CN107348969B - 一种pet数据处理方法、系统及pet成像设备 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种PET数据处理方法、系统及PET成像设备。一方面，本发明实施例中，在获取PET数据以及PET数据对应的运动信号后，确定第一门控并根据第一门控对PET数据进行门控重建，生成各重建图像，然后根据各重建图像，通过预设计算策略计算出参考值，最后，基于参考值与处理策略的对应关系，调取相应处理策略对第一门控进行调整，得到第二门控。本发明实施例可以较为精确地计算运动幅度，并基于此对门控进行调整，从而提升了门控重建精度。

Description

一种PET数据处理方法、系统及PET成像设备
【技术领域】
本发明涉及数字医疗技术领域，尤其涉及一种PET数据处理方法、系统及PET成像设备。
【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。
现有技术中，呼吸运动门控法的处理方式是用户凭借经验设置门控数量，基于该门控数量对PET数据进行门控重建，用户只能通过观察重建图像来进行呼吸运动幅度的判断，在呼吸运动幅度过大或过小时，无法提供合适的处理策略。
【发明内容】
有鉴于此，本发明实施例提供了一种PET数据处理方法、系统及PET成像设备，用以解决现有技术中由于无法较为精确地计算呼吸运动幅度，导致门控重建精度较低的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种PET数据处理方法，所述方法包括：
获取PET数据以及所述PET数据对应的运动信号；
基于所述运动信号确定第一门控，并根据所述第一门控对所述PET数据进行门控重建，生成各重建图像；
根据各所述重建图像，通过预设计算策略计算出参考值；
基于参考值与处理策略的对应关系，调取相应处理策略对所述第一门控进行调整，得到第二门控。
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，根据所述第一门控对所述PET数据进行门控重建，生成各重建图像，包括：
根据所述第一门控将所述PET数据划分为多组门控数据，其中，每组所述门控数据分别具有对应的运动相位；
通过重建算法对所述多组门控数据中的各组门控数据分别进行门控重建，对应生成各重建图像。
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，基于所述运动信号确定第一门控包括：
获取所述运动信号的相位，根据所述运动信号的相位确定第一门控；
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第一门控。
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，根据各所述重建图像，通过预设计算策略计算出参考值，包括：
根据各所述重建图像，对至少两个运动相位所对应重建图像的冠状面最大值投影图像进行图像匹配，得出运动场估计；根据运动场估计，通过预设公式计算出运动幅度值。
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，基于参考值与处理策略的对应关系，调取相应处理策略对所述第一门控进行调整，得到第二门控，包括：
若所述运动信号对应的运动幅度值处于第一数值范围，在所述第一门控的数目基础上增加门控数目，得到第二门控的数目；
若所述运动信号对应的运动幅度值处于第二数值范围，在所述第一门控的数目基础上减少门控数目，得到第二门控的数目；
若所述运动信号对应的运动幅度值处于第三数值范围，令第二门控的数目等于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，获取PET数据以及所述PET数据对应的运动信号，包括：
从所述PET数据中提取所述PET数据对应的运动信号；或者，
从呼吸监控设备中获取所述PET数据对应的运动信号。
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，还包括：
基于所述第二门控将所述PET数据划分为若干帧；
重建分为若干帧的所述PET数据，得到第一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，还包括：
对所述第一PET图像进行运动补偿，得到第二PET图像。
第二方面，本发明实施例提供了一种PET数据处理系统，所述系统包括：
获取单元，用于获取PET数据以及所述PET数据对应的运动信号；
第一重建单元，用于基于所述运动信号确定第一门控，并根据所述第一门控对所述PET数据进行门控重建，生成各重建图像；
计算单元，用于根据各所述重建图像，通过预设计算策略计算出参考值；
调整单元，用于基于参考值与处理策略的对应关系，调取相应处理策略对所述第一门控进行调整，得到第二门控。
第三方面，本发明实施例提供了一种PET成像设备，所述设备包括：
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：
