一种PET图像的散射校正方法技术

本发明专利技术涉及一种PET图像的散射校正方法，包括：针对PET探测数据中散射区域的探测数据，获取该探测数据的第三散射分布；基于已知散射区域的Mask掩码矩阵、第二散射分布和第三散射分布实现拟合、重组处理，得到对应角度、径向和轴向三个方向变量的缩放因子；构建缩放因子的代价函数，并迭代获取作为最优解的缩放因子；将最优解的缩放因子和第二散射分布相乘，得到作为散射区域校正后散射分布的第四散射分布；对第四散射分布进行样条插值，获取探测区域内散射分布的曲面，对所述曲面进行下采样，得到用于PET重建所需的连续的第一散射分布。上述方法实现在没有其他模态图像的情况下得到更加准确的散射分布，其校正精度更高，有助于提高图像质量。高图像质量。高图像质量。

【技术实现步骤摘要】
一种PET图像的散射校正方法


[0001]本专利技术涉及医学成像领域，尤其涉及一种正电子发射计算机断层成像系统中的图像散射校正方法。

技术介绍

[0002]正电子发射断层显像PET(Positron Emission Tomography)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
18
F、
11
C等)对代谢物质进行标记并将核素注入人体，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。目前商用的正电子发射断层显像PET通常和其他模态成像系统集成在一起，比如计算机断层扫描CT(Computed Tomography)或者磁共振成像MRI(Magnetic Resonance Imaging)，达到同时对患者进行解剖结构成像的目的，这样可以对PET核素分布成像进行精确定位，提高了病灶定位的准确性。最终功能成像和解剖成像同机融合，兼容双模态成像的优点，可一目了然的了解全身的整体状况，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。
[0003]在正电子发射断层扫描(PET)系统采集过程中，光子在到达探测器之前有可能与人体组织发生康普顿散射而改变飞行方向。由于探测器的能量分辨率有限，这些散射事件被错误地按照真符合事件记录下来，混淆了核素的位置信息，进而在图像中产生散射伪影，严重影响图像质量。尤其在三维数据采集时，散射符合的数目可能达到总计数的30％
‑
60％，这使得散射校正成为PET重建的关键环节之一。
[0004]然而，现有的散射校正很大程度依赖于CT或MR图像，而在CT或MR扫描与PET扫描间患者出现较为明显的运动，患者体重较大或者出现明显截断，会导致散射分布出现明显的误差，使图像出现显著伪影。

