CN108703769B - Tof数据的校正方法、装置、系统和计算机可读存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种TOF数据的校正方法、装置、系统和计算机可读存储介质。该方法包括：采集当前时刻受检者目标区域的飞行时间正电子发射断层成像TOF‑PET数据以及所述目标区域的PET数据；根据所述PET数据获取所述目标区域的nonTOF图像，并将所述nonTOF图像作为TOF‑PET成像关系中的输入因子，确定TOF‑PET估计数据；根据所述TOF‑PET估计数据和所述TOF‑PET数据，确定TOF偏移量；根据所述TOF偏移量对所述TOF‑PET数据进行校正，获取校正后的TOF‑PET数据。该方法能够提高重建后的TOF‑PET图像的精准性。

Description

TOF数据的校正方法、装置、系统和计算机可读存储介质
技术领域
本发明涉及医学成像领域，特别是涉及一种TOF数据校正的方法、装置、系统和计算机可读存储介质。
背景技术
飞行时间正电子发射断层成像(TOF-PET)扫描仪是核医学成像中的一种先进的功能成像工具，其应用前景已经受到核医学成像研究者和设备制造厂商的高度重视，其成像原理是：通过对生物体进行扫描前，给生物体注射含有放射性核素的示踪剂，示踪剂在生物体内会发生衰变并产生正电子，衰变后产生的正电子与生物体内的电子相遇时会发生正负电子对湮灭反应，从而生成一对方向相反、能量相同的γ光子，环绕在被测生物体周围的探测器对这对光子进行探测，并将信息以符合计数的方式进行存储，经一系列的电子学响应，将所述电子学响应信号输入至计算机，以通过相应的图像重建算法生成能够反映示踪剂在生物体内分布的图像。TOF-PET具有时间测量功能，其可以在符合时间窗内确定放射性核素分布的位置和强度，利用正电子湮灭产生的两个51lkeV的γ光子到达探测器的时间差，根据光速定位湮灭事件在响应线(Line of Response，LOR)上的位置，其可以提高PET扫描仪的成像质量，减少用药量，缩短扫描时间。
传统技术中，利用TOF-PET系统重建的图像可能会受到温度、湿度、TOF-PET系统设计等因素的影响，导致TOF-PET图像产生伪影和定量误差，因此，需要对TOF-PET系统的TOF数据进行校正。传统技术中，一般在每日清晨临床扫描开始前，使用固体桶源或者其他固体的模体进行校正，获取当前系统状态下各响应线晶体对的时间偏移量(可以称为TOF偏移量)，作为当日系统的TOF校正信息。
但是，上述进行TOF数据的校正，其需要专业技术人员利用固体桶源或者其他固体的模体进行有源操作，操作比较复杂；并且，原本经过校正的TOF偏移量，可能会由于探测器中某个晶体的状态改变造成实际的TOF偏移量发生改变，如果仍然使用清晨校正时获取的校正信息，极易导致重建的TOF-PET图像产生伪影，并伴随定量误差，使得重建的TOF-PET图像的精准性较低。
发明内容
基于此，有必要针对传统技术操作比较复杂、极易导致TOF-PET重建的图像产生伪影，并伴随定量误差，使得重建的TOF-PET图像的精准性较低的问题，提供一种TOF数据校正的方法、装置、系统及计算机可读存储介质。
第一方面，本发明提供一种TOF数据校正方法，包括：
采集当前时刻受检者目标区域的飞行时间正电子发射断层成像TOF-PET数据以及所述目标区域的PET数据；
根据所述PET数据获取所述目标区域的nonTOF图像，并将所述nonTOF图像作为TOF-PET成像关系中的输入因子，确定TOF-PET估计数据；
根据所述TOF-PET估计数据和所述TOF-PET数据，确定TOF偏移量；
根据所述TOF偏移量对所述TOF-PET数据进行校正，获取校正后的TOF-PET数据。
本实施例提供的TOF数据校正方法，计算机设备可以采集当前时刻受检者目标区域的TOF-PET数据以及目标区域的PET数据，并根据PET数据获取目标区域的nonTOF图像，然后将nonTOF图像作为TOF-PET成像关系中的输入因子确定TOF-PET估计数据，并且根据TOF-PET估计数据和TOF-PET数据确定TOF偏移量，最后根据TOF偏移量对TOF-PET数据进行校正，获取校正后的TOF-PET数据。也就是说，本实施例直接根据当前时刻的实时的TOF-PET数据和PET数据，确定TOF偏移量，并利用TOF偏移量进行TOF数据的校正，无需其它的有源操作即可确定TOF偏移量，操作方式比较简单；另外，TOF偏移量会受到温度、湿度和PET系统设计等因素的影响，也就是说，TOF偏移量在不同的时刻可能会对应不同的TOF偏移量，而nonTOF图像不牵涉可能随时间变化的TOF偏移量，这样本实施例以nonTOF图像作为参照标准确定TOF偏移量，可以避免TOF偏移量随时间变化而失准的情况，并且利用确定的TOF偏移量获取的校正后的TOF-PET数据重建后的TOF-PET图像与nonTOF图像的像素值不一致特性得到改善，从而可以减少利用校正后的TOF-PET数据得到的重建后的TOF-PET图像的伪影和定量误差，提高重建后的TOF-PET图像的精准性。
在其中一个实施例中，所述将所述nonTOF图像作为TOF-PET成像关系中的输入因子，确定TOF-PET估计数据，包括：
对所述nonTOF图像进行投影，获得所述nonTOF图像在TOF数据域的计数估计因子；
获取所述nonTOF图像在TOF数据域的随机校正因子和散射校正因子；
根据所述nonTOF图像在TOF数据域的计数估计因子、所述随机校正因子和散射校正因子，得到所述TOF-PET估计数据。
本实施例提供的TOF数据校正方法，计算机设备可以对nonTOF图像进行投影，获得nonTOF图像在TOF数据域的计数估计因子，并获取nonTOF图像在TOF数据域的随机校正因子和散射校正因子，进而根据nonTOF图像在TOF数据域的计数估计因子、随机校正因子和散射校正因子，得到TOF-PET估计数据。也就是说，本实施例中，计算机设备可以将不牵涉随时间变化的TOF偏移量的nonTOF图像作为参照标准，根据nonTOF图像获得nonTOF图像在TOF数据域的计数估计因子，并结合nonTOF图像在TOF数据域的随机校正因子和散射校正因子确定TOF-PET估计数据，即，计算机设备可以根据准确的nonTOF图像确定TOF-PET估计数据，这样可以提高得到的TOF-PET估计数据的准确性。
