CN104335247A - 在pet重建中的快速散射估计 - Google Patents
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Abstract
一种图像处理装置，包括散射模拟处理器，所述散射模拟处理器处理从由成像装置针对成像对象采集的成像数据生成的测量的正弦图，以产生表示散射贡献的形状的散射正弦图；散射定标处理器，其利用蒙特卡洛模拟来确定散射分数，并且定标所述散射正弦图来生成经定标的散射正弦图，所述经定标的散射正弦图匹配所述测量的正弦图中的所述散射贡献；重建处理器，其使用用于散射校正的所述经定标的散射正弦图来将所述成像数据重建为图像表示。
Description
技术领域
本申请涉及诊断成像技术领域。其具体应用于加速核医学扫描器中的散射的估计，并且将具体参考该应用进行描述。然而，应当理解，其也应用于其他使用情况，并且不必限于前述应用。
背景技术
在核医学成像扫描器中，例如在正电子发射断层摄影(PET)扫描器中，通常30％或更多的探测到的符合事件在成像期间遇到至少一次散射。散射的量的准确估计在核医学图像重建中是意义重大的。大多数商业PET图像重建利用单散射模拟(SSS)方法来估计散射贡献。当大多数散射事件是单散射时该方法是准确的。然而，当患者较大时，多散射可能贡献所有散射事件中的大部分。因此，SSS不再是准确的。然而，通过蒙特卡洛模拟已经表明散射贡献的整体形状没有随着多散射的增加而显著改变。因此，SSS应当被定标以补偿来自多散射的贡献。
在PET图像重建中，估计用于SSS的定标因子的典型方法是将SSS正弦图的“尾巴”部分拟合到测量的正弦图，其中，尾巴指的是正弦图中对应于成像对象外部的部分。在该方法中，假定在测量的数据中的尾巴部分仅包括来自散射事件的贡献。当尾巴可用并且其中包括足够的计数时，该假定对于较小的患者是有效的。然而，当扫描较大的患者时，尾巴部分在尺寸上缩小或消失(被截断)。在尾巴部分是较小的尺寸或消失的情况下，拟合尾巴能够具有显著的误差。如图1中所看到的，得到的图像2通常经受靠近对于大的患者的高度集中区4的散射过度缩减。
用于准确的散射估计的另一方法是执行完全的蒙特卡洛模拟，以产生初级贡献和散射贡献的形状。其要求显著的计算量，并且因此对于商业核医学成像***是非常慢的。
本申请提供克服上述问题和其他问题的新的并且改进的方法和***。
发明内容
根据一个方面，提供一种图像处理装置。所述图像处理装置包括散射模拟处理器，所述散射模拟处理器处理根据由成像装置针对成像对象采集的成像数据生成的测量的正弦图，以产生表示散射贡献的形状的散射正弦图。散射定标处理器利用蒙特卡洛模拟来确定散射分数，并且定标散射正弦图来生成经定标的散射正弦图，所述经定标的散射正弦图匹配测量的正弦图中的散射贡献。重建处理器使用用于散射校正的经定标的散射正弦图来将成像数据重建为图像表示。
根据另一方面，提供一种图像处理方法。所述图像处理方法包括：处理根据由成像装置针对成像对象采集的成像数据生成的测量的正弦图；产生表示散射贡献的形状的散射正弦图；确定散射分数并且定标散射正弦图以生成经定标的散射正弦图，所述经定标的散射正弦图匹配测量的正弦图中的散射贡献；并且使用用于散射校正的经定标的散射正弦图来将成像数据重建为图像表示。
根据另一方面，提供一种图像处理方法。所述图像处理方法包括：利用PET扫描器生成多个事件，利用SSS和短蒙特卡洛模拟来确定探测到的事件对已经遇到散射的概率，并且将多个生成的事件重建为图像表示。
一个优点在于对核医学扫描器中的散射贡献的更准确地估计。
另一优点在于对核医学扫描器中的散射的更快的估计。
