CN111627084A - 基于pet扫描的图像校正方法、装置和系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种基于PET扫描的图像校正方法、装置、系统、计算机设备和计算机可读存储介质，其中，该基于PET扫描的图像校正方法包括：获取基于PET扫描得到的实测符合计数弦图；基于蒙特卡罗模拟获取真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图及瞬发伽马射线事件模拟弦图；利用真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图以及瞬发伽马射线事件模拟弦图对实测符合计数弦图进行拟合，生成第一散射与瞬发伽马校正弦图；基于第一散射与瞬发伽马校正弦图对PET图像进行图像校正。通过本申请，降低了瞬发伽马射线估计的复杂度，不仅提高计算效率，而且提高扫描图像的准确度。
Description
技术领域
本申请涉及数据处理领域，特别是涉及基于PET扫描的图像校正方法、装置、系统、计算机设备和计算机可读存储介质。
背景技术
针对带有瞬发伽马(Prompt gamma)射线核素的PET扫描，即对“脏核素”的扫描，往往受到其发出的瞬发伽马射线符合事件的影响而导致图像出现定量偏差及伪影，影响正常的临床诊断。
目前已提出的一些瞬发伽马射线校正方法；如Tail-Fitting方法、蒙卡模拟瞬发伽马射线方法，虽然有一定效果，但往往运用起来效果不佳。简单的Tail-Fitting方法由于缺少合适的物理模拟描述，导致对瞬发伽马符合事件的估计不准确。而蒙卡模拟瞬发伽马射线方法虽然理论上可以准确的估计出瞬发伽马射线的符合事件分布，但在实际运用中，往往无法对瞬发伽马事件进行准确的估计，导致运行效果不佳。
蒙特卡罗模拟瞬发伽马射线校正算法效果不佳的存在两个原因。一个原因是，在商业的PET扫描设备上考虑运算速度的问题，往往需要对模拟模型进行简化，例如对复杂核素衰变模型的简化，对核素发射的正电子湮灭自由程的简化，以及忽略对高能伽马射线在被测目标内及PET探测器内多重散射引起的符合等，上述原因均会导致蒙特卡罗模拟的结果与实际相比会出现一定偏差。另一个原因是，蒙特卡罗模拟的依据，即输入量为扫描视野内被测目标的放射性核素分布及衰减信息分布。而对于商业的PET扫描设备，其轴向视野一般较短，在扫描过程中，就会存在大量来自视野外的有瞬发伽马射线引起的符合事件。与传统的对“干净”核素(指只发射由正电子湮灭产生的对向511keV伽马射线的核素)的扫描，如F-18的扫描情况不同，由正电子湮灭所发射的511keV伽马射线，由于其具有一对射线呈背向发射的物理规律。当核素初始位置在轴向视野之外时，只能通过散射事件，才会造成PET扫描系统内存在符合事件，使得视野外核素对视野内探测到的符合事件影响较小。而瞬发伽马射线不遵循背向发射原理，符合事件有一定概率可以直接被PET探测器接收，则造成了视野外核素对视野内所测得符合事件的影响大大增强。而由于缺失视野外核素分布信息，很难通过蒙特卡罗模拟直接描绘出这部分事件带来的影响；导致扫描图像的准确度低。
目前针对相关技术中商业PET扫描对瞬发伽马射线的校正算法复杂，运行效率低，且扫描图像的准确度低，尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本申请实施例提供了一种基于PET扫描的图像校正方法、装置、系统、计算机设备和计算机可读存储介质，以至少解决相关技术中商业PET扫描对瞬发伽马射线的校正算法复杂，运行效率低，且扫描图像的准确度低的问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种基于PET扫描的图像校正方法，包括：
获取基于PET扫描得到的实测符合计数弦图；
基于蒙特卡罗模拟获取真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图及瞬发伽马射线事件模拟弦图；
利用所述真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图以及瞬发伽马射线事件模拟弦图对实测符合计数弦图进行拟合，生成第一散射与瞬发伽马校正弦图；
基于所述第一散射与瞬发伽马校正弦图对PET图像进行图像校正。
在其中一些实施例中，还包括：
在基于所述第一散射与瞬发伽马校正弦图对PET图像进行图像校正后，生成第二散射与瞬发伽马校正弦图，将所述第二散射与瞬发伽马校正弦图进行迭代，在达到预设迭代次数时，生成散射与瞬发伽马校正弦图。
在其中一些实施例中，还包括：
获取PET系统的几何数据、衰减图以及测量弦图，并对所述几何数据、衰减图以及测量弦图进行图像重建，生成放射图；并将所述放射图及衰减图输入蒙特卡罗模型进行模拟。
在其中一些实施例中，所述利用所述真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图以及瞬发伽马射线事件模拟弦图对实测符合计数弦图进行拟合，生成第一散射与瞬发伽马校正弦图，包括：
利用第一拟合公式将所述真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图以及瞬发伽马射线事件模拟弦图对实测符合计数弦图进行多元一次拟合，生成第一散射与瞬发伽马校正弦图。
在其中一些实施例中，所述第一拟合公式表示为：PD＝a*T+b*S+c*PG；
式中，PD表示实测符合计数弦图；T表示真符合事件模拟弦图；S表示散射符合事件模拟弦图；PG表示瞬发伽马射线事件模拟弦图；a表示真符合事件系数；b表示散射符合事件系数；c表示瞬发伽马射线事件系数。
在其中一些实施例中，所述a、b、c均为常数；a≥0；b∈[a*(1-p),a*(1+p)],且10％≤p≤50％；c≥0。
