CN112022189B - 图像重建方法、装置、设备及pet系统 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种图像重建方法、装置、设备及PET系统，以提供一种新的PET图像重建方式，得到更加符合实际情况的PET图像，提高PET图像重建的准确率。该图像重建方法包括：确定正电子发射型计算机断层显像PET系统对应的真符合能量分布；获取扫描对象的即时符合数据，并根据所述即时符合数据的能量信息，确定所述扫描对象对应的即时符合能量分布；确定所述扫描对象对应的随机符合能量分布；根据所述真符合能量分布、所述即时符合能量分布以及所述随机符合能量分布，确定所述扫描对象对应的散射符合能量分布；根据所述散射符合能量分布、所述真符合能量分布、所述随机符合能量分布和所述扫描对象对应的其他符合数据进行图像重建。

Description

图像重建方法、装置、设备及PET系统
技术领域
本公开涉及正电子发射断层显像技术领域，具体地，涉及一种图像重建方法、装置、设备及PET系统。
背景技术
PET(Positron Emission Tomography，正电子发射断层扫描)是当今最先进的大型医疗诊断成像技术之一。PET的工作原理是，在受检查对象中注射含有放射性核素的药物，放射性核素发生衰变产生正电子，正电子与人体内的负电子湮灭产生一对背靠背的伽马光子，伽马光子穿过检查对象后到达PET探测器被接收并记录。其中，探测器接收记录的伽马光子，称为单事件。按照接收时间和时间窗设置接收的伽马光子形成符合事件，PET系统则根据符合事件进行一系列处理，重建得到PET图像。
相关技术主要是利用符合事件的时间信息进行迭代计算，以实现PET图像重建的目的。但是，实际应用中对于图像重建准确率的要求越来越高，利用时间信息进行图像重建的方式已无法满足实际的应用需求，亟需一种新的图像重建方式。
发明内容
本公开的目的是提供一种图像重建方法、装置、设备及PET系统，以提供一种新的PET图像重建方式。
为了实现上述目的，第一方面，本公开提供一种图像重建方法，所述方法包括：
确定正电子发射型计算机断层显像PET系统对应的真符合能量分布；
获取扫描对象的即时符合数据，并根据所述即时符合数据的能量信息，确定所述扫描对象对应的即时符合能量分布；
确定所述扫描对象对应的随机符合能量分布；
根据所述真符合能量分布、所述即时符合能量分布以及所述随机符合能量分布，确定所述扫描对象对应的散射符合能量分布；
根据所述散射符合能量分布、所述真符合能量分布、所述随机符合能量分布和所述扫描对象对应的其他符合数据进行图像重建。
可选地，所述确定扫描对象对应的随机符合能量分布，包括：
获取单事件数据，根据所述单事件数据的能量信息，确定所述扫描对象对应的随机符合能量分布；或者
获取延迟符合数据，根据所述延迟符合数据的能量信息，确定所述扫描对象对应的随机符合能量分布。
可选地，所述根据所述真符合能量分布、所述即时符合能量分布以及所述随机符合能量分布，确定所述扫描对象的散射符合能量分布，包括：
在所述即时符合能量分布的基础上减去所述真符合能量分布和所述随机符合能量分布，得到所述扫描对象对应的散射符合能量分布。
可选地，所述即时符合能量分布为未归一化的即时符合能量分布，所述真符合能量分布为归一化的真符合能量分布，所述随机符合能量分布为归一化的随机符合能量分布，根据所述真符合能量分布、所述即时符合能量分布以及所述随机符合能量分布，确定所述扫描对象的散射符合能量分布，包括：
获取所述扫描对象对应的散射符合数据和随机符合数据；
根据所述即时符合数据确定即时符合总值，根据所述散射符合数据确定散射符合总值，根据所述随机符合数据确定随机符合总值；
根据所述即时符合能量分布、所述真符合能量分布、所述随机符合能量分布、所述即时符合总值、所述散射符合总值和所述随机符合总值，确定所述扫描对象的散射符合能量分布。
可选地，所述方法还包括：
在所述PET系统中设置样本放射源，采集样本数据；
若所述样本数据的随机散射量小于预设随机散射量，则将所述样本数据中符合数据的能量分布作为所述PET系统对应的真符合能量分布；
若所述样本数据的随机散射量大于或等于所述预设随机散射量，则将所述样本数据中真符合数据的能量分布作为所述PET系统对应的真符合能量分布；
保存所述PET系统对应的真符合能量分布；
所述确定所述PET系统对应的真符合能量分布，包括：
获取保存的所述PET系统对应的真符合能量分布。
可选地，所述PET系统探测器上的第一晶体和所述样本放射源的连线与所述探测器上所述第一晶体相对的第二晶体相交，所述将所述样本数据中真符合数据的能量分布作为所述PET系统对应的真符合能量分布，包括：
将所述样本数据中所述第二晶体对应的符合数据、以及所述第二晶体相邻的目标晶体对应的符合数据确定为真符合数据；
将所述真符合数据的能量分布作为所述PET系统对应的真符合能量分布。
可选地，所述根据所述散射符合能量分布和所述扫描对象对应的扫描数据进行图像重建，包括：
按照如下公式进行图像重建：
Figure BDA0002674070820000031
其中，f(k)表示第k次迭代的图像，j和l表示图像像素编号，
Figure BDA0002674070820000032
表示像素j的灵敏度系数，pij表示数据位置编号i到像素位置编号j的概率，N表示符合事件个数的总编号，
Figure BDA0002674070820000041
表示n号符合事件的能量对e＝(e1,e2)，
Figure BDA0002674070820000042
表示能量对e的归一化真符合能量分布，
Figure BDA0002674070820000043
表示能量对e的归一化散射符合能量分布，
Figure BDA0002674070820000044
表示能量对e的归一化随机符合能量分布，si表示数据位置编号i的散射符合数据，ri表示数据位置编号i的随机符合数据。
第二方面，本公开还提供一种图像重建装置，包括：
第一确定模块，用于确定正电子发射型计算机断层显像PET系统对应的真符合能量分布；
第二确定模块，用于获取扫描对象的即时符合数据，并根据所述即时符合数据的能量信息，确定所述扫描对象对应的即时符合能量分布；
第三确定模块，用于确定所述扫描对象对应的随机符合能量分布；
第四确定模块，用于根据所述真符合能量分布、所述即时符合能量分布以及所述随机符合能量分布，确定所述扫描对象对应的散射符合能量分布；
图像重建模块，用于根据所述散射符合能量分布、所述真符合能量分布、所述随机符合能量分布和所述扫描对象对应的其他符合数据进行图像重建。
第三方面，本公开还提供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第一方面中任一项所述方法的步骤。
第四方面，本公开还提供一种电子设备，包括：
存储器，其上存储有计算机程序；
处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现第一方面中任一项所述方法的步骤。
第五方面，本公开还提供一种正电子发射断层显像PET系统，其特征在于，所述PET系统包括：探测器和第四方面所述的电子设备；
所述探测器用于检测扫描对象体内发出的高能光子，并转换成脉冲信号发送给所述电子设备，以使所述电子设备根据接收到的所述脉冲信号的能量信息进行图像重建。
通过上述技术方案，可以通过符合事件的能量信息进行PET图像重建，提供了一种新的图像重建方式。并且，由于散射符合能量分布是根据PET系统对应的真符合能量分布、扫描对象对应的即时符合能量分布和随机符合能量分布得到的，即散射符合能量分布是根据实际采集到的数据计算得到的，从而可以得到与实际扫描对象相匹配的散射符合能量分布，进而得到更符合实际情况的图像重建结果，提高图像重建的准确性。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是PET系统示例性的示意图；
图2是根据本公开一示例性实施例示出的一种图像重建方法的流程图；
图3是根据本公开一示例性实施例示出的一种图像重建方法中样本放射源的位置示意图；
图4是根据本公开一示例性实施例示出的一种图像重建方法中真符合能量分布对应的能量分布柱状图；
图5是根据本公开另一示例性实施例示出的一种图像重建方法的流程图；
图6是根据本公开一示例性实施例示出的一种图像重建装置的框图；
图7是根据本公开一示例性实施例示出的一种电子设备的框图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
参见图1，为PET系统的示例性示意图。该PET系统可以包括探测器11、扫描床12、电子设备13以及在图1中示出但未作标示的其他相关部件。其中，探测器11可以是如图1所示的环形探测器，可以包括多个探测模块，每个探测模块可以包括依次连接的闪烁晶体、光电转换器件和处理电路。在一个可选的例子中，该处理电路可以为数据采集(DAQ，DataAcquisition)系统电路，DAQ系统电路可以包括实现不同功能的子电路，例如，前端数据获取电路。扫描床12可以带动扫描对象至探测器11中进行扫描。
应用图1所示的PET系统，在扫描前，扫描对象可以注射含有放射性核素的示踪剂。在扫描过程中，放射性核素发生衰变产生正电子，正电子与扫描对象体内的负电子湮灭产生一对背靠背的伽马光子。伽马光子作为一种高能光子，可以被探测器11中一对探测模块的闪烁晶体探测到，闪烁晶体将探测到的高能光子转换为光信号后，传输到光电转换器件，光电转换器件将该光信号转换成电信号后，传输到处理电路，由处理电路将电信号转换成脉冲信号，并可输出脉冲信号的信息，比如，能量信息、时间信息等。
上述探测模块探测到伽马光子的过程称为单事件，按照接收时间和时间窗设置待接收的伽马光子形成符合事件，符合事件又称为即时符合事件。符合事件中包含真符合事件、随机符合事件和散射符合事件。其中，由同一个正电子湮灭产生且未经过散射的事件，称为真符合事件，由同一个正电子但发生了散射的事件，称为散射符合事件，由不同的正电子湮灭产生的事件，称为随机符合事件。所有真符合事件可以称为真符合数据，所有随机符合事件可以称为随机符合数据，所有散射符合事件可以称为散射符合数据。
PET系统可以根据符合事件进行一系列处理，重建得到PET图像。随着软件、硬件水平不断提高，PET系统的时间分辨率越来越好，PET图像重建技术也在不断更新，由最初的解析法逐渐进化到了非TOF(Time of flight，飞行时间)迭代法，然后又进化到了TOF迭代法。
目前的TOF迭代重建算法主要是利用符合事件的时间信息进行迭代计算，以实现PET图像重建的目的。其中，TOF数据包含符合事件光子对的时间差信息，TOF迭代重建则是利用这些时间差信息进行图像重建。TOF重建分为List-Mode(表模式)型和弦图型，对应的使用数据有所区别。List-Mode型数据是保留每个符合事件的时间差信息，而弦图型数据则是根据时间差的不同按照一定的时间间隔把每个响应线上的数据分成几段。由于TOF数据的稀疏性，使用List-Mode型数据可以大大节省存储空间，同时可以保留更加精确的时间差信息，因此相关技术主要是通过如下公式基于List-Mode型数据进行图像重建：
Figure BDA0002674070820000071
其中，i表示LOR(Line of Response，响应线)序号(通常的LOR表示的是一对晶体的连线，这里的LOR表示的是一对晶体连线上按照事件段划分成的更小单位)，j表示图像像素序号，分子上的1表示在LORi上获得一个符合事件，
Figure BDA0002674070820000072
表示第k次迭代图像j的像素值，pij表示由像素j到LORi的接受概率，si表示LORi对应的随机散射量。
但是，实际应用中对于图像重建准确率的要求越来越高，利用时间信息进行图像重建的方式已无法满足实际的应用需求，亟需一种新的图像重建方式。发明人研究发现，相关技术中存在一种基于空间位置和能量的图像重建方法。该方法先获取真符合事件中单事件的能量分布A(E)和散射符合事件中散射事件的能量分布B(E)以及随机符合事件中散射事件的能量分布B'(E)，然后按照如下公式估计出非随机符合事件各能量分布下的数据分布以及随机符合事件各能量分布下的数据分布：
C(E1,E2)＝σ0A(E1)A(E2)+σ1A(E1)B(E2)+σ2B(E1)A(E2)+σ3B(E1)B(E2)   (2)
R(E1,E2)＝ρ0A(E1)A(E2)+ρ1A(E1)B'(E2)+ρ2B'(E1)A(E2)+ρ3B'(E1)B'(E2)    (3)
其中，(E1,E2)表示光子对，C(E1,E2)是非随机符合事件的总能量分布，R(E1,E2)是随机符合事件的总能量分布，σi和ρi(i＝0,1,2,3)表示对应能谱下符合事件的计数。
然后可以通过如下方式估算真符合量、散射符合量和随机符合量：
gt(E1,E2)＝σ0A(E1)A(E2)    (4)
gs(E1,E2)＝σ1A(E1)B(E2)+σ2B(E1)A(E2)+σ3B(E1)B(E2)   (5)
gr(E1,E2)＝ρ0A(E1)A(E2)+ρ1A(E1)B'(E2)+ρ2B'(E1)A(E2)+ρ3B'(E1)B'(E2)   (6)
其中，gt(E1,E2)表示真符合量，gs(E1,E2)表示散射符合量，gr(E1,E2)表示随机符合量。当位置不同时对应的σi和ρi不同，从而可以获得局部位置的真符合量、散射符合量和随机符合量。
记e0(E1,E2)＝A(E1)A(E2)，在重建中用
Figure BDA0002674070820000081
来估计真符合量，其中ye表示符合事件的能量对为e＝(E1,E2)，yi表示符合事件的数据位置编号为i，然后利用如下公式进行重建：
Figure BDA0002674070820000082
其中f(k)表示第k次迭代的图像，j表示图像像素编号，n表示符合事件数据个数编号，
Figure BDA0002674070820000084
表示数据位置编号为i，能量为e估计的散射量，
Figure BDA0002674070820000085
表示数据位置编号为i，能量为e估计的随机量，pij表示数据位置编号为i到像素位置编号j的概率，
Figure BDA0002674070820000083
表示像素j的灵敏度系数。
上述方式虽然利用了空间位置和能量信息进行重建，但是该方法由于需要先获得非随机符合事件中散射事件的能量分布和随机符合事件中的散射事件能量分布，然后再依赖这两种能量分布估计散射符合量，因此默认散射事件的能量分布固定不变，从而无法考虑到每次数据采集中的差异性，可能导致散射符合能量分布与实际情况不匹配的问题。其次，散射符合量是利用数据拟合方法估计获得，而不是根据实际采集到的数据计算得到，从而可能会影响散射符合量的准确性，进而影响图像重建的准确性。
有鉴于此，本公开提供一种图像重建方法、装置、设备及PET系统，以提供一种新的图像重建方式，解决上述图像重建过程中存在的问题，提高图像重建的准确性。
图2是根据本公开一示例性实施例示出的一种图像重建方法的流程图。参照图2，该图像重建方法包括：
步骤201，确定正电子发射型计算机断层显像PET系统对应的真符合能量分布。
步骤202，获取扫描对象的即时符合数据，并根据即时符合数据的能量信息，确定扫描对象对应的即时符合能量分布。
步骤203，确定扫描对象对应的随机符合能量分布。
步骤204，根据真符合能量分布、即时符合能量分布以及随机符合能量分布，确定扫描对象对应的散射符合能量分布。
步骤205，根据散射符合能量分布、真符合能量分布、随机符合能量分布和扫描对象对应的其他符合数据进行图像重建。
通过上述方式，可以通过符合事件的能量信息进行PET图像重建，提供了一种新的图像重建方式。并且，由于散射符合能量分布是根据PET系统对应的真符合能量分布、扫描对象对应的即时符合能量分布和随机符合能量分布得到的，即散射符合能量分布是根据实际采集到的数据计算得到的，从而可以得到与实际扫描对象相匹配的散射符合能量分布，进而得到更符合实际情况的图像重建结果，提高图像重建的准确性。
为了使得本领域技术人员更加理解本公开实施例中的图像重建方法，下面对上述各步骤进行详细举例说明。
首先应当理解的是，本公开实施例中真符合能量分布、即时符合能量分布、随机符合能量分布和散射符合能量分布均指的是用于表征PET系统探测器中一对探测模块的晶体所探测到的伽马光子对的能量分布。
示例地，真符合能量分布用于表征由同一个正电子湮灭产生且未经过散射的符合事件的能量分布，由于光子的能量均是511keV，因此当PET系统的能量分辨率不变，则任一扫描对象对应的真符合能量分布也是不变的。因此，在本公开实施例中，对于同一PET系统，可以预先通过实验获得该PET系统对应的真符合能量分布，并保存该真符合能量分布，从而后续过程可以获取保存的真符合能量分布。
也即是说，在可能的方式中，可以在PET系统中设置样本放射源，采集样本数据，若样本数据的随机散射量小于预设随机散射量，则将样本数据中符合数据的能量分布作为PET系统对应的真符合能量分布，若样本数据的随机散射量大于或等于预设随机散射量，则将样本数据中真符合数据的能量分布作为PET系统对应的真符合能量分布，然后保存该PET系统对应的真符合能量分布。相应地，步骤201可以是获取保存的PET系统对应的真符合能量分布。
示例地，样本放射源可以是用于发射511keV伽马光子的放射源，可以根据实际情况进行设定，比如样本放射源可以是随机散射量较小的线源或点源，等等，本公开实施例对此不作限定。预设随机散射量包括预设的随机符合量和散射符合量，也可以是根据实际情况设定的，本公开实施例对此不作限定。如果样本数据的随机散射量小于预设随机散射量，则可以忽略样本数据中的随机符合数据和散射符合数据，从而将样本数据中符合数据的能量分布作为PET系统对应的真符合能量分布。如果样本数据的随机散射量大于或等于预设随机散射量，则说明样本数据中的随机符合数据和/或散射符合数据较多，为了确保后续结果的准确性，可以将样本数据中真符合数据的能量分布作为PET系统对应的真符合能量分布。也即是说，可以先确定样本数据中的真符合数据，然后将该真符合数据的能量分布作为PET系统对应的真符合能量分布。
在可能的方式中，PET系统探测器上的第一晶体和样本放射源的连线与探测器上第一晶体相对的第二晶体相交，相应地，将样本数据中真符合数据的能量分布作为PET系统对应的真符合能量分布可以是：先将样本数据中第二晶体对应的符合数据、以及第二晶体相邻的目标晶体对应的符合数据确定为真符合数据，然后将真符合数据的能量分布作为PET系统对应的真符合能量分布。
应当理解的是，一个符合数据是指两个光子分别被两个晶体接收到形成的符合事件，因此在本公开实施例中第二晶体对应的符合数据则指的是第一晶体和第二晶体上的符合数据，第二晶体相邻的目标晶体对应的符合数据则指的是第一晶体和目标晶体上的符合数据。
示例地，第二晶体相邻的目标晶体可以是第二晶体左相邻的晶体，或者可以是第二晶体右相邻的晶体，或者还可以是第二晶体左右相邻的两个晶体，等等，本公开实施例对此不作限定。例如，样本放射源的位置如图3所示，即探测器上晶体A(即第一晶体)和样本放射源连线与探测器上该晶体A相对的晶体B(即第二晶体)相交。在此种情况下，第二晶体相邻的目标晶体可以是相交位置左右一定范围内的晶体C和晶体D，从而可以将晶体B对应的符合数据、晶体C对应的符合数据以及晶体D对应的符合数据确定为真符合数据，也即是说将晶体A和晶体B上的符合数据、晶体A和晶体C上的符合数据、以及晶体A和晶体D上的符合数据确定为真符合数据，其他晶体对上的符合数据则不使用。通过此种方式，可以通过设置样本放射源的位置，将对应晶体上的符合数据确定为真符合数据，无需复杂的计算过程，简化了得到真符合数据的过程。
在得到真符合数据之后，由于真符合数据包括真符合事件的个数以及每一真符合事件的能量信息，因此对该真符合数据进行简单变换处理，则可以得到该真符合数据的能量分布，从而得到PET系统对应的真符合能量分布。在一可能的实施例中，可以将PET系统对应的真符合能量分布表示为：T(E1,E2)＝{t(E1＝e1,E2＝e2),e1,e2∈[Elow,Ehigh]}。其中，该真符合能量分布为对称分布，且总值为1，其含义为能量对为(e1,e2)的概率值为t(E1＝e1,E2＝e2)，其中Elow表示设备能窗最小值，Ehigh表示设备能窗最大值。示例地，真符合能量分布可以表示为如图4所示的能量分布柱状图，纵坐标表示真符合事件的个数，横坐标表示真符合事件的能量值。
在得到PET系统对应的真符合能量分布之后，可以保存该真符合能量分布，比如将该真符合能量分布保存在PET系统的存储器中，等等。相应地，在后续图像重建过程中，可以获取保存的该真符合能量分布，比如从PET系统的存储器中获取该PET系统对应的真符合能量分布，等等。通过此种方式，无需每次计算PET系统对应的真符合能量分布，减少了数据处理量，简化了图像重建过程，从而可以提高图像重建效率。
在确定PET系统对应的真符合能量分布的同时或之后，可以获取扫描对象的即时符合数据。然后，可以根据即时符合数据的能量信息，确定扫描对象对应的即时符合能量分布。
示例地，PET系统对扫描对象进行扫描时，采集即时符合数据，由于即时符合数据包括符合事件的个数以及每一符合事件的能量信息，因此对该即时符合数据进行简单变换处理，则可以得到该即时符合数据的能量分布，即可以得到该扫描对象对应的即时符合能量分布。
在一个可能的实施例中，扫描对象对应的即时符合能量分布可以表示为：C(E1,E2)＝{c(E1＝e1,E2＝e2),e1,e2∈[Elow,Ehigh]}，E1表示符合事件中先被识别的光子能量，E2为表示符合事件中后被识别的光子能量，其分布含义为能量对为(e1,e2)的符合事件计数为c(E1＝e1,E2＝e2)。应当理解的是，该即时符合能量分布不是总值为1的分布。另外应当理解的是，即时符合能量分布可以是整个系统的能量分布，也可以按照局部区域进行统计，例如每个探测模块对作为一个统计单位进行统计。
在确定扫描对象对应的即时符合能量分布的同时或之后，可以确定扫描对应的随机符合能量分布。在可能的方式中，可以获取单事件数据，然后根据该单事件数据的能量信息，确定扫描对象对应的随机符合能量分布；或者，可以获取延迟符合数据，然后根据延迟符合数据的能量信息，确定扫描对象对应的随机符合能量分布。
由于随机符合是由单光子按照到达时间在符合时间窗内的原理形成的，因此利用单光子确定的随机符合能量分布具有较高的精确性。延迟符合事件是指在晶体1和晶体2接收到光子γ1和γ2的事件并按时间顺序分别排列成两列之后，将其中任意一列事件序列延迟一定时间后得到的符合事件。如果晶体1接收到光子γ1的事件与晶体2接收到光子γ2的事件之间的时间差在一个符合时间窗内，则认为发生随机符合事件。因此，通过延迟符合事件确定随机符合能量分布，可以得到更加准确的随机符合能量分布。
示例地，通过单事件的能量信息，可以确定单事件中单光子的能量分布为：S(E)＝{s(E＝e),e∈[Elow,Ehigh]}(其分布含义为能量为e的概率为s(E＝e))。前文已有说明，随机符合能量分布用于表征伽马光子对的能量分布，因此在得到单事件中单光子的能量分布之后，可以将该单光子能量分布的乘积作为随机符合能量分布，即扫描对象的随机符合能量分布可以表示为：R(E1,E2)＝S(E1)S(E2)。其中，该随机符合能量分布按照元素集合可以表示为：R(E1,E2)＝{r(E1＝e1,E2＝e2),e1,e2∈[Elow,Ehigh]}，分布含义为能量对为(e1,e2)的概率值为r(E1＝e1,E2＝e2)。
如果使用延迟符合事件确定随机符合能量分布，由于延迟符合事件数据包括延迟符合事件的个数以及每个延迟符合事件的能量信息，因此对该延迟符合数据进行简单变换处理，可以得到扫描对象对应的随机符合能量分布，该随机符合能量分布可以表示为：R(E1,E2)＝{r(E1＝e1,E2＝e2),e1,e2∈[Elow,Ehigh]}。该过程与确定即时符合能量分布的过程类似。此外，为了方便后续图像重建处理，还可以对该随机符合能量分布进行数据对称和总值归一化处理。
