CN107095691A - 一种pet成像方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种PET成像方法及系统。本发明包括：使检查床沿PET扫描设备的扫描腔中运动，获得受检者在多个床位扫描相对应的器官部位的多个PET子数据集，且获得每个床位扫描相对应器官部位的运动信号，根据运动信号获取门控相位，根据门控相位对多个PET子数据集进行门控重建，获得与每个床位扫描相对应的器官部位在一个或多个门控相位中的PET图像，对属于相同次序的门控相位所对应的PET图像进行拼接处理，基于呼吸运动幅度进行确定门控数，从而对不同器官部位进行针对性的门控重建，图像拼接也是基于呼吸运动幅度进行的，有效提升了PET的成像质量。

Description

一种PET成像方法及系统
【技术领域】
本发明涉及数字医疗技术领域，尤其涉及一种PET成像方法及系统。
【背景技术】
在PET(Positron Emission Computed Tomography，正电子发射型计算机断层显像)过程中，病人的呼吸运动会降低图像质量，从而影响医生的诊断工作。为了减少呼吸运动对PET图像质量的影响，提高PET图像诊断的精确度，本领域技术人员提出了多种呼吸运动校正方法，其中以呼吸运动门控法应用最为广泛。该方法的原理是利用呼吸运动信号将呼吸运动周期划分为不同的时相，然后将相同时相的扫描数据组合，经三维重建可得到呼吸运动门控校正后的PET图像。
在基于多床位的PET扫描中，需要对多床位门控重建图像进行拼接以得到最终的PET图像。在实际应用场景中，人体的头部和四肢所对应床位的扫描时间较短，其对应的PET图像受到呼吸运动幅度的影响较小；胸腹部所对应床位的扫描时间较长，其所对应的PET图像受到呼吸运动幅度的影响较大。现有的图像重建方法中，忽略了不同床位的扫描时间和呼吸运动幅度的影响，仅通过同一个门控数目来处理所有的床位，然后直接对得到门控重建图像进行一对一拼接，从而会影响到门控重建图像的质量。
【发明内容】
有鉴于此，本发明实施例提供了一种PET成像方法及系统，用以解决现有技术中PET图像由于受到呼吸运动幅度影响，导致图像质量较低的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种PET成像方法，所述方法包括：
使检查床沿PET扫描设备的扫描腔中运动，获得受检者在多个床位扫描相对应的器官部位的多个PET子数据集，且获得每个床位扫描相对应器官部位的运动信号；
根据所述运动信号获取门控相位；
根据所述门控相位对所述多个PET子数据集进行门控重建，获得与每个床位扫描相对应的器官部位在一个或多个门控相位中的PET图像；
对属于相同次序的门控相位所对应的PET图像进行拼接处理。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，根据所述运动信号获取门控相位包括：
根据所述运动信号获得每个床位扫描相对应器官部位的运动幅度；
基于所述运动幅度对初始门控相位进行优化，获取优化的门控相位。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，根据所述运动信号获得每个床位扫描相对应器官部位的运动幅度，包括：
根据所述运动信号确定初始门控的位置，并根据所述初始门控将所述PET数据划分类为多组门控数据；
重建所述多组门控数据，获取多个PET图像；
对多个PET图像的冠状面最大值投影图进行图像匹配，获取配准相关的运动场；
根据所述运动场确定每个床位扫描相对应器官部位的运动幅度。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，基于所述运动幅度对初始门控相位进行优化，获取优化的门控相位，包括：
若所述运动幅度值处于第一数值范围，在所述初始门控的数目基础上增加门控数目，得到优化的门控相位的数目；
若所述运动幅度值处于第二数值范围，在所述初始门控的数目基础上减少门控数目，得到优化的门控相位的数目；
若所述运动幅度值处于第三数值范围，令门控相位的数目等于0；
其中，所述运动幅度值为呼吸运动幅度值或心跳运动幅度值。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，根据所述运动信号确定初始门控的位置，包括：
获取所述运动信号的相位，根据所述运动信号的相位确定初始门控位置；
或，获取所述运动信号的幅度，根据所述运动信号的幅度确定初始门控位置。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，对属于相同次序的门控相位所对应的PET图像进行拼接处理，包括：
确定属于相同次序的门控相位所对应运动幅度的极性，并根据所述运动幅度的极性对所述PET图像的相位进行校正，得到相位校正的PET图像；
