[发明专利]定量校准系统在计算机断层成像扫描仪中的集成

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年6月7日提交的美国临时专利申请No.61/656,775的权益，其通过引用整体并入到本文中。

技术领域

本发明总体上涉及医学成像。更具体地，本发明涉及用于在计算机断层成像(Computed Tomography，CT)中确定骨矿物质密度的设备。

背景技术

一系列的肌肉骨骼疾病的诊断和治疗有望受益于如由外周定量CT(pQCT)所提供的高质量的精确的成像和形态评估。例如，骨质疏松呈现日益增长的健康负担，其涉及导致脆性骨折的骨密度下降。类似地，尤其在老龄化和肥胖群体中，骨关节炎(OA)是日益普遍的退行性关节疾病，其由生物力学压力以及随之而产生的特征为软骨损失并伴发新骨生长、软骨下骨囊肿及其他形态改变的异常反应造成。类风湿关节炎(RA)及其他形式的关节炎是自身免疫性疾病，其特征是肥厚性滑膜(hypertrophic synovium)、软骨损失、骨质侵蚀和肌腱损伤。贯穿一系列的骨和关节疾病的这样的病理呈现关节内形态、骨密度和骨形态的特征，并且更准确地对这些结构进行定量评估的能力可以提供早期检测以及对治疗反应之改进评估的手段。

通常使用双能X射线吸收计量法(dual-energy x-ray absorptiometry，DEXA)或定量CT(QCT)测量骨矿物质密度(BMD)来对骨质疏松进行表征。另一些基于图像的策略呈现对病理的另外的潜在更灵敏的评估，包括骨体积分数(BV/TV)、骨小梁厚度(trabecular thickness，Tb.Th)、结构模型指数(SMI)、各向异性程度(DA)和关节空间形态的高分辨率表征。由于临床(全身)CT扫描仪的有限的空间分辨率，这样的度量通常受到挑战，并且因此已经较少使用。然而，这些潜在的生物标志物提供了对不同的骨和关节相关病症、疾病进展和反应的重要的深入理解。

例如，骨质疏松症是造成骨脆性和由此产生之骨折的常见骨代谢紊乱。仅在美国，每年就有约一百五十万例由于骨质疏松造成的椎骨骨折和非椎骨(主要为髋部和腕部)骨折。骨质疏松和骨折风险的早期检测和定量评估主要依赖于骨矿物质密度(BMD)测量。可以使用双能X射线吸收计量法(DXA)来提供BMD测量。但是双能X射线吸收计量法仅能够测量面密度。

另一方面，可以使用定量计算机断层成像(QCT)来计算体积密度并且提供显著地更精确的BMD测量结果。因此，QCT正成为用于BMD评估的广泛接受的方法。在QCT中，在患者扫描之前或在患者扫描过程中，在靠近期望的解剖结构处对一些形式的校准体模(calibration phantom)或参考体模进行成像。然后使用体模的衰减系数和已知密度来推算患者骨结构的未知密度。然而，体模位置的变化性可造成BMD的准确性下降，并且体模的定位可影响整个工作流程、总扫描时间和患者舒适度。此外，在BMD计算过程中，体模位置的变化性需要与使用者互动以定位体模，并且可影响BMD估计的精确性。传统的CT扫描仪设计成不直接包括任何形式的校准体模；而是，体模通常用作附加部件，通常被放置在扫描仪床上在患者下方，或被应用在成像检查之前(或之后)生成的校准表格中。因此，如果也许在扫描时引入另外的校准体模，或者如果为了定量成像的目的而需要进行单独的扫描，则密度测定信息仅能够从CT扫描获得。

因此，提供用于将参考校准系统直接集成到扫描仪和机架外壳中以使得体模总是在扫描仪的几何结构和视场(FOV)内的预定位置处的新系统和方法是有利的。因此，参考体模会在每次扫描过程中出现，并且不需要附加设备或对于每次扫描来重新定位体模。校准系统与CT扫描仪的直接集成有望提高BMD测量的准确度并且改进临床工作流程。

发明内容