在其中一个实施例中，所述根据所述nonTOF图像在TOF数据域的计数估计因子、所述随机校正因子和散射校正因子，得到所述TOF-PET估计数据，包括：
根据所述nonTOF图像在TOF数据域的计数估计因子、所述随机校正因子和散射校正因子的和，确定所述TOF-PET估计数据。
在其中一个实施例中，所述根据所述TOF-PET估计数据和所述TOF-PET数据，确定TOF偏移量，包括：
对所述TOF-PET数据在时间维度上进行时间偏移，得到平移后的TOF-PET数据；
根据所述平移后TOF-PET数据与所述TOF-PET估计数据的差值，确定所述TOF偏移量。
本实施例提供的TOF数据的校正方法，计算机设备可以根据对TOF-PET数据在时间维度上进行时间偏移，得到平移后的TOF-PET数据，进而根据平移后TOF-PET数据与TOF-PET估计数据的差值确定TOF偏移量。由于TOF-PET估计数据是根据不牵涉可能随时间变化的nonTOF图像获得的，因此，将nonTOF图像作为参照标准，获取的TOF-PET估计数据会较为准确，进而根据平移后的TOF-PET数据减去TOF-PET估计数据的差值确定的TOF偏移量也会较为准确。
在其中一个实施例中，所述根据所述平移后TOF-PET数据与所述TOF-PET估计数据的差值，确定所述TOF偏移量，包括：
确定使所述平移后TOF-PET数据与所述TOF-PET估计数据的差值的平方值最小的时间偏移量为所述TOF偏移量。
在其中一个实施例中，所述根据所述TOF偏移量对所述TOF-PET数据进行校正，获取校正后的TOF-PET数据，包括：
将所述TOF-PET数据在时间维度上偏移所述TOF偏移量，得到所述校正后的TOF-PET数据。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
采用所述校正后的TOF-PET数据进行图像重建，得到TOF-PET图像。
本实施例提供的TOF数据的校正方法，计算机设备可以将TOF-PET数据在时间维度上偏移TOF偏移量，得到校正后的TOF-PET数据，并采用校正后的TOF-PET数据进行图像重建，得到TOF-PET图像。由于nonTOF图像不牵涉可能随时间变化的TOF偏移量，这样通过根据nonTOF图像确定的TOF偏移量获取的校正后的TOF-PET数据重建后的TOF-PET图像与nonTOF图像的像素值不一致特性得到改善，从而可以减少利用校正后的TOF-PET数据得到的重建后的TOF-PET图像的伪影和定量误差，提高重建后的TOF-PET图像的精准性。
第二方面，本发明实施例提供一种TOF数据校正装置，包括：
采集模块，用于采集当前时刻受检者目标区域的飞行时间正电子发射断层成像扫描仪TOF-PET数据以及所述目标区域的PET数据；
第一确定模块，用于根据所述PET数据获取所述目标区域的nonTOF图像，并将所述nonTOF图像作为TOF-PET成像关系中的输入因子，确定TOF-PET估计数据；
第二确定模块，用于根据所述TOF-PET估计数据和所述TOF-PET数据，确定TOF偏移量；
校正模块，用于根据所述TOF偏移量对所述TOF-PET数据进行校正，获取校正后的TOF-PET数据。
第三方面，本发明实施例提供一种TOF数据校正系统，包括PET扫描仪和计算机设备，其中计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时可用于执行一种图像重建方法，所述方法包括：
采集当前时刻受检者目标区域的飞行时间正电子发射断层成像TOF-PET数据以及所述目标区域的PET数据；
根据所述PET数据获取所述目标区域的nonTOF图像，并将所述nonTOF图像作为TOF-PET成像关系中的输入因子，确定TOF-PET估计数据；
根据所述TOF-PET估计数据和所述TOF-PET数据，确定TOF偏移量；
根据所述TOF偏移量对所述TOF-PET数据进行校正，获取校正后的TOF-PET数据。
第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
采集当前时刻受检者目标区域的飞行时间正电子发射断层成像TOF-PET数据以及所述目标区域的PET数据；
根据所述PET数据获取所述目标区域的nonTOF图像，并将所述nonTOF图像作为TOF-PET成像关系中的输入因子，确定TOF-PET估计数据；
根据所述TOF-PET估计数据和所述TOF-PET数据，确定TOF偏移量；
根据所述TOF偏移量对所述TOF-PET数据进行校正，获取校正后的TOF-PET数据。
本发明实施例提供的TOF数据校正装置、系统以及计算机可读存储介质，能够使得计算机设备可以采集当前时刻受检者目标区域的TOF-PET数据以及目标区域的PET数据，并根据PET数据获取目标区域的nonTOF图像，然后将nonTOF图像作为TOF-PET成像关系中的输入因子确定TOF-PET估计数据，并且根据TOF-PET估计数据和TOF-PET数据确定TOF偏移量，最后根据TOF偏移量对TOF-PET数据进行校正，获取校正后的TOF-PET数据。也就是说，本实施例直接根据当前时刻的实时的TOF-PET数据和PET数据，确定TOF偏移量，并利用TOF偏移量进行TOF数据的校正，无需其它的有源操作即可确定TOF偏移量，操作方式比较简单；另外，TOF偏移量会受到温度、湿度和PET系统设计等因素的影响，也就是说，TOF偏移量在不同的时刻可能会对应不同的TOF偏移量，而nonTOF图像不牵涉可能随时间变化的TOF偏移量，这样本实施例以nonTOF图像作为参照标准确定TOF偏移量，可以避免TOF偏移量随时间变化而失准的情况，并且利用确定的TOF偏移量获取的校正后的TOF-PET数据重建后的TOF-PET图像与nonTOF图像的像素值不一致特性得到改善，从而可以减少利用校正后的TOF-PET数据得到的重建后的TOF-PET图像的伪影和定量误差，提高重建后的TOF-PET图像的精准性。
附图说明
图1为一个实施例提供的一种PET系统的结构示意图；
图2为一个实施例提供的TOF数据校正方法的流程示意图；