对所述相位校正的PET图像进行拼接，获取全局PET图像。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，对所述相位校正的PET图像进行拼接，获取全局PET图像，包括：
若相邻床位扫描相对应器官部位对应的运动幅度极性相同，则对相位校正的PET图像进行正序拼接；
若相邻床位扫描相对应器官部位对应的呼吸运动幅度极性相反，则对相位校正的PET图像进行逆序拼接。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，根据所述门控相位对所述多个PET子数据集进行门控重建，获得与每个床位扫描相对应的器官部位在一个或多个门控相位中的PET图像，包括：
根据所述门控相位将每个PET子数据集分类为多个箱，每个箱对应一个门控相位；
重建所述多个箱内的PET数据，获得与每个床位扫描相对应的器官部位的PET图像。
第二方面，本发明实施例提供了一种PET成像系统，所述系统包括：
检查床，用于支撑受检者的被扫描器官部位，且所述检查床可沿PET成像系统的扫描腔中运动，以在多个床位扫描相对应的器官部位；
处理器；
用于存储所述处理器可执行指令的存储器；
所述处理器被配置为：
使检查床沿PET扫描设备的扫描腔中运动，获得受检者在多个床位扫描相对应的器官部位的多个PET子数据集，且获得每个床位扫描相对应器官部位的运动信号；
根据所述运动信号获取门控相位；
根据所述门控相位对所述多个PET子数据集进行门控重建，获得与每个床位扫描相对应的器官部位在一个或多个门控相位中的PET图像；
对属于相同次序的门控相位所对应的PET图像进行拼接处理。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述门控相位是经过优化处理的，且所述处理器还被配置为：
根据所述运动信号获得每个床位扫描相对应器官部位的运动幅度；
基于所述运动幅度对初始门控相位进行优化，获取优化的门控相位。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下有益效果：
本发明实施例中，通过将受检者置于检查床上，确定受检者的被扫描器官部位，使检查床沿PET扫描设备的扫描腔中运动，获得在多个床位扫描相对应的器官部位的多个PET子数据集，且获得每个床位扫描相对应器官部位的运动信号，根据运动信号获取门控相位，根据门控相位对多个PET子数据集进行门控重建，获得与每个床位扫描相对应的器官部位在一个或多个门控相位中的PET图像，对属于相同次序的门控相位所对应的PET图像进行拼接处理，基于呼吸运动幅度进行确定门控数，从而对不同器官部位进行针对性的门控重建，图像拼接也是基于呼吸运动幅度进行的，有效提升了PET的成像质量。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1-A为本申请一些实施例的PET扫描系统结构示意图；
图1-B为本申请一些实施例的图像处理系统结构框图；
图2为本申请一些实施例的计算机设备配置的软件和/或硬件结构框图；
图3是本发明实施例所提供的PET成像方法的流程示意图；
图4为本发明实施例提供的两个呼吸相位的胸腹部床位最大值投影示意图；
图5a为现有技术多床位扫描使用的门控相位示意图；
图5b为本发明实施例提供的门控优化的示例图；
图5c为本发明实施例提供的床位拼接的示例图。
【具体实施方式】
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
本申请所涉及的是非侵入性成像系统或组件，可用于疾病诊断或医学研究。在一些实施例中，非侵入性医学成像系统可以是PET扫描系统，也可以是PET成像系统与计算机断层扫描(Computed Tomography，CT)系统、磁共振成像(Magnetic Resonance，MR)系统形成的多模态系统。在一些实施例中，多模态系统可以包括用于PET成像和对成像数据进行分析的模块或组件。
本申请示例性给出PET数据处理方法和系统，该成像系统可基于门控方法重建PET图像。示例性地，门控方法通常将PET数据划分为多个部分，每一部分的数据可参与重建获取PET图像，该成像系统可根据一个或多个门控将从受检者或扫描物体/扫描者采集的PET数据分类为多个箱(bin)或者帧(frame)，基于该多个箱或者多帧内的PET数据可重建PET图像。上述用于重建的门控可以根据经验值设定，也可通过PET数据自身的信息确定。进一步地，针对不同器官部位运动幅度的不同，对于不同器官部位可应用不同的门控数，应用上述不同的门控数可重建PET图像，从而获取的图像精确度更高。
以下描述的目的在于方便理解本申请PET数据处理方法或系统。本申请所涉及的图像可指2D图像、3D图像、4D图像或如PET数据、PET对应的投影数据等其他相关的图像数据。图像数据可对应受检者体内PET示踪剂的分布。在本申请中，PET示踪剂也称之为“放射性指示剂”，示踪剂在受检者体内的代谢具有差别，而通过示踪剂的活性或者荧光分布可监测受检者身体部分的功能特性或者细胞代谢活性。需要说明的是，并不能把本申请限制在所举实施例范围之内。对于本领域的普通技术人员来说，在了解该系统的原理后，可能在不背离这一原理的情况下，对本申请所涉及的方法进行任意组合或者修正，均应在本申请所包含的范围内。
