对PET活度分布图像进行衰减校正的校正信息获取方法技术

本发明专利技术公开一种对PET活度分布图像进行衰减校正的校正信息获取方法，方法包括：S0、获取PET系统扫描时的带有飞行时间信息的PET探测数据；S1、基于PET探测数据服从泊松分布，则对PET探测数据进行建模处理，得到对数似然函数L(x,μ,y)；S2、基于线性衰减系数的先验知识约束，对线性衰减系数分布进行初始化生成初始值μ0，以及对L(x,μ,y)进行调节，生成带有先验知识约束条件的目标函数

Correction Information Acquisition Method for Attenuation Correction of PET Activity Distribution Image

【技术实现步骤摘要】
对PET活度分布图像进行衰减校正的校正信息获取方法
本专利技术涉及医学成像领域，尤其涉及一种对PET活度分布图像进行衰减校正的校正信息获取方法、PET活度分布图像重建方法和PET系统。
技术介绍
正电子发射型断层显像(PositronEmissionTomography，PET)是一种高端核医学影像诊断设备。在实际操作中利用放射性核素(如18F、11C等)对代谢物质进行标记并将标记有核素的代谢物质注入人体，然后通过PET系统对患者进行功能代谢显像，反映生命代谢活动的情况，从而达到诊断的目的。在PET系统采集时，光子到达PET系统之前，会在人体中进行衰减，较之物体内部的符合事件，物体表面的符合事件有着更大的探测效率。如果这种衰减因素没有被校正，会导致重建图像中物体边缘影像过亮，物体内部组织影像过暗的衰减伪影。另外，受衰减影响的探测效率也会给PET成像的定量化分析带来困扰。为了消除衰减伪影，准确定量分析放射性药物在患者体内的分布，通常会配套其他模态(比如CT、MRI等)以得到患者的解剖结构成像。一方面可以对核素分布情况进行精确定位，提高了病灶定位的准确性；另一方面可以得到对应患者的组织密度分布，计算出组织对射线的衰减性质(线性衰减系数)，然后运用至重建过程中，对PET数据进行衰减校正，最终获得组织实际放射性分布的图像。两种图像最终将进行同机融合，兼容功能成像和解剖成像的优点，对患者全身的整体状况一目了然，达到早期发现病灶和诊断疾病的目的，对指导肿瘤和心脏、脑部疾病的诊治更具优势。然而在多模态采集应用过程中，有些情况下无法获得与PET数据相匹配的衰减信息，例如：首先，在PET多模态成像时，两模态图像配准可能存在相对偏差。以PET/CT系统为例，CT扫描通常可以在很短时间内完成，获得的图像几乎是某时刻的快照。但是PET扫描速度较慢，每个体位通常会花费几分钟时间，因此不可能在病人屏气状态下完成数据采集。受心脏搏动和呼吸运动的影响，PET图像和CT图像对相同病灶在位置及相位上存在一定程度的不匹配。一方面，PET采集会将运动的病灶在不同位置时采集的数据叠加，对应的成像反映的是病灶位置的一个平均效应，这不可避免的带来了分辨率的下降，导致图像模糊和定量分析SUV值(标准化摄取值)准确性降低。另一方面，CT图像与PET图像配准融合产生偏差(特别在运动幅度最大的膈膜附近)，用瞬间的CT图像去对平均的PET图像做衰减校正必然出现误差，会在PET图像上产生局部伪影，可能影响胸腹部肿瘤的准确诊断与治疗计划的制定。另外，在长时间的PET扫描中，病人身体有可能发生移动，这同样会导致PET和CT图像不匹配，产生衰减伪影。其次，PET临床采集上常用的18F-FDG是一种反映葡萄糖代谢的非特异性显像剂。相比正常细胞，恶性肿瘤细胞生长活跃，细胞异常增殖，对能量需求量大，大大增加了DNA合成和氨基酸利用。因此通过探测葡萄糖聚集，PET能从代谢水平上评价肿瘤的活性。但是炎症急性期和肉芽肿等良性病变也可因代谢增高而明显摄取，导致假阳性的发生。为了更好的鉴别良恶性病变，通常临床上采用延迟显像，通过多时间点采集，多时间点PET成像，肿瘤随时间延长摄取FDG程度高于炎症，这样可以更好的鉴别良恶性病变。在实际应用中，将整个扫描时间分隔为几段，分别进行静态PET图像重建，最终获取多个时间点的静态PET图像并进行分析。通常延迟显像多时间点PET采集需要配套进行多时间点CT采集，以避免在扫描过程中由于病人中途离开病床或身体位置发生移动而引入的衰减校正信息误差和衰减伪影，这不可避免的增加了病人的X射线辐射剂量。