一种多床位图像采集和实时计数校正方法与流程

1.本发明涉及核医学领域技术领域，具体涉及一种多床位图像采集和实时计数校正方法。


背景技术：

2.常规的spect探测器由整块的nai(tl)大晶体和光电倍增管阵列、准直器、电子学等组成。伽马光子入射到伽马相机的晶体中发生光电转换，伽马光子产生的可见光光子数，pmt产生的光电子数以及倍增过程都有统计涨落，所以探头在不同位置输出的计数分布并不总是相同。
3.非均匀性(non-uniformity)是指对入射γ光子的位置响应一致程度，非均匀性的指标描述了γ照相机对γ事件位置响应的不一致性，通常以对均匀辐射场(又称“泛场”)的计数密度的差异来表示。均匀性不好会造成图像浓度的变化和失真，引起假阳性的临床诊断结果。
4.引起anger照相机非均匀性的主要因素有：
5.1)一致性，由于各个光电倍增管的脉冲幅度谱的小差别所造成的探测效率不一致；
6.2)非线性，在枕形失真区，像点向中心挤，呈现出高计数的“热区”，而在桶形失真区，像点向外散，呈现出低计数的“冷区”。在探测器的图像上可以看到光电倍增管的热区图样。
7.3)其它原因有：晶体不均匀，晶体与pmt的光耦合部分区不良，高压、单道失常，显示器亮度不均匀，设备稳定性差等；
8.常规的探测器或系统的均匀性校正算法主要通过采集足够多的光子计数的投影图像，作为带有该均匀性计数统计特性的校正参数输入，并按以下方法处理得到对应的校正系数表。故通过查找输入待校正光子对应位置的均匀性校正值，对位于探测器相应位置的伽马光子数目权重进行校正，并根据采集方式对伽马光子进行筛选，作为最终得伽马光子计数值。
9.然而该方法只能针对探测器视野大小的采集范围的图像进行校正，对于有相对运动超过单个探测器视野的图像无法直接适用，故多个已上市的产品中未见针对对全身采集类型的采集方法及计数校正的直接描述。


技术实现要素：

10.本发明旨在提供一种针对有床体和探测器相对移动采集到全身图像或多床位图像进行实时的计数校正方法。
11.具体的，一种多床位图像采集和计数校正方法，所述多床位图像采集和计数校正方法包括步进多床位图像采集和实时计数校正方法以及连续多床位图像采集和计数校正方法；
12.所述步进多床位图像采集和实时计数校正方法包括以下步骤：
13.采用步进方式移动床位对扫描对象采集多张单床位图像，相邻两张单床位图像具有相同尺寸的重叠区域；
14.预估获得多张单床位图像中相邻两张单床位图像重叠区域的校正系数，在采集过程实时进行计数校正；
15.对校正后的单床位图像按顺序进行重组，生成多床位图像。
16.更进一步地，在所述多床位图像采集和计数校正方法中，对于相邻两张单床位图像中前一张单床位图像的重叠区域：
[0017][0018][0019]
其中，c为伽马相机接受一个光子对应的图像上统计计数值，通常为1；为伽马光子对应在前一张单床位图像像素(i1，j1)处的校正系数；(i1，j1)为前一张单床位图像重叠区域的像素坐标；为校正后伽马光子在前一张单床位图像像素(i1，j1)处的统计计数值；为伽马光子位于单床位(i1，j1)处的均匀性校正值，f1为伽马光子在前一张单床位图像的重叠区域的修正值。
[0020]
其中，c为伽马相机接受一个光子对应的图像上统计计数值，通常为1；f1
i，j
为该伽马光子对应在前一张单床位图像像素(i，j)处的校正系数；c
i，j
为校正后该伽马光子对应图像像素(i，j)处的统计计数值；u
i，j
为该伽马光子位于单床位(i，j)处的均匀性校正值，f1为该伽马光子在前一张单床位图像的重叠区域的修正值。
[0021]
对于相邻两张单床位图像中后一张单床位图像的重叠区域：
[0022][0023][0024]