图3为另一个实施例提供的TOF数据校正方法的流程示意图；
图4为另一个实施例提供的TOF数据校正方法的流程示意图；
图5为另一个实施例提供的TOF数据校正方法的流程示意图；
图6为一个实施例提供的校正前后均匀圆筒模型的TOF-PET图像示意图；
图7为一个实施例提供的TOF数据校正装置的结构示意图；
图8为另一个实施例提供的TOF数据校正装置的结构示意图；
图9为另一个实施例提供的TOF数据校正装置的结构示意图；
图10为另一个实施例提供的TOF数据校正装置的结构示意图；
图11为一个实施例提供的一种计算机设备的内部结构示意图。
附图标记说明：
10：PET扫描仪； 11：扫描床； 12：探测器；
13：机架； 14：计算机设备。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，通过下述实施例并结合附图，对本发明实施例中的技术方案的进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供的TOF数据校正的方法，适用于各种图像处理系统，例如PET系统、正电子发射计算机断层显像-计算机断层扫描多模态系统PET-CT系统、正电子发射计算机断层显像-磁共振多模态混合系统PET-MR系统等。以PET系统为例，图1为一实施例提供的PET系统的结构示意图，如图1所示，该PET系统可以包括PET扫描仪10和计算机设备14。PET扫描仪10可以包括扫描床11、探测器12和机架13。探测器12可以为环形探测器，还可以为矩形探测器。上述探测器12可以包括晶体、光电倍增管。PET扫描仪10和计算机设备14可以通过有线方式通信，也可以通过无线方式通信。其中，有线网络可以包括利用金属电缆、混合电缆、光纤、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)、近源场通信(Near Field Communication，NFC)等一种或多种组合的方式。
扫描床11用于支撑受检者(图1中未示出)，并可将受检者移动至扫描视野(FieldOf View，FOV)区域，探测器12中的晶体可将从受检者入射的γ光子转化为可视光，光电倍增管可以把晶体产生的可视光通过光电效应而转变成电信号，经逐级放大后，以电流的形式输出给电子线路系统(图1未示出)，电子线路系统将光电倍增管输出的微弱电信号(脉冲)进行必要的放大后，将采集到的信号转换成数字信号，送往计算机设备14进行数据处理，以使计算机设备14根据图像重建算法重建出示踪剂在生物体内的位置，从而得到示踪剂的代谢过程和分布图像。
在介绍具体的实施例之前，这里对本发明实施例中涉及的专业术语或者概念进行解释说明：
响应线：将探测器探测到的γ光子的两个晶体条之间的连线称为响应线(Line ofResponse，LOR)。
符合事件：当两个511keV的γ光子在预设的时间符合窗内(例如0ns-15ns)被探测到时，便认为发生了一对符合事件。
符合时间窗：是为两个γ光子到达探测器的时间差所设的时长。
散射符合：指湮没辐射产生的两个γ光子，如果一个到达之前与组织发生散射，但仍在符合时间窗内被探测到，则称为散射符合。
随机符合：是一种假符合，两个γ光子毫无时间和空间的相互关系，但在符合时间窗内被误探测到的符合事件。
时间箱：探测器探测到的飞行时间差被分装的不同的时间段(time bin)。例如，符合时间窗6ns内的24个飞行时间差可以被分装为24个具有250ps的时间箱(6ns/24＝250ps)。
传统技术中，需要每日清晨临床扫描开始前，使用固体桶源或者其他固体的模体进行校正，获取当前系统状态下各响应线的偏移量(可以称为TOF偏移量)，作为当日系统的TOF校正信息。可见，传统技术获取TOF偏移量的方式比较复杂；并且可能会由于探测器中某个晶体的状态改变造成实际的TOF偏移量发生改变，如果仍然使用清晨校正时获取的校正信息，极易导致TOF-PET重建的图像产生伪影，并伴随定量误差。
本发明实施例提供的TOF数据校正的方法、装置、系统及存储介质，其可以根据当前时刻PET数据获取TOF-PET估计数据，并根据TOF-PET估计数据和当前时刻采集的TOF-PET数据获取校正后的TOF-PET数据，该方法无需进行每日的质量控制，操作简单；并且利用校正后的TOF-PET数据进行TOF-PET重建，可以减少重建后的TOF-PET图像的伪影和定量误差，提高重建后的TOF-PET图像的精准性。
需要说明的是，本发明实施例提供的TOF数据校正的方法，其执行主体可以是TOF数据校正装置，该装置可以通过软件、硬件或者软硬件结合的方式实现成为计算机设备的部分或者全部。可选的，该计算机设备可以为PC、便携式设备、服务器等具有数据处理功能的电子设备，本实施例对计算机设备的具体形式并不做限定。
图2为一个实施例提供的TOF数据校正方法的流程示意图。本实施例涉及的是计算机设备根据采集的目标区域的TOF-PET数据以及PET数据，获取校正后的TOF-PET数据的具体过程。如图2所示，该方法包括：
S201，采集当前时刻受检者目标区域的飞行时间正电子发射断层成像TOF-PET数据以及所述目标区域的PET数据。
具体的，上述TOF-PET数据可以包括符合事件数据和TOF信息。本实施例中，符合事件数据指的是与响应线对应的符合事件数据，其可以为按响应线的角度和径向距离编码形成的矩阵图。可选的，符合事件数据也可称为PET投影数据。可选的，符合事件数据可包括真符合数据，而不包含散射符合事件数据和/或随机符合事件数据。可选的，上述符合事件数据可以用于重建受检者体内造影剂的空间分布以获取nonTOF图像。可选的，上述nonTOF图像为不包括TOF信息的图像。可选的，上述TOF-PET数据和PET数据的数据格式可以为正弦图格式(sinogram)，还可以为列表格式(list mode)。可选的，列表格式可以是将探测到的事件信息以流数据的形式依次记录，数据中可包括光子入射晶体条编号、光子能量和光子飞行时间信息。可选的，正弦图格式是将每条响应线上发生的符合事件数进行合并存储而形成的一种数据存储形式。可选的，上述TOF信息可以通过PET探测器检测得到，并且其可以用概率密度函数表示。
