用于校正PET成像中由呼吸运动引起的失配的系统和方法技术方案

本申请涉及用于校正PET成像中由呼吸运动引起的失配的系统和方法。所述系统可以执行方法以获取对象的解剖图像和PET数据，并将所述PET数据门控到至少两个时相。所述系统可以执行方法以基于门控PET数据来重建至少两个门控PET图像。所述系统可以执行方法以确定与目标呼吸相位相对于解剖图像有关的参考呼吸相位的运动向量场。所述系统可以执行方法以基于目标呼吸相位相对于参考呼吸相位的运动向量场，在解剖图像中变换VOI来获取与目标呼吸相位的呼吸相位相匹配的解剖图像，并且重建对应于目标呼吸相位的经衰减校正的PET图像。

System and Method for Correcting Mismatch Caused by Respiratory Motion in PET Imaging

【技术实现步骤摘要】
用于校正PET成像中由呼吸运动引起的失配的系统和方法优先权声明本申请主张于2018年1月27日提交的申请号为US15/881,765的美国申请的优先权，其全部内容通过引用被包含于此。
本申请一般涉及用于图像处理的系统和方法，并且更具体地涉及用于校正正电子发射断层成像(PET)图像重建中由呼吸运动引起的失配的方法和系统。
技术介绍
PET是一种专门的放射流程，可在对象的靶器官或组织中产生功能过程的三维图像。具体地，在PET研究中，携带放射性示踪剂分子的生物活性分子先被导入对象中。然后，PET系统检测由示踪剂间接发射的γ射线对，并通过分析检测到的信号重建对象内的示踪剂浓度的图像。因为PET研究中使用的生物活性分子是靶器官或组织的天然代谢底物，所以PET可以评估靶器官或组织的生理机能(功能)以及其生化特性。在与疾病有关的解剖学变化可以被其他诊断测试，例如计算机断层扫描(CT)或磁共振成像(MRI)检测到之前，所述靶器官或组织的这些性质的变化可以提供用于鉴定疾病的发作或发展的信息。此外，PET在皮摩尔范围内的高灵敏度可允许在体内检测到少量放射性标记的标记物。PET可以与其他诊断测试结合使用，以同时获取对象的结构和功能信息。所述实例包括PET/CT混合系统，PET/MR混合系统。使用PET/CT混合系统可以获取对象的PET和CT数据。所述CT数据可以应用于PET数据的衰减校正。在PET/CT系统中扫描期间，对象可能经历呼吸运动。当对胸部或上腹部检查进行扫描时，对象肺部的呼吸运动和/或心脏的心脏运动可能导致PET数据和CT数据之间的失配。所述失配可能会随后导致PET图像中的伪影，这进一步可能影响PET图像的解读或者基于PET图像执行的诊断。CT扫描很快，CT数据可以对应于相同或基本相同的呼吸相位。PET扫描相对较慢，PET数据可能会对应于至少两个呼吸相位，这可能导致CT数据和PET数据之间的失配。因此，期望开发一种用于匹配CT数据和PET数据的方法和系统，以减少对象的呼吸和/或心脏运动的影响，并相应地改善重建的PET图像的质量。
技术实现思路
在本申请的第一方面，图像处理方法可以在至少一个机器上实现，其中每一个机器可以具有处理器和存储设备。所述方法可以包括一个或以上的下述操作。可以获取对象的解剖图像和PET数据。所述PET数据可以被门控到至少两个时相中。所述至少两个时相可以对应于至少两个呼吸相位。可以基于门控PET数据重建至少两个门控PET图像。所述至少两个门控PET图像的每个门控PET图像可以对应于至少两个呼吸相位中的一个呼吸相位。可以基于所述至少两个门控PET图像和解剖图像来确定目标呼吸相位相对于参考呼吸相位的运动向量场，所述参考呼吸相位可能与解剖图像有关。可以通过基于目标呼吸相位相对于参考呼吸相位的运动向量场来变换解剖图像中的感兴趣容积(VOI)，以此为目标呼吸相位获取呼吸相位相匹配的解剖图像。可以基于呼吸相位相匹配的解剖图像和门控PET数据来重建对应于目标呼吸相位的经衰减校正的PET图像。