图1-A为根据本申请一些实施例的PET扫描系统结构示意图。PET扫描系统可包括PET扫描器110和主机120，其中PET扫描器110可包括机架111、探测器112、扫描区域113以及支撑受检者的检查床114，检查床114可将受检者或者生物体移动至扫描区域113，该检查床114可以沿扫描腔的轴向运动或连续移动。可选地，检查床114移动至第一位置可进行第一床位扫描，该第一床位扫描可对应头部；检查床114移动至第二位置可进行第二床位扫描，该第二床位扫描可对应胸部。
携带放射性示踪剂的生物活性分子首先被注入到受检者的身体，探测器112可检测从受检者扫描区域113发射的伽马光子从而产生单光子事件/光子响应事件。在一些实施例中，探测器112可包括多个探测单元，且多个探测单元可组成环状、圆筒形或探测器阵列，探测单元可包括一个或多个晶体和/或光电倍增管(Photomultiplier Tubes，PMT)。可选地，光电倍增管PMT可包括光电阴极、电子光学输入系统、电子倍增系统以及阳极。其中光电阴极通常由逸出功较小的碱金属化合物镀膜形成，在一定能量的光子照射下发生外光电效应，将光子转化成电子；接着，电子在电场约束下通过电子光学系统进入倍增级，电子通过电场加速后轰击倍增级表面的二次电子材料实现电子的倍增，电子信号经过多级倍增以后可以达到105-109倍的放大；最后，放大后的信号被阳极收集输出。可选地，光电倍增管可以选择侧窗型光电倍增管和/或端窗型光电倍增管。
在一些实施例中，光子响应事件可存储在存储器，该存储器可设置在主机120，该主机120还可包括数据转换器、数据传输装置或者显示器等其他相关设备。可选地，用于通过主机120控制PET扫描器110，如主机120控制检查床114移动至设定位置，开始执行设定位置的扫描，待该设定位置扫描完成后，连续驱动检查床114移动至下一设定位置，开始对另一器官部位执行扫描。
进一步地，PET扫描系统可包括数据传输网络，该数据传输网络可以是单个网络，也可以是多个不同网络的组合。例如，数据传输网络可以是局域网(LAN)、广域网(WAN)、公共网络、私人网络、专有网络、公共交换电话网(PSTN)、互连网、无线网络、虚拟网络或者上述网络的任何组合。数据传输网络也可以包括一个或多个网络接入点，例如无线网络或有线网络。有线网络可以包括利用金属电缆、混合电缆、一个或多个接口等一种或多种组合的方式。无线网络可以包括利用蓝牙、区域局域网(LAN)、广域局域网(WAN)、无线个域网(WPAN)、近源场通信(NFC)等一种或多种组合的方式。
应当理解的是，以上对PET扫描系统的描述仅用于示例性说明，并不能把本申请限制在所举实施例范围之内。对于本领域的普通技术人员来说，在了解该系统的原理后，在不背离这一原理的情况下，对各个模块进行任意组合，或者构成子系统与其他模块连接，对实施上述系统的应用领域形式和细节上的各种修正和改变。在一些实施例中，如梯度放大模块及其他设备或模块等其它组件可以加入到成像系统中。
图1-B为根据本申请一些实施例的图像处理系统100结构框图。该图像处理系统100可应用于主机120。请参考附图1-B，图像处理系统100可包括采集模块131、控制模块132、存储模块133、处理模块134以及显示器135。
采集模块131可用于在多个床位扫描中采集受检者目标区域对应的PET数据和该目标区域对应的运动信号，该多个床位扫描可连续执行。PET数据可由光子响应事件转化获得，且PET数据可以是多个数据集。在一些实施例中，PET数据可以是正弦图(sinogram)模式数据或者列表(list-mode)模式数据。在一些实施例中，以PET扫描系统为例说明，通过采集模块131可获取受检者扫描部位的PET数据。在一些实施例中，运动信号可以从PET数据自身信息中提取，也可以采用外部监控设备获取。
PET数据采集过程中，首先在PET扫描前向受检者体内注入放射性同位素标识的药剂/示踪剂，示踪剂在受检者体内可产生两个沿相反方向发射的、511keV的伽马光子/伽马射线；采集模块131包含的探测器检测从成对湮灭伽马射线，生成与检测出的成对湮没伽马γ射线的光量相应的脉冲状电信号；采集模块131包含的信号处理器可根据脉冲电信号可生成单事件数据(Single Event Data)，实际中信号处理器通过检出电信号的强度超过阈值这一情况，从而电检测湮没γ射线；单事件数据被供给至采集模块131的同时计数部，同时计数部对与多个单事件有关的单事件数据实施同时计数处理。示例性地，同时计数部从重复供给的单事件数据中重复确定容纳在与预先设定的时间范围内的两个单事件有关的事件数据，时间范围被设定为例如6ns～18ns左右。该成对的单事件被推测为由来于从同一成对湮没点产生的成对湮灭伽马射线，其中成对的单事件概括地被称为符合事件。连结检测出该成对湮没伽马射线的成对的探测器的线被称为响应线(Line Of Response，LOR)，也称之为PET数据/投影数据。通过该PET数据可获得受检者体内符合响应事件发生的位置或者光子湮灭事件位置。在本申请中，检查床114每移动一个位置(对应一个床位扫描)采集得到的PET数据为PET子数据集，该PET子数据集为检查床114移动至设定位置对应器官发出的伽马射线形成的响应线。