在其中一些实施例中，所述利用所述真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图以及瞬发伽马射线事件模拟弦图对实测符合计数弦图进行拟合，生成第一散射与瞬发伽马校正弦图，包括：
利用第二拟合公式将所述真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图以及瞬发伽马射线事件模拟弦图对实测符合计数弦图进行多元一次拟合，生成第一散射与瞬发伽马校正弦图。
在其中一些实施例中，所述第二拟合公式表示为：PD＝e*(T+S)+c*PG+d*D；
式中，PD表示实测符合计数弦图；T表示真符合事件模拟弦图；S表示散射符合事件模拟弦图；PG表示瞬发伽马射线事件模拟弦图；D为延迟符合计数弦图；e表示真符合及散射符合事件系数；c表示瞬发伽马射线事件系数；d为延迟符合计数系数。
在其中一些实施例中，所述利用所述真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图以及瞬发伽马射线事件模拟弦图对实测符合计数弦图进行拟合，生成第一散射与瞬发伽马校正弦图，包括：
利用第一拟合公式和第二相将所述真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图以及瞬发伽马射线事件模拟弦图对实测符合计数弦图进行多元一次拟合，生成第一散射与瞬发伽马校正弦图，包括：
利用第一拟合公式将所述真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图以及瞬发伽马射线事件模拟弦图对实测符合计数弦图进行多元一次拟合，生成第一拟合图；
利用第二拟合公式将所述真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图以及瞬发伽马射线事件模拟弦图对实测符合计数弦图进行多元一次拟合，生成第二拟合图；
对所述第一拟合图和第二拟合图进行评估，根据评估结果生成第一散射与瞬发伽马校正弦图。
在其中一些实施例中，所述对所述第一拟合图和第二拟合图进行评估，根据评估结果生成第一散射与瞬发伽马校正弦图，包括：
根据归一化均方根误差将所述第一拟合图和第二拟合图与实测符合计数弦图进行评估，根据评估结果生成第一散射与瞬发伽马校正弦图。
第二方面，本申请实施例提供了一种基于PET扫描的图像校正装置，包括第一获取模块、第二获取模块、拟合模块以及校正模块；
所述第一获取模块，用于获取基于PET扫描得到的实测符合计数弦图；
所述第二获取模块，用于基于蒙特卡罗模拟获取真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图及瞬发伽马射线事件模拟弦图；
所述拟合模块，用于利用所述真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图以及瞬发伽马射线事件模拟弦图对实测符合计数弦图进行拟合，生成第一散射与瞬发伽马校正弦图；
所述校正模块，用于基于所述第一散射与瞬发伽马校正弦图对PET图像进行图像校正。
在其中一些实施例中，还包括迭代模块；
所述迭代模块，用于在基于所述第一散射与瞬发伽马校正弦图对PET图像进行图像校正后，生成第二散射与瞬发伽马校正弦图，将所述第二散射与瞬发伽马校正弦图进行迭代，在达到预设迭代次数时，生成散射与瞬发伽马校正弦图。
在其中一些实施例中，还包括模拟模块；
所述模拟模块，用于获取PET系统的几何数据、衰减图以及测量弦图，并对所述几何数据、衰减图以及测量弦图进行图像重建，生成放射图；并将所述放射图及衰减图输入蒙特卡罗模型进行模拟。
在其中一些实施例中，所述拟合模块包括第一拟合单元；
所述第一拟合单元，用于利用第一拟合公式将所述真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图以及瞬发伽马射线事件模拟弦图对实测符合计数弦图进行多元一次拟合，生成第一散射与瞬发伽马校正弦图。
在其中一些实施例中，所述拟合模块包括第二拟合单元；
所述第二拟合单元，用于利用第二拟合公式将所述真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图以及瞬发伽马射线事件模拟弦图对实测符合计数弦图进行多元一次拟合，生成第一散射与瞬发伽马校正弦图。
在其中一些实施例中，所述拟合模块包括第三拟合单元；
所述第三拟合单元，用于利用第一拟合公式将所述真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图以及瞬发伽马射线事件模拟弦图对实测符合计数弦图进行多元一次拟合，生成第一拟合图；
利用第二拟合公式将所述真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图以及瞬发伽马射线事件模拟弦图对实测符合计数弦图进行多元一次拟合，生成第二拟合图；
对所述第一拟合图和第二拟合图进行评估，根据评估结果生成第一散射与瞬发伽马校正弦图。
第三方面，本申请实施例提供了一种基于PET扫描的图像校正系统，包括：终端设备、传输设备以及服务器设备；其中，所述终端设备通过传输设备连接服务器设备；
所述终端设备用于获取基于PET扫描得到的实测符合计数弦图；基于蒙特卡罗模拟获取真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图及瞬发伽马射线事件模拟弦图；
所述传输设备用于传输所述实测符合计数弦图、真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图及瞬发伽马射线事件模拟弦图；
所述服务器设备用于执行如第一方面所述的基于PET扫描的图像校正方法。
