成像方法和成像系统与流程

本申请涉及医疗成像方法和系统，尤其涉及正电子发射断层成像的方法和系统。

背景技术：

正电子发射断层成像(Positron Emission Tomography，PET)技术是通过向受检体注入放射性核素标记的示踪剂，示踪剂通过循环系统在受检体代谢旺盛的一些组织聚集。同时示踪剂中的核素发生衰变释放出正电子，正电子与其周围的负电子碰撞湮灭，释放出相反方向飞行的γ光子对。γ光子对被一对探测器单元接收时便记做一个符合事件。当足够多的γ光子对被PET探测器接收到，就可以利用重建算法计算出示踪剂在受检体内的分布情况，从而获得受检体代谢分布信息。当PET探测器接收到γ光子对时，需要按照一定的数据格式将γ光子对的位置、能量、时间等信息保存起来。现有的数据存储格式有弦图(Sinogram)数据和表模式(list-mode)数据两种形式。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请的一个方面提供一种成像方法。该成像方法包括：对探测器装置形成的投影空间中的若干投影位置按照空间顺序进行编码以获得投影位置编码；检测符合事件；确定检测到的所述符合事件对应的投影位置编码，且累加所述投影位置编码对应的符合事件计数；对检测到的所述符合事件对应的所述投影位置编码和所述符合事件计数进行排序；及利用排序的所述投影位置编码和对应的所述符合事件计数重建图像。

本申请的另一个方面提供一种成像系统。该成像系统包括：探测装置，形成投影空间，且用来探测γ光子；编码单元，用来对所述投影空间中的若干投影位置按照空间顺序进行编码以获得投影位置编码；符合处理器，用来检测符合事件；投影数据生成单元，用来确定检测到的所述符合事件对应的投影位置编码，且累加所述投影位置编码对应的符合事件计数；排序单元，用来对检测到的所述符合事件对应的所述投影位置编码和所述符合事件计数进行排序；及图像重建单元，用来利用排序的所述投影位置编码和对应的所述符合事件计数重建图像。

附图说明

图1所示为一次正电子湮灭事件的示意图；

图2所示为PET系统的探测装置的一个实施例的示意图；

图3所示为本申请成像方法的一个实施例的流程图；

图4所示为投影方向编码和横断面内投影编码的一个实施例的示意图；

图5所示为轴向编码的一个实施例的示意图；

图6所示为环差编码的一个实施例的示意图；

图7所示为时间区间编码的一个实施例的示意图；

图8所示为list-mode数据重建、传统弦图数据重建和本申请方法的重建时间相对于符合事件计数的一个实施例的曲线图；

图9所示为本申请成像系统的一个实施例的示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。除非另作定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

图1所示为一次正电子湮灭事件的示意图。一种含正电子核素的脱氧葡萄糖(Fluoro Deoxy Glucose，FDG)标记作为示踪剂，将其注射到受检体内，一般为人体。示踪剂进入受检体后随着血液扩散到各个组织中并参与受检体的代谢活动。在这个过程中，示踪剂中的正电子核素会释放出正电子e+，释放出的正电子e+在受检体内运动一段距离后，会与周围环境中的负电子e-发生湮灭，产生一对能量相等(511KeV)、传播方向相反(约180度)的γ光子。利用PET系统的探测装置可以探测该对γ光子，进而分析正电子的存在，并获得示踪剂在受检体中的浓度分布。

图2所示为PET系统的探测装置10的一个实施例的示意图。探测装置10包括沿轴线(即Z方向)排列的多个探测环12。每个探测环12包括拼装在一起的多个探测器模块14。多个探测环12构成一个内部空间(可称作“投影空间”)16，在这个内部空间16发生的正电子湮灭事件所产生的γ光子对沿着相反的方向入射到一对探测器模块14上时，被该对探测器模块14探测到。

每个探测器模块14包括若干探测器单元(未图示)，探测器单元包括若干闪烁晶体和光电检测器件。闪烁晶体可以吸收γ光子，并根据γ光子的能量产生一定数量的可见光光子。光电检测器件，典型地为光电倍增管，将闪烁晶体产生的可见光信号转化为电信号输出。电信号可被用来进行符合判定，例如，判断两个γ光子打到两个探测器单元的时间是否在预设符合时间窗内。若在预设符合时间窗内，则该两个γ光子打到两个探测器单元的事件为符合事件。一个γ光子打到探测器单元的事件为单事件，一对单事件为符合事件。

图3所示为成像方法30的一个实施例的流程图。成像方法30可用于PET系统。成像方法30包括步骤31-35。其中，

步骤31中，对探测器装置形成的投影空间中的若干投影位置按照空间顺序进行编码以获得投影位置编码。

PET系统的相对的一对探测器单元140之间的连线为投影线41，相对的一对探测器单元140之间的区域为投影区域42，如图4所示。图4中仅示意性地标示出一条投影线41，然而存在若干条投影线，且图4中，用阴影标示出一个投影区域42。在一个实施例中，投影位置表示投影线，对投影线进行编码。在另一个实施例中，投影位置表示投影区域，对投影区域进行编码。

在一个实施例中，可以在投影方向、横断面内投影排列方向和轴向方向上对投影位置进行编码。相应地，投影位置编码包括投影方向编码、横断面内投影编码和轴向编码。“投影方向”表示在横断面内的投影线或投影区域的方向，也可称作“投影角度”。“横断面”为探测器环形成的环状区域所在的平面，即X-Y平面，也可称作“断层平面”。

结合图4对投影方向的编码进行说明。图4(a)、(b)和(c)分别图示了横断面内的不同投影方向。以任意投影方向为起始方向，将起始方向编码为0，则该投影方向下的所有投影数据的投影方向编码都为0。逆时针或顺时针旋转的下一个投影方向，将该投影方向编码为1，则该投影方向下的所有投影数据的投影方向编码都为1。以此类推，继续旋转直至最后一个投影方向，将该投影方向编码为j，其中j为正整数，则该投影方向下的所有投影数据的投影方向编码都为j。如此获得0至j共j+1个投影方向编码。

在图4所示的实施例中，图4(a)中的投影方向作为起始投影方向，编码为0。图4(b)中的投影方向为图4(a)中的投影方向的逆时针旋转的下一个投影方向，编码为1。以此类推，图4(c)中的投影方向为最后一个投影方向，编码为j。图4仅示出一个实施例的投影方向编码，但不限于此。在其他实施例中，可从其他任一个投影方向开始编码，或可按照顺时针旋转的顺序对投影方向进行编码。图4只是示意性的，未将所有的投影方向图示出。

图4的实施例中，对每一个投影方向分别编码。在另一个实施例中，可对至少部分相邻的投影方向使用同一个编码。也就是说，两个相邻的投影方向合并在一起共同编码。例如，图4(a)和图4(b)的两个相邻的投影方向使用同一个编码，都编码为0。图4(b)中的投影方向后面的两个相邻的投影方向共同编码，都编码为1。以此类推，直至最后两个相邻的投影方向。如此可实现降采样，降低存储空间的使用，提高重建算法的计算速度。

继续参考图4，对横断面内投影编码进行说明。在同一投影方向下的横断面内包括若干组平行或近似平行排列的投影线或投影区域。每一组投影线包括沿Z方向排列的若干条投影线，每一组投影区域包括沿Z方向排列的若干块投影区域。如图5所示，图示了沿Z方向延伸的平面(即垂直于横断面的平面)内的一组投影区域42。若干组投影线或投影区域沿垂直于投影方向或与投影方向相交的方向排列。横断面内的若干组投影线或投影区域的排列方向称作“横断面内投影排列方向”。例如，图4(a)中的投影方向逆着Y方向，横断面内投影排列方向为沿X方向或逆着X方向。

对横断面内若干组投影线或投影区域进行编码，获得横断面内投影编码。可以在横断面内投影排列方向上从一侧向另一侧对投影线组或投影区域组进行编码。例如，图4(a)中可以从左向右对投影线组或投影区域组进行编码，分别为0，1，…，i，其中i为正整数。或者也可以从右向左进行编码。

类似地，对其他投影方向下的横断面内投影组(投影线组或投影区域组)进行编码。例如图4(b)和(c)所示。

参考图5，对轴向编码进行说明。在同一投影方向和同一横断面内投影下对轴向(Z方向)位置进行编码。沿着Z方向或逆着Z方向依次对投影线或投影区域进行编码获得轴向编码0，1，…，k，其中k为正整数。图5只是示意性的，未将所有的轴向位置图示出。

如此，对投影线或投影区域完成了编码，投影位置编码表示了投影线或投影区域的在投影空间中的位置。由于一条投影线或一个投影区域是由一对探测器单元140确定的，所以投影位置编码也是探测器单元对的编码。

上述为投影位置编码的一个实施例。在另一个实施例中，进一步对环差进行编码。参考图6，对环差的编码进行说明。在同一投影方向和同一横断面内投影下对环差进行编码。图6(a)中的环差编码为0，则该环差下的所有投影数据的环差编码都为0。图6(b)和(c)为环差为1的一组环差，分别编码为1和2。以此类推，直到最大一组环差分别编码为l-1和l，如图6(d)和(e)所示。

图6仅示出环差编码的一个实施例。在其他实施例中可按照其他任意顺序对环差进行编码。例如从图6(e)向图6(a)的顺序对环差进行编码。或者例如，一个方向的环差依次编码，再对另一个方向的环差接着依次编码。在但不限于上述顺序。

在图6实施例中对相邻的环差依次编码。在另一个实施例中，对至少部分相邻的环差使用同一个编码，即相邻的环差可合并为一个编码。例如图6(b)和(c)中的一组环差可以使用同一个编码，图6(d)和(e)中的一组环差可以使用同一个编码。相对于对相邻的环差依次编码的实施例，对相邻的环差使用同一个编码的实施例中基于此编码进行图像重建的计算速度较高，然而图像质量有些下降。在实际应用中可衡量所需的图像质量和重建计算速度来选择对环差进行编码的方式。另外需要说明的是，图6只是示意性的，未将所有的环差图示出。

在此实施例中，在环差编码完成后对轴向位置进行编码。类似于图5的实施例对轴向位置进行编码的方法，图6的实施例中，在同一投影方向、同一横断面内投影和同一个环差下对轴向位置进行编码，如此获得轴向编码。

在又一个实施例中，对于使用飞行时间(Time of Flight，TOF)技术的实施例，进一步对时间区间(time-bin)进行编码。在一个实施例中，对time-bin对应的投影空间位置进行编码。根据一对γ光子到达一对探测器单元的时间差可以确定γ光子对在投影线上的发射位置，如此可以将time-bin对应到投影空间上的位置。参考图7，同一投影方向、同一横断面内投影和同一环差下，将与横断面垂直的轴向区域划分成若干平行于轴向的time-bin对应的投影空间区间，进行编码。可以从靠近一侧探测器单元的位置向相对的另一侧进行编码，编码为0，1，…，m，其中m为正整数。如此对不同的环差下的time-bin进行编码。在另一个实施例中，对时间区间按照时间划分并进行编码。

Time-bin的划分可以根据实际应用进行划分。若time-bin划分的数量较多，即按照较小的时间间隔划分，则重建的图像质量较高，然而需要较多的计算时间，计算速度下降。若time-bin划分的数量较少，即按照较大的时间间隔划分，则加速计算，然而重建的图像质量会下降。在实际应用中可平衡图像质量和计算速度来划分time-bin。

在一些实施例中可按照不同于上述实施例的编码顺序进行编码。例如，可以在轴向编码完成后对环差进行编码；可以先对time-bin进行编码，之后再对轴向位置进行编码。在一些实施例中，对投影空间中的部分投影位置不进行编码。例如，探测器环中的一些探测器单元对确定不会接收到符合事件，对这些探测器单元对对应的投影位置可以不编码；部分位置接收到的符合事件在重建时不需要考虑，该些投影位置可以不编码。

步骤32中，检测符合事件。

通过探测装置探测单事件，采集单事件，并从单事件中判定一对单事件为符合事件，即检测到符合事件。在使用TOF技术的实施例中，进一步检测符合事件的一对单事件发生的时间差。

步骤33中，确定检测到的符合事件对应的投影位置编码，且累加投影位置编码对应的符合事件计数。

根据检测到符合事件的一对探测器单元的位置按照上述的编码确定检测到的符合事件对应的投影位置编码。由于一条投影线或一个投影区域是由一对探测器单元确定的，所以探测器单元对对应着一个投影位置编码。因此获得探测器单元对的位置，即可确定出投影位置编码。在使用TOF技术的实施例中，根据检测到的一对单事件发生的时间差，可以确定time-bin编码。

获得符合事件对应的投影位置编码时将该投影位置接收到的符合事件计数加1。每一投影位置编码对应的符合事件计数初始值可设置为0，符合事件计数以1为单位累加。如此直至检测完所有符合事件。从而获得投影数据，投影数据包括投影位置编码和对应的符合事件计数。投影数据可反映一对γ光子产生的位置和该位置上产生γ光子对的数目。

步骤34中，对检测到的符合事件对应的投影位置编码和符合事件计数进行排序。

对符合事件计数不为0的投影数据进行排序。根据投影位置编码的大小进行排序，符合事件计数对应着投影位置编码排序并存储。可以按照对投影位置进行编码的空间顺序进行排序。

在一个实施例中，比较投影数据的投影方向编码的大小，将投影数据按照投影方法编码从小到大或从大到小的顺序排列。在同一投影方向编码下，比较横断面内投影编码的大小，将投影数据按照横断面内投影编码从小到大或从大到小的顺序排列。在同一投影方向编码和同一横断面内投影编码下，比较轴向编码的大小，将投影数据按照轴向编码从小到大或从大到小的顺序排列。如此对投影位置编码和对应的符合事件计数进行排序。

在另一个实施例中，按照上述实施例对投影数据按照投影方向编码和横断面内投影编码排序后，在同一投影方向编码和同一横断面内投影编码下，比较环差编码的大小，将投影数据按照环差编码从小到大或从大到小的顺序排列。再进一步在同一投影方向编码、同一横断面内投影编码和同一环差编码下，比较轴向编码的大小，将投影数据按照轴向编码从小到大或从大到小的顺序排列。

在又一个实施例中，在同一投影方向编码、同一横断面内投影编码、同一环差编码和轴向编码下，比较time-bin编码的大小，将投影数据按照time-bin编码从小到大或从大到小的顺序排列。

排序的步骤可以在投影数据全部采集完毕后进行，即步骤32和33将所有符合事件检测并获得所有投影数据后对所有投影数据进行排序。可替代地，排序的步骤可以在检测符合事件的步骤32和确定投影位置编码的步骤33的过程中进行排序，即在投影数据采集过程中进行排序，每接收一个符合事件就对获得的投影数据进行排序。若已排序的序列中不存在该投影位置编码，则将该投影位置编码和对应的符合事件计数排入已排序的序列中；若序列中已经存在该投影位置编码，则在该投影位置编码对应的符合事件计数上累加，可在原有符合事件计数的基础上加1。对投影数据进行排序有利于加速后续的图像重建的计算。

步骤35中，利用排序的投影位置编码和对应的符合事件计数重建图像。

利用投影数据通过迭代重建算法进行图像重建。对符合事件计数不为0的符合事件数据进行迭代计算，对于符合事件计数为0的符合事件数据不进行计算，如此通过实现弦图数据的稀疏编码和存储，结合迭代重建算法可以实现快速计算。在重建过程中，按照步骤34中投影数据的排列顺序进行迭代计算。由于同一个投影位置编码下的符合事件计数是累加的，因此不会出现表数据(list-mode数据)重建过程对同一位置的符合事件数据进行重复计算的现象。因此，方法30的重建速度比基于list-mode数据的重建速度快。

图8所示为list-mode数据重建、传统弦图数据重建和本申请方法30的重建时间相对于符合事件计数的曲线图。传统弦图数据重建中需要按照一定的空间顺序遍历包括符合事件计数为0的数据在内的所有投影数据来完成迭代计算。从图8中可以看出，本申请的重建时间明显少于list-mode数据重建、传统弦图数据重建的重建时间。

成像方法30的动作以模块的形式图示，图3所示的模块的先后顺序和模块中的动作的划分并非限于图示的实施例。例如，模块可以按照不同的顺序进行；一个模块中的动作可以与另一个模块中的动作组合，或拆分为多个模块。在一些实施例中，成像方法30的步骤之前、之后或中间可以有其他步骤。

与前述成像方法30的实施例相对应，本申请还提供了成像系统的实施例。图9所示为一个实施例的成像系统90的示意框图。成像系统90包括探测装置10、编码单元91、符合处理器92、投影数据生成单元93、排序单元94和图像重建单元95。

探测装置10形成投影空间16，且用来探测γ光子。探测装置10探测到γ光子产生光信号，并将光信号转换电信号输出。

编码单元91用来对投影空间16中的若干投影位置按照空间顺序进行编码以获得投影位置编码。编码单元91可用来执行成像方法30的步骤31。

在一个实施例中，编码单元91用来在投影方向、横断面内投影排列方向和轴向方向上对投影位置进行编码获得包括投影方向编码、横断面内投影编码和轴向编码的投影位置编码。

在另一个实施例中，编码单元91用来对环差进行编码以获得包括环差编码的投影位置编码。编码单元91可在投影方向和横断面内投影排列方向上对投影位置进行编码之后对环差进行编码，再在轴向方向上进行编码，获得的投影位置编码包括投影方向编码、横断面内投影编码、环差编码和轴向编码。但不限于此，编码单元91也可按照其他顺序进行编码。

在再一个实施中，编码单元91用来对时间区间进行编码以获得包括时间区间编码的投影位置编码。编码单元91可在投影方向、横断面内投影排列方向和轴向方向上对投影位置进行编码的基础上进一步在时间区间上进行编码，获得的投影位置编码包括投影方向编码、横断面内投影编码、轴向编码和时间编码。编码单元91也可在投影方向、横断面内投影排列方向、环差和轴向方向上对投影位置进行编码的基础上进一步对时间区间进行编码，获得的投影位置编码包括投影方向编码、横断面内投影编码、环差编码、轴向编码和时间编码。

符合处理器92用来检测符合事件。符合处理器92接收探测装置10输出的电信号，根据电信号判定符合事件。

投影数据生成单元93用来确定检测到的符合事件对应的投影位置编码，且累加投影位置编码对应的符合事件计数，如此生成投影数据。投影数据包括投影位置编码和对应的符合事件计数。

排序单元94用来对检测到的符合事件对应的投影位置编码和符合事件计数进行排序。将符合事件计数不为0的投影数据按照投影位置编码进行排序。在一个实施例中，排序单元94在符合处理器92检测出所有符合事件且投影数据生成单元93生成检测到的所有符合事件的投影数据之后对投影数据进行排序。在另一个实施例中，排序单元94用来在符合处理器92检测符合事件和投影数据生成单元93确定投影位置编码的过程中进行排序。若已排序的序列中不存在该投影位置编码，则排序单元94用来将该投影位置编码和对应的符合事件计数排入已排序的序列中；若已排序的序列中已经存在该投影位置编码，则排序单元94用来在该投影位置编码对应的符合事件计数上累加。符合处理器92检测到一个符合事件，投影数据生成单元93确定该符合事件对应的投影数据，排序单元94对该投影数据进行排序或在已存在的投影位置编码对应的符合事件计数上加1。符合处理器92、投影数据生成单元93和排序单元94同步工作。

图像重建单元95用来利用排序的投影位置编码和对应的符合事件计数重建图像。排序的投影数据都是符合事件计数不为0的投影数据。图像重建单元95对符合事件不为0的投影数据按照排列的顺序进行重建。

成像系统90的编码单元91、符合处理器92、投影数据生成单元93、排序单元94和/或图像重建单元95可以通过软件实现，也可以通过硬件或者软硬件结合的方式实现。编码单元91、符合处理器92、投影数据生成单元93、排序单元94和/或图像重建单元95可以为多个独立的单元，也可以整合成一个单元，

在一些实施例中，成像系统90还可包括其他未在图9中显示的装置。例如，但不限于，数据采集单元，用来采集探测装置10的电信号，提供给符合处理器92；存储器，可用来存储编码单元91生成的投影位置编码、符合事件计数、排序的投影数据、图像重建过程中的中间处理数据和/或重建的图像；显示器，用来显示重建的图像和/或参数等；输入设备，例如键盘、鼠标、触摸屏等，用来输入控制指令、操作参数等。

对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。方法实施例和装置实施例互为补充。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部部件来实现本申请方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。