获取PET数据以及所述PET数据对应的运动信号；
基于所述运动信号确定第一门控，并根据所述第一门控对所述PET数据进行门控重建，生成各重建图像；
根据各所述重建图像，通过预设计算策略计算出参考值；
基于参考值与处理策略的对应关系，调取相应处理策略对所述第一门控进行调整，得到第二门控。
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，在获取PET数据以及所述PET数据对应的运动信号后，确定第一门控的施加位置并根据第一门控对PET数据进行门控重建，生成各重建图像，然后根据各重建图像，通过预设计算策略计算出参考值，最后，基于参考值与处理策略的对应关系，调取相应处理策略对第一门控进行调整。与现有技术相比，本发明实施例可以较为精确地计算呼吸运动幅度，并基于此对门控进行调整，从而提升了门控重建精度。
【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成像系统结构示意图；
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PET成像系统配置的软件和/或硬件结构框图；
图3为本申请一些实施例的处理模块结构框图；
图4是本发明实施例所提供的PET数据处理方法的流程示意图；
图5是本发明实施例所提供的PET数据处理系统的功能方块图。
图6为本发明实施例提供的获取肝脏运动的幅度示意图。
【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。
应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述数值范围，但这些数值范围不应限于这些术语。这些术语仅用来将数值范围彼此区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一数值范围也可以被称为第二数值范围，类似地，第二数值范围也可以被称为第一数值范围。
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。
本申请示例性给出应用于成像系统中的PET数据处理方法和系统，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，成像系统可获取受检者的多个空间位点或者体素位置的门控数，对不同体素位置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成像系统结构示意图。PET成像系统可包括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以及支撑受检者的扫描床114，扫描床114可将受检者或者生物体移动至扫描区域113。
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。
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。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，PET扫描系统为PET扫描系统，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(SingleEvent 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。
在一些实施例中，PET扫描中所用的示踪剂可包括碳(11C)、氮(13N)、氧(15O)、氟(18F)等一种或多种放射性元素。在一些实施例中，PET成像系统可选择SPPET扫描系统，且该SPPET扫描系统所用的示踪剂可以是锝-99m、碘-123、铟-111、碘-131中的一种或多种。示例性地，示踪剂可以是18F-FDG、18F-EF5、18F-ML-10等单示踪剂；也可是动态扫描的多示踪剂，如：18F-FDG和18F-FLT、11C-ACT和18F-FDG等双示踪剂。需要说明的是，示踪剂的分布信息可作为受检者或生物体生理功能检测的标识。可选地，用于PET或者SPPET的示踪剂也可称之为PET示踪剂。
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。
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等。可选地，存储模块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(dynamicrandom access memory，DRAM)、静态随机存储器(static random access memory，SRAM)、磁泡存储器(bubble memory)、薄膜存储器(thin film memory)、磁镀线存储器(magneticplated 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可显示与图像处理系统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，用户界面可用于显示当前扫描使用的门控数或者系统通过优化建议的门控数。显示器135可设置为例如，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PET成像设备200配置的软件和/或硬件结构框图，该PET成像设备200可包括图像处理系统100。在一些实施例中，PET成像设备200可包括PET数据处理系统202、存储器204。
其中，存储器204用于存储PET数据处理系统202的可执行指令；PET数据处理系统202被配置为：
获取PET数据以及PET数据对应的运动信号；
基于运动信号确定第一门控，并根据第一门控对PET数据进行门控重建，生成各重建图像；
根据各重建图像，通过预设计算策略计算出参考值；
基于参考值与处理策略的对应关系，调取相应处理策略对第一门控进行调整，得到第二门控。
其中，PET数据处理系统202还可以被配置为：根据第一门控将PET数据划分为多组门控数据，其中，每组门控数据分别具有对应的运动相位；通过重建算法对多组门控数据中的各组门控数据分别进行门控重建，对应生成各重建图像。
其中，PET数据处理系统202还可以被配置为：获取运动信号的相位，根据运动信号的相位确定第一门控；或，获取运动信号的幅度，根据运动信号的幅度确定第一门控。
其中，PET数据处理系统202还可以被配置为：根据各重建图像，对至少两个运动相位所对应重建图像的冠状面最大值投影图像进行图像匹配，得出运动场估计；根据运动场估计，通过预设公式计算出运动幅度值。
其中，PET数据处理系统202还可以被配置为：若运动信号对应的运动幅度值处于第一数值范围，在第一门控的数目基础上增加门控数目，得到第二门控的数目；若运动信号对应的运动幅度值处于第二数值范围，在第一门控的数目基础上减少门控数目，得到第二门控的数目；若运动信号对应的运动幅度值处于第三数值范围，令第二门控的数目等于0；其中，运动幅度值为呼吸运动幅度值或心跳运动幅度值。
其中，PET数据处理系统202还可以被配置为：从PET数据中提取PET数据对应的运动信号；或者，从呼吸监控设备中获取PET数据对应的运动信号。
其中，PET数据处理系统202还可以被配置为：基于第二门控的数目将PET数据划分为若干帧；重建分为若干帧的PET数据，得到多个第一PET图像(门控优化的PET图像)。
其中，PET数据处理系统202还可以被配置为：对多个第一PET图像进行运动补偿，得到多个第二PET图像(运动校正的PET图像)。
PET数据处理系统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，PET数据处理系统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，PET数据处理系统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，PET数据处理系统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ECT数据执行ECT图像重建。
参见图2，PET成像设备还可以包括交换接口206。
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。
请参考图3，其为本发明实施例所提供的PET数据处理系统202的功能方块图，如图3所示，该系统可以包括：
获取单元310，用于获取PET数据以及PET数据对应的运动信号，运动信号可以是呼吸运动信号，也可以是心脏运动信号；
第一重建单元320用于基于运动信号确定第一门控，并根据第一门控对PET数据进行门控重建，生成各重建图像，也称初步重建图像；
计算单元330，用于根据各重建图像，通过预设计算策略计算出参考值；
调整单元340，用于基于参考值与处理策略的对应关系，调取相应处理策略对第一门控进行调整，得到第二门控。
PET数据处理系统还可以包括第二重建单元，用于根据调整后的第二门控，对PET数据进行门控重建，生成各重建图像，也称校正的重建图像。
在一个示例性的实现过程中，第一重建单元320在用于根据第一门控对PET数据进行门控重建，生成各重建图像时，用于：根据第一门控将PET数据划分为多组门控数据，其中，每组门控数据分别具有对应的运动相位；通过重建算法对多组门控数据中的各组门控数据分别进行门控重建，对应生成各重建图像。
在一个示例性的实现过程中，第一重建单元320在用于基于所述运动信号确定第一门控时，用于：获取运动信号的相位，根据运动信号的相位确定第一门控；或，获取运动信号的幅度，根据运动信号的幅度确定第一门控。
在一个示例性的实现过程中，计算单元330在用于根据各重建图像，通过预设计算策略计算出参考值时，用于：根据各重建图像，对至少两个运动相位所对应重建图像的冠状面最大值投影图像进行图像匹配，得出运动场估计；根据运动场估计，通过预设公式计算出运动幅度值。