第四方面，本申请实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述第一方面所述的基于PET扫描的图像校正方法。
第五方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述第一方面所述的基于PET扫描的图像校正方法。
相比于相关技术，本申请实施例提供的基于PET扫描的图像校正方法、装置、系统、计算机设备和计算机可读存储介质，通过获取基于PET扫描得到的实测符合计数弦图；基于蒙特卡罗模拟获取真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图及瞬发伽马射线事件模拟弦图；利用真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图以及瞬发伽马射线事件模拟弦图对实测符合计数弦图进行拟合，生成第一散射与瞬发伽马校正弦图；基于第一散射与瞬发伽马校正弦图对PET图像进行图像校正，解决了相关技术中商业PET扫描对瞬发伽马射线的校正算法复杂，运行效率低，且扫描图像的准确度低的问题，降低了瞬发伽马射线估计的复杂度，不仅提高计算效率，而且提高扫描图像的准确度。
本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本申请实施例的基于PET扫描的图像校正方法的流程图；
图2是视野外F-18对PET扫描设备发出的对向伽马射线的示意图；
图3是视野外I-124对PET扫描设备发出的对向伽马射线的示意图；
图4是本申请实施例的基于PET扫描的图像校正方法的优选流程图；
图5是本申请步骤S230实施例的流程图；
图6是对I-124核素的均匀水模的校正结果的示意弦图投影；
图7是对NEMA-IQ水模校正结果的示意弦图投影；
图8是对均匀水模的校正比较图；
图9是对NEMA-IQ水模的校正比较图；
图10是本申请实施例的基于PET扫描的图像校正装置的结构框图；
图11是本申请实施例的基于PET扫描的图像校正装置的优选结构框图；
图12是本申请实施例的基于PET扫描的图像校正装置的另一优选结构框图；
图13是本申请实施例的图像操作系统的结构示意图；
图14是本申请实施例的图像操作设备的结构示意图。
附图说明：210、第一获取模块；220、第二获取模块；230、拟合模块；240、校正模块；200、模拟模块；250、迭代模块。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。
在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”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。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。
下面对本申请实施例进行说明。
本实施例提供了一种基于PET扫描的图像校正方法，可以应用于PET扫描系统中。图1是根据本申请实施例的基于PET扫描的图像校正方法的流程图，如图1所示，该流程包括如下步骤：
步骤S210，获取基于PET扫描得到的实测符合计数弦图；
步骤S220，基于蒙特卡罗模拟获取真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图及瞬发伽马射线事件模拟弦图；
步骤S230，利用真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图以及瞬发伽马射线事件模拟弦图对实测符合计数弦图进行拟合，生成第一散射与瞬发伽马校正弦图；
步骤S240，基于第一散射与瞬发伽马校正弦图对PET图像进行图像校正。
通过上述步骤，可以大大降低瞬发伽马射线估计的复杂度，提高计算效率；从而提高扫描图像的准确度。
在现有技术中，Tail Fit方法，其思路是认为由于瞬发伽马射线在符合测量弦图上的分布与随机符合事件，即延迟符合计数弦图是相似的，在Radial方向上呈两端上翘，中间下凹的U型分布。可以通过预先准备好的U型分布，或Delay弦图，或者直接以一种平均的分布对弦图上物体外部事件进行拟合来描绘瞬发伽马事件。由于没有经过物理模型的模拟估计，基于Tail Fit方法的扫描图像很不准确。
虽然蒙卡模拟方法在理论上，根据物理规律、已知的放射性核素分布及被测目标内的衰减信息分布，可以准确的估计出瞬发伽马射线的符合事件分布，但在商业PET扫描设备的应用中，由于商业PET扫描设备两个方面的限制，一个方面是考虑运算速度问题，往往需要对模拟模型进行简化；另外一个是，蒙卡模拟的依据，即输入量为扫描视野内被测目标的放射性核素分布及衰减信息分布，而对于商业的PET扫描设备，其轴向视野一般较短，在扫描过程中，就会存在大量的来自视野外有瞬发伽马射线引起的符合事件。使得商业的PET扫描设备存在对瞬发伽马射线的校正算法复杂，运行效率低，且扫描图像的准确度低的问题。
为了更清晰的说明由视野外瞬发伽马射线带来的符合事件与正电子湮灭带来的符合事件不同，给出两种视野外符合事件被接收的示意图。如图2所示，视野外F-18发出的对向伽马射线需要经过至少一次散射才可被PET扫描设备探测接收；而如图3所示，I-124(一种典型的“脏核素”)发出的瞬发伽马符合事件，则可直接被PET系统探测接收。另外，F-18发出的伽马射线在进过散射后，射线能量会降低，考虑PET探测设备一般带有能量阈值(Low level discriminator：LLD)，会进一步降低其被探测接收的概率。但I-124放出的射线一来不需要经过散射，二来，其发出的一些高能射线即使经过多次散射能量依然会在LLD之上，仍可被探测接收。