再次，PET的扫描范围通常会大于其他模态(比如CT或MRI)的扫描范围。在扫描体重比较大的患者时，其他模态成像很可能无法提供足够大的扫描范围，这会导致衰减图像发生截断。这种不完整的衰减信息应用在PET重建中也会产生衰减伪影。最后，当PET与其他模体联合成像时，有时并不能获得令人满意的衰减校正图像，比如PET/MR成像。与CT显像相比，MR主要利用磁自旋成像，而非组织密度分布成像，因此不能直接提供关于组织衰减性质的准确信息。目前依靠MR成像进行衰减校正的算法应用复杂，精度也不高，容易导致衰减伪影的产生。另外，MR图像上无法显示扫描床和MR线圈，这样也会对后续的衰减校正产生影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种对PET活度分布图像进行衰减校正的校正信息获取方法、PET活度分布图像重建方法和PET系统。为了达到上述的目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：第一方面，本专利技术提供一种对PET活度分布图像进行衰减校正的校正信息获取方法，包括：S0、获取PET系统扫描时的带有飞行时间信息的PET探测数据；S1、基于所述PET探测数据服从泊松分布，则对所述PET探测数据进行建模处理，得到公式(A1)的对数似然函数L(x,μ,y)；公式(A1)其中，y＝[y1t,y2t,…,yNT]T表示探测数据，N表示为探测数据正弦图的大小，T表示飞行时间TOF的维度；x＝[x1,x2,…,xM]T表示未知PET放射性活度分布，M表示为PET图像空间的大小；μ＝[μ1,μ2,…,μK]T表示未知的线性衰减系数分布；A＝[Aijt]为系统矩阵；l＝[lik]为线性衰减系数矩阵，r＝[r1t,r2t,…,rNT]T表示随机噪声和散射噪声的平均值；为衰减校正参数；S2、基于线性衰减系数的先验知识约束，对线性衰减系数分布进行初始化生成初始值μ0，以及对公式(A1)进行调节，生成带有先验知识约束条件的公式(A2)的目标函数S3、依据所述初始值μ0，采用迭代算法对目标函数进行优化，得到满足最大化目标函数的未知数x和μ的估计值；公式(A2)：其中，β用来调节对数似然函数L(x,μ,y)和先验知识约束条件R(μ)之间的权重；先验知识约束条件R(μ)为根据预先划定的不同部位的感兴趣区域的掩码矢量预先确定的。可选地，S＝[s1,s2,…,sK]T为预先划定的感兴趣区域掩码矢量，在感兴趣区域掩码矢量为多个时，采用Sn对应不同的感兴趣区域，n＝1，……，N；Cn表示感兴趣区域掩码矢量Sn的线性衰减系数值，其为经验值；γn用来调节不同感兴趣区域的先验项权重。可选地，所述步骤S2中的基于线性衰减系数的先验知识约束，对线性衰减系数分布进行初始化生成初始值μ0，包括：S2-1、获取PET系统扫描时其他模态成像的图像；S2-2、基于其他模态成像的图像中的线性衰减系数分布图像，获取初始值μ0；或者，S2-1、获取PET系统扫描时其他模态成像的图像；S2-2、基于其他模态成像的图像中的线性衰减系数分布图像，对光子线性衰减系数分布图像进行插值，并获取初始值μ0；其他模态图像包括：CT图像和/或MR图像。可选地，所述步骤S2之后，步骤S3之前，所述方法还包括：S2a、基于PET探测数据获取PET放射性活度分布的初始值x0；S2b、将初始值x0对应的PET放射性活度分布图像与其它模态图像进行匹配；S2c、如果不匹配，执行步骤S3’；S3’、对依据所述初始值μ0，采用迭代算法对目标函数进行优化，得到满足最大化目标函数的未知数x和μ的估计值；并对x的估计值采用公式(A3)进行更新，将更新后的x值作为最终的输出值；公式(A3)：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对PET活度分布图像进行衰减校正的校正信息获取方法，其特征在于，包括：S0、获取PET系统扫描时的带有飞行时间信息的PET探测数据；S1、基于所述PET探测数据服从泊松分布，则对所述PET探测数据进行建模处理，得到公式(A1)的对数似然函数L(x,μ,y)；公式(A1)

