正电子发射断层摄影中的飞行时分辨率-自适应图像正则化和滤波制造技术

根据使用飞行时间(TOF)正电子发射断层摄影(PET)成像数据采集设备(6)采集的对象的TOF PET成像数据(10)来生成TOF PET图像(38)。利用沿着相应的响应线(LOR)的计数的TOF定位来执行对所述TOF PET成像数据的迭代图像重建(30)以迭代地更新重建图像(32)。基于针对所述TOF PET成像数据或所述体素的估计的TOF定位分辨率，将针对至少一个正则化或滤波参数的值分配给所述TOF PET成像数据或所述重建图像的体素。使用针对所述至少一个正则化或滤波参数的所分配的值来执行对所述重建图像的正则化(34)或滤波(36)。在一些实施例中，基于有关的采集特性(例如，探测器的计数率或操作温度)来估计针对所述TOF PET成像数据或所述体素的变化的TOF定位分辨率。

Time-of-flight resolution-adaptive image regularization and filtering in positron emission tomography

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】正电子发射断层摄影中的飞行时分辨率-自适应图像正则化和滤波
下文总体上涉及医学成像领域、正电子发射断层摄影(PET)成像和图像重建领域以及相关领域。
技术介绍
在正电子发射断层摄影(PET)成像中，将正电子发射放射性药物施用于对象。每个正电子-电子湮灭事件产生两条相反指向的511keV伽马射线，来自单个湮灭事件的两条伽马射线是使用符合探测来探测的。特别地，对伽马射线探测事件进行滤波以仅保留511keV(在某个能量窗口内)的那些探测事件，并且使用时间窗口对511keV探测事件进行滤波以识别基本上同时探测到的511keV对——然后假设每个这样的符合对与单个湮灭事件相关联，该单个湮灭事件位于沿着连接两个探测事件的响应线(LOR)的某处。在更先进的重建算法中，以统计方式校正因散射等引起的随机符合。实际上，由真正的正电子-电子湮灭事件产生的两个511keV探测事件通常不是精确同时的。由针对两条伽马射线从湮灭事件处的公共起点行进到它们各自的探测器的不同飞行时间(TOF)间隔引起小的有限时间差。除非湮灭事件与两个探测器精确等距地定位，否则因一条伽马射线比另一条伽马射线具有更短的飞行时间而引起在两个511keV探测事件之间将存在有限时间差。常规地，这个问题通过使用有限符合探测时间窗来解决并且/或者因辐射探测器的时间分辨率不足以探测小TOF时间差而固有地减轻。在飞行时间(TOF)PET中，辐射探测器具有亚皮秒的时间分辨率并且能够测量TOF差。在常规的PET中，沿着LOR的每个计数(亦即，沿着LOR的每个符合的511keV探测事件对)仅仅将湮灭事件定位为沿着LOR的某处发生。相比之下，在TOFPET中，飞行时间信息提供了沿着LOR的每个计数的额外定位。能够将TOF信息设想为沿着LOR的高斯或其他峰值概率分布，其中，高斯峰值在由时间差限定的位置处，并且高斯宽度对应于探测器的时间分辨率(使用已知的光速将将其转换为位置分辨率)。在迭代式TOFPET重建中，采用TOF定位来提供改善的重建图像分辨率和改善的整体图像质量。一些已知的迭代式TOFPET重建算法采用有序子集期望最大化(OSEM)或最大似然估计方法(MLEM)来比较(投影的)重建图像与包括TOF定位信息的投影数据并优化(投影的)重建图像。下文公开了新的且改进的系统和方法。
技术实现思路
在一个公开的方面中，一种成像设备包括：飞行时间(TOF)正电子发射断层摄影(PET)成像数据采集设备，其包括一个或多个辐射探测器模块或环，所述TOFPET成像数据采集设备被布置为采集成像对象的TOFPET成像数据。所述成像设备还包括：计算机；以及非瞬态存储介质，其存储能由所述计算机读取并运行以通过包括以下操作的操作来生成TOFPET图像的指令：执行对所述TOFPET成像数据的迭代图像重建以迭代地更新重建图像；基于针对所述TOFPET成像数据或所述体素的采集条件的估计的值，将针对至少一个取决于采集条件的正则化或滤波参数的值分配给所述TOFPET成像数据或所述重建图像的体素；以及使用针对所述至少一个取决于采集条件的正则化或滤波参数的所分配的值来执行对所述重建图像的正则化或滤波。在一些说明性实施例中，采集参数是计数率。在一些说明性实施例中，采集参数是温度。在另一公开的方面中，一种非瞬态存储介质存储指令，所述指令能由计算机或其他电子数据处理设备读取并运行以根据使用TOFPET成像数据采集设备采集的对象的TOFPET成像数据来生成TOFPET图像。