而在本申请中，利用视野外瞬发伽马射线同样是各向同性发射的性质，可以近似的利用视野内瞬发伽马射线的分布进行描述。因此，分别获取蒙卡模拟结果中的真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图(来自正电子湮灭的511keV伽马射线)及瞬发伽马射线事件模拟弦图(包括直接被探测的事件与发生散射后被探测的事件)。不像现有技术是依据蒙卡模拟结果中提供的各种事件的比例分布，本申请是直接利用相对的拟合方法，仅根据各事件的分布趋势，来组合贴近实际测量的总事件分布。这样则可以进行散射校正、瞬发伽马射线校正的同时，校正来自视野外的散射符合事件及瞬发伽马射线符合事件。也就是说，由于在本申请中更注重的是瞬发伽马射线的分布，而不再关注瞬发伽马射线符合事件与其他符合事件之间的相对比例，从而减少算法的复杂性，优化计算效率，提高输出扫描图像的准确性。
需要说明的是，蒙卡模拟结果中的各个模拟弦图，即能表征各事件的分布。比如，真符合事件模拟弦图即为真符合事件的分布；散射符合事件模拟弦图为散射符合事件的分布；瞬发伽马射线事件模拟弦图为瞬发伽马射线事件的分布。
在其中一些实施例中，真符合事件模拟弦图(分布)可以用重建算法中的正投影算法生成，散射符合事件模拟弦图(分布)可以由单散射或双散射模拟生成，对瞬发伽马射线事件模拟弦图(分布)的估计则可以只模拟瞬发伽马射线部分而不模拟正电子湮灭部分的方式生成。对此并不进行限制。
为了进一步提高图像校正结果的准确性，可以将步骤S240的结果重新输入到蒙特卡罗模型中进行模拟，再利用步骤S210至步骤S240进行迭代计算。
具体的步骤为：在基于第一散射与瞬发伽马校正弦图对PET图像进行图像校正后，生成第二散射与瞬发伽马校正弦图，将第二散射与瞬发伽马校正弦图进行迭代，在达到预设迭代次数时，生成散射与瞬发伽马校正弦图。也就是说，步骤S210至步骤S240可以是迭代过程，一般迭代的预设次数为3至5次。另一个实施例中，也可以是随着迭代次数增加，输出的散射及瞬发伽马校正弦图达到收敛条件，生成散射与瞬发伽马校正弦图；收敛条件可以是当前输出的散射及瞬发伽马校正弦图比上一次输出的散射及瞬发伽马校正弦图变化范围小于5％，即认为收敛。
图4是根据本申请实施例的基于PET扫描的图像校正方法的优选流程图，如图4所示，该基于PET扫描的图像校正方法，还包括如下步骤：
步骤S200，获取PET系统的几何数据、衰减图以及测量弦图，并对几何数据、衰减图以及测量弦图进行图像重建，生成放射图；并将放射图及衰减图输入蒙特卡罗模型进行模拟。
需要说明的是，在上述流程中或者附图的流程图中示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，在流程图中示出了逻辑顺序。且步骤S200在步骤S210之前；这时生成的放射图实际上是无散射及瞬发伽马射线校正的弦图；其输入到蒙特卡罗模型进行模拟，可以输出真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图及瞬发伽马射线事件模拟弦图。放射图、第一散射与瞬发伽马校正弦图以及第二散射与瞬发伽马校正弦图的区别在于，放射图为无散射及瞬发伽马射线校正；第二散射与瞬发伽马校正弦图是第一散射与瞬发伽马校正弦图对放射图校正后生成的。且在迭代过程中，第二散射与瞬发伽马校正弦图可以继续输入到蒙特卡罗模型进行模拟，可以再次输出当前的真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图及瞬发伽马射线事件模拟弦图从而进行迭代。
下面通过优选实施例对本申请实施例进行描述和说明。
在其中一个实施例中，利用真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图以及瞬发伽马射线事件模拟弦图对实测符合计数弦图进行拟合，生成第一散射与瞬发伽马校正弦图，包括以下步骤；
利用第一拟合公式将真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图以及瞬发伽马射线事件模拟弦图对实测符合计数弦图进行多元一次拟合，生成第一散射与瞬发伽马校正弦图。
其中，第一拟合公式表示为：PD＝a*T+b*S+c*PG；
式中，PD表示实测符合计数弦图；T表示真符合事件模拟弦图；S表示散射符合事件模拟弦图；PG表示瞬发伽马射线事件模拟弦图；a表示真符合事件系数；b表示散射符合事件系数；c表示瞬发伽马射线事件系数。
具体的，在以多元一次拟合后，这时生成第一散射与瞬发伽马校正弦图为b*S+c*PG。需要说明的是，于本实施例中，多元一次拟合可以为最小二乘法拟合。最小二乘法完成拟合相当于把实测符合计数弦图拆分成了真符合事件弦图(a*T)、散射符合事件模拟弦图(b*S)以及瞬发伽马射线事件模拟弦图(c*PG)。后续重所需校正弦图为对散射符合事件模拟弦图及瞬发伽马射线事件模拟弦图的估计。因此(b*S+c*PG)即为这部分估计结果。从而降低瞬发伽马射线估计的复杂度，提高计算效率。
但为了提高拟合的可靠性，由于视野内可能接受到来自视野外的散射事件及瞬发伽马事件。而蒙卡算法估计结果仅基于视野内信息，因此模拟所得真符合事件与散射符合事件、瞬发伽马事件之间的比例会与实际不符。因此在拟合过程中，不能固定真符合事件与散射符合事件、瞬发伽马事件之间的比例。上述视野外符合事件，对真符合事件与散射符合事件的比例影响较小，对真符合事件与瞬发伽马射线事件直接的比例影响非常大。因此，可以在拟合过程中，对a、b、c这些系数设置限制条件。可以限制a≥0，b∈[a*(1-p),a*(1+p)],其中p为考虑可能的散射实际比例幅度范围，可以设置10％≤p≤50％；c≥0。
在其中一个实施例中，利用真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图以及瞬发伽马射线事件模拟弦图对实测符合计数弦图进行拟合，生成第一散射与瞬发伽马校正弦图，包括以下步骤；