其中，为伽马光子对应在后一张单床位图像像素(i2，j2)处的校正系数；(i2，j2)为后一张单床位图像重叠区域的像素坐标；为校正后伽马光子在后一张单床位图像像素(i2，j2)处的统计计数值；为伽马光子位于单床位(i2，j2)处的均匀性校正值，f2为伽马光子在后一张单床位图像的重叠区域的修正值。
[0025]
更进一步地，在所述多床位图像采集和计数校正方法中，所述该伽马光子在前一张单床位图像的重叠区域的修正值f1和伽马光子在后一张单床位图像的重叠区域的修正值f2的加和应为1，且所述该伽马光子在前一张单床位图像的重叠区域的修正值f1和伽马光子在后一张单床位图像的重叠区域的修正值f2的值大于等于0且小于等于1；
[0026]
所述伽马光子在前一张单床位图像的重叠区域的修正值f1和伽马光子在后一张单床位图像的重叠区域的修正值f2可以是均值函数、斜坡函数、余弦函数或汉明函数中任意一种。
[0027]
更进一步地，在所述多床位图像采集和计数校正方法中，所述重叠区域上的校正
后伽马光子统计计数值通过随机系数进行随机系数校正，并融合生成重叠区域在步进多床位图像中对应位置的统计计数值c
x，y
；
[0028]
所述随机系数值为0或为1，随机系数为0时，则对于该单床位图像中重叠区域对应像素的伽马光子统计计数值不进行统计，若为1则进行统计；对于表示重叠区域中同一图像位置的伽马光子统计计数值，在一张单床位图像中随机系数为0，则在另一张单床位图像中随机系数为1。
[0029]
更进一步地，在所述多床位图像采集和计数校正方法中，对多个单床位的图像进行重组，获取多床位图像i的方法为：
[0030][0031]
其中，c
x，y
为伽马光子在多床位图像像素(x，y)处的统计计数值，t表示伽马光子的采集时刻，t表示总采集时间；对于各单床位图像的伽马光子统计计数值根据其在多床位图像中对应位置进行转换，c
x，y
＝c
i+δsx，j+δsy
，δsx和δsy为对应的伽马光子所在床位相对起始位置的位移值，(i，j)表示各单床位图像中的像素坐标。
[0032]
更进一步地，所述连续多床位图像采集和计数校正方法包括以下步骤：
[0033]
通过持续移动床位获取连续采集数据；
[0034]
对连续采集数据进行筛选，并进行实时计数校正，获取校正后的统计计数值。
[0035]
更进一步地，在所述连续多床位图像采集和计数校正方法中，在持续移动床位的采集过程中，将连续多床位采集在时间上分为三个时间阶段；
[0036]
床静止，模拟加速运动采集时间：
[0037][0038]
其中，w
fov
为单床位图像视野宽度，v为床运动速度，t1为模拟采集完成起始位置单床位图像时间；
[0039]
床运动，从扫描起始位置运动终止位置匀速运动时间：
[0040][0041]
其中，s为多床位的总扫描范围，t2表示扫描起始位置运动到终止位置匀速运动时间；
[0042]
床静止，模拟减速运动采集时间：
[0043][0044]
其中，t3为模拟采集完成终止位置单床位图像时间。
[0045]
更进一步地，在所述连续多床位图像采集和计数校正方法中，在所述t1时间内筛选符合条件的伽马光子，其筛选原则为：
[0046]cx，y
＝c
×fx，y
，list
i，j
≤(v
×
t1)
[0047]
x＝i，y＝j
[0048]
list
i，j
≤(v
×
t1)
[0049]
x＝i，y＝j
[0050]
其中，c1为t1时间内伽马相机接受一个光子对应的图像上统计计数值，通常为1，list
i，j
为伽马光子在对应在初始位置单床位图像像素(i，j)位置，t1为采集时刻，f
x，y
为伽马光子对应在多床位图像像素(x，y)处的校正系数，为校正后伽马光子对应步进多床位图像像素处的统计计数值；仅选取小于采集时刻t1下视野内有效行程v
×
t1内的伽玛光子；
[0051]
在所述t2时间内筛选符合条件的伽马光子，其筛选原则为：
[0052][0053]
x＝i+δsx，y＝j+δsy
[0054]
其中，c2为t2时间内伽马相机接受一个光子对应的图像上统计计数值，选取全部采集时刻t2内的伽玛光子，为校正后伽马光子对应步进多床位图像像素处的统计计数值；δsx和δsy为伽马光子采集时刻床位相对起始位置的位移；
[0055]
在所述t3时间内筛选符合条件的伽马光子，其筛选原则为：
[0056]
list
i，j
≥(v
×
t3)
[0057]
x＝i+δsx，y＝w
fov-j+δsy
[0058]
其中，c3为t3时间内伽马相机接受一个光子对应的图像上统计计数值，t3为采集时刻，为校正后伽马光子对应步进多床位图像像素处的统计计数值；仅选取大于采集时刻t3内的伽玛光子。
[0059]
更进一步地，在所述连续多床位图像采集和计数校正方法中，所述伽马光子在多床位图像的校正系数为：
[0060]fx，y
＝f1
x，y
+f2
x，y
+f3
x，y
[0061]ux，y
＝u
i，j
[0062]
[0063]ux，y
＝u
i，m-y
[0064]
其中：u
i，j
伽马光子位于单床位(i，j)处的均匀性校正值，f1
x，y
、f2
x，y
、f3
x，y
分别为模拟t1、t2、t3时间内对应的多床位图像像素(x，y)处校正系数，n为单床位图像y方向的像素矩阵大小，m为多床位图像y方向的像素矩阵大小。
[0065]
本发明的有益效果包括：
[0066]
本发明提出针对多床位的采集方式在伽马光子级别进行对应的计数校正，包括采用步进方式移动床位对扫描对象采集多张连续单床位图像，并在采集过程实时进行计数校正；以及通过持续移动床位对扫描对象实现多床位图像采集，并实时筛选伽马光子数据的同时进行计数校正。
[0067]
本发明可实施在软件界面显示计数校正后的图像，且实施操作简单方便。在步进方式移动床位的方式下，通过不同的修正系数的生成方法对伽马光子进行实时计数校正，并解决了床位交叠部分图像噪声水平不一致的问题。
[0068]
另外本发明还提出了持续移动床位光子采集的方法并对其实时计数校正的方法，在整体过程无需任何额外行程，并且图像过度均匀自然，两种方法都对满足临床对多床位图像采集和准确实时校正的需求。
附图说明
[0069]
图1是本发明实施例提供的步进多床位图像采集和实时计数校正方法的流程示意图；
[0070]
图2是本发明实施例提供的步进多床位图像采集和实时计数校正方法中的相邻图像重叠示意图；
[0071]
图3是本发明实施例提供的步进多床位图像采集和实时计数校正方法中前一张单床位采集的图像；
[0072]
图4是本发明实施例提供的步进多床位图像采集和实时计数校正方法中后一张单床位采集的图像；
[0073]
图5是本发明实施例提供的步进多床位图像采集和实时计数校正方法中拼接后未进行随机系数校正的图像；
[0074]
图6是本发明实施例提供的步进多床位图像采集和实时计数校正方法中拼接后进行随机系数校正的图像；
[0075]
图7是本发明实施例提供的连续多床位图像采集和计数校正方法的流程示意图；
[0076]
图8是本发明实施例提供的连续多床位图像采集和计数校正方法中t1时间阶段的spect校正表示意图；
[0077]
图9是本发明实施例提供的连续多床位图像采集和计数校正方法中t2时间阶段的spect校正表示意图；
[0078]
图10是本发明实施例提供的连续多床位图像采集和计数校正方法中t3时间阶段的spect校正表示意图；
[0079]
图11是本发明实施例提供的连续多床位图像采集和计数校正方法中全身spect校
正表示意图；
[0080]
图12是本发明实施例提供的现有技术中单床位的均匀性校正表示意图；
[0081]
图13是本发明实施例提供的连续多床位图像采集和计数校正方法中模拟获得的多床位校正系数分布示意图；
