[发明专利]具有改进检测效率的高分辨率PET乳房成像仪

说明书

按照能源部第DE-AC05-06OR23177号管理和实施合同，美国可能具有该发明的某些权益。

发明领域

本发明涉及乳房成像，更具体的涉及对位于接近患者胸壁的病变有改进检测效率的高分辨率PET乳房成像系统。

发明背景

乳腺癌生物学似乎表明乳腺癌转移病变开始于大约2mm的病变大小。尽管X光乳房造影术提供好得多的大概50微米的固有空间分辨率，但这一解剖学的成像方式却对乳房X光照片上可见的可疑结构的类型特异性(恶性或良性等)较差。对于某些患者，这样的X光成像技术由于致密的乳房组织、植入物或因为以前实施的外科手术所导致的创痕而根本没有用。乳房MRI可提供比乳房X光成像术更多的结构信息，但是其也提供了关于所成像组织的类型的非特异性信息。提供有关存在于乳房中的解剖结构(特别是任何可疑病变)的类型或生物学信息的成像技术取决于对存在于该组织中的分子种类敏感的生物标志物。这些实用的或分子成像仪的例子是正电子发射断层成像术(Positron Emission Tomography，“PET”)扫描仪和伽马相机。如上所述，这些一般的成像工具不能在乳房中获得所期望的2mm或更高的空间分辨率。因此发展可在1mm分辨率尺度上产生成像能力的实用的成像技术是紧要的。

虽然已有人提出了实用的乳房专用成像仪，其包括紧靠乳房放置的、专用的紧凑型伽马相机，但由于受平行孔机械准直仪和成像特征到准直仪表面之间的距离影响，它们的分辨率有物理极限。利用一般伽马相机和专用的乳房特异性装置的单一伽马乳房成像中所用的放射示踪剂典型地为Tc-99-Sestamibi，标示为Tc99m，其在140keV发射伽马射线。一般地，这些装置使用平行孔准直仪在压紧的乳房所获得的最佳平均线性空间分辨率大概为5-6mm。对这个问题的部分补救措施是同时从两边对压紧的乳房进行成像，由此减少从乳房空间内的任何特征到最近的准直仪的平均距离。然而即使这样，2mm的限值实际上由于准直仪分辨率和灵敏度之间的相关性而无法获得。当平行准直仪在2.5cm距离上提供2mm空间分辨率时，它们的灵敏度会过低并且所形成的图像会出现太多统计噪声而不能实现对小型癌性病变的有效检测。曾有人建议了针孔准直仪的其他成像方案以获得更高空间分辨率，但是它们仍然受限于针孔伽马准直仪的功能而具有不良的灵敏度。

FDA批准的专用乳房PET成像仪可从加利福尼亚San Diego的Naviscan PET Systems获得。这些装置使用例如在F-18-氟去氧葡萄糖(F-18-fluorodexyglucose，“FDG”)生物标志物中所用的F-18正电子发射放射示踪剂从而能够获得＜2mm FWHM的空间分辨率。然而，它们存在另一个问题，该问题与PET一致成像的物理方法相关，其导致在靠近胸壁的区域内的灵敏度不佳。正电子与乳房组织附近的一个电子发生湮灭时产生湮灭伽马射线，由于对两束背对背的511keV湮灭伽马射线进行同时检测的几何要求，PET检测效率在检测器边缘下降很快。当接近系统边缘平面时，这产生在检测效率的死区边缘(dead edge)或急剧下降。比较起来，单光子成像不会受到胸壁效应同样程度的影响，另外可使用例如倾斜准直仪的方案以进一步减少死区(dead region)效应。这种几何效应在近来的临床实验研究中被确定为遗漏位于乳房底部、靠近胸壁区域的病变的原因。因此，与当前应用的平面扫描模块一样，专用PET乳房成像过程有严格的限制和已知的缺陷。

现有乳房成像PET系统的另一个例子是由RR Raylman等描述的，记载于Development of a Dedicated Position Emission Tomography System for the Detection and Biopsy of Breast Cancer，NIMA，2006；564(2)：291-295。该成像系统包括安装在病床下的转动台架上的两对平面PET成像仪模块。该建议的系统中的两对模块仅有朝向患者胸壁的有限伸出长度，因此不能对最靠近胸壁的乳房区域成像。

发明概要

提供了一种方法和仪器用来弥补与置于靠近胸壁的乳房区域的专用PET乳房成像仪遗漏病变相关的问题。该高效率乳房成像仪包括围绕要成像乳房的检测模块环。在每个成像模块中，倾斜成像光导被插入在伽马射线闪烁体传感器和光检测器之间。倾斜光导元件允许伽马传感器被置于十分靠近胸壁皮肤，从而将成像仪的敏感区延伸到乳房底部。几种类型的光检测器被建议用于检测器模块，新型的所谓的紧凑的硅光电倍增管由于其高度紧密性，是更优的选择。

目的和优点