在一个示例性的实现过程中，调整单元340在用于基于参考值与处理策略的对应关系，调取相应处理策略对第一门控进行调整，得到第二门控时，用于：若运动信号对应的运动幅度值处于第一数值范围，在第一门控的数目基础上增加门控数目，得到第二门控的数目；若运动信号对应的运动幅度值处于第二数值范围，在第一门控的数目基础上减少门控数目，得到第二门控的数目；若运动信号对应的运动幅度值处于第三数值范围，令第二门控的数目等于0；其中，运动幅度值为呼吸运动幅度值或心跳运动幅度值。
在一个示例性的实现过程中，获取单元310在用于获取PET数据以及所述PET数据对应的运动信号时，用于：从PET数据中提取PET数据对应的运动信号；或者，从呼吸监控设备中获取PET数据对应的运动信号。
在一个示例性的实现过程中，PET数据处理系统还可以包括：划分单元，用于基于第二门控将PET数据划分为若干帧；第三重建单元，用于重建分为若干帧的PET数据，得到第一PET图像。
在一个示例性的实现过程中，PET数据处理系统还可以包括：补偿单元，用于对第一PET图像进行运动补偿，得到第二PET图像。
请参考图4，其为本发明实施例所提供的PET数据处理方法的流程示意图，如图4所示，该方法包括以下步骤：
步骤S401，获取单元310获取PET数据以及PET数据对应的运动信号。
示例性的，步骤S401可以从PET数据中提取该PET数据对应的运动信号，或者，也可以从呼吸监控设备中获取PET数据对应的运动信号。
其中，运动信号可以是呼吸运动信号，或者心脏运动信号。
步骤S402，第一重建单元320基于运动信号确定第一门控(例如，包含门控的位置和/或数目)，并根据第一门控对PET数据进行门控重建，生成各重建图像，也称初步重建图像。该第一门控的数目为确定值，初步重建图像中由于采用的门控数目与相应组织的运动不完全对应，可能会存在运动幅度大的部位施加的门控数偏小，运动幅度小的部位施加的门控数偏大，进而产生的图像可能信噪比会较弱。
本发明实施例中，对步骤S402进行了进一步地细化，示例性包括：
1)基于运动信号确定第一门控，该第一门控的数目可以根据经验值来设定。在根据经验值来设定第一门控数目时，通常将第一门控数据设置为一般PET数据所需门控数据的平均值。在此实施例中，基于运动信号确定第一门控可包括通过运动信号确定施加第一门控的位置或者根据运动信号确定施加门控的时间间距/间隔；也可包括根据运动信号获得检测区域/器官的运动相位，在第一门控的数目提前设定的前提下，当检测区域的运动到达对应的运动相位时，设置第一门控。进一步地，对于呼吸运动，检测区域的运动相位可包括呼气初期、呼气末期、吸气初期和吸气末期等；对于心脏运动，检测区域的运动相位可包括心脏收缩期、心脏舒张期等。
在基于运动信号确定第一门控数据时，可以根据运动信号的相位或幅度来确定第一门控数据。
图6为本发明实施例提供的获取肝脏运动的幅度示意图。图6中，左侧图像为呼气末期时肝脏的状态，右侧图像为吸气末期时肝脏的状态，左侧图像中肝脏顶部和右侧图像中肝脏顶部的距离差异为呼吸运动幅度。图6中用水平线穿过两个图像，以突出图6中左右两个图像之间所显示的呼吸运动的幅度。
在一个示例性的实现过程中，基于运动信号确定第一门控数据可以包括：获取运动信号的幅度，根据运动信号的相位确定第一门控。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第一门控施加的位置。
在一个示例性的实现过程中，基于运动信号确定第一门控数据可以包括：获取运动信号的相位，根据运动信号的相位确定第一门控。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第一门控施加的位置。
以呼吸运动幅度为例进行说明。
举例来说，可以定义呼吸运动相位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，呼吸运动相位N为呼气末期，每个门控数据对应预设的呼吸运动相位或呼吸运动阶段，从而可以确定出第一门控施加的时间。
2)根据第一门控将PET数据划分为多组门控数据，其中，每组门控数据分别具有对应的运动相位。
举例来说，将PET数据划分为N组门控数据，每组门控数据分别对应不同的呼吸运动相位或者呼吸运动的阶段。
3)通过重建算法对多组门控数据中的各组门控数据分别进行门控重建，对应生成各重建图像。示例性地，当将PET数据划分为N组门控数据，通过重建可获取N个PET图像，呼吸运动相位1的门控数据重建后的图像为吸气末期的PET图像，呼吸运动相位N的门控数据重建后的图像为呼气末期的PET图像。
需要说明的是，对PET数据进行重建过程中，可以基于衰减图对PET数据进行衰减校正。其中，衰减图可以是均匀衰减图(将肺部衰减系数用水的衰减系数填充)，也可以是Z轴方向模糊后的衰减图，还可以是未经过gating的扫描时间超过一个呼吸周期的平均衰减图，以避免由于衰减-活度不匹配造成图像不准确，影响图像匹配精度。
在衰减校正之后，可以对经过衰减校正的PET数据采用FBP(Filtered Back-Projection，滤波反投影)算法、OSEM(Ordered Subset Expectation Maximization，有序子集最大似然法)算法等进行重建，本发明实施例中优选OSEM法。