应当理解的是，本公开实施例中随机符合能量分布可以是整个系统的能量分布，也可以按照局部区域进行统计，本公开实施例对此不作限定，同即时符合能量分布的统计区域保持一致即可。
在确定PET系统的真符合能量分布、扫描对象的即时符合能量分布和随机符合能量分布后，可以根据该真符合能量分布、即时符合能量分布和随机符合能量分布，确定扫描对象对应的散射符合能量分布。
在可能的方式中，由于即时符合事件包括真符合事件、随机符合事件和散射符合事件，因此可以在即时符合能量分布的基础上减去真符合能量分布和随机符合能量分布，得到扫描对象对应的散射符合能量分布。也即是说，可以按照如下公式得到扫描对象对应的散射符合能量分布：
S(E1,E2)＝C(E1,E2)-T(E1,E2)-R(E1,E2)   (8)
其中，S(E1,E2)表示扫描对象对应的散射符合能量分布，C(E1,E2)表示扫描对象对应的即时符合能量分布，T(E1,E2)表示PET系统对应的真符合能量分布，R(E1,E2)表示扫描对象对应的随机符合能量分布。
在可能的方式中，即时符合能量分布为未归一化的即时符合能量分布，真符合能量分布为归一化的真符合能量分布，随机符合能量分布为归一化的随机符合能量分布，根据真符合能量分布、即时符合能量分布以及随机符合能量分布，确定扫描对象的散射符合能量分布还可以是：先获取扫描对象对应的散射符合数据和随机符合数据，然后根据即时符合数据确定即时符合总值，根据散射符合数据确定散射符合总值，根据随机符合数据确定随机符合总值，最后根据即时符合能量分布、真符合能量分布、随机符合能量分布、即时符合总值、散射符合总值和随机符合总值，确定扫描对象的散射符合能量分布。
示例地，可以通过相关技术的方法获取扫描对象对应的随机符合数据和散射符合数据。比如，可以通过延迟符合法、单光子估计法等方法确定随机符合数据，通过单散射仿真法并结合数据拟合的方法、单散射仿真法并结合蒙特卡洛算法的方法、单散射和双散射仿真法等方法确定散射符合数据。这些方法都和相关技术类似，这里不再赘述。
在一个可能的实施例中，散射符合数据可以表示为：S＝{si,i＝1,2,...,I}，其中，i为数据位置编号(即LOR序号)，si为编号i位置上的散射符合数据。随机符合可以表示为：R＝{ri,i＝1,2,...,I}，其中，i为数据位置编号(即LOR序号)，ri为编号i位置上的随机符合数据。
散射符合数据包括散射符合事件的个数，根据散射符合数据确定散射符合总值即是对所有散射符合事件计算总和。随机符合数据包括随机符合事件的个数，根据随机符合数据确定随机符合总值即是对所有随机符合事件计算总和。同样地，即时符合数据包括即时符合事件的个数，根据即时符合数据确定即时符合总值即是对所有即时符合事件计算总和。然后，还可以在即时符合总值的基础上减去随机符合总值和散射符合总值，得到真符合总值。
由于即时符合能量分布为未归一化的即时符合能量分布，真符合能量分布为归一化的真符合能量分布，随机符合能量分布为归一化的随机符合能量分布，因此为了计算统一，可以先根据真符合总值和归一化的真符合能量分布，得到未归一化的真符合能量分布，并根据随机符合总值和归一化的随机符合能量分布，得到未归一化的随机符合能量分布。接下来，则可以在未归一化的即时符合能量分布的基础上减去未归一化的真符合能量分布和未归一化的随机符合能量分布，得到扫描对象对应的散射符合能量分布。也即是说，在另一种可能的方方式中，还可以按照如下方式确定扫描对象对应的散射符合能量分布：
S(E1,E2)＝C0(E1,E2)-(psum-rsum-ssum)T'(E1,E2)-rsumR'(E1,E2)   (9)
其中，S(E1,E2)表示扫描对象对应的散射符合能量分布，C0(E1,E2)表示未归一化的即时符合能量分布，psum表示即时符合总值，rsum表示随机符合总值，ssum表示散射符合总值，T'(E1,E2)表示归一化的真符合能量分布，R'(E1,E2)表示归一化的随机符合能量分布。
通过上述方式得到散射符合能量分布之后，为了便于后续图像重建处理，还可以对该对散射符合能量分布进行总值归一化处理，使其总值为1。应当理解的是，散射符合能量分布可以是整个系统的能量分布，也可以按照局部区域获得，同即时符合能量分布的统计区域保持一致即可。另外应当理解的是，按照局部区域进行统计时，对应的即时符合总值psum、散射符合的总值ssum和随机符合总值rsum，也都是该局部区域上的符合总值。
在得到散射符合能量分布、真符合能量分布、随机符合能量分布之后，可以结合扫描对象对应的其他符合数据进行图像重建。示例地，该扫描对象对应的其他符合数据可以包括该扫描对象对应的List-Mode型数据、散射符合数据、随机符合数据。因此，在可能的方式中，可以按照如下公式进行图像重建：
Figure BDA0002674070820000161
其中，f(k)表示第k次迭代的图像，j和l表示图像像素编号，
Figure BDA0002674070820000162
表示像素j的灵敏度系数，pij表示数据位置编号i到像素位置编号j的概率，N表示符合事件个数的总编号，
Figure BDA0002674070820000163
表示n号符合事件的能量对e＝(e1,e2)，
Figure BDA0002674070820000164
表示能量对e的归一化真符合能量分布，
Figure BDA0002674070820000165
表示能量对e的归一化散射符合能量分布，
Figure BDA0002674070820000171
表示能量对e的归一化随机符合能量分布，si表示数据位置编号i的散射符合数据，ri表示数据位置编号i的随机符合数据。
在本公开实施例中，可以在每次迭代过程中通过上述图像重建公式进行计算，由于散射符合数据和随机符合数据可以对应到每一实际数据位置，因此相较于数据拟合的方式，可以得到更符合实际情况的散射随机量，从而提高后续图像重建的准确性。并且，散射符合能量分布是根据PET系统对应的真符合能量分布、扫描对象对应的即时符合能量分布和随机符合能量分布得到的，即散射符合能量分布是根据实际采集到的数据计算得到的，从而可以得到与实际扫描对象相匹配的散射符合能量分布，进而得到更符合实际情况的图像重建结果，进一步提高图像重建的准确性。
下面通过另一示例性实施例对本公开中的图像重建方法进行说明。参照图5，该图像重建方法包括：
步骤501，在PET系统中设置样本放射源，采集样本数据。
步骤502，若样本数据的随机散射量小于预设随机散射量，则将样本数据中符合数据的能量分布作为PET系统对应的真符合能量分布。
步骤503，若样本数据的随机散射量大于或等于预设随机散射量，则将样本数据中真符合数据的能量分布作为PET系统对应的真符合能量分布。
步骤504，保存PET系统对应的真符合能量分布。
步骤505，获取保存的PET系统对应的真符合能量分布。
步骤506，获取扫描对象的即时符合数据，并根据所述即时符合数据的能量信息，确定所述扫描对象对应的即时符合能量分布。
步骤507，获取单事件数据，并根据单事件数据的能量信息，确定扫描对象对应的随机符合能量分布。
应当理解的是，在步骤507中也可以获取延迟符合数据，然后根据延迟符合数据的能量信息，确定扫描对象对应的随机符合能量分布，在本公开实施例具体应用时可以根据实际情况选择用于确定扫描对象对应的随机符合能量分布的方式，本公开实施例对此不作限定。
步骤508，获取扫描对象对应的散射符合数据和随机符合数据。
步骤509，根据即时符合数据确定即时符合总值，根据散射符合数据确定散射符合总值，根据随机符合数据确定随机符合总值。
步骤510，根据即时符合能量分布、真符合能量分布、随机符合能量分布、即时符合总值、散射符合总值和随机符合总值，确定扫描对象的散射符合能量分布。
步骤511，根据散射符合能量分布、真符合能量分布、随机符合能量分布和扫描对象对应的其他符合数据进行图像重建。
上述各步骤的具体实施方式已在上文进行详细举例说明，这里不再赘述。另外应当理解的是，对于上述方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本公开并不受上文所描述的动作顺序的限制。其次，本领域技术人员也应该知悉，上文所描述的实施例属于优选实施例，所涉及的步骤并不一定是本公开所必须的。
通过上述方式，可以通过符合事件的能量信息进行PET图像重建，提供了一种新的图像重建方式。并且，由于散射符合能量分布是根据PET系统对应的真符合能量分布、扫描对象对应的即时符合能量分布和随机符合能量分布得到的，即散射符合能量分布是根据实际采集到的数据计算得到的，从而可以得到与实际扫描对象相匹配的散射符合能量分布，进而得到更符合实际情况的图像重建结果，提高图像重建的准确性。
例如，通过相关技术中未利用能量信息进行图像重建的方式以及本公开实施例中利用能量信息进行图像重建的方式对NEMA2012标准中同一图像质量测试模体的同一扫描数据进行图像重建，可以得到如下测试结果：
表1-图像冷区恢复情况
Figure BDA0002674070820000191
表2-图像热区和冷区恢复系数以及背景百分变化比
Figure BDA0002674070820000192
冷区/背景值越小则表示冷区恢复得越好，因此参照表1可知，相较于相技术中未利用能量信息进行图像重建的方式，本公开实施例中利用能量信息进行图像重建的方式，图像冷区恢复情况更好，可以提高图像冷区的对比度，得到更符合实际情况的PET图像。
此外，恢复系数越大越好，背景噪声越小越好，因此参照表2可知，相较于相技术中未利用能量信息进行图像重建的方式，本公开实施例中利用能量信息进行图像重建的方式，恢复系数更大，背景噪声更小，可以提高图像对比度和均匀性，得到更符合实际情况的PET图像。
基于同一发明构思，本公开实施例还提供一种图像重建装置。该图像重建装置可以通过软件、硬件或两者结合的方式成为PET系统的部分或全部。参照图6，图像重建装置600包括：
第一确定模块601，用于确定正电子发射型计算机断层显像PET系统对应的真符合能量分布；
第二确定模块602，用于获取扫描对象的即时符合数据，并根据所述即时符合数据的能量信息，确定所述扫描对象对应的即时符合能量分布；
第三确定模块603，用于确定所述扫描对象对应的随机符合能量分布；
第四确定模块604，用于根据所述真符合能量分布、所述即时符合能量分布以及所述随机符合能量分布，确定所述扫描对象对应的散射符合能量分布；
图像重建模块605，用于根据所述散射符合能量分布、所述真符合能量分布、所述随机符合能量分布和所述扫描对象对应的其他符合数据进行图像重建。
可选地，所述第三确定模块603用于：
获取单事件数据，根据所述单事件数据的能量信息，确定所述扫描对象对应的随机符合能量分布；或者
获取延迟符合数据，根据所述延迟符合数据的能量信息，确定所述扫描对象对应的随机符合能量分布。
可选地，所述第四确定模块604用于：
在所述即时符合能量分布的基础上减去所述真符合能量分布和所述随机符合能量分布，得到所述扫描对象对应的散射符合能量分布。
可选地，所述即时符合能量分布为未归一化的即时符合能量分布，所述真符合能量分布为归一化的真符合能量分布，所述随机符合能量分布为归一化的随机符合能量分布，所述第四确定模块604用于：
获取所述扫描对象对应的散射符合数据和随机符合数据；
根据所述即时符合数据确定即时符合总值，根据所述散射符合数据确定散射符合总值，根据所述随机符合数据确定随机符合总值；
根据所述即时符合能量分布、所述真符合能量分布、所述随机符合能量分布、所述即时符合总值、所述散射符合总值和所述随机符合总值，确定所述扫描对象的散射符合能量分布。
可选地，所述装置600还包括：
采集模块，用于在所述PET系统中设置样本放射源，采集样本数据；
第五确定模块，用于当所述样本数据的随机散射量小于预设随机散射量时，将所述样本数据中符合数据的能量分布作为所述PET系统对应的真符合能量分布；
第六确定模块，用于当所述样本数据的随机散射量大于或等于所述预设随机散射量时，将所述样本数据中真符合数据的能量分布作为所述PET系统对应的真符合能量分布；
保存模块，用于保存所述PET系统对应的真符合能量分布；
所述第一确定模块，用于获取保存的所述PET系统对应的真符合能量分布。
可选地，所述PET系统探测器上的第一晶体和所述样本放射源的连线与所述探测器上所述第一晶体相对的第二晶体相交，所述第六确定模块用于：将所述样本数据中所述第二晶体对应的符合数据、以及所述第二晶体相邻的目标晶体对应的符合数据确定为真符合数据；将所述真符合数据的能量分布作为所述PET系统对应的真符合能量分布。
可选地，所述图像重建模块605用于：
按照如下公式进行图像重建：
Figure BDA0002674070820000211
其中，f(k)表示第k次迭代的图像，j和l表示图像像素编号，
Figure BDA0002674070820000212
表示像素j的灵敏度系数，pij表示数据位置编号i到像素位置编号j的概率，N表示符合事件个数的总编号，
Figure BDA0002674070820000213
表示n号符合事件的能量对e＝(e1,e2)，
Figure BDA0002674070820000214
表示能量对e的归一化真符合能量分布，
Figure BDA0002674070820000215
表示能量对e的归一化散射符合能量分布，
Figure BDA0002674070820000216
表示能量对e的归一化随机符合能量分布，si表示数据位置编号i的散射符合数据，ri表示数据位置编号i的随机符合数据。
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
基于同一发明构思，本公开实施例还提供一种电子设备，包括：
存储器，其上存储有计算机程序；
处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现上述任一图像重建方法的步骤。
在可能的方式中，该电子设备的框图如图7所示。参照图7，该电子设备700可以包括：处理器701，存储器702。该电子设备700还可以包括多媒体组件703，输入/输出(I/O)接口704，以及通信组件705中的一者或多者。
其中，处理器701用于控制该电子设备700的整体操作，以完成上述的图像重建方法中的全部或部分步骤。存储器702用于存储各种类型的数据以支持在该电子设备700的操作，这些数据例如可以包括用于在该电子设备700上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据，例如PET系统对应的真符合能量分布等等。该存储器702可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(ElectricallyErasable Programmable Read-Only Memory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。多媒体组件703可以包括屏幕和音频组件。其中屏幕例如可以是触摸屏，音频组件用于输出和/或输入音频信号。例如，音频组件可以包括一个麦克风，麦克风用于接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器702或通过通信组件705发送。音频组件还包括至少一个扬声器，用于输出音频信号。I/O接口704为处理器701和其他接口模块之间提供接口，上述其他接口模块可以是键盘，鼠标，按钮等。这些按钮可以是虚拟按钮或者实体按钮。通信组件705用于该电子设备700与其他设备之间进行有线或无线通信。无线通信，例如Wi-Fi，蓝牙，近场通信(Near FieldCommunication，简称NFC)，2G、3G、4G、NB-IOT、eMTC、或其他5G等等，或它们中的一种或几种的组合，在此不做限定。因此相应的该通信组件705可以包括：Wi-Fi模块，蓝牙模块，NFC模块等等。
在一示例性实施例中，电子设备700可以被一个或多个应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal Processing Device，简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述的图像重建方法。
在另一示例性实施例中，还提供了一种包括程序指令的计算机可读存储介质，该程序指令被处理器执行时实现上述的图像重建方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括程序指令的存储器702，上述程序指令可由电子设备700的处理器701执行以完成上述的图像重建方法。
在另一示例性实施例中，还提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品包含能够由可编程的装置执行的计算机程序，该计算机程序具有当由该可编程的装置执行时用于执行上述的图像重建方法的代码部分。
基于同一发明构思，本公开实施例还提供一种正电子发射断层显像PET系统，所述PET系统包括：探测器和上述的电子设备，其中，所述探测器用于检测扫描对象体内发出的高能光子，并转换成脉冲信号发送给所述电子设备，以使所述电子设备根据接收到的所述脉冲信号的能量信息进行图像重建。在可能的方式中，该PET系统可以如图1所示，上文已有说明，这里不再赘述。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (11)

1.一种图像重建方法，其特征在于，所述方法包括：
确定正电子发射型计算机断层显像PET系统对应的真符合能量分布；
获取扫描对象的即时符合数据，并根据所述即时符合数据的能量信息，确定所述扫描对象对应的即时符合能量分布；
确定所述扫描对象对应的随机符合能量分布；
根据所述真符合能量分布、所述即时符合能量分布以及所述随机符合能量分布，确定所述扫描对象对应的散射符合能量分布；
根据所述散射符合能量分布、所述真符合能量分布、所述随机符合能量分布和所述扫描对象对应的其他符合数据进行图像重建。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定扫描对象对应的随机符合能量分布，包括：
获取单事件数据，根据所述单事件数据的能量信息，确定所述扫描对象对应的随机符合能量分布；或者
获取延迟符合数据，根据所述延迟符合数据的能量信息，确定所述扫描对象对应的随机符合能量分布。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述真符合能量分布、所述即时符合能量分布以及所述随机符合能量分布，确定所述扫描对象的散射符合能量分布，包括：
在所述即时符合能量分布的基础上减去所述真符合能量分布和所述随机符合能量分布，得到所述扫描对象对应的散射符合能量分布。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述即时符合能量分布为未归一化的即时符合能量分布，所述真符合能量分布为归一化的真符合能量分布，所述随机符合能量分布为归一化的随机符合能量分布，根据所述真符合能量分布、所述即时符合能量分布以及所述随机符合能量分布，确定所述扫描对象的散射符合能量分布，包括：
获取所述扫描对象对应的散射符合数据和随机符合数据；
根据所述即时符合数据确定即时符合总值，根据所述散射符合数据确定散射符合总值，根据所述随机符合数据确定随机符合总值；
根据所述即时符合能量分布、所述真符合能量分布、所述随机符合能量分布、所述即时符合总值、所述散射符合总值和所述随机符合总值，确定所述扫描对象的散射符合能量分布。
5.根据权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述PET系统中设置样本放射源，采集样本数据；
若所述样本数据的随机散射量小于预设随机散射量，则将所述样本数据中符合数据的能量分布作为所述PET系统对应的真符合能量分布；
若所述样本数据的随机散射量大于或等于所述预设随机散射量，则将所述样本数据中真符合数据的能量分布作为所述PET系统对应的真符合能量分布；
保存所述PET系统对应的真符合能量分布；
所述确定所述PET系统对应的真符合能量分布，包括：
获取保存的所述PET系统对应的真符合能量分布。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述PET系统探测器上的第一晶体和所述样本放射源的连线与所述探测器上所述第一晶体相对的第二晶体相交，所述将所述样本数据中真符合数据的能量分布作为所述PET系统对应的真符合能量分布，包括：
将所述样本数据中所述第二晶体对应的符合数据、以及所述第二晶体相邻的目标晶体对应的符合数据确定为真符合数据；
将所述真符合数据的能量分布作为所述PET系统对应的真符合能量分布。
7.根据权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，所述根据所述散射符合能量分布、所述真符合能量分布、所述随机符合能量分布和所述扫描对象对应的其他符合数据进行图像重建，包括：
按照如下公式进行图像重建：
Figure FDA0004097949380000031
其中，f(k)表示第k次迭代的图像，j和l表示图像像素编号，
Figure FDA0004097949380000032
表示像素j的灵敏度系数，pij表示数据位置编号i到像素位置编号j的概率，N表示符合事件个数的总编号，
Figure FDA0004097949380000033
表示n号符合事件的能量对e＝(e1,e2)，
Figure FDA0004097949380000034
表示能量对e的归一化真符合能量分布，
Figure FDA0004097949380000035
表示能量对e的归一化散射符合能量分布，
Figure FDA0004097949380000036
表示能量对e的归一化随机符合能量分布，si表示数据位置编号i的散射符合数据，ri表示数据位置编号i的随机符合数据。
8.一种图像重建装置，其特征在于，包括：
第一确定模块，用于确定正电子发射型计算机断层显像PET系统对应的真符合能量分布；
第二确定模块，用于获取扫描对象的即时符合数据，并根据所述即时符合数据的能量信息，确定所述扫描对象对应的即时符合能量分布；
第三确定模块，用于确定所述扫描对象对应的随机符合能量分布；
第四确定模块，用于根据所述真符合能量分布、所述即时符合能量分布以及所述随机符合能量分布，确定所述扫描对象对应的散射符合能量分布；
图像重建模块，用于根据所述散射符合能量分布、所述真符合能量分布、所述随机符合能量分布和所述扫描对象对应的其他符合数据进行图像重建。
9.一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权利要求1-7中任一项所述方法的步骤。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储器，其上存储有计算机程序；
处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现权利要求1-7中任一项所述方法的步骤。
11.一种正电子发射断层显像PET系统，其特征在于，所述PET系统包括：探测器和权利要求10所述的电子设备；
所述探测器用于检测扫描对象体内发出的高能光子，并转换成脉冲信号发送给所述电子设备，以使所述电子设备根据接收到的所述脉冲信号的能量信息进行图像重建。
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