利用第二拟合公式将真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图以及瞬发伽马射线事件模拟弦图对实测符合计数弦图进行多元一次拟合，生成第一散射与瞬发伽马校正弦图。
由于可能存在视野内无放射性核素或核素很少而视野外存在大量放射性核素的情况，在第二拟合公式中纳入随机校正弦图即延迟符合计数弦图D。
那么第二拟合公式表示为：PD＝e*(T+S)+c*PG+d*D；
式中，PD表示实测符合计数弦图；T表示真符合事件模拟弦图；S表示散射符合事件模拟弦图；PG表示瞬发伽马射线事件模拟弦图；D为延迟符合计数弦图；e表示真符合及散射符合事件系数；c表示瞬发伽马射线事件系数；d为延迟符合计数系数；可以限制a≥0；c≥0。
具体的，在以多元一次拟合后，这时生成第一散射与瞬发伽马校正弦图为a*S+c*PG。于本实施例中，多元一次拟合可以为最小二乘法拟合。最小二乘法拟合相当于把实测符合计数弦图拆分成了真符合事件弦图(a*T)、散射符合事件模拟弦图(a*S)、瞬发伽马射线事件模拟弦图(c*PG)以及延迟符合计数弦图(d*D)。后续重所需校正弦图为对散射符合事件模拟弦图及瞬发伽马射线事件模拟弦图的估计。因此，(b*S+c*PG)即为这部分估计结果。
且考虑多元一次拟合对数据的要求较高，若开发四个变量可能误差较大，因此利用蒙卡模拟的结果，固定了真符合事件与散射符合事件的相对比例。若考虑数据质量足够，也可进行放开拟合。需要说明，本发明的是利用不同弦图的相对分布去拟合贴近实测弦图，而不受模型模拟结果中各事件之间比例的限制，从而降低瞬发伽马射线估计的复杂度，提高计算效率。因此，拟合公式也可以是更多样性的，于其他实施例中，拟合公式还可以是PD＝a*(T+S)+b*PG+H等，对此并不进行限制。
为了进一步提高拟合的准确性，可以将上述第一拟合公式和第二拟合公式一起使用。具体的，在其中一个实施例中，如图5所示，步骤S230包括如下步骤；
步骤S221、利用第一拟合公式将真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图以及瞬发伽马射线事件模拟弦图对实测符合计数弦图进行多元一次拟合，生成第一拟合图；
步骤S222、利用第二拟合公式将真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图以及瞬发伽马射线事件模拟弦图对实测符合计数弦图进行多元一次拟合，生成第二拟合图；
步骤S223、对第一拟合图和第二拟合图进行评估，根据评估结果生成第一散射与瞬发伽马校正弦图。
需要说明的是，第一拟合公式表示为：PD＝a*T+b*S+c*PG；第二拟合公式表示为：PD＝a*(T+S)+c*PG+d*D，和上述实施例中是一样的，对此不一一展开说明。
对于对第一拟合图和第二拟合图进行评估，根据评估结果生成第一散射与瞬发伽马校正弦图，在其中一个实施例中，可以为：根据归一化均方根误差将第一拟合图和第二拟合图与实测符合计数弦图进行评估，根据评估结果生成第一散射与瞬发伽马校正弦图。评估指的是评估哪种拟合结果更贴近实测符合计数弦图，再调用贴近的拟合结果作为第一散射与瞬发伽马校正弦图输出。由于实测符合计数弦图中，不同区域受到的视野外符合事件的影响程度不同，因此上述拟合并非是对实测符合计数弦图的整体拟合，而是针对不同区域分别拟合，且分别提取最适合当前区域的校正弦图结果。
下图举例说明：对I-124核素的均匀水模的校正结果的示意投影弦图(如图6所示)；对NEMA-IQ水模校正结果的示意投影弦图(如图7所示)。图6和图7的横坐标radialindex为辐射指数；纵坐标counts为计数。图中PD为实测经过随机校正的弦图数据，SC+PGC为最终的散射及瞬发伽马校正弦图数据，SC为校正弦图中的散射符合事件部分，PGC为校正弦图中的瞬发伽马事件部分。
如图8所示，则分别给出了对均匀水模，不进行瞬发伽马射线校正，只包含散射校正的重建图像和采用本申请散射及瞬发伽马射线校正的重建图像，结果对比。其中，不进行瞬发伽马射线校正，只包含散射校正的重建图像为图9中的左图；采用本申请散射及瞬发伽马射线校正的重建图像为图9中的右图。
如图9所示，给出了对NEMA-IQ水模，不进行瞬发伽马射线校正，只包含散射校正的重建图像和采用本申请散射及瞬发伽马射线校正的重建图像，结果对比。其中，不进行瞬发伽马射线校正，只包含散射校正的重建图像为图10中的左图；采用本申请散射及瞬发伽马射线校正的重建图像为图10中的右图。
从图8和图9的对比中，可以得出无瞬发伽马射线校正的结果中，均匀水模均匀性不佳，中心凹陷，模体外可见有瞬发伽马射线带来的环状伪影。以本申请进行瞬发伽马射线校正后，模体外环状伪影消失，均匀水模均匀性有明显提升。
本实施例还提供了一种基于PET扫描的图像校正装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”、“单元”、“子单元”等可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
图10是根据本申请实施例的基于PET扫描的图像校正装置的结构框图，如图10所示，该装置包括：第一获取模块210、第二获取模块220、拟合模块230以及校正模块240；第一获取模块210，用于获取基于PET扫描得到的实测符合计数弦图；第二获取模块220用于基于蒙特卡罗模拟获取真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图及瞬发伽马射线事件模拟弦图；拟合模块230，用于利用真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图以及瞬发伽马射线事件模拟弦图对实测符合计数弦图进行拟合，生成第一散射与瞬发伽马校正弦图；校正模块240，用于基于第一散射与瞬发伽马校正弦图对PET图像进行图像校正。