[0082]
图14是本发明实施例提供的连续多床位图像采集和计数校正方法中泛场下全身连续采集未进行计数校正的图像；
[0083]
图15是本发明实施例提供的连续多床位图像采集和计数校正方法中泛场下全身连续采集计数校正后的图像。
具体实施方式
[0084]
下面结合附图对本发明的技术方案进行更详细的说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
[0085]
本发明提供了一种多床位图像采集和计数校正方法，该校正方法包括步进多床位图像采集和实时计数校正方法以及连续多床位图像采集和计数校正方法。
[0086]
如附图1所示，步进多床位图像采集和实时计数校正方法包括以下步骤：
[0087]
采用步进方式移动床位对扫描对象采集多张单床位图像，相邻两张单床位图像具有相同尺寸的重叠区域；
[0088]
预估获得多张单床位图像中相邻两张单床位图像重叠区域的校正系数，在采集过程实时进行计数校正；
[0089]
对校正后的单床位图像按顺序进行重组，生成多床位图像。
[0090]
如附图2-4所示，采用步进方式移动床位对扫描对象采集多张单床位图像，相邻两张单床位图像具有相同尺寸的重叠区域；
[0091]
依据探头宽度和采集对象全身长度进行分割，并采用步进方式移动床位实现对采集对象全身采集多张连续的单床位图像，相邻两张单床位图像在采集过程中对预设宽度的重叠区域均进行采集。
[0092]
预估获得多张单床位图像中相邻两张单床位图像重叠区域的校正系数，在采集过程实时进行计数校正；
[0093]
对于相邻两张单床位图像中前一张单床位图像的重叠区域校正后伽马光子对应图像像素(i，j)处的统计计数值为：
[0094][0095][0096]
其中，c为伽马相机接受一个光子对应的图像上统计计数值，通常为1；为伽马光子对应在前一张单床位图像像素(i1，j1)处的校正系数；(i1，j1)为前一张单床位图像重叠区域的像素坐标；为校正后伽马光子对应图像像素(i1，j1)处的统计计数值；为伽马光子位于单床位(i1，j1)处的均匀性校正值，f1为伽马光子在前一张单床位图像的重叠区域的修正值。
[0097]
对于相邻两张单床位图像中后一张单床位图像的重叠区域校正后伽马光子对应
图像像素(i，j)处的统计计数值为：
[0098][0099][0100]
其中，为伽马光子对应在后一张单床位图像像素(i2，j2)处的校正系数；(i2，j2)为后一张单床位图像重叠区域的像素坐标；为校正后伽马光子对应图像像素(i2，j2)处的统计计数值；为伽马光子位于单床位(i2，j2)处的均匀性校正值，f2为伽马光子在后一张单床位图像的重叠区域的修正值。
[0101]
伽马光子在前一张单床位图像的重叠区域的修正值f1和伽马光子在后一张单床位图像的重叠区域的修正值f2的加和应为1，f1和f2的值大于等于0且小于等于1。
[0102]
伽马光子在前一张单床位图像的重叠区域的修正值f1和伽马光子在后一张单床位图像的重叠区域的修正值f2可以是均值函数、斜坡函数、余弦函数、汉明函数等模型，目的是为校正重叠采集区域的计数值。
[0103]
具体的，均值函数为：
[0104]
f1＝0.5
[0105]
f2＝0.5
[0106]
斜坡函数为：
[0107][0108][0109]
余弦函数为：
[0110][0111][0112]
汉明函数为：
[0113][0114][0115]
其中，l为两个床位重叠部分的长度，l为伽马光子在两个床位重叠部分的相对起始段的位置，即在时间域上相对先采集的一端的位置。
[0116]
由于重叠区域采集到的伽马光子数更多，信噪比相对更高，除了伽马光子在床运动方向上的校正系数外，为统一图像的噪声水平，在重叠区域上的校正后伽马光子统计计