另一优点在于针对核医学扫描器的改进的图像质量和定量准确度。
另一优点在于利用短蒙特卡洛模拟的散射贡献估计。
另一优点在于消除散射贡献估计中的尾巴拟合。
另一优点在于更快的图像重建。
另一优点在于改进的对象通量。
本领域普通技术人员在阅读并理解以下详细说明的基础上将理解本发明的更进一步的优点。
附图说明
本发明可以采取各种部件和部件的布置，以及各种步骤和步骤的安排的形式。附图仅出于图示优选实施例的目的，并且不应被解释为限制本发明。
图1是具有利用尾巴拟合的SSS散射估计的示范性现有技术PET图像重建。
图2是根据本申请的具有利用蒙特卡洛模拟定标的SSS散射估计的示范性PET图像重建。
图3是根据本申请的成像***的示意图。
图4是根据本申请的来自量度和模拟数据的轮廓比较的示意图。
图5是根据本申请的图像处理方法的流程图。
具体实施方式
本发明利用蒙特卡洛模拟来快速导出在针对每个特定患者测量的PET数据中的初级光子对和散射光子对之间的比率。蒙特卡洛模拟基于源分布和衰减图。所导出的比率用于定标从单散射模拟(SSS)生成的正弦图，使得经定标的正弦图紧密接近于测量的正弦图中的总散射。如在图2中所看到的，使用具有从短蒙特卡洛模拟导出的定标因子的SSS所重建得到的图像6消除在图1中所看到的扫描器过度缩减问题。额外地，由于仅需要该比率，因此不需要在蒙特卡洛模拟中模拟大量的事件，并且因此限制了所需的额外的计算时间。以这种方式，针对所有不同尺寸的被成像的对象执行在PET重建中的更准确的散射校正，而没有计算时间的显著增加。
参考图3，多模态***10包括诸如功能性模态的第一成像***，优选为核成像***12，以及诸如解剖模态的第二成像***，例如计算机断层摄影(CT)扫描器14。CT扫描器14包括非旋转机架16。X射线管18被安装到旋转机架20。膛22定义CT扫描器14的检查区域24。辐射探测器26的阵列被设置在旋转机架20上，以在X射线从X射线管18贯穿检查区域24之后接收辐射。或者，探测器26的阵列可以被安置在非旋转机架16上。当然，也预见到磁共振和其他成像模态。
在图示的实施例中，功能性或核成像***12包括可以安装在轨道32上以方便患者进入的正电子发射断层摄影(PET)扫描器30。当然，也预见到SPECT、CT、核医学成像、功能磁共振成像(fMRI)以及其他成像模态。轨道32平行于对象支撑物或诊察台34的纵轴延伸，因此使CT扫描器14和PET扫描器12能够形成封闭的***。提供电机和驱动器36将PET扫描器12移进和移出封闭位置。探测器38被布置为围绕定义检查区域42的膛40。在图示的PET***中，探测器38被布置在固定的环中，但是也预见到可旋转的头。在SPECT***中，探测器38通常被并入个体头中，所述个体头被安装以用于相对于患者的旋转移动和径向移动。电机和驱动器44等提供对象支撑物34在检查区域24、42中的纵向移动和垂直调节。也预见到被安装在单个的、与共同检查区域共用的封闭***中的CT和PET***。
继续参考图3，承载对象的对象支撑物34被移进CT扫描器14的检查区域24中。CT扫描器14生成辐射衰减数据，然后由衰减重建处理器60使用所述辐射衰减数据将所述辐射衰减数据重建为存储在衰减图存储器62中的衰减图。