控制模块132可产生控制采集模块131、存储模块133、处理模块134以及显示器135的控制参数。例如，控制模块132可控制采集模块131的信号采集时间；控制模块132也可控制处理模块134采用不同的算法处理采集模块131获取的PET数据。在一些实施例中，控制模块132可接收用户(如医师)发出的命令，将该命令转化成主机120可识别的控制程序，通过该控制程序控制采集模块131和/或处理模块134产生受检者扫描部位的图像。在另一些实施例中，控制模块132可与图像处理系统100的其他模块进行信息交互。在另一些实施例中，控制模块132也可控制检查床114的移动位置，从而将受检者的不同器官置于扫描区域，形成不同的床位扫描。
存储模块133可用于存储采集得到的PET数据、扫描参数、PET投影数据，用户设定的门控数或者通过提取PET数据获得的优化的门控数以及检查床114的设定移动位置等。可选地，存储器133包括但不限于，硬盘、软盘、随机存储器(random access memory，RAM)、动态随机存储器(dynamic random access memory，DRAM)、静态随机存储器(static randomaccess memory，SRAM)、磁泡存储器(bubble memory)、薄膜存储器(thin film memory)、磁镀线存储器(magnetic plated wire memory)、相变存储器(phase change memory)、闪速存储器(flash memory)、云盘(a cloud disk)等的一种或多种的组合。存储模块133可以是用于向计算机或处理器加载程序或指令的其他类似的装置。示例性地，存储模块133可存储图像处理系统100生成PET数据的程序或命令、PET数据重建获得的图像、目标图像(最终图像)的信息或者基于运动信号获得的多组门控数据。
处理模块134可处理从图像处理系统100的不同模块获取的不同类型信息。在一个实施例中，处理模块134可对采集模块131获取的或缓存在存储模块133PET数据进行处理，处理模块134基于PET数据重建PET图像，生成与PET图像相关的诊断信息。在另一个实施例中，处理模块134可采用门控法对PET数据进行处理；以及，重建门控处理后的PET数据。可选地，不同的器官部位/身体区域可具有不同的运动幅度，对于不同的器官可采用不同的门控数。
显示器135可显示与成像系统100相关的多种信息，该信息的呈现形式可包括指令、图像、声音、数据、文本等。在一些实施例中，显示器135可以包括显示装置和/或用户界面，例如，液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)、平板显示器、曲屏(或电视)或阴极射线管等的一种或多种的组合。在一些实施例中，显示器135可以包括一个或多个输入设备，例如键盘、触屏、触板、鼠标、远程控制等一个或多个。
可以理解的，附图1-B所述的一个或多个模块可应用在如图1-A所示的PET成像系统中。在一些实施例中，采集模块131、控制模块132、存储模块133、处理模块134以及显示器135可以集成在一个控制台，通过该控制台用户可设置扫描参数、成像控制程序、图像重建过程中的控制参数、图像显示的分辨率或视野等。当然，上述控制台可设置在主机120中。
图2为根据本申请一些实施例的计算机设备200配置的软件和/或硬件结构框图，该计算机设备200可包括图像处理系统100。在一些实施例中，计算机设备200可包括处理器202、存储器204和交换接口206。
处理器202可执行处理模块134中的计算机指令/程序代码并完成相应的功能。计算机指令可包括程序、算法、数据结构、功能性指令等。例如，处理器202可处理发送自采集模块131、控制模块132、存储模块133、处理模块134以及图像处理系统100其他模块的数据或者信息。可选地，处理器202可包括但不限于，微控制器、精简指令集计算机(RISC)、专用集成电路(ASIC)、应用专用指令集处理器(ASIP)、中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、物理处理单元(PPU)、微控制器单元、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)等中的一种或多种的组合。示例性地，处理器202可选择微控制器对ECT扫描器110采集的ECT数据进行图像重建。
存储器204可存储来自采集模块131、控制模块132、存储模块133、处理模块134等一个或多个模块的数据信息。在一个实施例中，存储器204可包括硬盘、软盘、随机存储器、动态随机存储器、静态随机存储器、薄膜存储器、磁镀线存储器、相变存储器、闪速存储器、云盘、电可擦除存储器、紧致盘存储器等中的一种或多种的组合。在一些实施例中，存储器204可存储一个或多个如前所述的指令或程序。示例性地，存储器204可存储处理模块134中的程序，该程序用于基于PET数据执行PET图像重建。
交换接口206可通过网络实现采集模块131、控制模块132、存储模块133、处理模块134之间的信息接收或者发送。在一些实施例中，交换接口206可包括通用串行总线接口(USB)、高清晰度多媒体接口(HDMI)等有线端口，或者蓝牙接口、WiFi接口等无线端口。
在进行PET成像之前，需要将受检者置于检查床114上，并确定受检者的被扫描器官部位。可选地，被扫描器官部位可以是头部、颈部、胸部、腹部、盆腔、以及下肢等。受检者的被扫描器官部位的确定可以通过预扫描定位获得，或者通过标记检查床位置获得。
请参考图3，其为本发明实施例所提供的PET成像方法的流程示意图，如图3所示，该方法包括以下步骤：
步骤S301，使检查床114沿PET扫描设备的扫描腔中运动，获得受检者在多个床位扫描相对应的器官部位的多个PET子数据集，且获得每个床位扫描相对应器官部位的运动信号。每个床位扫描可获得一个PET子数据集，多个PET子数据集的数据重建可获得全身或全局的PET图像。
步骤S302，根据运动信号获取门控相位，门控相位也可称之为施加门控时对应的运动相位或位置。
步骤S303，根据门控相位对多个PET子数据集进行门控重建，获得与每个床位扫描相对应的器官部位在一个或多个门控相位中的PET图像。
步骤S304，对属于相同次序的门控相位所对应的PET图像进行拼接处理。
在一个示例性的实现过程中，运动信号为呼吸信号，且呼吸信号可以通过如下两种方式中的任一种进行获取：
1)在扫描区域设置监控器，通过监控器获取呼吸信号。
2)确定PET数据与呼吸运动的相关关系，根据相关关系确定呼吸信号。
可见，呼吸信号可以从外接硬件设备获取，也可以从PET数据中获取，本发明对此不做限定。
以上两种获取呼吸信号的方式在本发明实施例中均可等效使用，对其他的处理步骤不会造成影响。
在一个示例性的实现过程中，步骤S303可以包括：根据运动信号获得每个床位扫描相对应器官部位的运动幅度；基于运动幅度对初始门控相位进行优化，获取优化的门控相位。
在一个示例性的实现过程中，根据运动信号获得每个床位扫描相对应器官部位的运动幅度，可以包括：根据运动信号确定初始门控的位置，并根据初始门控将PET数据划分类为多组门控数据；重建多组门控数据，获取多个PET图像；对多个PET图像的冠状面最大值投影图进行图像匹配，获取配准相关的运动场；根据运动场确定每个床位扫描相对应器官部位的呼吸运动幅度。
其中，PET数据的划分方式可以包括以下两种：
a)按时相划分
将运动信号分为多个时相；
将对应同一时相的PET数据划分为同一组。
b)按运动信号的幅度划分
获取运动信号的幅度，并按照幅度将运动信号划分为若干段，将对应同一段的PET数据划分为同一组。
本发明实施例中以按运动信号的幅度划分为例进行详细说明。举例来说，按幅度将运动信号划分为N组，其中，N为预设值或者经验值，可以定义运动信号中的呼吸运动相位1和呼吸运动相位N分别对应呼吸运动过程中的两个特殊阶段，即呼吸运动相位1为吸气末期所对应幅度，呼吸运动相位N为呼气末期所对应幅度，则呼吸运动相位1和呼吸运动相位N之间的其他呼吸运动相位对应各自的幅度，从而可将运动信号划分为N段，将对应同一段的PET数据划分为同一组，共有N组。
其中，对多个PET图像的冠状面最大值投影图进行图像匹配可以包括：
a)从多个PET图像的冠状面最大值投影图中，选定一个PET图像的冠状面最大值投影图作为参考图像，多个PET图像的冠状面最大值投影图中除参考图像外的其他图像称为目标图像；
b)利用图像配准算法将目标图像配准至参考图像。
需要说明的是，可选择的图像配准算法还可以有多种，比如，参数法，可以包括：刚体变换(Rigid Transform)、仿射变换(Affine Transform)、非刚体变换(Non-rigidTransform)等，非参数法，可以包括：光流法(Optical Flow)等。本发明对此不做限定。
具体的，假设共有N组PET数据，经重建生成N个PET图像，选定第1个PET图像的冠状面最大值投影图作为参考图像，将第n个(其中，n为1＜n≤N的整数)PET图像的冠状面最大值投影图配准至参考图像，得出一个二维的运动场。
作为可选地，在图像匹配之前，可首先基于均匀衰减图(将肺部衰减系数用水的衰减系数填充)，或Z轴方向模糊后获得的衰减图，或未经过门控的扫描时间超过一个呼吸周期的平均衰减图进行衰减校正，衰减校正是为了避免由于衰减-活度不匹配造成的图像不准确，影响图像匹配精度。
图4为本发明实施例提供的两个呼吸相位的胸腹部床位最大值投影示意图。图4中，左侧图像为呼气末期肝脏的状态，右侧图像为吸气末期肝脏的状态，左侧图像的肝脏顶部和右侧图像的肝脏顶部之间的距离差异对应运动幅度。图4中用水平线穿过两个图像，以突出图4中左右两个图像之间所显示的呼吸运动的幅度。
本发明实施例中，定义了呼吸运动幅度的关系式，即运动场在轴向方向的平均值。
在根据运动场确定每个床位扫描相对应器官部位的的运动幅度时，可以通过如下的公式(1)来确定呼吸运动的幅度：
公式(1)中，A为运动幅度，为Z方向运动场平均值，∑i∈VOIVz为感兴趣区域VOI内每个像素i的Z方向运动场的和，∑i∈VOI1为VOI内像素总数。
在一个示例性的实现过程中，基于运动幅度对初始门控相位进行优化，获取优化的门控相位，可以包括：若运动幅度值处于第一数值范围，在初始门控的数目基础上增加门控数目，得到优化的门控相位的数目；若运动幅度值处于第二数值范围，在初始门控的数目基础上减少门控数目，得到优化的门控相位的数目；若运动幅度值处于第三数值范围，令门控相位的数目等于0；其中，运动幅度值为呼吸运动幅度值或心跳运动幅度值。
举例来说，可以首先预设两个比较值T1和T2，其中T1大于T2，T1和T2的值可以根据PET系统的分辨率E、重建参数、像素大小等参数综合考虑来进行设定。比如，假设T1＝4E，T2＝E，运动幅度值A＝4E，则初始门控数目为4；若呼吸运动幅度值A＞T1，例如A＝5E，则优化的门控相位数目为A/E＝5；若呼吸运动幅度值A满足T1≥A≥T2，例如A＝3E，则优化的门控相位数目为A/E＝3；若呼吸运动幅度值A＜T2，则优化的门控相位数目为0，此时，不对PET数据进行门控处理。
需要说明的是，当呼吸运动幅度值A不是分辨率E的整倍数时，可以取与A/E最接近的整数值作为第二门控数目的数值。举例说明，如果A＝3.15E，门控相位数目为3，如果A＝3.85E，门控相位数目为4。当然优化的门控数作为系统经过运算得到的优化值，可较好的与扫描器官的运动幅度相适应，用户可直接接受该优化值，也可同时参考初始门控值和优化的门控值，根据经验设定符合用户习惯的门控值，以获得较好的图像信噪比。
在一个示例性的实现过程中，根据运动信号确定初始门控的位置，可以包括：获取运动信号的相位，根据运动信号的相位确定初始门控位置；或，获取运动信号的幅度，根据运动信号的幅度确定初始门控位置。
例如，运动信号的相位相同或者接近的时段采用同一门控；运动信号的相位差别较大或超过设定范围的时段采用不同门控，从而根据运动信号的相位确定初始门控位置。
例如，运动信号的幅度相同或者接近的时段采用同一门控；运动信号的幅度差别较大或超过设定范围的时段采用不同门控，从而根据运动信号的幅度确定初始门控位置。
在一个示例性的实现过程中，对属于相同次序的门控相位所对应的PET图像进行拼接处理，可以包括：确定属于相同次序的门控相位所对应运动幅度的极性，并根据运动幅度的极性对PET图像的相位进行校正，得到相位校正的PET图像；对相位校正的PET图像进行拼接，获取全局PET图像。
进一步地，在一个示例性的实现过程中，对相位校正的PET图像进行拼接，获取全局PET图像，可以包括：若相邻床位扫描相对应器官部位对应的运动幅度极性相同，则对相位校正的PET图像进行正序拼接；若相邻床位扫描相对应器官部位对应的呼吸运动幅度极性相反，则对相位校正的PET图像进行逆序拼接。
举例说明。图5a为现有技术多床位扫描使用的门控相位示意图。参见图5a，假设检查床114移动不同位置，共形成5个床位扫描，其中：床位1对应扫描头部，床位2对应扫描胸部，床位3对应扫描腹部；床位4对应扫描盆腔，床位5对应扫描下肢或腿部。床位1至床位5扫描时，均划分为6个门控相位，即对于每个扫描床位，分别在六个运动相位位置施加门控。图5b为本发明实施例提供的门控优化示例图。考虑到头部或腿部几乎不受呼吸运动的影响，胸部和盆腔受呼吸运动的影响，腹部受呼吸运动的影响最明显。执行完步骤S304后，会生成五组PET图像，经过优化之后，五组PET图像的门控数目(也可称之为门控相位的数目或种类)分别为1、3、6、3和1：即床位1扫描仅划分为1个门控相位，执行扫描一次；床位2扫描划分为3个门控相位，执行扫描三次；床位3扫描划分为6个门控相位，执行扫描六次；床位4扫描划分为3个门控相位，执行扫描三次；床位5扫描划仅分为1个门控相位，执行扫描一次。
进一步地，为最终可以产生6个全局PET图像需要进行床位拼接。图5c为本发明实施例提供的床位拼接的示例图，具体拼接方式如下：
a)门控1：床位1-床位2相位1-床位3相位1-床位4相位1-床位5；
b)门控2：床位1-床位2相位1-床位3相位2-床位4相位1-床位5；
c)门控3：床位1-床位2相位2-床位3相位3-床位4相位2-床位5；
d)门控4：床位1-床位2相位2-床位3相位4-床位4相位2-床位5；
e)门控5：床位1-床位2相位3-床位3相位5-床位4相位3-床位5；
f)门控6：床位1-床位2相位3-床位3相位6-床位4相位3-床位5。