【技术特征摘要】
1.一种对PET活度分布图像进行衰减校正的校正信息获取方法，其特征在于，包括：S0、获取PET系统扫描时的带有飞行时间信息的PET探测数据；S1、基于所述PET探测数据服从泊松分布，则对所述PET探测数据进行建模处理，得到公式(A1)的对数似然函数L(x,μ,y)；公式(A1)其中，y＝[y1t,y2t,…,yNT]T表示探测数据，N表示为探测数据正弦图的大小，T表示飞行时间TOF的维度；x＝[x1,x2,…,xM]T表示未知PET放射性活度分布，M表示为PET图像空间的大小；μ＝[μ1,μ2,…,μK]T表示未知的线性衰减系数分布；A＝[Aijt]为系统矩阵；l＝[lik]为线性衰减系数矩阵，r＝[r1t,r2t,…,rNT]T表示随机噪声和散射噪声的平均值；为衰减校正参数；S2、基于线性衰减系数的先验知识约束，对线性衰减系数分布进行初始化生成初始值μ0，以及对公式(A1)进行调节，生成带有先验知识约束条件的公式(A2)的目标函数S3、依据所述初始值μ0，采用迭代算法对目标函数进行优化，得到满足最大化目标函数的未知数x和μ的估计值；公式(A2)：其中，β用来调节对数似然函数L(x,μ,y)和先验知识约束条件R(μ)之间的权重；先验知识约束条件R(μ)为根据预先划定的不同部位的感兴趣区域的掩码矢量预先确定的。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S＝[s1,s2,…,sK]T为预先划定的感兴趣区域掩码矢量，在感兴趣区域掩码矢量为多个时，采用Sn对应不同的感兴趣区域，n＝1，……，N；Cn表示感兴趣区域掩码矢量Sn的线性衰减系数值，其为经验值；γn用来调节不同感兴趣区域的先验项权重。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中的基于线性衰减系数的先验知识约束，对线性衰减系数分布进行初始化生成初始值μ0，包括：S2-1、获取PET系统扫描时其他模态成像的图像；S2-2、基于其他模态成像的图像中的线性衰减系数分布图像，获取初始值μ0；或者，S2-1、获取PET系统扫描时其他模态成像的图像；S2-2、基于其他模态成像的图像中的线性衰减系数分布图像，对光子线性衰减系数分布图像进行插值，并获取初始值μ0；其他模态图像包括：CT图像和/或MR图像。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S2之后，步骤S3之前，所述方法还包括：S2a、基于PET探测数据获取PET放射性活度分布的初始值x0；S2b、将初始值x0对应的PET放射性活度分布图像与其它模态图像进行匹配；S2c、如果不匹配，执行步骤S3’；S3’、对依据所述初...

【专利技术属性】
技术研发人员：李楠，
申请(专利权)人：江苏赛诺格兰医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32