技术实现思路

[0005](一)要解决的技术问题
[0006]鉴于现有技术的上述缺点、不足，本专利技术提供一种PET图像的散射校正方法，该方法实现在没有其他模态图像的情况下得到更加准确的散射分布，同时实现在降低噪声的前提下尽量保留散射分布校正的准确性。
[0007](二)技术方案
[0008]为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：
[0009]第一方面，本专利技术实施例提供一种PET图像的散射校正方法，其包括：
[0010]101、针对采集的PET探测数据中散射区域的探测数据，获取对所述探测数据进行预处理后的第三散射分布S3；
[0011]102、基于预先建立的散射区域的Mask掩码矩阵、第二散射分布S2和所述第三散射分布S3实现拟合、重组处理，得到对应角度、径向和轴向三个方向变量的缩放因子SF；
[0012]所述第二散射分布S2为预先估计得到的仅包括单次散射事件的一维的散射分布；
[0013]103、构建所述缩放因子SF的代价函数，并通过迭代方式获取作为最优解的缩放因子；
[0014]104、将最优解的缩放因子和第二散射分布S2相乘，得到作为散射区域校正后散射分布的第四散射分布S4；
[0015]105、对第四散射分布S4进行样条插值，获取探测区域内散射分布的曲面，对所述曲面进行下采样，得到用于PET重建所需的连续的第一散射分布S1。
[0016]可选地，所述101包括：
[0017]所述PET探测数据包括：真实计数、随机计数和散射计数；
[0018]所述散射区域为所述PET探测数据所属区域中去除扫描物体所在区域的区域；
[0019]对所述散射区域的探测数据进行随机校正，得到散射计数
[0020]公式一：
[0021]对所述散射计数进行高斯滤波，得到第三散射分布S3；
[0022]公式二：S3＝G*y
R
[0023]公式二中*表示卷积；G表示高斯核函数；
[0024]R＝[r1,r2,
…
r
i
…
,r
N
]T
表示随机噪声的平均值，i表示响应线，y＝[y1,y2,
…
y
i
…
,y
N
]T
表示探测到的数据，N表示基于正弦图重建中正弦图的大小。
[0025]可选地，所述102包括：
[0026]102
‑
1，采用阈值法/RANSAC算法/Canny算子/Roberts算子建立散射区域的掩码矩阵Mask；
[0027]公式三：
[0028]其中，
△
m为预设阈值；
[0029]102
‑
2、基于所述掩码矩阵Mask，通过SSS方法/蒙特卡罗模拟方法估计第二散射分布S2，S2＝[s21，s22…
，s2
N
]T
；以及
[0030]102
‑
3、对掩码矩阵Mask和第二散射分布S2分别进行角度、径向、轴向的三个方向上重组，得到Mask'和S2'；
[0031][0032][0033]102
‑
4、将第二散射分布S2'和所述第三散射分布S3在角度、径向、轴向上进行拟合处理，得到拟合后的缩放因子SF；
[0034][0035]其中，TN,RN,PN表示重组数据中角度采样个数，径向采样个数及轴向采样个数。
[0036]可选地，所述103包括：
[0037]基于重组的Mask'、S2'和S3，构建所述缩放因子的代价函数公式四，通过迭代求解方式获取满足代价函数中L2
‑
norm最小时的缩放因子中的拟合因子f
(tn,rn,pn)
；
[0038]公式四：
[0039]且Δ|f
(tn,rn,pn)
|≤Δd；
[0040]其中f
(tn,rn,pn)
为缩放因子SF中拟合因子在位置(tn,rn,pn)取值，mask
(tn,rn,pn)
为散射区域掩码矩阵在位置(tn,rn,pn)取值，s2
(tn,rn,pn)
为第二散射分布S2在位置(tn,rn,pn)的值，s3
(tn,rn,pn)
为第三散射分布S3在位置(tn,rn,pn)取值，
△
d＝5。
[0041]可选地，所述104包括：
[0042][0043]公式五：s4
(tn,rn,pn)
＝s2
(tn,rn,pn)
×
f
(tn,rn,pn)
,tn＝1
…
TN；rn＝1
…
RN；pn＝1
…
PN。
[0044]可选地，所述105包括：
[0045]将第四散射分布在角度，径向、轴向上进行B样条曲面差值；
[0046]具体是，对角度、径向和轴向三本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PET图像的散射校正方法，其特征在于，包括：101、针对采集的PET探测数据中散射区域的探测数据，获取对所述探测数据进行预处理后的第三散射分布S3；102、基于预先建立的散射区域的Mask掩码矩阵、第二散射分布S2和所述第三散射分布S3实现拟合、重组处理，得到对应角度、径向和轴向三个方向变量的缩放因子SF；所述第二散射分布S2为预先估计得到的仅包括单次散射事件的一维的散射分布；103、构建所述缩放因子SF的代价函数，并通过迭代方式获取作为最优解的缩放因子；104、将最优解的缩放因子和第二散射分布S2相乘，得到作为散射区域校正后散射分布的第四散射分布S4；105、对第四散射分布S4进行样条插值，获取探测区域内散射分布的曲面，对所述曲面进行下采样，得到用于PET重建所需的连续的第一散射分布S1。2.根据权利要求1所述的散射校正方法，其特征在于，所述101包括：所述PET探测数据包括：真实计数、随机计数和散射计数；所述散射区域为所述PET探测数据所属区域中去除扫描物体所在区域的区域；对所述散射区域的探测数据进行随机校正，得到散射计数公式一：对所述散射计数进行高斯滤波，得到第三散射分布S3；公式二：S3＝G*y
R
公式二中*表示卷积；G表示高斯核函数；R＝[r1,r2,
…
r
i
…
,r
N
]
T
表示随机噪声的平均值，i表示响应线，y＝[y1,y2,
…
y
i
…
,y
N
]
T
表示探测到的数据，N表示基于正弦图重建中正弦图的大小。3.根据权利要求1所述的散射校正方法，其特征在于，所述102包括：102
‑
1，采用阈值法/RANSAC算法/Canny算子/Roberts算子建立散射区域的掩码矩阵Mask；公式三：其中，
△
m为预设阈值；102
‑
2、基于所述掩码矩阵Mask，通过SSS方法/蒙特卡罗模拟方法估计第二散射分布S2，S2＝[s21，s22…
，s2
N
]
T
；以及102
‑
3、对掩码矩阵Mask和第二散射分布S2分别进行角度、径向、轴向的三个方向上重组，得到Mask'和S2'；
102
‑
4、将第二散射分布S2'和所述第三散射分布S3在角度、径向、轴向上进行拟合处理，得到拟合后的缩放因子SF；其中，TN,RN,PN表示重组数据中角度采样个数，径向采样个数及轴向采样个数。4.根据权利要求3所述的散射校正方法，其特征在于，所述103包括：基于重组的Mask'、S2'和S3，构建所述缩放因子的代价函数公式四，通过迭代求解方式获取满足代价函数中L2
‑
norm最小时的缩放因子中的拟合因子f
(tn,rn,pn)
；公式四：且Δ|f
(tn,rn,pn)
|≤Δd；其中f
(tn,rn,pn)
为缩放因子SF中拟合因子在位置(tn,rn,pn)取值，mask
(tn,rn,pn)
为散射区域掩码矩阵在位置(tn,rn,pn)取值，s2
(tn,rn,pn)
为第二散射分布S2在位置(tn,rn,pn)的值，s3
(tn,rn,pn)
为第三散射分布S3在位置(tn,rn,pn)取值，
△
d＝5。5.根据权利要求4所述的散射校正方法，其特征在于，所述104包括：公式五：s4
(tn,rn,pn)
＝s2
(tn,rn,pn)
×
f
(tn,rn,pn)
,tn＝1
…
TN；rn＝1
…
RN；pn＝1
…
PN。6.根据权利要求5所述的散射校正方法，其特征在于，所述105包括：将第四散射分布在角度，径向、轴向上进行B样条曲面差值；具体是，对角度、径向和轴向三个方向的变量做上采样，则第四散射分布在角度方向的采样序列定义为[...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔洁，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：