患者支撑物34将对象移进PET扫描器12中的一位置中，所述位置在几何上和机械上被断定为与CT成像区域24中的被成像的位置相同。在PET扫描开始之前，向对象注射放射性药物。在PET扫描中，一对伽马射线由在检查区域42中的正电子湮灭事件产生，并在相反的方向上行进。当伽玛射线撞击探测器38时，记录撞击探测器元件的位置和撞击时间。触发处理器52监测用于能量尖峰(例如，脉冲下的积分区，通过放射性药物生成的伽马射线的能量特征)的每个探测器38。根据能量或积分区，每个事件被识别为未散射事件或散射事件。触发处理器52核查时钟54和具有引导边缘接收戳的时间的每个探测到的伽马射线的时间戳。在PET成像中，首先由事件验证处理器56使用时间戳、能量估计以及探测器位置估计，以确定是否存在符合事件。接收到的符合事件对定义响应线(LOR)。一旦事件对由事件验证处理器56验证，则LOR与其时间戳被传递给事件存储缓冲器58，并且作为事件数据，即作为列表模式数据被存储在事件存储缓冲器58中的列表中。
正弦图重建处理器64将经验证的对重建为对象的图像表示。在一个实施例中，正弦图重建处理器64将经验证的对转换为正弦图，并且访问被存储在衰减图存储器62中的衰减数据，并且将正弦图重建为衰减校正的源分布图。衰减校正的源分布图被存储在源图存储器66中。还预见到可以使用其他重建算法，包括利用列表模式数据直接操作的算法，例如为列表模式有序子集期望最大化(OSEM)和利用飞行时间(TOF)重建的列表模式重建等。
散射模拟处理器68利用所确定的源分布图和衰减图来生成散射正弦图的形状。散射定标处理器72还利用所确定的源分布图和衰减图来利用短蒙特卡洛模拟生成散射贡献的比率。在一个实施例中，执行蒙特卡洛模拟，直至计算出的比率稳定。一旦该比率稳定，能够终止蒙特卡洛模拟，以减少处理时间。SSS正弦图被定标为定义经定标的散射正弦图。重建处理器74利用经定标的散射正弦图来将事件对重建为具有衰减和散射校正的最终重建图像。最终重建图像被存储在图像存储器76中，并且向用户显示在显示设备78上，被打印、保存以备后用等。
具体地，(随机校正之后)测量的事件数据包括初级符合事件和散射符合事件。散射模拟处理器68中的单散射模拟(SSS)对从给定的源分布和对应的衰减图散射的信号进行建模。散射定标处理器72使用源分布和对应的衰减图确定具有蒙特卡洛模拟的定标因子。在蒙特卡洛模拟中，根据源分布生成多个光子对。在衰减图中的每个光子的轨迹被跟踪，直到光子从成像对象逸出。逸出的光子可以撞击探测器并因此被探测到。如果来自正电子湮灭的两个光子都被探测到，则登记符合事件。如果光子中的任一个都没有遇到散射，则该事件被标记为初级。如果光子中的一个或两个在衰减介质中遇到了一个或多个康普顿散射，则事件被标记为散射。总的探测到的散射事件和总的探测到的事件的比率表示散射分数。散射分数随着正电子湮灭的数目改变，并且最终稳定为特定值rsc。从蒙特卡洛模拟得到的散射分数很好地近似于在测量的符合事件中的实际散射分数。然后，通过以下公式得到用于SSS正弦图的定标因子：
k＝rsc*T测量/TSSS (1)，
其中T测量是在测量的正弦图中的总计数，并且TSSS是在SSS正弦图中的总计数。SSS正弦图通过k定标，以产生估计的散射正弦图。重建处理器74利用经定标的SSS正弦图并且重建最终重建的图像。
图4中图示的是来自从(随机校正之后)测量的数据、蒙特卡洛模拟的数据、蒙特卡洛模拟的散射数据以及使用上述定标因子定标之后的SSS散射数据得到的正弦图的线轮廓80。如所示，(1)蒙特卡洛模拟结果匹配测量的数据，并且(2)SSS模拟与从蒙特卡洛模拟导出的总的散射相匹配。
触发处理器52、事件验证处理器56、衰减重建处理器60、正弦图重建处理器64、散射模拟处理器68以及散射定标处理器72包括处理器，例如微处理器或被配置为运行用于执行上述操作的软件的其他软件控制的设备。通常，软件被承载在有形的存储器或用于由处理器运行的计算机可读介质上。计算机可读介质的类型包括存储器，例如硬盘驱动器、CD-ROM、DVD-ROM等。也预见到处理器的其他实施方式。显示控制器、专用集成电路(ASIC)、FPGA以及微控制器是可以被实施为提供处理器的功能的其他类型的部件的图示性范例。实施例可以使用用于由处理器运行的软件、硬件或其特定组合来实施。