可选的，上述TOF-PET数据以及PET数据可以通过PET扫描仪探测到的数据经计算机设备进行处理后获得，具体获得过程可以为：操作者预先向受检者体内注入标记了核素(如F18、C11、O15、Ga68或Ru82等)的示踪剂，示踪剂在受检者体内通过扩散作用而进入各个组织或者血管，然后通过PET探测器在体外探测示踪剂的正电子与受检者体内的负电子发生湮灭效应而产生的辐射信号(该信号为能量相等、方向相反的一对γ光子)，探测器将辐射信号进行光电转换形成电信号，然后探测器将探测到的信号传输给电子线路系统，电子线路系统可以把探测器采集到的信号转化成数字信号，该数字信号可以为TOF-PET数据，也可以为PET数据。可选的，电子线路系统可以将TOF-PET数据和/或PET数据传输给计算机设备，计算机设备经过一定的算法可以根据预设的图像重建算法重建出示踪剂在生物体内的位置，从而得到示踪剂的代谢过程和分布图像。
S202，根据所述PET数据获取所述目标区域的nonTOF图像，并将所述nonTOF图像作为TOF-PET成像关系中的输入因子，确定TOF-PET估计数据。
具体的，计算机设备可以利用获取的PET数据，根据有序子集最大期望值重建算法(Ordered Subsets Expectation Maximization，OSEM)进行预设迭代次数的迭代过程，获得nonTOF图像，也可以利用滤波反投影法((Filtered Back-projection，FBP)进行图像重建，获得nonTOF图像，本实施例对获得nonTOF图像的重建算法不做限定。
可选的，计算机设备可以根据公式
Figure GDA0001748037810000121
或包含
Figure GDA0001748037810000122
的其它公式表示上述PET数据和nonTOF图像的关系模型，其中，yi表示上述PET数据第i个元素的值，Ai表示衰减图像第i个元素的值，
Figure GDA0001748037810000123
为nonTOF系统矩阵对应第j个图像元素、第i个PET数据元素的值，xj为nonTOF图像第j个元素的值，ri为随机校正因子第i个元素的值，si为散射校正因子第i个元素的值。可选的，上述衰减图像可以通过与PET扫描仪配准的CT图像经双线性模型转换获得。可选的，上述系统矩阵为PET系统对应的系统矩阵。可选的，上述随机校正因子可以利用延迟的时间窗来获取。可选的，散射校正因子可以通过模拟散射点对光子散射并被探测器记录的过程来实现。
可选的，计算机设备可以根据PET数据和nonTOF图像的关系模型，并利用OSEM重建算法进行图像重建，得到nonTOF图像。可选的，计算机设备可以根据公式
Figure GDA0001748037810000124
或包含
Figure GDA0001748037810000125
的其它公式进行图像重建，得到nonTOF图像。其中，
Figure GDA0001748037810000126
表示经过第n次迭代第m+1个子集更新的重建图像，
Figure GDA0001748037810000127
表示经过第n次迭代第m个子集更新的重建图像。可选的，上述公式
Figure GDA0001748037810000128
可以根据PET数据和nonTOF图像的关系模型
Figure GDA0001748037810000129
进行确定。
另外，计算机设备可以根据nonTOF图像进行TOF-PET成像，即计算机设备可以将nonTOF图像作为TOF-PET成像关系中的输入因子。可选的，计算机设备还可以根据nonTOF图像计算得到TOF-PET估计数据，也可以根据nonTOF图像和校正参数计算得到TOF-PET估计数据。可选的，校正参数可以包括随机校正因子和散射校正因子。
S203，根据所述TOF-PET估计数据和所述TOF-PET数据，确定TOF偏移量。
本实施例中，上述TOF偏移量可以为响应线的偏移量，还可以为时间维度上的偏移量，例如，TOF偏移量可以为1个时间箱的偏移。可选的，计算机设备可以根据获得的TOF-PET估计数据和TOF-PET数据的比较结果确定TOF偏移量，也可以根据获得的TOF-PET估计数据和TOF-PET数据的比较结果与预设阈值相比较，确定TOF偏移量。
S204，根据所述TOF偏移量对所述TOF-PET数据进行校正，获取校正后的TOF-PET数据。
具体的，上述TOF偏移量可以是时间上的偏移量。可选的，计算机设备可以利用获得的TOF偏移量对TOF-PET数据进行校正，即对TOF-PET数据平移获得的TOF偏移量的时间，获取校正后的TOF-PET数据。
本实施例提供的TOF数据校正方法，计算机设备可以采集当前时刻受检者目标区域的TOF-PET数据以及目标区域的PET数据，并根据PET数据获取目标区域的nonTOF图像，然后将nonTOF图像作为TOF-PET成像关系中的输入因子确定TOF-PET估计数据，并且根据TOF-PET估计数据和TOF-PET数据确定TOF偏移量，最后根据TOF偏移量对TOF-PET数据进行校正，获取校正后的TOF-PET数据。也就是说，本实施例直接根据当前时刻的实时的TOF-PET数据和PET数据，确定TOF偏移量，并利用TOF偏移量进行TOF数据的校正，无需其它的有源操作即可确定TOF偏移量，操作方式比较简单；另外，TOF偏移量会受到温度、湿度和PET系统设计等因素的影响，也就是说，TOF偏移量在不同的时刻可能会对应不同的TOF偏移量，而nonTOF图像不牵涉可能随时间变化的TOF偏移量，这样本实施例以nonTOF图像作为参照标准确定TOF偏移量，可以避免TOF偏移量随时间变化而失准的情况，并且利用确定的TOF偏移量获取的校正后的TOF-PET数据重建后的TOF-PET图像与nonTOF图像的像素值不一致特性得到改善，从而可以减少利用校正后的TOF-PET数据得到的重建后的TOF-PET图像的伪影和定量误差，提高重建后的TOF-PET图像的精准性。
图3为另一个实施例提供的TOF数据校正方法的流程示意图。本实施例涉及的是计算机设备根据nonTOF图像确定TOF-PET估计数据的具体过程。在上述实施例的基础上，可选的，上述S201可以包括：
S301，对所述nonTOF图像进行投影，获得所述nonTOF图像在TOF数据域的计数估计因子。