本申请解决了相关技术中商业PET扫描对瞬发伽马射线的校正算法复杂，运行效率低，且扫描图像的准确度低的问题，降低了瞬发伽马射线估计的复杂度，不仅提高计算效率，而且提高扫描图像的准确度。
图11是根据本申请实施例的基于PET扫描的图像校正装置的优选结构框图，如图11所示，该装置包括图10所示的所有模块，此外还包括：迭代模块250；
迭代模块250，用于在基于第一散射与瞬发伽马校正弦图对PET图像进行图像校正后，生成第二散射与瞬发伽马校正弦图，将第二散射与瞬发伽马校正弦图进行迭代，在达到预设迭代次数时，生成散射与瞬发伽马校正弦图。
图12是根据本申请实施例的基于PET扫描的图像校正装置的另一优选结构框图，如图12所示，该装置包括图11所示的所有模块，此外还包括模拟模块200；模拟模块200，用于获取PET系统的几何数据、衰减图以及测量弦图，并对几何数据、衰减图以及测量弦图进行图像重建，生成放射图；并将放射图及衰减图输入蒙特卡罗模型进行模拟。
在其中一个实施例中，拟合模块230包括第一拟合单元；第一拟合单元，用于利用第一拟合公式将真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图以及瞬发伽马射线事件模拟弦图对实测符合计数弦图进行多元一次拟合，生成第一散射与瞬发伽马校正弦图。
在其中一个实施例中，拟合模块230包括第二拟合单元；第二拟合单元，用于利用第二拟合公式将真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图以及瞬发伽马射线事件模拟弦图对实测符合计数弦图进行多元一次拟合，生成第一散射与瞬发伽马校正弦图。
在其中一个实施例中，拟合模块230包括第三拟合单元；第三拟合单元，用于利用第一拟合公式将真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图以及瞬发伽马射线事件模拟弦图对实测符合计数弦图进行多元一次拟合，生成第一拟合图；利用第二拟合公式将真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图以及瞬发伽马射线事件模拟弦图对实测符合计数弦图进行多元一次拟合，生成第二拟合图；对第一拟合图和第二拟合图进行评估，根据评估结果生成第一散射与瞬发伽马校正弦图。
需要说明的是，上述各个模块可以是功能模块也可以是程序模块，即可以通过软件来实现，也可以通过硬件来实现。对于通过硬件来实现的模块而言，上述各个模块可以位于同一处理器中；或者上述各个模块还可以按照任意组合的形式分别位于不同的处理器中。
图13是根据本申请实施例的基于PET扫描的图像校正系统的结构框图，如图13所示，该系统包括终端设备、传输设备以及服务器设备。终端设备310用于获取实测符合计数弦图、真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图及瞬发伽马射线事件模拟弦图；传输设备用于传输实测符合计数弦图、真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图及瞬发伽马射线事件模拟弦图；服务器设备320用于执行基于PET扫描的图像校正方法。其中，终端设备310可以但不限于是各种三维扫描仪、个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑和便携式可穿戴设备，服务器设备320可以用独立的服务器或者是多个服务器组成的服务器集群来实现。
另外，结合上述实施例中基于PET扫描的图像校正方法可以由基于PET扫描的图像校正设备来实现。图14为根据本申请实施例的基于PET扫描的图像校正设备的硬件结构示意图。
基于PET扫描的图像校正设备可以包括处理器81以及存储有计算机程序指令的存储器82。
具体地，上述处理器81可以包括中央处理器(CPU)，或者特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称为ASIC)，或者可以被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路。
其中，存储器82可以包括用于数据或指令的大容量存储器。举例来说而非限制，存储器82可包括硬盘驱动器(Hard Disk Drive，简称为HDD)、软盘驱动器、固态驱动器(SolidState Drive，简称为SSD)、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线(Universal SerialBus，简称为USB)驱动器或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，存储器82可包括可移除或不可移除(或固定)的介质。在合适的情况下，存储器82可在数据处理装置的内部或外部。在特定实施例中，存储器82是非易失性(Non-Volatile)存储器。在特定实施例中，存储器82包括只读存储器(Read-Only Memory，简称为ROM)和随机存取存储器(RandomAccess Memory，简称为RAM)。