图5图示了图像处理方法。在步骤100中，从检查区域接收衰减数据。在步骤102中从接收到的衰减数据重建衰减图。在步骤104中，从检查区域接收潜在的辐射事件。时间戳在步骤106中被分配给接收到的事件。在步骤108中，验证标准应用于探测符合事件。在步骤110中，经验证的符合事件对被定义为LOR。在步骤112中，重建处理器将经验证的对转换为正弦图。在步骤114中，重建处理器将正弦图重建为衰减校正的源分布图。散射模拟处理器在步骤116中利用所确定的源分布图和衰减图来生成散射正弦图的形状。在步骤118中，散射定标处理器利用所确定的源分布图和衰减图来利用短蒙特卡洛模拟生成散射贡献的比率，并且定标散射正弦图以匹配在测量的正弦图中的散射贡献。在步骤120中，重建处理器利用经定标的散射正弦图和测量的符合事件或正弦图来重建最终重建的图像。
已经参考优选实施例描述了本发明。其他人在阅读和理解以上具体实施方式的情况下可能想到修改或替代。本文旨在将本发明解释为包括所有这种修改和替代，只要它们落入权利要求书及其等价要件的范围之内。
Claims (28)
1.一种图像处理装置，包括：
散射模拟处理器(68)，其处理根据由成像装置(30)针对成像对象采集的成像数据生成的测量的正弦图，以产生表示散射贡献的形状的散射正弦图；
散射定标处理器(72)，其利用蒙特卡洛模拟来确定散射分数，并且定标所述散射正弦图来生成经定标的散射正弦图，所述经定标的散射正弦图匹配所述测量的正弦图中的所述散射贡献；以及
重建处理器(74)，其使用用于散射校正的所述经定标的散射正弦图来将所述成像数据重建为图像表示。
2.根据权利要求1所述的图像处理装置，其中，所述成像装置(30)为正电子发射断层摄影(PET)扫描器，并且由所述PET扫描器从所述成像对象采集的所述成像数据为符合事件对。
3.根据权利要求1所述的图像处理装置，其中具有以下任一种：
所述成像装置(30)为正电子发射断层摄影(PET)扫描器，并且由所述PET扫描器从所述成像对象采集的所述成像数据为符合事件对；
所述成像装置(30)为伽马摄像机，并且由所述伽马摄像机从所述成像对象采集的所述成像数据为单光子发射计算机断层摄影(SPECT)数据；以及
所述成像装置(30)为透射计算机断层摄影(CT)扫描器，并且由所述CT扫描器从所述成像对象采集的所述成像数据为CT数据。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的图像处理装置，还包括：
正弦图重建处理器(64)，其将由成像装置(30)生成的对象的所述符合事件对转换为正弦图。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的图像处理装置，其中，所述蒙特卡洛模拟确定对于来自初级事件对、单散射事件对以及多散射事件对的每个正弦图的贡献。
6.根据权利要求1-5中的任一项所述的图像处理装置，其中，所述散射定标处理器(72)确定散射事件对的总的数目与每个正弦图中的事件对的总的数目的比率。
7.根据权利要求1-6中的任一项所述的图像处理装置，其中，在对于所述贡献的所述蒙特卡洛模拟中使用经确定的源分布和所述衰减图。
8.根据权利要求1-6中的任一项所述的图像处理装置，其中，所述散射定标处理器(72)使用单散射模拟(SSS)来确定所述散射贡献的形状。
9.根据权利要求1-8中的任一项所述的图像处理装置，其中，所述正弦图重建处理器(64)根据所述正弦图生成源分布图。