需要说明的是，本发明中，对于每个床位扫描而言，门控相位的次序即为该床位扫描的相位编号。如对于第一(扫描)床位，该床位无需进行门控操作，所以无需划分门控相位，因此可仅扫描一次。如对于第二床位，相位1对应该床位的第一、第二次序；相位2对应该床位的第三、第四次序；相位3对应该床位的第五、第六次序，可扫描三次。对于第三床位，相位1为该床位第一次序，对应全身图像/完整图像的门控1；相位2为该床位第二次序，对应全身图像的门控2；相位3为该床位第三次序，对应全身图像的门控3；依次类推，相位6为该床位第六次序，对应全身图像的门控6。根据上述分析，对于不同的床位扫描，由于优化后的门控数不同，床位1可仅扫描一次，床位2可仅扫描3次，而采用现有门控方法每个床位则统一扫描六次，本发明有效节省了扫描时间。
在上述过程中可以基于呼吸运动幅度值的极性，对属于相同次序、对应不同床位扫描的门控相位的PET图像进行拼接方向进行校正。比如，床位2中呼吸运动幅度值A为正值，而床位3中呼吸运动幅度值A为负值，则需将床位2中的局部PET图像与床位3中的局部PET图像进行逆序拼接，即床位2的第一相位对应的局部PET图像对应拼接床位3最末相位对应的局部PET图像。
作为可选地，本实施例中每个床位可采用最优门控数生成局部PET图像，通过三维图像变换插值方法得出全局PET图像，全局PET图像的门控数等于最大门控数目。也就是说，通过图像形变插值的方法把某个床位的3个第一局部PET图像插值为5个局部PET图像，从而配合与最大门控数进行床位的拼接。
在一个示例性的实现过程中，根据门控相位对多个PET子数据集进行门控重建，获得与每个床位扫描相对应的器官部位在一个或多个门控相位中的PET图像，包括：根据门控相位将每个PET子数据集分类为多个箱，每个箱对应一个门控相位；重建多个箱内的PET数据，获得与每个床位扫描相对应的器官部位的PET图像。
需要说明的是，在重建多个箱内的PET数据时，可以采用FBP(Filtered Back-Projection，滤波返影算)法或OSEM(Ordered Subset Expectation Maximization，有序子集最大似然)法进行重建，本发明实施例中优选OSEM法。
在利用FBP的门控重建中，首先将某一角度下的Ramp滤波和低通窗滤波后的投影数据按其投影方向的反向回涂抹于整个空间，故而得到一个二维分布。FBP的优点是操作简便，易于临床实现，但是抗噪声能力差，病灶较小的情况下，往往难以得到令人满意的重建图像。
OSEM属于迭代法，是从一幅假设的初始图像出发，采用逐步逼近的方法将理论投影值同实际测量投影值进行比较，在预设最优化准则指导下寻找最优解。迭代法优点之一是可以根据具体成像条件引入与空间几何有关的或与测量值大小有关的约束条件，如可进行空间分辨不均匀性的校正，物体几何形状约束，滑性约束等控制迭代的操作，在某些场合下，比如在相对欠采样、低计数的核医学成像中可发挥其高分辨的优势。OSEM是近年来发展完善的快速迭代重建算法，它具有空间分辨好，抗噪能力强，速度快等优点，已在新型的核医学断层影像设备中广为应用。OSEM算法将投影数据分成n个子集，每次重建时只使用一个子集对投影数据进行校正，每次重建图像更新一次，这样所有的子集都对投影数据校正一次，称为一次迭代，和传统的迭代算法相比，在近似相同的计算时间和计算量下，重建图像被刷新了n倍，大大加快了图像重建速度，缩短了重建时间。
本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
本发明实施例中，通过将受检者置于检查床上，确定受检者的被扫描器官部位，使检查床沿PET扫描设备的扫描腔中运动，获得在多个床位扫描相对应的器官部位的多个PET子数据集，且获得每个床位扫描相对应器官部位的运动信号，根据运动信号获取门控相位，根据门控相位对多个PET子数据集进行门控重建，获得与每个床位扫描相对应的器官部位在一个或多个门控相位中的PET图像，对属于相同次序的门控相位所对应的PET图像进行拼接处理，基于呼吸运动幅度进行确定门控数，从而对不同器官部位进行针对性的门控重建，图像拼接也是基于呼吸运动幅度进行的，有效提升了PET的成像质量。
本发明实施例还提供了一种PET成像系统，该系统可以包括：
检查床，用于支撑受检者的被扫描器官部位，且检查床可沿PET成像系统的扫描腔中运动，以在多个床位扫描相对应的器官部位；
处理器；
用于存储处理器可执行指令的存储器；
其中，处理器被配置为：
使检查床沿PET扫描设备的扫描腔中运动，获得受检者在多个床位扫描相对应的器官部位的多个PET子数据集，且获得每个床位扫描相对应器官部位的运动信号；
根据运动信号获取门控相位；
根据门控相位对多个PET子数据集进行门控重建，获得与每个床位扫描相对应的器官部位在一个或多个门控相位中的PET图像；
对属于相同次序的门控相位所对应的PET图像进行拼接处理。