在合适的情况下，该ROM可以是掩模编程的ROM、可编程ROM(Programmable Read-Only Memory，简称为PROM)、可擦除PROM(Erasable ProgrammableRead-Only Memory，简称为EPROM)、电可擦除PROM(Electrically Erasable ProgrammableRead-Only Memory，简称为EEPROM)、电可改写ROM(Electrically Alterable Read-OnlyMemory，简称为EAROM)或闪存(FLASH)或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，该RAM可以是静态随机存取存储器(Static Random-Access Memory，简称为SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，简称为DRAM)，其中，DRAM可以是快速页模式动态随机存取存储器(Fast Page Mode Dynamic Random Access Memory，简称为FPMDRAM)、扩展数据输出动态随机存取存储器(Extended Date Out Dynamic RandomAccess Memory，简称为EDODRAM)、同步动态随机存取内存(Synchronous Dynamic Random-Access Memory，简称SDRAM)等。
存储器82可以用来存储或者缓存需要处理和/或通信使用的各种数据文件，以及处理器81所执行的可能的计算机程序指令。
处理器81通过读取并执行存储器82中存储的计算机程序指令，以实现上述实施例中的任意一种基于PET扫描的图像校正方法。
在其中一些实施例中，基于PET扫描的图像校正设备还可包括通信接口83和总线80。其中，如图8所示，处理器81、存储器82、通信接口83通过总线80连接并完成相互间的通信。
通信接口83用于实现本申请实施例中各模块、装置、单元和/或设备之间的通信。通信端口83还可以实现与其他部件例如：外接设备、图像/数据采集设备、数据库、外部存储以及图像/数据处理工作站等之间进行数据通信。
总线80包括硬件、软件或两者，将。。。设备的部件彼此耦接在一起。总线80包括但不限于以下至少之一：数据总线(Data Bus)、地址总线(Address Bus)、控制总线(ControlBus)、扩展总线(Expansion Bus)、局部总线(Local Bus)。举例来说而非限制，总线80可包括图形加速接口(Accelerated Graphics Port，简称为AGP)或其他图形总线、增强工业标准架构(Extended Industry Standard Architecture，简称为EISA)总线、前端总线(FrontSide Bus，简称为FSB)、超传输(Hyper Transport，简称为HT)互连、工业标准架构(Industry Standard Architecture，简称为ISA)总线、无线带宽(InfiniBand)互连、低引脚数(Low Pin Count，简称为LPC)总线、存储器总线、微信道架构(Micro ChannelArchitecture，简称为MCA)总线、外围组件互连(Peripheral Component Interconnect，简称为PCI)总线、PCI-Express(PCI-X)总线、串行高级技术附件(Serial AdvancedTechnology Attachment，简称为SATA)总线、视频电子标准协会局部(Video ElectronicsStandards Association Local Bus，简称为VLB)总线或其他合适的总线或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，总线80可包括一个或多个总线。尽管本申请实施例描述和示出了特定的总线，但本申请考虑任何合适的总线或互连。
该基于PET扫描的图像校正设备可以基于获取到的实测符合计数弦图、真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图及瞬发伽马射线事件模拟弦图，执行本申请实施例中的基于PET扫描的图像校正方法，从而实现基于PET扫描的图像校正方法。
另外，结合上述实施例中的基于PET扫描的图像校正方法，本申请实施例可提供一种计算机可读存储介质来实现。该计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；该计算机程序指令被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种基于PET扫描的图像校正方法。
以上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。
以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，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，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种基于PET扫描的图像校正方法，其特征在于，包括：
获取基于PET扫描得到的实测符合计数弦图；
基于蒙特卡罗模拟获取真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图及瞬发伽马射线事件模拟弦图；
利用所述真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图以及瞬发伽马射线事件模拟弦图对实测符合计数弦图进行拟合，生成第一散射与瞬发伽马校正弦图；
基于所述第一散射与瞬发伽马校正弦图对PET图像进行图像校正。
2.根据权利要求1所述的基于PET扫描的图像校正方法，其特征在于，还包括：
在基于所述第一散射与瞬发伽马校正弦图对PET图像进行图像校正后，生成第二散射与瞬发伽马校正弦图，将所述第二散射与瞬发伽马校正弦图进行迭代，在达到预设迭代次数时，生成散射与瞬发伽马校正弦图。
3.根据权利要求1所述的基于PET扫描的图像校正方法，其特征在于，还包括：