所述TOFPET图像的所述生成借助于包括以下操作的操作：利用沿着相应的响应线(LOR)的计数的TOF定位来执行对所述TOFPET成像数据的迭代图像重建以迭代地更新重建图像；基于针对所述TOFPET成像数据或所述体素的估计的TOF定位分辨率，将针对至少一个正则化或滤波参数的值分配给所述TOFPET成像数据或所述重建图像的体素；以及使用针对所述至少一个正则化或滤波参数的所分配的值来执行对所述重建图像的正则化或滤波。在另一公开的方面中，一种方法包括：利用沿着相应的响应线(LOR)的计数的飞行时间(TOF)定位来执行对TOF正电子发射断层摄影(PET)成像数据的迭代图像重建以迭代地更新重建图像；估计针对所述TOFPET成像数据或所述重建图像的体素的TOF定位分辨率；以及使用针对至少一个正则化或滤波参数的值来执行对所述重建图像的正则化或滤波，所述针对至少一个正则化或滤波参数的所述值是基于针对所述TOFPET成像数据或所述体素的所估计的TOF定位分辨率来计算的。所述迭代图像重建、TOF定位分辨率的所述估计以及所述正则化或滤波是由计算机适当执行的。一个优点在于提供了具有改善的图像质量的飞行时间(TOF)正电子发射断层摄影(PET)成像。另一优点在于提供了对成像对象的辐射暴露减少但没有相应地降低图像质量的TOFPET成像。另一优点在于提供了具有改进的图像正则化的TOFPET成像。另一优点在于提供了具有改进的滤波以用于平滑或其他有益的图像滤波调整的TOFPET成像。给定的实施例可以提供前述优点中的零个、一个、两个、更多个或所有优点，并且/或者可以提供在本领域普通技术人员在阅读和理解了本公开内容后将变得明显的其他优点。附图说明本专利技术可以采用各种部件和各种部件的布置，以及各个步骤和各个步骤的安排的形式。附图仅出于图示优选实施例的目的，并且不应被解释为对本专利技术的限制。图1示意性地图示了如本文所公开的包括成像设备和图像重建/处理设备的飞行时间(TOF)正电子发射断层摄影(PET)成像系统。图2呈现了关于计数率对数字和模拟TOFPET系统的计时分辨率的影响的数据。图3-6示意性地图示了统计计数率随着成像时间和/或空间位置可预测地变化的几种情况。图7和图8图示了如本文所述的体模成像结果。图9示意性地示出了使用图1的TOFPET成像系统适当执行的图像重建过程。具体实施方式与非TOF相比，TOFPET图像重建中的正电子-电子湮灭事件的定位会引起具有相同计数数量的图像噪声降低。从另一个角度来看，TOF相比于非TOF实现了有效灵敏度增益。该增益与TOF分辨率成反比。通常，TOF分辨率越高，有效增益越高。本文认识到，由于这种有效灵敏度增益，诸如正则化和滤波的图像处理对于TOF和非TOF或较低分辨率的TOF应当是不同的，以便优化经处理的图像。正则化重建将先验知识用作对重建过程的正则化。正则化能够是边缘保留的，也能够是非边缘保留的。本文认识到，当将正则化重建应用于具有不同TOF分辨率的数据时，应当考虑TOF分辨率而使得图像不会正则化不足或正则化过度。在本文公开的一些说明性实施例中，根据使用TOFPET成像数据采集设备采集的对象的TOFPET成像数据来生成TOFPET图像。通过包括以下操作的操作来生成TOFPET图像：利用沿着相应的响应线(LOR)的计数的TOF定位来执行对TOFPET成像数据的迭代图像重建以迭代地更新重建图像；基于针对TOFPET成像数据或体素的估计的TOF定位分辨率，将针对至少一个正则化或滤波参数的值分配给TOFPET成像数据或重建图像的体素；使用针对至少一个正则化或滤波参数的所分配的值来执行对重建图像的正则化或滤波。在本文公开的一些说明性实施例中，通过包括以下操作的操作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种成像设备，包括：飞行时间(TOF)正电子发射断层摄影(PET)成像数据采集设备(6)，其包括一个或多个辐射探测器模块或环(8)，所述TOF PET成像数据采集设备被布置为采集成像对象的TOF PET成像数据(10)；计算机(20)；以及非瞬态存储介质，其存储能由所述计算机读取并运行以通过包括以下操作的操作来生成TOF PET图像(38)的指令：执行对所述TOF PET成像数据的迭代图像重建(30)以迭代地更新重建图像(32)；基于针对所述TOF PET成像数据或所述体素的采集条件的估计的值，将针对至少一个取决于采集条件的正则化或滤波参数的值分配给所述TOF PET成像数据或所述重建图像的体素；以及使用针对所述至少一个取决于采集条件的正则化或滤波参数的所分配的值来执行对所述重建图像的正则化(34)或滤波(36)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.20 US 62/4364761.