本实施例中，计算机设备可以根据公式
Figure GDA0001748037810000141
及包含
Figure GDA0001748037810000142
的其它公式将nonTOF图像投影到TOF数据域，以获得上述nonTOF图像在TOF数据域的计数估计因子，即
Figure GDA0001748037810000143
的结果。其中，
Figure GDA0001748037810000144
为根据公式
Figure GDA0001748037810000145
或者包含
Figure GDA0001748037810000146
的其它公式经过n次迭代得到的nonTOF图像第j个元素的值，
Figure GDA0001748037810000147
为TOF-PET系统的系统矩阵第t个时间箱对应的第j个TOF-PET图像元素、第i个TOF-PET数据元素。可选的，上述
Figure GDA0001748037810000148
满足公式
Figure GDA0001748037810000149
S302，获取所述nonTOF图像在TOF数据域的随机校正因子和散射校正因子。
本实施例中，上述随机校正因子可以利用延迟的时间窗来获取。可选的，散射校正因子可以通过模拟散射点对光子散射并被探测器记录的过程来实现。
S303，根据所述nonTOF图像在TOF数据域的计数估计因子、所述随机校正因子和散射校正因子，得到所述TOF-PET估计数据。
具体的，计算机设备可以利用nonTOF图像在TOF数据域的随机校正因子和散射校正因子对nonTOF图像在TOF数据域的计数估计因子进行校正。可选的，计算机设备可以根据nonTOF图像在TOF数据域的计数估计因子、随机校正因子和散射校正因子的和，确定TOF-PET估计数据。可选的，计算机设备可以根据公式
Figure GDA0001748037810000151
确定TOF-PET估计数据。其中，t为飞行时间TOF的箱数编号。为TOF-PET估计数据的第t个时间箱上的第i个元素的值，
Figure GDA0001748037810000152
为随机校正因子第t个时间箱第i个元素的值，所述
Figure GDA0001748037810000153
为散射校正因子t个时间箱第i个元素的值。
本实施例提供的TOF数据校正方法，计算机设备可以对nonTOF图像进行投影，获得nonTOF图像在TOF数据域的计数估计因子，并获取nonTOF图像在TOF数据域的随机校正因子和散射校正因子，进而根据nonTOF图像在TOF数据域的计数估计因子、随机校正因子和散射校正因子，得到TOF-PET估计数据。也就是说，本实施例中，计算机设备可以将不牵涉随时间变化的TOF偏移量的nonTOF图像作为参照标准，根据nonTOF图像获得nonTOF图像在TOF数据域的计数估计因子，并结合nonTOF图像在TOF数据域的随机校正因子和散射校正因子确定TOF-PET估计数据，即，计算机设备可以根据准确的nonTOF图像确定TOF-PET估计数据，这样可以提高得到的TOF-PET估计数据的准确性。
图4为另一个实施例提供的TOF数据校正方法的流程示意图。本实施例涉及的是根据TOF-PET估计数据和TOF-PET数据确定TOF偏移量的具体过程。在上述实施例的基础上，可选的，上述S203可以包括：
S401，对所述TOF-PET估计数据在时间维度上进行时间偏移，得到平移后的TOF-PET估计数据。
具体的，计算机设备可以根据TOF-PET数据
Figure GDA0001748037810000161
在时间维度上偏移TOF偏移量Δt的时间维度，得到平移后的TOF-PET数据
Figure GDA0001748037810000162
S402，根据所述平移后TOF-PET数据与所述TOF-PET估计数据的差值，确定所述TOF偏移量。
具体的，计算机设备可以将使平移后TOF-PET数据
Figure GDA0001748037810000163
减去TOF-PET估计数据
Figure GDA0001748037810000164
的差值的绝对值最小的时间偏移量作为TOF偏移量，还可以将使平移后的TOF-PET数据
Figure GDA0001748037810000165
减去TOF-PET估计数据
Figure GDA0001748037810000166
的差值的平方值最小的时间偏移量作为TOF偏移量，即计算机设备可以根据公式
Figure GDA0001748037810000167
或包含
Figure GDA0001748037810000168
的其它公式确定TOF偏移量。
可选的，计算机设备还可以根据实际的PET系统和获取的TOF-PET数据，将TOF-PET数据对应的元素分成多个簇。例如，可以，将采集的部分相邻的响应线上的TOF-PET数据对应的元素作为一个簇，进而将平移后的TOF-PET数据或TOF-PET估计数据对应的元素分成n0个簇，并根据公式
Figure GDA0001748037810000169
或包含
Figure GDA00017480378100001610
的其它公式确定TOF偏移量Δt。可选的，平移后的TOF-PET数据
Figure GDA00017480378100001611
或TOF-PET估计数据
Figure GDA00017480378100001612
可以为第i1个簇中所有平移后的TOF-PET数据或TOF-PET估计数据的平均值。实际的PET系统可能探测的符合事件数据比较少，这样可能只有极少数的时间箱上会探测到符合事件数据，因此，这种情况下，信噪比会较低，如果计算机设备计算每一个平移后的TOF-PET数据或TOF-PET估计数据对应的元素，会比较困难。因此，将平移后的TOF-PET数据或TOF-PET估计数据对应的元素分成多个簇，对每一个簇计算TOF偏移量，会提高计算出的TOF偏移量的准确性。