10.根据权利要求1-9中的任一项所述的图像处理装置，其中，衰减校正重建处理器(60)根据辐射衰减数据来生成所述对象的衰减图。
11.根据权利要求5-10中的任一项所述的图像处理装置，其中，执行所述蒙特卡洛模拟，直到所述比率稳定。
12.根据权利要求1-11中的任一项所述的图像处理装置，还包括PET探测器，所述PET探测器探测事件存储器(58)中存储的所述事件。
13.根据权利要求1-12中的任一项所述的图像处理装置，其中，所述重建处理器(74)在列表模式数据上操作。
14.根据权利要求1-12中的任一项所述的图像处理装置，其中，所述重建处理器(74)在测量的正弦图上操作。
15.一种图像处理方法，包括：
处理根据由成像装置(30)针对成像对象采集的成像数据生成的测量的正弦图；
产生表示散射贡献的形状的散射正弦图；
确定散射分数，并且定标所述散射正弦图来生成经定标的散射正弦图，所述经定标的散射正弦图匹配所述测量的正弦图中的所述散射贡献；并且
使用用于散射校正的所述经定标的散射正弦图来将成像数据重建为图像表示。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述成像装置(30)为正电子发射断层摄影(PET)扫描器，并且由所述PET扫描器从所述成像对象采集的所述成像数据为符合事件对。
17.根据权利要求15所述的方法，其中具有以下任一种，
所述成像装置(30)为正电子发射断层摄影(PET)扫描器，并且由所述PET扫描器从所述成像对象采集的所述成像数据为符合事件对；
所述成像装置(30)为伽马摄像机，并且由所述伽马摄像机从所述成像对象采集的所述成像数据为单光子发射计算机断层摄影(SPECT)数据；以及
所述成像装置(30)为透射计算机断层摄影(CT)扫描器，并且由所述CT扫描器从所述成像对象采集的所述成像数据为CT数据。
18.根据权利要求15-17中的任一项所述的方法，还包括：
由所述成像装置(30)生成要被重建的对象的多个符合事件对；并且
将所述符合事件对转换为正弦图。
19.根据权利要求15-18中的任一项所述的图像处理方法，其中，所述蒙特卡洛模拟确定对于来自初级事件对、散射事件对的每个正弦图的贡献。
20.根据权利要求15-19中的任一项所述的图像处理方法，其中，所述散射定标处理器(72)确定经散射的事件对的总的数目与每个正弦图中的事件对的总的数目的比率。
21.根据权利要求15-20中的任一项所述的图像处理方法，其中，在对于所述贡献的蒙特卡洛模拟中使用所述对象的经确定的源分布和衰减图。
22.根据权利要求15-21中的任一项所述的图像处理方法，还包括：
根据所述正弦图生成源分布图。
23.根据权利要求15-22中的任一项所述的图像处理方法，还包括：
根据辐射衰减数据来生成所述衰减图。
24.根据权利要求20-23中的任一项所述的图像处理方法，其中，执行所述蒙特卡洛模拟，直到所述比率稳定。
25.一种承载计算机程序的非瞬态计算机可读介质，所述计算机程序控制一个或多个处理器来执行根据权利要求15-24中的任一项所述的方法。
26.一种图像处理方法，包括：
利用PET扫描器，生成多个事件；
基于生成的事件利用蒙特卡洛模拟来模拟散射贡献；
基于所述模拟校正多个所述生成的事件；并且
重建校正的事件。
27.根据权利要求26所述的图像处理方法，还包括：
将所述多个事件转换为正弦图；并且
使用所述蒙特卡洛模拟估计对每个正弦图的散射贡献。
28.根据权利要求27所述的图像处理方法，还包括：
基于由散射引起的每个正弦图的比例调节每个正弦图。
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