一种成像设备，包括：飞行时间(TOF)正电子发射断层摄影(PET)成像数据采集设备(6)，其包括一个或多个辐射探测器模块或环(8)，所述TOFPET成像数据采集设备被布置为采集成像对象的TOFPET成像数据(10)；计算机(20)；以及非瞬态存储介质，其存储能由所述计算机读取并运行以通过包括以下操作的操作来生成TOFPET图像(38)的指令：执行对所述TOFPET成像数据的迭代图像重建(30)以迭代地更新重建图像(32)；基于针对所述TOFPET成像数据或所述体素的采集条件的估计的值，将针对至少一个取决于采集条件的正则化或滤波参数的值分配给所述TOFPET成像数据或所述重建图像的体素；以及使用针对所述至少一个取决于采集条件的正则化或滤波参数的所分配的值来执行对所述重建图像的正则化(34)或滤波(36)。2.根据权利要求1所述的成像设备，其中，所述TOFPET成像数据采集设备还包括：支撑物(14)，其能操作用于在对所述TOFPET成像数据的采集期间在与所述一个或多个辐射探测器模块或环(8)相应的轴向方向上移动所述成像对象；其中，所述分配包括以下操作中的一个操作：基于所述TOFPET成像数据的采集时间，将针对至少一个取决于采集条件的正则化或滤波参数的所述值分配给所述TOFPET成像数据(10)；以及基于所述重建图像(32)中的所述体素的轴向位置，将针对至少一个取决于采集条件的正则化或滤波参数的所述值分配给所述重建图像的所述体素。3.根据权利要求1所述的成像设备，其中，所述一个或多个辐射探测器模块或环(8)包括沿着轴向方向间隔开的多个辐射探测器环，并且所述分配包括以下操作中的一个操作：基于采集所述TOFPET成像数据的所述一个或多个辐射探测器环，将针对至少一个取决于采集条件的正则化或滤波参数的所述值分配给所述TOFPET成像数据(10)；以及基于所述重建图像(32)中的所述体素的轴向位置，将针对至少一个取决于采集条件的正则化或滤波参数的所述值分配给所述重建图像的所述体素。4.根据权利要求1所述的成像设备，其中，所述采集条件是计数率，并且所述分配包括以下操作中的一个操作：基于所述TOFPET成像数据的采集时间，将针对至少一个取决于计数率的正则化或滤波参数的所述值分配给所述TOFPET成像数据(10)；以及基于对所述体素有贡献的TOFPET成像数据的平均采集时间，将针对至少一个取决于计数率的正则化或滤波参数的所述值分配给所述重建图像的每个体素(32)。5.根据权利要求4所述的成像设备，其中，所述分配还基于被施用给所述对象的放射性同位素的半衰期来准备对所述TOFPET成像数据(10)的所述采集。6.根据权利要求4所述的成像设备，其中，对所述TOFPET成像数据(10)的所述采集实施动态成像，并且所述分配还基于放射性药物流入和流出目标器官或组织的流入和冲出计时。7.根据权利要求1所述的成像设备，其中，所述采集条件是计数率，并且所述计数率的估计的值是通过测量为形成所述TOFPET成像数据(10)而采集的计数的速率来估计的。8.根据权利要求1-7中的任一项所述的成像设备，其中，所述采集条件是计数率，并且所述分配包括分配针对所述至少一个取决于计数率的正则化或滤波参数的所述值以(i)针对较高的估计的计数率产生较大的正则化或滤波并且(ii)针对较低的估计的计数率产生较小的正则化或滤波。9.根据权利要求1-8中的任一项所述的成像设备，其中，执行对所述TOFPET成像数据(10)的迭代图像重建(30)以迭代地更新重建图像(32)包括：利用沿着相应的响应线(LOR)的计数的TOF定位来执行迭代的有序子集期望最大化(OSEM)或最大似然估计方法(MLEM)图像重建。10.一种存储指令的非瞬态存储介质，所述指令能由电子数据处理设备(20)读取并运行以根据对象的飞行时间(TOF)正电子发射断层摄影(PET)成像数据(10)来生成TOFPET图像(38)，所述TOFPET成像数据是使用TOFPET成像数据采集设备(6)通过包括以下操作的操作来采集的：利用沿着相应的响应线(LOR)的计数的TOF定位来执行对所述TOFPET成像数据的迭代图像重建(30)以迭代地更新重建图像(32)；基于针对所...

【专利技术属性】
技术研发人员：白传勇，A·安德烈耶夫，A·F·萨洛蒙，A·格迪克，叶京汉，YL·谢，张滨，宋犀云，M·纳拉亚南，胡志强，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL