本公开提供的一种SPECT快速成像方法，包括：获取全角度的SPECT投影数据及其重建图像和CT解剖结构图像；对全角度的投影数据进行抽样，获得稀疏角度的投影数据；以复制、填充和/或堆叠的方式对稀疏角度的投影数据进行扩展，得到扩展投影数据；将扩展投影数据、解剖结构图像和全角度的投影数据的重建图像作为训练样本对图像合成神经网络进行训练；采集待重建的稀疏角度的投影数据，将其扩展得到待重建的扩展投影数据，获取与该扩展投影数据尺寸相同的CT解剖结构图像，共同输入到训练完毕的图像合成神经网络，得到SPECT的重建图像。本公开可降低临床SPECT数据的采集时间，增加临床SPECT设备的扫描效率。设备的扫描效率。设备的扫描效率。
【技术实现步骤摘要】
一种SPECT快速成像方法、装置和存储介质
[0001]本公开涉及核医学图像重建
，特别是涉及一种SPECT快速成像方法、装置和存储介质。
技术介绍
[0002]单光子发射计算机断层成像系统(Single Photon Emission Computed Tomography，SPECT)是核医学的一种发射线断层成像技术，通过对成像物体内注入带有放射性核素标记的药物，对成像物体进行断层成像，获得放射性核素示踪剂在生物体内的分布，从而反映生物体内的生理代谢状况，实现无创的功能性成像，在疾病的早期诊断中起着重要的作用。其临床应用主要集中在：全身骨显像、心肌灌注显像、甲状腺显像、脑灌注显像、肝脏显像和肾动态显像等。当前SPECT设备多与CT设备一起组合成SPECT/CT一体机，可以在提供SPECT图像的同时，也能提供解剖结构的CT图像。
[0003]目前临床上采用的SPECT采集规程和成像方法，需要采集至少60个角度上的投影数据进行图像重建，获得SPECT图像。这导致临床SPECT数据采集时间较长，典型在15分钟左右，不利于需要快速成像的一些应用，同时也会增加运动伪影的影响。因此实现SPECT的快速成像技术，是一个临床受益的技术问题。
技术实现思路
[0004]本公开旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0005]鉴于目前SPECT/CT一体机相较于SPECT功能更为丰富，也更为临床接受，本公开第一方面提供了一种SPECT快速成像方法，可降低临床SPECT数据的采集时间，增加临床SPECT设备的扫描效率。
[0006]为实现上述目的，本公开第一方面提出的一种SPECT快速成像方法，所述方法包括如下步骤：
[0007]步骤S100、获取全角度的SPECT投影数据及其重建图像和CT解剖结构图像，所述全角度的SPECT投影数据的重建图像和所述CT解剖结构图像的大小均为目标图像尺寸；
[0008]步骤S200、对所述全角度的SPECT投影数据进行抽样，获得稀疏角度的SPECT投影数据；
[0009]步骤S300、对所述稀疏角度的SPECT投影数据进行图像扩展，得到与所述目标图像尺寸相同的扩展SPECT投影数据，扩展方式包括复制、填充和堆叠中的任意一种或多种的组合；
[0010]步骤S400、构建图像合成神经网络，将所述扩展SPECT投影数据、CT解剖结构图像和全角度的SPECT投影数据的重建图像作为训练样本对所述图像合成神经网络进行训练，以确定稀疏角度的SPECT投影数据与全角度的SPECT投影数据的重建图像之间的映射关系，得到训练完毕的图像合成神经网络；
[0011]步骤S500、采集待重建的稀疏角度的SPECT投影数据，将其按照步骤S300中相同的
方式扩展得到待重建的扩展SPECT投影数据，获取与所述待重建的扩展SPECT投影数据具有相同图像大小的CT解剖结构图像，将所述待重建的扩展SPECT投影数据和CT解剖结构图像输入训练完毕的图像合成神经网络，得到SPECT的重建图像。
[0012]可选地，所述全角度的SPECT投影数据，为参照临床SPECT采集规程获得的投影数据获取，所述全角度的SPECT投影数据的投影角度数目为60、64、120或者128，且覆盖0
°
到360
°
或者0
°
到180
°
的投影角度。
[0013]可选地，所述目标图像尺寸，是通过对所述全角度的SPECT投影数据采用图像重建算法所获得图像的尺寸，为64
×
64或者128
×
128；所述图像重建算法，包括滤波反投影算法、反投影滤波算法、反投影算法和期望最大化迭代图像重建算法。
[0014]可选地，对所述全角度的SPECT投影数据进行抽样，是从所述全角度的SPECT投影数据中抽取目标角度的SPECT投影数据。
[0015]可选地，所述稀疏角度的SPECT投影数据的投影角度数目为30、15、10、2或者1，且所选稀疏角度均布在0
°
到360
°
或者0
°
到180
°
内。
[0016]可选地，所述复制，是指将所述稀疏角度的SPECT投影数据进行拷贝，从而组成与所述目标图像尺寸相同的第一扩展SPECT投影数据；和/或
[0017]所述填充，是指将相较于目标尺寸的图像单元中投影数据未填充的单元进行常数填充，从而组成与所述目标图像尺寸相同的第二扩展SPECT投影数据；和/或
[0018]所述堆叠，是指将不同角度的所述稀疏角度的SPECT投影数据首先进行所述拷贝或者所述填充至目标尺寸，然后进行所述拼接，从而组成与所述目标图像尺寸相同但通道数为稀疏投影角度数目的第三扩展SPECT投影数据。
[0019]进一步地，所述复制，包括：预设一个所述目标图像尺寸大小的矩阵，将所述稀疏角度的SPECT投影数据填入所述矩阵的部分单元，未填的单元，将所述稀疏角度的SPECT投影数据重复填入，从而组成与所述目标图像尺寸相同的第一扩展SPECT投影数据；和/或
[0020]所述填充，包括：预设一个所述目标图像尺寸大小的矩阵，将所述稀疏角度的SPECT投影数据填入所述矩阵的部分单元，未填的单元，填入任意固定常数，从而组成与所述目标图像尺寸相同的第二扩展SPECT投影数据；和/或
[0021]所述堆叠，包括：预设稀疏角度数目个所述目标图像尺寸大小的矩阵，将每个单一角度的SPECT投影数据首先进行所述拷贝或者所述填充至所述目标图像尺寸，然后按照角度填入对应的矩阵，从而组成与所述目标图像尺寸相同但通道数为稀疏投影角度数目的第三扩展SPECT投影数据。
[0022]可选地，所述图像合成神经网络采用U
‑
Net神经网络、变分自编码器或者基于transformer模型的编
‑
解码器。
[0023]可选地，对所述图像合成神经网络进行训练时采用的损失函数，包括：均方误差损失函数、1
‑
范数损失函数、基于图像梯度的损失函数、基于神经网络输出的损失函数、基于投影模型的投影损失函数及以上损失函数不同权重下的组合；
[0024]所述基于图像梯度的损失函数，是指对所述全角度的SPECT投影数据的重建图像进行求取梯度，计算所述图像合成神经网络的输出图像的梯度和所述全角度的SPECT投影数据的重建图像的梯度间的损失；
[0025]所述基于神经网络输出的损失函数，是指构建一个损失神经网络，将所述图像合
成神经网络的输出图像和和所述全角度的SPECT投影数据的重建图像经过所述损失神经网络，计算两者输出的损失，所述损失神经网络与所述图像合成神经网络同时训练或者不进行训练；
[0026]所述基于投影模型的投影损失函数，是指基于SPECT成像原理，建立SPECT的投影模型，将所述图像合成神经网络的输出本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种SPECT快速成像方法，其特征在于，包括：步骤S100、获取全角度的SPECT投影数据及其重建图像和CT解剖结构图像，所述全角度的SPECT投影数据的重建图像和所述CT解剖结构图像的大小均为目标图像尺寸；步骤S200、对所述全角度的SPECT投影数据进行抽样，获得稀疏角度的SPECT投影数据；步骤S300、对所述稀疏角度的SPECT投影数据进行图像扩展，得到与所述目标图像尺寸相同的扩展SPECT投影数据，扩展方式包括复制、填充和堆叠中的任意一种或多种的组合；步骤S400、构建图像合成神经网络，将所述扩展SPECT投影数据、CT解剖结构图像和全角度的SPECT投影数据的重建图像作为训练样本对所述图像合成神经网络进行训练，以确定稀疏角度的SPECT投影数据与全角度的SPECT投影数据的重建图像之间的映射关系，得到训练完毕的图像合成神经网络；步骤S500、采集待重建的稀疏角度的SPECT投影数据，将其按照步骤S300中相同的方式扩展得到待重建的扩展SPECT投影数据，获取与所述待重建的扩展SPECT投影数据具有相同图像大小的CT解剖结构图像，将所述待重建的扩展SPECT投影数据和CT解剖结构图像输入训练完毕的图像合成神经网络，得到SPECT的重建图像。2.根据权利要求1所述的SPECT快速成像方法，其特征在于，所述全角度的SPECT投影数据，为参照临床SPECT采集规程获得的投影数据获取，所述全角度的SPECT投影数据的投影角度数目为60、64、120或者128，且覆盖0
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到360
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或者0
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到180
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的投影角度；和/或所述目标图像尺寸，是通过对所述全角度的SPECT投影数据采用图像重建算法所获得图像的尺寸，为64
×
64或者128
×
128；所述图像重建算法，包括滤波反投影算法、反投影滤波算法、反投影算法和期望最大化迭代图像重建算法。3.根据权利要求1所述的SPECT快速成像方法，其特征在于，对所述全角度的SPECT投影数据进行抽样，是从所述全角度的SPECT投影数据中抽取目标角度的SPECT投影数据。4.根据权利要求1所述的SPECT快速成像方法，其特征在于，所述稀疏角度的SPECT投影数据的投影角度数目为30、15、10、2或者1，且所选稀疏角度均布在0
°
到360
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或者0
°
到180
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内。5.根据权利要求1所述的SPECT快速成像方法，其特征在于，所述复制，是指将所述稀疏角度的SPECT投影数据进行拷贝，从而组成与所述目标图像尺寸相同的第一扩展SPECT投影数据；和/或所述填充，是指将相较于目标尺寸的图像单元中投影数据未填充的单元进行常数填充，从而组成与所述目标图像尺寸相同的第二扩展SPECT投影数据；和/或所述堆叠，是指将不同角度的所述稀疏角度的SPECT投影数据首先进行所述拷贝或者所述填充至目标尺寸，然后进行所述拼接，从而组成与所述目标图像尺寸相同但通道数为稀疏投影角度数目的第三扩展SPECT投影数据。6.根据权利要求1所述的SPECT快速成像方法，其特征在于，所述复制，包括：预设一个所述目标图像尺寸大小的矩阵，将所述稀疏角度的SPECT投影数据填入所述矩阵的部分单元，未填的单元，将所述稀疏角度的SPECT投影数据重复填入，从而组成与所述目标图像尺寸相同的第一扩展S...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘辉，刘亚强，何作祥，马天予，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
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