示例性地，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，得到一个二维分布。
示例性地，对于OSEM迭代法，可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示例性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。此外，OSEM方法具有空间分辨好，抗噪能力强，速度快等优点。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，相比传统的迭代算法，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。
步骤S403，计算单元330根据各重建图像，通过预设计算策略计算出参考值。
本发明实施例中，对步骤S403进行了进一步地细化，示例性包括：
1)根据各重建图像，对至少两个运动相位所对应重建图像的第一冠状面最大值投影图像进行图像匹配，得出运动场估计。
本发明实施例中，通过冠状面最大值投影图像进行图像匹配，通过计算得到运动场的估计。同时定义了呼吸运动幅度，为冠状面最大值投影图像中所得运动场在轴向方向的平均值，通过如下公式(1)来表示：
Figure GDA0002458167880000171
其中，A为运动幅度，
Figure GDA0002458167880000172
为Z方向运动场平均值，∑i∈VOI Vz为感兴趣区域VOI内每个像素i的Z方向运动场的和，∑i∈VOI 1为VOI内像素总数。
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。
2)根据运动场估计，通过预设公式计算出呼吸运动幅度值。
在一个示例性的实现过程中，根据各重建图像，通过预设计算策略计算出参考值还可以包括：根据各重建图像，对吸气末期相位所对应重建图像的第一冠状面最大值投影图像和呼气末期相位所对应重建图像的第二冠状面最大值投影图像进行图像匹配，得出第一运动场估计；根据第一运动场估计，通过第一预设公式计算出呼吸运动幅度值；或者，根据各重建图像，对心脏舒张末期相位所对应重建图像的第三冠状面最大值投影图像和心脏收缩末期相位所对应重建图像的第四冠状面最大值投影图像进行图像匹配，得出第二运动场估计；根据第二运动场估计，通过第二预设公式计算出心跳运动幅度值。
步骤S404，调整单元340基于参考值与处理策略的对应关系，调取相应处理策略对第一门控进行调整，得到第二门控(例如，包含门控的位置和/或数目)。
本发明实施例中，对步骤S404进行了进一步地细化，示例性包括：
1)若运动信号对应的运动幅度值处于第一数值范围，在第一门控数目的基础上增加门控数目，得到第二门控的数目；
2)若运动信号对应的运动幅度值处于第二数值范围，在第一门控数目的基础上减少门控数目，得到第二门控的数目；
3)若运动信号对应的运动幅度值处于第三数值范围，令第二门控的数目等于0，即不对PET数据进行门控处理。
其中，运动幅度值可以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，则第二门控数目为4；若呼吸运动幅度值A＞T1，例如A＝5E，则第二门控数目为A/E＝5；若呼吸运动幅度值A满足T1≥A≥T2，例如A＝3E，则第二门控数目为A/E＝3；若呼吸运动幅度值A＜T2，则第二门控数目为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，第二门控数目为3，如果A＝3.85E，第二门控数目为4。
在此实施例中，PET成像系统的显示器或者显示界面在扫描初期会显示用户设定的初始门控数目(第一门控的数目)，当执行上述步骤S401-S404之后，针对当前扫描器官或组织的运动幅度，显示界面可显示优化后的门控数目(第二门控的数目)，供用户选择或参考。在一个实施例中，用户接收该优化的门控数目即可获得信噪比较高的PET图像。在另一实施例中，用户同时参考设定的初始门控数目和优化后的门控数目/建议门控数目，可根据临床经验选择接收系统优化建议或者另外选择根据临床经验重新确定的门控数目，得到符合用户习惯的PET图像。
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，在获取PET数据以及PET数据对应的运动信号后，确定第一门控并对PET数据进行门控重建，生成各重建图像，然后根据各重建图像，通过预设计算策略计算出参考值，最后，基于参考值与处理策略的对应关系，调取相应处理策略对第一门控进行调整得到第二门控。与现有技术相比，本发明实施例可以较为精确地计算呼吸运动幅度，并基于此对门控进行调整，从而提升了门控重建精度。
在一个示例性的实现过程中，在步骤S401之前，数据处理方法还可以包括如下步骤：
获取受检者目标区域的PET数据，且在PET数据采集期间获取目标区域的运动信号。
示例性地，运动信号可以为呼吸信号，且呼吸信号通过如下两种方式中的任一种进行获取：
