相應(yīng)光電峰所測量的投影數(shù)據(jù)的集合。

在動作22中，通過使用所獲取的投影數(shù)據(jù)來執(zhí)行重構(gòu)。投影數(shù)據(jù)表示所檢測的發(fā)射。SPECT系統(tǒng)的處理器對表示患者體內(nèi)的發(fā)射分布的圖像或?qū)ο筮M行重構(gòu)?？梢宰鳛橹貥?gòu)的部分來估計針對每個位置（例如體元）的攝取的量或數(shù)量。SPECT成像系統(tǒng)估計針對不同位置的所注入的放射性藥物或示蹤劑的放射性濃度。在定量SPECT中，目標是要估計被注入到患者體內(nèi)并且分布在患者體內(nèi)的示蹤劑（即同位素）以kBq/ml的放射性濃度。

任何現(xiàn)在已知或稍后開發(fā)的重構(gòu)方法可以被使用，諸如基于最大似然期望最大化（ML-EM）、定序子集期望最大化（OSEM）、懲罰加權(quán)的最小二乘法（PWLS）、最大后驗（MAP）、多模態(tài)重構(gòu)、非負最小二乘法（NNLS）或另一途徑。

重構(gòu)是迭代的。迭代的重構(gòu)通過使用表示檢測的系統(tǒng)矩陣或前向投影器來將容積或圖像（例如對象空間）的當前估計前向投影到投影空間。由于所檢測的發(fā)射處于投影空間中（例如，在二維而不是三維中一般已知的位置），所以當前容積的前向投影與所檢測或測量的發(fā)射相比較。利用優(yōu)值函數(shù)（例如ML-EM或NNLS）來針對準確性而測試該比較。如果足夠準確和/或在準確性方面沒有進一步的增加，則迭代停止并且當前容積被輸出作為所重構(gòu)的容積。如果優(yōu)值函數(shù)指示了不足夠或在改進的準確性，則在前向投影和所檢測的發(fā)射之間的差異被后向投影。該后向投影提供針對容積的梯度或改變。為所述改變確定方向和步長并且將其應(yīng)用來更新容積。然后重復所述過程以用于重構(gòu)的另一迭代。

在其中使用多個光電峰的情況下，利用前向和后向投影、分離地為每個光電峰或發(fā)射能量范圍來執(zhí)行重構(gòu)。即使在此分離的情況下，單個容積被重構(gòu)。來自針對不同光電峰的后向投影的梯度或改變被組合以基于來自多個光電峰的反饋而提供容積或圖像空間的一個更新。

在圖1中，動作22的重構(gòu)通過動作24中的前向投影和動作26的后向投影的重復來被表示?？梢蕴峁└郊拥膭幼鳌?/p>

在動作24中，處理器將當前圖像或容積前向投影到投影空間。前向投影將系統(tǒng)矩陣或投影算子乘以當前容積以通過SPECT系統(tǒng)來對檢測進行仿真。

在多個能量范圍或光電峰中的每一個下分別執(zhí)行前向投影。前向投影可以被表示為：

其中i是光電峰的索引，D_i是所檢測的發(fā)射，H_i是系統(tǒng)矩陣或投影算子集（例如和），是靈敏性，是點響應(yīng)函數(shù)（PRF），是衰減，并且I是圖像（例如，對象空間中體元的集合或容積）?？梢允褂迷卺槍o定同位素的給定患者的情況下對SPECT系統(tǒng)的操作進行建模的附加的、不同的或更少的投影算子。分別對針對不同能量范圍或光電峰的容積進行前向投影導致經(jīng)前向投影的數(shù)據(jù)的不同集合。

重構(gòu)包括投影算子（即前向投影器），所述投影算子結(jié)合針對患者和同位素、伽馬相機對光子的效應(yīng)（即準直和檢測過程）。在重構(gòu)中，前向投影器包含成像形成過程的模型。圖像形成模型包括光子與患者的交互（例如衰減和散射）、準直-檢測過程（例如準直器檢測器響應(yīng)，包括準直器幾何響應(yīng)、中隔滲透和散射、晶體中的部分沉積和檢測器本征分辨率）以及有關(guān)的放射性核素性質(zhì)（例如發(fā)射豐度）。

系統(tǒng)矩陣是從對象空間到投影空間的投影的數(shù)學表示（例如前向投影器）。在一些SPECT系統(tǒng)（諸如用于小型動物成像的SPECT）中，系統(tǒng)矩陣實際上被存儲并且直接使用在每個迭代中以根據(jù)放射性分布的當前估計來計算投影數(shù)據(jù)模型。在大多數(shù)臨床SPECT系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)矩陣的非常大的維度，系統(tǒng)矩陣不被存儲。代替地，一系列數(shù)學投影算子，其集體被稱為前向投影器，在每個迭代中被執(zhí)行，這在數(shù)學上提供通過系統(tǒng)矩陣的乘法。

所述投影算子中的一個或多個取決于能量或能量范圍。結(jié)果，相同容積的分離的前向投影導致不同的前向投影。任何的投影算子或從中形成的系統(tǒng)矩陣可以取決于光電峰。為了供以兩個或多個能量的發(fā)射使用，由于各種圖像降級效應(yīng)（例如散射、衰減和/或準直器-檢測器響應(yīng)函數(shù)）針對不同的能量范圍是不同的，所以針對以不同能量范圍的光子的圖像形成過程被分別建模。針對不同的能量而不同地處置散射、衰減和/或準直器響應(yīng)函數(shù)的一個模型提供分離的模型。

對于發(fā)射多個離散能量峰的放射性核素，一個模型可以被應(yīng)用于一個發(fā)射峰或若干峰的組合。例如，對于Lu-177而言，除了以113keV和208keV的兩個主光電峰之外，存在以250keV和321keV的兩個其它次要光電峰?？梢圆辉谶@兩個次要光電峰的周圍提供獲取能量窗口，但是所述次要光電峰中的一個或多個的能量仍可以貢獻于在所述兩個主要光電峰周圍的兩個獲取能量窗口。

利用優(yōu)值函數(shù)來檢查前向投影的結(jié)果?？梢允褂萌魏沃貥?gòu)優(yōu)值函數(shù)，諸如Mighell卡方優(yōu)值函數(shù)。對照在投影或掃描空間中的實際檢測的發(fā)射來檢查結(jié)果。

由于使用多個光電峰，所以將針對每個光電峰或發(fā)射能量范圍的前向投影與針對該光電峰的所檢測的發(fā)射相比較。比較的結(jié)果的總和、平均值或其它組合被用于確定重構(gòu)是否是完整的。在一個實施例中，基于多個光電峰的優(yōu)值函數(shù)被表示為：

其中是卡方，是轉(zhuǎn)置，并且是加權(quán)函數(shù)?？梢允褂萌魏渭訖?quán)函數(shù)，諸如Mighell的卡方，如果W是的逆的話。在前向投影與所檢測的發(fā)射中的差被加權(quán)并且乘以所述差的轉(zhuǎn)置。該操作針對所使用的每個光電峰i而被執(zhí)行。來自不同光電峰的結(jié)果被求和以提供卡方值。可以使用其它函數(shù)、優(yōu)值函數(shù)或來自不同發(fā)射能量的組合。

在動作26中，反饋被后向投影。通過比較所檢測的發(fā)射與前向投影來計算反饋。該反饋從投影空間被后向投影到容積的圖像空間。反饋可以是校正或差、比率或來自比較的其它關(guān)系。

后向投影使用投影算子。投影算子或系統(tǒng)矩陣的轉(zhuǎn)置被應(yīng)用以從投影空間轉(zhuǎn)換到圖像空間。用于前向投影的相同投影算子的轉(zhuǎn)置被應(yīng)用。在其中投影算子中的至少一個是能量相關(guān)的情況下，對應(yīng)的轉(zhuǎn)置也是能量相關(guān)的。由于后向投影的轉(zhuǎn)置是能量相關(guān)的，所以不同的經(jīng)轉(zhuǎn)置的投影算子被用于不同的光電峰或能量范圍。

還針對所述不同的能量范圍或光電峰來分別執(zhí)行將被后向投影的反饋。對于多個光電峰中的每一個，處理器后向投影針對相應(yīng)光電峰的所檢測的發(fā)射與針對相應(yīng)光電峰的前向投影的差。所檢測的發(fā)射的不同集合分別自不同的前向投影而求差（differenced）。例如，以包括113keV的能量范圍的前向投影從以包括113keV的能量范圍的所檢測的發(fā)射中被減去，并且以包括208keV的能量范圍的前向投影從以包括208keV的能量范圍的所檢測的發(fā)射中被減去。針對多個發(fā)射能量中的每一個、利用針對相應(yīng)能量的算子的對應(yīng)轉(zhuǎn)置來分別執(zhí)行后向投影。

后向投影可以被表示為：

其中是新梯度。針對每個光電峰i的新梯度被計算為加權(quán)的、反饋的操作算子的轉(zhuǎn)置、前向投影從所檢測的發(fā)射的?？梢允褂闷渌瘮?shù)，諸如MLEM中投影上所檢測的發(fā)射的其它梯度或經(jīng)后向投影的比率。

來自針對感興趣的每個光電峰的后向投影的結(jié)果被組合。比較的后向投影提供關(guān)于當前圖像或容積應(yīng)當如何被改變以更好地近似所檢測的發(fā)射的反饋。由于使用單個容積，所以來自不同發(fā)射能量范圍的反饋是針對容積的組合矩陣?？梢允褂萌魏谓M合，諸如在等式（3）中所表示的求和。來自針對不同光電峰的后向投影的新梯度被求和。

經(jīng)組合的新梯度用于校正圖像或容積。校正使用共軛梯度。在一個實施例中，共軛梯度被計算為：

其中，舊的共軛梯度與經(jīng)組合的新梯度組合（例如求和），以提供新的共軛梯度?！芭f”在來自先前的或最近的迭代的意義上被使用，并且“新”用于重構(gòu)的當前或下一個迭代。舊的共軛梯度通過被加權(quán)。可以是任何函數(shù)，諸如：

共軛梯度是多個光電峰的函數(shù)，因為新梯度是在不同發(fā)射能量范圍下的后向投影的函數(shù)?？梢允褂闷渌荻?、其它權(quán)重和/或函數(shù)。

共軛梯度，其表示從多個分別檢測的光電峰所組合的反饋，被用于校正當前容積或圖像。以更好地對導致投影空間中所檢測的發(fā)射的放射性同位素的三維分布進行反映的努力來更新容積。在一個實施例中，更新被表示為：

其中是步長。共軛梯度指示對舊圖像的改變的方向，并且步長指示改變的量。可以使用其它更新函數(shù)?？梢允褂萌魏尾介L函數(shù)，諸如：

。

如通過從動作26返回到動作24的箭頭所表示的，所述過程重復以用于重構(gòu)的一個或多個迭代。經(jīng)更新的圖像或容積在動作24中再次針對光電峰中的每一個而被前向投影。利用優(yōu)值函數(shù)來對結(jié)果產(chǎn)生的前向投影進行測試。如果重構(gòu)不完整，則用于更新容積的反饋在動作26中通過后向投影來被確定。來自多個光電峰的差被后向投影并且針對不同能量范圍的結(jié)果產(chǎn)生的新梯度被組合以用于校正單個容積或圖像。迭代繼續(xù)，直到容積的前向投影提供與所檢測的發(fā)射的充分匹配為止。

一旦重構(gòu)完整了，就生成圖像。根據(jù)從動作22中所產(chǎn)生的重構(gòu)來生成患者或患者部分的圖像。重構(gòu)的結(jié)果在三維中表示發(fā)射的分布或發(fā)射的計數(shù)。對于定性SPECT而言，該分布用于生成圖像。對于定量SPECT而言，確定針對每個位置（例如體元）的放射性濃度。重構(gòu)提供對放射性濃度進行表示的體元值。已經(jīng)接收了液體放射性示蹤劑的患者體內(nèi)的放射性濃度作為通過功能性成像系統(tǒng)的重構(gòu)的部分而被確定。在定量SPECT中，目標是要估計被注入到患者體內(nèi)并且分布在患者體內(nèi)的示蹤劑（即同位素）以kBq/ml的放射性濃度。投影算子包括校準信息、和檢測器靈敏性，諸如對于患者體內(nèi)所使用的液體放射性示蹤劑的系統(tǒng)特定的靈敏性。

在重構(gòu)之后，可以通過處理器來計算特定攝取值（SUV）。重構(gòu)的放射性濃度表示在每個位置處的攝取量。該攝取量是所發(fā)射的輻射的度量，因此不針對被提供給患者的輻射劑量而被歸一化。結(jié)果，比較來自不同時間的攝取可能并不有用，除非提供相同的劑量。通過計算SUV，提供針對劑量被歸一化的攝取，從而允許對不同度量的比較。

計算針對每個位置或針對一些位置的SUV。SUV是針對該位置和劑量的放射性濃度的函數(shù)。放射性濃度除以所注入的劑量值?？梢允褂闷渌瘮?shù)。例如，SUV可以是患者的身體質(zhì)量或其它物理特性的函數(shù)。以放射性濃度所表示的攝取量值針對劑量和身體質(zhì)量二者而被歸一化。

根據(jù)所重構(gòu)的對象（例如整個患者或患者的部分）來生成圖像。在一個實施例中，針對一個或多個（例如多平面重構(gòu)）平面的數(shù)據(jù)從容積或體元中被提取（例如選擇和/或內(nèi)插）并且用于生成一個或多個二維圖像。在另一實施例中，執(zhí)行三維再現(xiàn)。投影或表面再現(xiàn)被用于在二維屏幕上從給定的查看方向創(chuàng)建容積或患者部分的表示。

圖像是定量SPECT圖像?？梢蕴峁┤魏味縎PECT成像，諸如提供一種圖像，在所述圖像中用戶可以為圖像中所表示的任何所選位置確定放射性濃度的值。所述圖像可以包括數(shù)字、文本、圖形、圖表或針對一個或多個位置的特定攝取和/或放射性濃度量的其它表示。可替換地，圖像是定性SPECT圖像，其指示患者體內(nèi)的相對放射性濃度分布。

任何SPECT圖像可以被單獨顯示、與計算機斷層掃描（CT）圖像相鄰、或者被疊覆在CT圖像上（例如，彩色用于SPECT并且灰度用于計算機斷層掃描）?？梢允褂镁哂写殴舱瘛⒊暡?、x射線或其它模態(tài)的多模態(tài)圖像。

圖2示出了用于利用多個發(fā)射能量的SPECT成像的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)是定量或定性SPECT系統(tǒng)。所述系統(tǒng)實現(xiàn)圖1的方法或其它方法。

所述系統(tǒng)包括SPECT系統(tǒng)10、處理器12、存儲器14和顯示器16。處理器12、存儲器14和/或顯示器16是SPECT系統(tǒng)10的部分或是分離的（例如計算機或工作站）?？梢蕴峁└郊拥?、不同的或更少的組件。例如，系統(tǒng)是沒有SPECT系統(tǒng)10的計算機。作為另一示例，提供用戶輸入端、患者床、或其它SPECT有關(guān)的設(shè)備。系統(tǒng)的其它部分可以包括功率供給、通信系統(tǒng)和用戶接口系統(tǒng)。

SPECT系統(tǒng)10包括檢測器18?？梢蕴峁┢渌M件，諸如準直器。可以使用任何現(xiàn)在已知或稍后開發(fā)的SPECT系統(tǒng)10。

檢測器18是與臺架（gantry）連接的伽馬相機。伽馬相機是平面光子檢測器，諸如具有晶體或閃爍體與光電倍增管或其它光學檢測器。臺架繞患者而旋轉(zhuǎn)伽馬相機。在患者的掃描期間，利用相機、以相對于患者的不同定位或角度來檢測發(fā)射事件。

SPECT系統(tǒng)10，通過使用檢測器18，檢測來自患者22的發(fā)射以用于測量攝取或生理功能。檢測器18檢測來自患者22的以不同能量范圍的發(fā)射e1和e2。能量范圍對應(yīng)于不同的光電峰，諸如主要和/或次要光電峰。在其它實施例中，不同的或多個能量范圍重疊、不重疊和/或針對沒有特定光電峰的能量頻譜的部分。為了對患者體內(nèi)的攝取進行成像，檢測器18檢測來自患者的發(fā)射。從有限源（即患者）中的任何位置發(fā)生發(fā)射?；颊唧w內(nèi)的放射性示蹤劑遷移到與特定生物化學反應(yīng)相關(guān)聯(lián)的特定類型的組織或位置、與所述組織或位置連接、或以其它方式集中在所述組織或位置處。結(jié)果，從該類型的組織或反應(yīng)的位置發(fā)生更大量的發(fā)射。

檢測器18應(yīng)用能量閾值或其它處理來檢測以多個能量范圍的發(fā)射能量。針對不同發(fā)射能量范圍的發(fā)射被分別計數(shù)。

處理器12是通用處理器、數(shù)字信號處理器、圖形處理單元、專用集成電路、現(xiàn)場可編程門陣列、數(shù)字電路、模擬電路、其組合、或用于處理發(fā)射信息的其它現(xiàn)在已知或稍后開發(fā)的設(shè)備。處理器12是單個設(shè)備、多個設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)。對于多于一個設(shè)備，可以使用處理的并行或順序劃分。構(gòu)成處理器12的不同設(shè)備可以執(zhí)行不同的功能，諸如一個處理器（例如專用集成電路或現(xiàn)場可編程門陣列）用于重構(gòu)并且另一個（例如圖形處理單元）用于生成圖像。在一個實施例中，處理器12是控制處理器或SPECT系統(tǒng)10的其它處理器。在其它實施例中，處理器12是分離的工作站或計算機的部分。

處理器12依據(jù)所存儲的指令來操作以執(zhí)行本文中所述的各種動作，諸如動作22的重構(gòu)和動作28的生成圖像。處理器12由軟件、固件和/或硬件來配置以根據(jù)不同發(fā)射能量范圍中的發(fā)射而重構(gòu)容積或?qū)ο蟆碜远鄠€光電峰的反饋或信息被組合或用于校正對象的單個容積表示。作為重構(gòu)的部分、諸如在迭代循環(huán)內(nèi)執(zhí)行組合。

SPECT系統(tǒng)10，其使用處理器12或另一處理器，被配置成根據(jù)所檢測的數(shù)據(jù)來重構(gòu)所成像的容積。任何重構(gòu)可以用于估計患者體內(nèi)的示蹤劑的放射性濃度或分布。SPECT系統(tǒng)10從存儲器14、從檢測器18或緩沖器中訪問所檢測的發(fā)射事件來重構(gòu)。

所檢測的發(fā)射用于在三維中重構(gòu)放射性同位素的分布。前向和后向投影被迭代地使用直到優(yōu)值函數(shù)指示重構(gòu)的完成為止。由于分別針對不同的發(fā)射能量范圍或光電峰來對發(fā)射進行計數(shù)，所以分別針對每個能量范圍或光電峰來執(zhí)行前向和后向投影操作。作為后向投影的部分或通過使用來自后向投影的結(jié)果來更新容積或分布的當前估計的部分，使用來自不同能量范圍的反饋。例如，基于后向投影，共軛梯度被計算并且用于更新分布的當前估計。共軛梯度是在經(jīng)前向投影的分布和來自不同能量范圍或光電峰的所檢測發(fā)射之間的反饋的后向投影的總和的函數(shù)。通過分別針對每個能量范圍或光電峰來前向投影和后向投影，提供不同的新梯度來用于更新圖像。這些不同的新梯度被組合以提供針對當前分布的更新。用于更新分布的方向和步長的共軛梯度是以所述各種發(fā)射能量范圍或光電峰的發(fā)射的函數(shù)。

處理器12基于重構(gòu)來生成一個或多個圖像。任何給定的圖像表示來自所述兩個或多個能量的發(fā)射。圖像示出空間分布，諸如利用多平面重構(gòu)或容積再現(xiàn)。對于定量SPECT，圖像基于來自相同同位素、以不同能量的發(fā)射而表示放射性濃度的準確測量（例如以Bq/ml）?？商鎿Q地或附加地，圖像示出一個或多個量（例如字母數(shù)字的），所述一個或多個量表示針對一個或多個位置或區(qū)域的放射性濃度或特定攝取值。

顯示器16是CRT、LCD、等離子體屏幕、投影儀、打印機或用于示出圖像的其它輸出設(shè)備。顯示器16顯示經(jīng)重構(gòu)的功能容積的圖像，諸如作為位置的函數(shù)而示出放射性濃度。在圖像中表示患者的組織的攝取函數(shù)。可替換地或附加地，由處理器12所得到的任何量可以被顯示，諸如攝取值和/或攝取值中的改變?？梢源_定其它量，諸如針對區(qū)域的平均攝取值或放射性濃度，在預(yù)定的單位容積中的最大攝取值、峰值攝取值，放射性濃度中的變化，或總攝取。

所檢測的發(fā)射事件、計數(shù)、能級、位置、或其它SPECT檢測信息被存儲在存儲器14中。存儲器14可以存儲在處理的不同階段的數(shù)據(jù)，諸如計數(shù)、表示所檢測的事件而沒有進一步處理的原始數(shù)據(jù)、在重構(gòu)之前的經(jīng)濾波或閾值化的數(shù)據(jù)、前向投影、后向投影、差、投影算子、經(jīng)轉(zhuǎn)置的算子、重構(gòu)的完整性的度量、經(jīng)重構(gòu)的數(shù)據(jù)、經(jīng)濾波的重構(gòu)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)矩陣、閾值、計算的結(jié)果、將顯示的圖像、已經(jīng)顯示的圖像或其它數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)以任何格式被存儲。存儲器14是緩沖器、高速緩存、RAM、可移除介質(zhì)、硬驅(qū)動器、磁性的、光學的、數(shù)據(jù)庫、或其它現(xiàn)在已知或稍后開發(fā)的存儲器。存儲器14是單個設(shè)備或者兩個或多個設(shè)備的群組。存儲器14是SPECT系統(tǒng)10的部分或者遠程工作站或數(shù)據(jù)庫，諸如PACS存儲器。

存儲器14附加地或可替換地是具有處理指令的非暫時性計算機可讀存儲介質(zhì)。存儲器14存儲表示可通過經(jīng)編程的處理器12執(zhí)行的指令的數(shù)據(jù)。用于實現(xiàn)本文中所討論的過程、方法和/或技術(shù)的指令被提供在非暫時性計算機可讀存儲介質(zhì)或存儲器（諸如高速緩存、緩沖器、RAM、可移除介質(zhì)、硬驅(qū)動器或其它計算機可讀存儲介質(zhì)）上。計算機可讀存儲介質(zhì)包括各種類型的易失性和非易失性存儲介質(zhì)。圖中所圖示的或本文中所述的功能、動作或任務(wù)響應(yīng)于在計算機可讀存儲介質(zhì)中或其上所存儲的一個或多個指令集而被執(zhí)行。功能、動作、或任務(wù)獨立于指令集、存儲介質(zhì)、處理器或處理策略的特定類型并且可以由單獨地或以組合而操作的軟件、硬件、集成電路、固件、微代碼等等來執(zhí)行。同樣地，處理策略可以包括多重處理、多重任務(wù)化、并行處理等等。在一個實施例中，指令被存儲在可移除的介質(zhì)設(shè)備上以用于通過本地或遠程系統(tǒng)來讀取。在其它實施例中，指令被存儲在遠程位置中以用于通過計算機網(wǎng)絡(luò)或在電話線路上傳遞。在還其它的實施例中，指令被存儲在給定的計算機、CPU、GPU或系統(tǒng)內(nèi)。

雖然以上已經(jīng)通過參考各種實施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當理解的是可以做出許多改變和修改而不偏離本發(fā)明的范圍。因此意圖的是，前述詳細描述被視為說明性的而不是限制性的，并且理解到是以下權(quán)利要求、包括所有等同物意圖限定本發(fā)明的精神和范圍。