获取PET系统的几何数据、衰减图以及测量弦图，并对所述几何数据、衰减图以及测量弦图进行图像重建，生成放射图；并将所述放射图及衰减图输入蒙特卡罗模型进行模拟。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的基于PET扫描的图像校正方法，其特征在于，所述利用所述真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图以及瞬发伽马射线事件模拟弦图对实测符合计数弦图进行拟合，生成第一散射与瞬发伽马校正弦图，包括：
利用第一拟合公式将所述真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图以及瞬发伽马射线事件模拟弦图对实测符合计数弦图进行多元一次拟合，生成第一散射与瞬发伽马校正弦图。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的基于PET扫描的图像校正方法，其特征在于，所述利用所述真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图以及瞬发伽马射线事件模拟弦图对实测符合计数弦图进行拟合，生成第一散射与瞬发伽马校正弦图，包括：
利用第二拟合公式将所述真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图以及瞬发伽马射线事件模拟弦图对实测符合计数弦图进行多元一次拟合，生成第一散射与瞬发伽马校正弦图。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的基于PET扫描的图像校正方法，其特征在于，所述利用所述真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图以及瞬发伽马射线事件模拟弦图对实测符合计数弦图进行拟合，生成第一散射与瞬发伽马校正弦图，包括：
利用第一拟合公式和第二拟合公式将所述真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图以及瞬发伽马射线事件模拟弦图对实测符合计数弦图进行多元一次拟合，生成第一散射与瞬发伽马校正弦图，包括：
利用第一拟合公式将所述真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图以及瞬发伽马射线事件模拟弦图对实测符合计数弦图进行多元一次拟合，生成第一拟合图；
利用第二拟合公式将所述真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图以及瞬发伽马射线事件模拟弦图对实测符合计数弦图进行多元一次拟合，生成第二拟合图；
对所述第一拟合图和第二拟合图进行评估，根据评估结果生成第一散射与瞬发伽马校正弦图。
7.一种基于PET扫描的图像校正装置，其特征在于，包括第一获取模块、第二获取模块、拟合模块以及校正模块；
所述第一获取模块，用于获取基于PET扫描得到的实测符合计数弦图；
所述第二获取模块，用于基于蒙特卡罗模拟获取真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图及瞬发伽马射线事件模拟弦图；
所述拟合模块，用于利用所述真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图以及瞬发伽马射线事件模拟弦图对实测符合计数弦图进行拟合，生成第一散射与瞬发伽马校正弦图；
所述校正模块，用于基于所述第一散射与瞬发伽马校正弦图对PET图像进行图像校正。
8.一种基于PET扫描的图像校正系统，其特征在于，包括：终端设备、传输设备以及服务器设备；其中，所述终端设备通过传输设备连接服务器设备；
所述终端设备用于获取基于PET扫描得到的实测符合计数弦图；基于蒙特卡罗模拟获取真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图及瞬发伽马射线事件模拟弦图；
所述传输设备用于传输所述实测符合计数弦图、真符合事件模拟弦图、散射符合事件模拟弦图及瞬发伽马射线事件模拟弦图；
所述服务器设备用于执行如权利要求1至6中任一项所述的基于PET扫描的图像校正方法。
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述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如权利要求1至6中任一项所述的基于PET扫描的图像校正方法。
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，该程序被处理器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述的基于PET扫描的图像校正方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 201807 2258 Chengbei Road, Jiading District, Shanghai Applicant after: Shanghai Lianying Medical Technology Co.,Ltd. Address before: 201807 2258 Chengbei Road, Jiading District, Shanghai Applicant before: SHANGHAI UNITED IMAGING HEALTHCARE Co.,Ltd. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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