[发明专利]分子成像

说明书

技术领域

下面通常涉及分子成像。虽然针对计算机断层摄影(CT)的特殊应用进行描述，但还涉及其他医学成像和非医学成像应用。

背景技术

计算机断层摄影(CT)扫描器生成指示检查中的对象的x射线衰减的图像。在CT扫描器中采用的x射线管典型地产生具有单一且相对较宽的能量谱的x射线。类似地，如果有的话，在这样的系统中采用的探测器典型地提供关于所探测的辐射的能量谱的有限的信息。虽然这些扫描器提供关于检查中的对象的内部结构的有价值的信息，但这些扫描器对于提供关于对象的材料组成的信息的具有有限的能力，尤其是在不同的化合物具有类似的辐射衰减的情况下。

由于不同的化合物能够以不同的方式改变衰减的辐射谱，因而建议将谱CT扫描作为一种用于改进材料分离能力的技术。构思为利用两个或更多不同的x射线谱来扫描或使用提供谱信息的探测器来采集数据。确定检查中的对象的材料组成的能力能够具有各种应用。与本文所描述的新方法特别相关地，两种或更多种重(heavy)造影材料类型即使在身体中同时地呈现，也能够良好地彼此区别。

一种用于获得具有多个能量通道或窗的数据的技术是在连续的帧中的多个值(例如，140kV和80kV)之间切换x射线管电压。另一技术是在x射线管之后提供辐射滤波器，其中，滤波器在连续帧之间交替。另一技术使用多能量探测器，例如基于若干个闪烁体层的那些探测器。另一技术使用两个独立的x射线管和相同的扫描器上的两个探测阵列。再一技术使用光子计数探测器，例如基于直接转换探测器或耦合至高增益光敏探测器的快速闪烁体的那些探测器。

一个用于处理谱CT数据的策略是在重建步骤之前对投影测量结果执行材料分解。第二策略是在从每个能量窗重建的图像上执行后处理操纵。

相似的类比存在于磁共振成像(MRI)的领域中。通常，使用强大的磁场使(一般)身体的水中的氢原子或其他恰当的元素的核磁化对齐。射频场用于系统地更改该磁化的对齐，使得氢(或其他元素)核产生可由扫描器探测的旋转磁场。能够由另外的磁场操纵该信号，以建立足够的信息来构建身体和特殊的造影材料的图像。MRI还能够感测核自旋相对于高磁场的弛豫的独特特征。感测磁场方向上的自旋-点阵弛豫的成像协议被称为T1加权，并且，感测垂直于磁场方向上的旋间弛豫的协议被称为T2加权。测量T1和T2特性这两者能够有助于更好地区别身体中同时呈现的不同造影材料的类型。

相似的类比还存在于核医学和单光子发射断层摄影(SPECT)的领域中。通常，将放射性同位素材料施予至受试者，所述放射性同位素发射具有特征能量谱的伽马光子。辐射探测器探测这些光子并测量其能量。如果每种放射性示踪剂发射具有不同能量谱的光子，则能够鉴别身体中同时呈现的两种或更多种不同类型的放射性示踪剂。

提到CT，在扫描之前，将诸如静脉注射的碘化造影剂的造影剂施予至患者，以便在所得图像中使某些解剖结构(例如血管)相对于其他解剖结构(例如周围组织)在视觉上增强或视觉上增强功能信息(例如血液流动)。CT中的造影剂一般基于重元素，其辐射衰减比生物组织的辐射衰减大得多。经常使用的其他造影剂的示例包括基于钡、硫酸钡、泛影葡胺以及钆的造影剂。提出了诸如金和铋的基于更重的元素的其他造影材料。对于更特定的结构，诸如肿瘤、斑块或者血栓，一个最近的趋势是使用靶向的造影剂。这样的试剂设计为在能够指示特定的功能、解剖或者医学状况的期望的生物靶标处积累。已表明，能够相互区别在同一受试者中一起使用的不同的造影材料类型，并且，不同的造影材料类型能够在谱CT使用中在同一扫描期间指出不同的生理功能。

令人遗憾的是，一些造影材料还在靶标不存在的身体的其他区域中分布和/或积累。例如，利用包括重元素纳米粒子的靶向造影剂，粒子倾向于由与靶标无关的巨噬细胞捕获。结果，所得图像可以包括高对比背景噪声和/或假阳性积累部位。这样的试剂的另一缺点是，直到这样的试剂被洗掉并且基本上仅在靶标部位处留下造影剂为止的循环时间可能太长。另一个可能的问题是，由于医学成像装置的实际限制，靶标部位的浓度或附着于靶标部位的造影材料单元的浓度对于功能分子成像而言可能不够高。

发明内容

本申请的方面解决上面所提到的问题及其他。