在一些实施例中，PET数据可包括第一部分和第二部分。所述第一部分受对象的呼吸运动的影响可能大于第二部分。所述第一部分可以对应于解剖图像中的VOI。在一些实施例中，确定目标呼吸相位相对于参考呼吸相位的运动向量场可以包括以下操作中的一个或以上操作。可以基于至少两个门控PET图像在至少两个呼吸相位中识别与解剖图像的呼吸相位相匹配的参考呼吸相位。可以基于对应于目标呼吸相位的门控PET图像和对应于参考呼吸相位的参考门控PET图像来确定对应于目标呼吸相位的运动向量场。在一些实施例中，识别与解剖图像的呼吸相位相匹配的参考呼吸相位可包括以下操作中的一个或以上操作。可以识别解剖图像中的一个或以上的子区域。所述一个或以上的子区域可以对应于对象至少一部分肺和一部分肝脏。可以基于解剖图像中所识别的一个或以上的子区域和其在至少两个门控PET图像的每个门控PET图像中的一个或以上的对应部分，在至少两个呼吸相位中确定与解剖图像的呼吸相位相匹配的参考呼吸相位。在一些实施例中，一个或以上的子区域包括第一子区域和第二子区域。所述在解剖图像中识别一个或以上的子区域可以包括以下操作中的一个或以上操作。可以分割解剖图像中对象的左肺和右肺。可以基于所述左肺确定第一子区域。可以基于所述右肺确定第二子区域。在一些实施例中，确定与解剖图像的呼吸相位相匹配的参考呼吸相位可以包括以下操作的一个或以上的。对于解剖图像中所识别的一个或以上的子区域中的每一个，可以基于解剖图像的子区域和其在至少两个门控PET图像中的对应部分来确定侯选参考呼吸相位。可以从侯选参考呼吸相位指定一个侯选参考呼吸相位作为与解剖图像的呼吸相位相匹配的参考呼吸相位。在一些实施例中，对于解剖图像中的子区域，确定解剖图像的侯选参考呼吸相位可以包括以下操作中的一个或以上操作。对于至少两个门控PET图像中的每一个，可以确定解剖图像中的子区域与其在门控PET图像中的对应部分之间的相似度。可以识别所确定的相似度中的最高相似度。可以将具有最高相似度的门控PET图像的呼吸相位指定为解剖图像的侯选参考呼吸相位。在一些实施例中，确定解剖图像中的子区域与其在门控PET图像中的对应部分之间的相似度是基于像素的相似度、基于熵的相似度、互信息相似度或基于轮廓的相似度中的至少一个。在一些实施例中，对应于目标呼吸相位的运动向量场可以通过将所述目标呼吸相位的门控PET图像与所述参考呼吸相位的参考门控PET图像进行配准确定。在一些实施例中，将所述门控PET图像与参考门控PET图像进行配准基于光流配准算法、Demons配准算法或B样条配准算法中的至少一个。在一些实施例中，在解剖图像中分割VOI可以包括以下操作中的一个或以上操作。在所述解剖图像中，分割一个或以上的骨骼，所述骨骼可以围绕位于扫描区域内的对象的胸腹腔。可以确定所述一个或以上的骨骼边的一个或以上的边界点。可以基于所述一个或以上的边界点来确定VOI。在一些实施例中，该方法还可包括以下操作中的一个或以上操作。对于每个呼吸相位，可以通过图像配准来确定对应于该呼吸相位的运动向量场。对于每个呼吸相位，可以通过基于所述相应的运动向量变换所述解剖图像中所述VOI，来生成对应于所述呼吸相位的校正解剖图像场，以获取呼吸相位相匹配的解剖图像。对于每个呼吸相位，可以基于相应的校正解剖图像和门控PET数据来重建对应于呼吸相位的经衰减校正的PET图像。在一些实施例中，解剖图像可以是计算机断层扫描(CT)图像或磁共振(MR)图像中的至少一种。在一些实施例中，PET数据可以由具有PET视野(FOV)的PET扫描仪采集。所述获取PET数据可以包括将对象的肺的至少一部分和至少一部分肝脏放置于PET扫描仪的PET视野的中心区域中来获取PET数据。在本申请的第二方面，系统可以包括至少一个处理器和至少一个用于存储指令的存储介质。当执行所述指令时，可以指示至少一个处理器执行方法，所述方法包括以下操作中的一个或以上操作。可以获取对象的解剖图像和PET数据。所述PET数据可以被门控到至少两个时相中。所述至少两个时相可以对应于至少两个呼吸相位。可以基于门控PET数据重建至少两个门控PET图像。所述至少两个门控PET图像的每个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像处理方法，所述方法包括：获取对象的解剖图像；获取所述对象的正电子发射断层成像PET数据；将所述PET数据门控到至少两个时相，所述至少两个时相对应于至少两个呼吸相位；基于门控PET数据，重建至少两个门控PET图像，所述至少两个门控PET图像的每个门控PET图像对应于所述至少两个呼吸相位中的一个的呼吸相位；基于所述至少两个门控PET图像和所述解剖图像，确定目标呼吸相位相对于与解剖图像有关的参考呼吸相位的运动向量场；基于所述目标呼吸相位相对于参考呼吸相位的运动向量场，通过变换解剖图像中的感兴趣容积VOI来为所述目标呼吸相位获取呼吸相位匹配的解剖图像；以及基于所述呼吸相位相匹配的解剖图像和所述门控PET数据，重建对应于所述目标呼吸相位的经衰减校正的PET图像。

【技术特征摘要】
2018.01.27 US US15/881,7651.一种图像处理方法，所述方法包括：获取对象的解剖图像；获取所述对象的正电子发射断层成像PET数据；将所述PET数据门控到至少两个时相，所述至少两个时相对应于至少两个呼吸相位；基于门控PET数据，重建至少两个门控PET图像，所述至少两个门控PET图像的每个门控PET图像对应于所述至少两个呼吸相位中的一个的呼吸相位；基于所述至少两个门控PET图像和所述解剖图像，确定目标呼吸相位相对于与解剖图像有关的参考呼吸相位的运动向量场；基于所述目标呼吸相位相对于参考呼吸相位的运动向量场，通过变换解剖图像中的感兴趣容积VOI来为所述目标呼吸相位获取呼吸相位匹配的解剖图像；以及基于所述呼吸相位相匹配的解剖图像和所述门控PET数据，重建对应于所述目标呼吸相位的经衰减校正的PET图像。2.权利要求1所述的方法，其特征在于，所述PET数据包括第一部分和第二部分，所述第一部分受所述对象的呼吸运动的影响大于所述第二部分，以及所述第一部分对应所述解剖图像中的VOI。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定目标呼吸相位相对于参考呼吸相位的运动向量场，包括：基于所述至少两个门控PET图像，在所述至少两个呼吸相位中识别与所述解剖图像的呼吸相位匹配的参考呼吸相位；以及基于对应于所述目标呼吸相位的门控PET图像和对应于所述参考呼吸相位的参考门控PET图像，确定对应于所述目标呼吸相位的运动向量场。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，识别与所述解剖图像的呼吸相位匹配的参考呼吸相位包括：识别所述解剖图像中的一个或以上的子区域，所述一个或以上的子区域对应于对象中至少一部分肺和一部分肝脏；以及基于所述解剖图像中识别的一个或以上的子区域和在至少两个门控PET图像的每个门控PET上一个或以上的对应部分，确定所述至少两个呼吸相位中与所述解剖图像呼吸相位匹配的参考呼吸相位。5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述解剖图像中分割所述VOI，并且其特征在于，在所述解剖图像中分割所述VOI包括：在所述解剖图像中分割一个或以上的骨骼，所述骨骼围绕位于扫描区域内对象的胸腹腔；确定所述一个或以上的骨骼的一个或以上的边界点；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王骥喆，冯涛，李弘棣，
申请(专利权)人：上海联影医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31