本实施例提供的TOF数据的校正方法，计算机设备可以根据对TOF-PET数据在时间维度上进行时间偏移，得到平移后的TOF-PET数据，进而根据平移后TOF-PET数据与TOF-PET估计数据的差值确定TOF偏移量。由于TOF-PET估计数据是根据不牵涉可能随时间变化的nonTOF图像获得的，因此，将nonTOF图像作为参照标准，获取的TOF-PET估计数据会较为准确，进而根据平移后的TOF-PET数据减去TOF-PET估计数据的差值确定的TOF偏移量也会较为准确。
在另一个实施例提供的TOF数据的校正方法中，本实施例涉及的是计算机设备根据TOF偏移量获取校正后的TOF-PET数据的过程。在上述实施例的基础上，可选的，上述S204可以包括：将所述TOF-PET数据在时间维度上偏移所述TOF偏移量，得到所述校正后的TOF-PET数据。
具体的，计算机设备可以根据将上述TOF-PET数据
Figure GDA0001748037810000171
在时间维度上信息TOF偏移量Δt，得到校正后的TOF-PET数据
Figure GDA0001748037810000172
即
Figure GDA0001748037810000173
在得到校正后的TOF-PET数据
Figure GDA0001748037810000174
后，可选的，计算机设备可以采用上述校正后的TOF-PET数据进行图像重建，得到TOF-PET图像。
具体的，计算机设备可以采用OSEM重建算法利用校正后的TOF-PET数据进行图像重建，得到TOF-PET图像。可选的，上述TOF-PET图像为包含TOF信息的图像。可选的，计算机设备可以根据公式
Figure GDA0001748037810000175
或包含
Figure GDA0001748037810000176
的其它公式得到TOF-PET图像，其中，
Figure GDA0001748037810000177
表示经过第n次迭代第m+1个子集更新的重建图像，
Figure GDA0001748037810000178
表示经过第n次迭代第m个子集更新的重建图像。可选的，计算机设备还可以根据FBP重建算法进行图像重建，得到TOF-PET图像，本实施例对获得TOF-PET图像的重建算法不做限定。
本实施例提供的TOF数据的校正方法，计算机设备可以将TOF-PET数据在时间维度上偏移TOF偏移量，得到校正后的TOF-PET数据，并采用校正后的TOF-PET数据进行图像重建，得到TOF-PET图像。由于nonTOF图像不牵涉可能随时间变化的TOF偏移量，这样通过根据nonTOF图像确定的TOF偏移量获取的校正后的TOF-PET数据重建后的TOF-PET图像与nonTOF图像的像素值不一致特性得到改善，从而可以减少利用校正后的TOF-PET数据得到的重建后的TOF-PET图像的伪影和定量误差，提高重建后的TOF-PET图像的精准性。
为了便于本领域技术人员的理解，以下对本发明提供的TOF数据校正方法进行详细介绍，如图5所示，该方法可以包括：
S501，计算机设备采集当前时刻受检者目标区域的飞行时间正电子发射断层成像TOF-PET数据以及所述目标区域的PET数据。
S502，计算机设备对所述nonTOF图像进行投影，获得所述nonTOF图像在TOF数据域的计数估计因子
Figure GDA0001748037810000181
S503，计算机设备获取所述nonTOF图像在TOF数据域的随机校正因子
Figure GDA0001748037810000182
和散射校正因子
Figure GDA0001748037810000183
S504，计算机设备根据公式
Figure GDA0001748037810000184
确定所述TOF-PET估计数据。
S505，计算机设备对所述TOF-PET数据在时间维度上进行时间偏移，得到平移后的TOF-PET数据
Figure GDA0001748037810000185
S506，计算机设备根据公式
Figure GDA0001748037810000186
for all i确定所述TOF偏移量。
S507，计算机设备根据公式
Figure GDA0001748037810000187
将所述TOF-PET数据
Figure GDA0001748037810000188
在时间维度上偏移所述TOF偏移量Δt，得到所述校正后的TOF-PET数据
Figure GDA0001748037810000189
S508，计算机设备根据公式
Figure GDA00017480378100001810
进行图像重建，得到TOF-PET图像。
如图6所示为校正前的均匀圆筒模型TOF-PET图像示意图和采用本实施例方法获取的校正后的均匀圆筒模型TOF-PET图像示意图。左侧圆筒模型为校正前TOF-PET数据经过图像重建获取的TOF图像，右侧圆筒模型为如图5所示方法获得的校正后的TOF-PET数据经过图像重建获取的TOF-PET图像示意图，由图可得，校正后TOF-PET图像较校正前的TOF-PET图像分布更加均一，提高了TOF-PET图像的定量精度。
需要说明的是，针对上述S501-S508中的描述可以参见上述实施例中相关的描述，且其效果类似，本实施例在此不再赘述。
应该理解的是，虽然图3-5的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图3-5中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
图7为一实施例提供的TOF数据校正装置的结构示意图。如图7所示，该TOF数据校正装置可以包括：采集模块21、第一确定模块22、第二确定模块23和校正模块24。
具体的，采集模块21，用于采集当前时刻受检者目标区域的飞行时间正电子发射断层成像TOF-PET数据以及所述目标区域的PET数据。
第一确定模块22，用于根据所述PET数据获取所述目标区域的nonTOF图像，并将所述nonTOF图像作为TOF-PET成像关系中的输入因子，确定TOF-PET估计数据；
第二确定模块23，用于根据所述TOF-PET估计数据和所述TOF-PET数据，确定TOF偏移量；
校正模块24，用于根据所述TOF偏移量对所述TOF-PET数据进行校正，获取校正后的TOF-PET数据。
可选的，上述校正模块24，具体用于将所述TOF-PET数据在时间维度上偏移所述TOF偏移量，得到所述校正后的TOF-PET数据。
本实施例提供的TOF数据校正装置，可以执行上述方法实施例，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。
图8为另一个实施例提供的TOF数据校正装置。在如图7所示实施例的基础上，如图8所示，上述第一确定模块22可以包括：第一获取单元221、第二获取单元222和第一确定单元223。
具体的，第一获取单元221，用于对所述nonTOF图像进行投影，获得所述nonTOF图像在TOF数据域的计数估计因子。
第二获取单元222，用于获取所述nonTOF图像在TOF数据域的随机校正因子和散射校正因子。
第一确定单元223，用于根据所述nonTOF图像在TOF数据域的计数估计因子、所述随机校正因子和散射校正因子，得到所述TOF-PET估计数据。
可选的，上述第一确定单元223，具体用于根据所述nonTOF图像在TOF数据域的计数估计因子、所述随机校正因子和散射校正因子的和，确定所述TOF-PET估计数据。
本实施例提供的TOF数据校正装置，可以执行上述方法实施例，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。
图9为另一个实施例提供的TOF数据校正装置。在如图8所示实施例的基础上，上述第二确定模块23可以包括：第三获取单元231和第二确定单元232。
具体的，第三获取单元231，用于对所述TOF-PET数据在时间维度上进行时间偏移，得到平移后的TOF-PET数据。
第二确定单元232，用于根据所述平移后TOF-PET数据与所述TOF-PET估计数据的差值，确定所述TOF偏移量。
可选的，上述第二确定单元232，具体用于确定使所述平移后TOF-PET数据与所述TOF-PET估计数据的差值的平方值最小的时间偏移量为所述TOF偏移量。
本实施例提供的TOF数据校正装置，可以执行上述方法实施例，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。
图10为另一个实施例提供的TOF数据校正装置。在如图9所示实施例的基础上，如图10所示，TOF数据校正装置还包括图像重建模块25。
图像重建模块25，用于采用所述校正后的TOF-PET数据进行图像重建，得到TOF-PET图像。
本实施例提供的TOF数据校正装置，可以执行上述方法实施例，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。
关于TOF数据校正装置的具体限定可以参见上文中对于图像重建方法的限定，在此不再赘述。上述TOF数据校正装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种TOF数据校正系统，如图1所示，该TOF数据校正系统包括PET扫描仪10和计算机设备14，该计算机设备14可以是终端，其内部结构图可以如图11所示。该计算机设备14包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备14的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备14的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备14的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时实现如下步骤：
采集当前时刻受检者目标区域的飞行时间正电子发射断层成像TOF-PET数据以及所述目标区域的PET数据；
根据所述PET数据获取所述目标区域的nonTOF图像，并将所述nonTOF图像作为TOF-PET成像关系中的输入因子，确定TOF-PET估计数据；
根据所述TOF-PET估计数据和所述TOF-PET数据，确定TOF偏移量；
根据所述TOF偏移量对所述TOF-PET数据进行校正，获取校正后的TOF-PET数据。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
对所述nonTOF图像进行投影，获得所述nonTOF图像在TOF数据域的分布；
获取所述nonTOF图像在TOF维度的随机校正因子和散射校正因子；
根据所述nonTOF图像在TOF数据域的分布、所述随机校正因子和散射校正因子，得到所述TOF-PET估计数据。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
根据所述nonTOF图像在TOF数据域的计数估计因子、所述随机校正因子和散射校正因子的和，确定所述TOF-PET估计数据。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
对所述TOF-PET数据在时间维度上进行时间偏移，得到平移后的TOF-PET数据；
根据所述平移后TOF-PET数据与所述TOF-PET估计数据的差值，确定所述TOF偏移量。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：确定使所述平移后TOF-PET数据与所述TOF-PET估计数据的差值的平方值最小的时间偏移量为所述TOF偏移量。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：将所述TOF-PET数据在时间维度上偏移所述TOF偏移量，得到所述校正后的TOF-PET数据。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：采用所述校正后的TOF-PET数据进行图像重建，得到TOF-PET图像。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
采集当前时刻受检者目标区域的飞行时间正电子发射断层成像TOF-PET数据以及所述目标区域的PET数据；
根据所述PET数据获取所述目标区域的nonTOF图像，并将所述nonTOF图像作为TOF-PET成像关系中的输入因子，确定TOF-PET估计数据；
根据所述TOF-PET估计数据和所述TOF-PET数据，确定TOF偏移量；
根据所述TOF偏移量对所述TOF-PET数据进行校正，获取校正后的TOF-PET数据。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
对所述nonTOF图像进行投影，获得所述nonTOF图像在TOF数据域的计数估计因子；
获取所述nonTOF图像在TOF数据域的随机校正因子和散射校正因子；
根据所述nonTOF图像在TOF数据域的计数估计因子、所述随机校正因子和散射校正因子，得到所述TOF-PET估计数据。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
根据所述nonTOF图像在TOF数据域的计数估计因子、所述随机校正因子和散射校正因子的和，确定所述TOF-PET估计数据。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
对所述TOF-PET数据在时间维度上进行时间偏移，得到平移后的TOF-PET数据；
根据所述平移后TOF-PET数据与所述TOF-PET估计数据的差值，确定所述TOF偏移量。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：确定使所述平移后TOF-PET数据与所述TOF-PET估计数据的差值的平方值最小的时间偏移量为所述TOF偏移量。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：将所述TOF-PET数据在时间维度上偏移所述TOF偏移量，得到所述校正后的TOF-PET数据。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：采用所述校正后的TOF-PET数据进行图像重建，得到TOF-PET图像。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种TOF数据校正的方法，其特征在于，包括：
采集当前时刻受检者目标区域的飞行时间正电子发射断层成像TOF-PET数据以及所述目标区域的PET数据；
根据所述PET数据获取所述目标区域的nonTOF图像，并将所述nonTOF图像作为TOF-PET成像关系中的输入因子，确定TOF-PET估计数据；
对所述TOF-PET数据在时间维度上进行时间偏移，得到平移后的TOF-PET数据；
根据所述平移后TOF-PET数据与所述TOF-PET估计数据的差值，确定TOF偏移量；
根据所述TOF偏移量对所述TOF-PET数据进行校正，获取校正后的TOF-PET数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述nonTOF图像作为TOF-PET成像关系中的输入因子，确定TOF-PET估计数据，包括：
对所述nonTOF图像进行投影，获得所述nonTOF图像在TOF数据域的计数估计因子；
获取所述nonTOF图像在TOF数据域的随机校正因子和散射校正因子；
根据所述nonTOF图像在TOF数据域的计数估计因子、所述随机校正因子和散射校正因子，得到所述TOF-PET估计数据。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述nonTOF图像在TOF数据域的计数估计因子、所述随机校正因子和散射校正因子，得到所述TOF-PET估计数据，包括：
根据所述nonTOF图像在TOF数据域的计数估计因子、所述随机校正因子和散射校正因子的和，确定所述TOF-PET估计数据。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述平移后TOF-PET数据与所述TOF-PET估计数据的差值，确定所述TOF偏移量，包括：
确定使所述平移后TOF-PET数据与所述TOF-PET估计数据的差值的平方值最小的时间偏移量为所述TOF偏移量。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述TOF偏移量对所述TOF-PET数据进行校正，获取校正后的TOF-PET数据，包括：
将所述TOF-PET数据在时间维度上偏移所述TOF偏移量，得到所述校正后的TOF-PET数据。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
采用所述校正后的TOF-PET数据进行图像重建，得到TOF-PET图像。
7.一种TOF数据校正的装置，其特征在于，所述装置包括：
采集模块，用于采集当前时刻受检者目标区域的飞行时间正电子发射断层成像扫描仪TOF-PET数据以及所述目标区域的PET数据；
第一确定模块，用于根据所述PET数据获取所述目标区域的nonTOF图像，并将所述nonTOF图像作为TOF-PET成像关系中的输入因子，确定TOF-PET估计数据；
第二确定模块，用于对所述TOF-PET数据在时间维度上进行时间偏移，得到平移后的TOF-PET数据；根据所述平移后TOF-PET数据与所述TOF-PET估计数据的差值，确定TOF偏移量；
校正模块，用于根据所述TOF偏移量对所述TOF-PET数据进行校正，获取校正后的TOF-PET数据。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一确定模块包括：
第一获取单元，用于对所述nonTOF图像进行投影，获得所述nonTOF图像在TOF数据域的计数估计因子；
第二获取单元，用于获取所述nonTOF图像在TOF数据域的随机校正因子和散射校正因子；
第一确定单元，用于根据所述nonTOF图像在TOF数据域的计数估计因子、所述随机校正因子和散射校正因子，得到所述TOF-PET估计数据。
9.一种TOF数据校正系统，包括PET扫描仪和计算机设备，其中计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6中任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法。
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