在一个示例性的实现过程中，门控相位是经过优化处理的；处理器还被配置为：根据运动信号获得每个床位扫描相对应器官部位的运动幅度；基于运动幅度对初始门控相位进行优化，获取优化的门控相位。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，服务器和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，服务器和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的服务器实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，服务器或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机服务器(可以是个人计算机，服务器，或者网络服务器等)或处理器(Processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种PET成像方法，其特征在于，所述方法包括：
使检查床沿PET扫描设备的扫描腔中运动，获得受检者在多个床位扫描相对应的器官部位的多个PET子数据集，且获得每个床位扫描相对应器官部位的运动信号；
根据所述运动信号获取门控相位；
根据所述门控相位对所述多个PET子数据集进行门控重建，获得与每个床位扫描相对应的器官部位在一个或多个门控相位中的PET图像；
对属于相同次序的门控相位所对应的PET图像进行拼接处理。
2.根据权利要求1所述的PET扫描成像方法，其特征在于，根据所述运动信号获取门控相位包括：
根据所述运动信号获得每个床位扫描相对应器官部位的运动幅度；
基于所述运动幅度对初始门控相位进行优化，获取优化的门控相位。
3.根据权利要求2所述的PET扫描成像方法，其特征在于，根据所述运动信号获得每个床位扫描相对应器官部位的运动幅度，包括：
根据所述运动信号确定初始门控的位置，并根据所述初始门控将所述PET数据划分类为多组门控数据；
重建所述多组门控数据，获取多个PET图像；
对多个PET图像的冠状面最大值投影图进行图像匹配，获取配准相关的运动场；
根据所述运动场确定每个床位扫描相对应器官部位的运动幅度。
4.根据权利要求3所述的PET扫描成像方法，其特征在于，基于所述运动幅度对初始门控相位进行优化，获取优化的门控相位，包括：
若所述运动幅度值处于第一数值范围，在所述初始门控的数目基础上增加门控数目，得到优化的门控相位的数目；
若所述运动幅度值处于第二数值范围，在所述初始门控的数目基础上减少门控数目，得到优化的门控相位的数目；
若所述运动幅度值处于第三数值范围，令门控相位的数目等于0；
其中，所述运动幅度值为呼吸运动幅度值或心跳运动幅度值。
5.根据权利要求3所述的PET扫描成像方法，其特征在于，根据所述运动信号确定初始门控的位置，包括：
获取所述运动信号的相位，根据所述运动信号的相位确定初始门控位置；
或，获取所述运动信号的幅度，根据所述运动信号的幅度确定初始门控位置。
6.根据权利要求1所述的PET扫描成像方法，其特征在于，对属于相同次序的门控相位所对应的PET图像进行拼接处理，包括：
确定属于相同次序的门控相位所对应运动幅度的极性，并根据所述运动幅度的极性对所述PET图像的相位进行校正，得到相位校正的PET图像；
对所述相位校正的PET图像进行拼接，获取全局PET图像。
7.根据权利要求6所述的PET扫描成像方法，其特征在于，对所述相位校正的PET图像进行拼接，获取全局PET图像，包括：
若相邻床位扫描相对应器官部位对应的运动幅度极性相同，则对相位校正的PET图像进行正序拼接；
若相邻床位扫描相对应器官部位对应的呼吸运动幅度极性相反，则对相位校正的PET图像进行逆序拼接。
8.根据权利要求1所述的PET扫描成像方法，其特征在于，根据所述门控相位对所述多个PET子数据集进行门控重建，获得与每个床位扫描相对应的器官部位在一个或多个门控相位中的PET图像，包括：
根据所述门控相位将每个PET子数据集分类为多个箱，每个箱对应一个门控相位；
重建所述多个箱内的PET数据，获得与每个床位扫描相对应的器官部位的PET图像。
9.一种PET成像系统，其特征在于，所述系统包括：
检查床，用于支撑受检者的被扫描器官部位，且所述检查床可沿PET成像系统的扫描腔中运动，以在多个床位扫描相对应的器官部位；
处理器；
用于存储所述处理器可执行指令的存储器；
所述处理器被配置为：
使检查床沿PET扫描设备的扫描腔中运动，获得受检者在多个床位扫描相对应的器官部位的多个PET子数据集，且获得每个床位扫描相对应器官部位的运动信号；
根据所述运动信号获取门控相位；
根据所述门控相位对所述多个PET子数据集进行门控重建，获得与每个床位扫描相对应的器官部位在一个或多个门控相位中的PET图像；
对属于相同次序的门控相位所对应的PET图像进行拼接处理。
10.根据权利要求9所述的PET成像系统，其特征在于，所述门控相位是经过优化处理的，且所述处理器还被配置为：
根据所述运动信号获得每个床位扫描相对应器官部位的运动幅度；
基于所述运动幅度对初始门控相位进行优化，获取优化的门控相位。
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