1)在目标区域设置监控器或者外接硬件设备，通过监控器或者外接硬件设备获取呼吸信号。可选地，监控器或者外接硬件设备包括可监控呼吸运动或者心跳运动的传感器，传感器可设置成接触式或者非接触式。在一些实施例中，传感器可通过检测呼吸运动带来的机械、电、热的变化来采集呼吸信号。例如，监控器可以为电阻抗ECG监控器，通过测量胸腹部周围电位的变化获取呼吸信号；监控器可以为温度敏感监控系统，通过测量呼吸过程中空气对流与温度的变化获取呼吸信号；监控器可以为肺活量计，通过测量肺容积变化获取呼吸信号；监控器可以为实时位置监控系统，通过跟踪测量固定在患者胸部的红外反射标志点的运动获取呼吸信号。
2)确定PET数据与呼吸运动的相关关系，根据相关关系确定所述呼吸信号。在一些实施例中，可基于字典库或者基于population统计学方法确定呼吸信号：将大量受检者数据按照特定类别分类至字典库，分类的参照可按照性别、年龄、体重、身高的信息，数据库中的PET数据对应身体每一部分的运动幅度，将受检者的PET数据与数据库中PET数据进行匹配或者查询可获取呼吸运动。
在又一些实施例中，可对采集的PET数据进行后验门控方法或者区域正弦图波动门控方法。可选地，后验门控方法可参见文献Visvikis D,Barret O,Fryer T,et al.Aposteriori respiratory motion gating of dynamic PETimages[C]//Nuclear ScienceSymposium Conference Record,2003IEEE.IEEE,2003,5:3276-3280.可选地，区域正弦图搏动门控方法可参见文献Kesner A L,Bundschuh R A,Detorie N C,et al.Respiratorygated PET derived in a fullyautomated manner from raw PET data[J].IEEETransactions on Nuclear Science,2009,56(3):677-686。
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。
在基于PET数据获取目标区域的运动信号后，可以根据运动信号将PET数据划分为若干帧，然后，重建若干帧PET数据，获取若干个PET图像，并对若干个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，最后根据运动场确定目标区域的呼吸运动的幅度。这样，可以较为精确和快速地计算出呼吸运动幅度，进而可进一步调整重建的门控数量，从而提升了门控重建精度。
请参考图5，其为本发明实施例所提供的PET数据处理方法的第二流程示意图，如图5所示，该方法包括以下步骤：
步骤S501，获取PET数据以及PET数据对应的运动信号。
步骤S502，基于运动信号确定第一门控，并根据第一门控对PET数据进行门控重建，生成各重建图像。
步骤S503，根据各重建图像，通过预设计算策略计算出参考值。
步骤S504，基于参考值与处理策略的对应关系，调取相应处理策略对第一门控进行调整，得到第二门控。
步骤S505，基于第二门控将PET数据划分为若干帧。
步骤S506，重建分为若干帧的PET数据，获取第一PET图像。
本发明实施例中，步骤S505中帧的划分方式可以包括以下两种：
1)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数据划分为同一帧。
2)按运动信号的幅度划分
获取运动信号的幅度，按照幅度将运动信号划分为若干段，将对应同一段的PET数据划分为同一帧。
本发明实施例中以按照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帧，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，即吸气末期所对应幅度和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，从而可将所述运动信号划分为N段，将对应同一段的PET数据划分为同一帧，共有N帧。需要说明的是，上述过程同时适用于步骤S502中基于运动信号确定第一门控。不同之处在于，第一门控的数目可根据经验值确定，通过运动信号可获取施加门控的时段或位置。
在一个实施例中，第一PET图像的数量为至少两个。
示例性的，假设共有N帧PET数据，经步骤S506重建生成N个第一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所述参考图像，得出一个二维的运动场。本发明中，由于使用冠状面最大值投影图，其对于非轴方向的分辨率要求较低，PET图像重建部分可以在X、Y方向上设置较大的像素。
呼吸运动幅度，可为冠状面最大值投影图像中所得运动场在轴向方向的的最大值，通过如下公式(2)表示：
A＝∑i∈VOI Vz (2)
其中，A为运动幅度，Vz为Z方向运动场最大值。需要说明的是，此时，运动场的计算需要设置较高的平滑度限制，以免运动场出现较大的局部噪音。进一步地，感兴趣区域VOI可设置为将人体轮廓内靠近体表的表皮部分剔除后的部分，从而减少几乎静止的体表对运动幅度估计的影响。
在一个实施例中，在图像匹配之前，可对第一门控获得的PET图像进行滤波处理，以避免由于灵敏度降低导致的高噪声部分。在一个实施例中，可基于均匀衰减图(将肺部衰减系数用水的衰减系数填充或其他软组织的衰减系数填充)，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。进一步地，还可在图像配准之前进行随机校正或者散射校正等处理，提高图像配准的精度。
进一步地，步骤S506之后，PET数据处理方法还可以包括：对第一PET图像进行运动补偿，获取第二PET图像。对第一PET图像进行运动补偿时，可以采用图像配准补偿方法、基于模型的补偿方法、基于反卷积的图像恢复方法中的至少一种对第一PET图像进行呼吸运动补偿，获取第二PET图像。
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，服务器和单元的示例性工作过程，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数据处理方法，其特征在于，所述方法包括：
获取PET数据以及所述PET数据对应的运动信号；
基于所述运动信号确定第一门控，并根据所述第一门控对所述PET数据进行门控重建，生成各重建图像；
根据各所述重建图像，通过预设计算策略计算出参考值；
基于参考值与处理策略的对应关系，调取相应处理策略对所述第一门控进行调整，得到第二门控。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述第一门控对所述PET数据进行门控重建，生成各重建图像，包括：
根据所述第一门控将所述PET数据划分为多组门控数据，其中，每组所述门控数据分别具有对应的运动相位；
通过重建算法对所述多组门控数据中的各组门控数据分别进行门控重建，对应生成各重建图像。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于所述运动信号确定第一门控包括：
获取所述运动信号的相位，根据所述运动信号的相位确定第一门控；
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第一门控。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据各所述重建图像，通过预设计算策略计算出参考值，包括：
根据各所述重建图像，对至少两个运动相位所对应重建图像的冠状面最大值投影图像进行图像匹配，得出运动场估计；根据运动场估计，通过预设公式计算出运动幅度值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，基于参考值与处理策略的对应关系，调取相应处理策略对所述第一门控进行调整，得到第二门控，包括：
若所述运动信号对应的运动幅度值处于第一数值范围，在所述第一门控的数目基础上增加门控数目，得到第二门控的数目；
若所述运动信号对应的运动幅度值处于第二数值范围，在所述第一门控的数目基础上减少门控数目，得到第二门控的数目；
若所述运动信号对应的运动幅度值处于第三数值范围，令第二门控的数目等于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。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取PET数据以及所述PET数据对应的运动信号，包括：
从所述PET数据中提取所述PET数据对应的运动信号；或者，
从呼吸监控设备中获取所述PET数据对应的运动信号。
7.根据权利要求1至6任一项所述的方法，其特征在于，还包括：
基于所述第二门控将所述PET数据划分为若干帧；
重建分为若干帧的所述PET数据，得到第一PET图像。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：
对所述第一PET图像进行运动补偿，得到第二PET图像。
9.一种PET数据处理系统，其特征在于，所述系统包括：
获取单元，用于获取PET数据以及所述PET数据对应的运动信号；
第一重建单元，用于基于所述运动信号确定第一门控，并根据所述第一门控对所述PET数据进行门控重建，生成各重建图像；
计算单元，用于根据各所述重建图像，通过预设计算策略计算出参考值；
调整单元，用于基于参考值与处理策略的对应关系，调取相应处理策略对所述第一门控进行调整，得到第二门控。
10.一种PET成像设备，其特征在于，所述设备包括：
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：
获取PET数据以及所述PET数据对应的运动信号；
基于所述运动信号确定第一门控，并根据所述第一门控对所述PET数据进行门控重建，生成各重建图像；
根据各所述重建图像，通过预设计算策略计算出参考值；
基于参考值与处理策略的对应关系，调取相应处理策略对所述第一门控进行调整，得到第二门控。
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