数值和通过随机系数进行随机系数校正，并融合生成重叠区域在步进多床位图像中对应位置的统计计数值c
x，y
。
[0117]
随机系数值为0或为1，随机系数为0时，则对于该单床位图像中重叠区域对应像素的伽马光子统计计数值不进行统计，若为1则进行统计；对于表示重叠区域中同一图像位置的两个校正后伽马光子统计计数值，在一张单床位图像中随机系数为0，则在另一张单床位图像中为1。
[0118]
如附图5-6所示，在一种实施方式中，2个单床位图像的扫描范围145cm到41cm，重叠区域13cm，单床位轴向宽度40cm，通过随机系数校正后的对比效果。
[0119]
对多个单床位的图像进行重组，获取多床位图像i的方法为：
[0120]
i＝∫
0tcx，y
dt
[0121]
其中，c
x，y
为伽马光子在多床位图像像素(x，y)处的统计计数值，t表示伽马光子的采集时刻，t表示总采集时间；对于各单床位图像的伽马光子统计计数值根据其在多床位图像中对应位置进行转换，c
x，y
＝c
i+δsx，j+δsy
，δsx和δsy为对应的伽马光子所在床位相对起始位置的位移值，(i，j)表示各单床位图像中的像素坐标。
[0122]
多床位图像i通过对采集时间范围内对应像素位置的持续加和，生成多床位图像。
[0123]
如附图7所示，连续多床位图像采集和计数校正方法包括以下步骤：
[0124]
通过持续移动床位获取连续采集数据；
[0125]
对连续采集数据进行筛选；
[0126]
在筛选数据的同时进行计数校正，获取校正后的统计计数值。
[0127]
具体的，为获得设置采集长度范围的连续多床位图像(含单个探测器视野)，若采用常规的静态采集方式，从加速到匀速采集再到减速停止，该采集过程中会造成从起始采集位置开始，采集到终止采集位置结束时，两端的采集时间少于中间位置的采集时间。
[0128]
为了补偿两端的采集时间不足，在持续移动床位获取连续采集数据的过程中，分别在采集的起始第一个位置和终止最后一个位置进行停留采集。所以将连续全身采集在时间上分为三个时间阶段：
[0129]
床静止，模拟加速运动采集时间：
[0130][0131]
其中，w
fov
为单床位图像视野宽度，v为床运动速度，t1为模拟采集完成起始位置单床位图像时间；
[0132]
床运动，从扫描起始位置运动到终止位置匀速运动时间：
[0133][0134]
其中，s为多床位的总扫描范围，t2表示扫描起始位置运动到终止位置匀速运动时间；
[0135]
床静止，模拟减速运动采集时间：
[0136][0137]
其中，t3为模拟采集完成终止位置单床位图像时间。
[0138]
对在t1时间内筛选符合条件的伽马光子进行，筛选原则为：
[0139]
list
i，j
≤(v
×
t1)
[0140]
x＝i，y＝j
[0141]
其中，c1为t1时间内伽马相机接受一个光子对应的图像上统计计数值，通常为1，list
i，j
为伽马光子在对应在初始位置单床位图像像素(i，j)位置，t1为采集时刻，f
x，y
为伽马光子对应在多床位图像像素(x，y)处的校正系数，为校正后伽马光子对应步进多床位图像像素处的统计计数值；仅选取小于采集时刻t1下视野内有效行程v
×
t1内的伽玛光子。
[0142]
对在t2时间内筛选符合条件的伽马光子进行，筛选原则为：
[0143][0144]
x＝i+δsx，y＝j+δsy
[0145]
其中，c2为t2时间内伽马相机接受一个光子对应的图像上统计计数值，选取全部采集时刻t2内的伽玛光子，为校正后伽马光子对应步进多床位图像像素处的统计计数值；δsx和δsy为伽马光子采集时刻床位相对起始位置的位移。
[0146]
对在t3时间内筛选符合条件的伽马光子进行，筛选原则为：
[0147]
list
i，j
≥(v
×
t3)
[0148]
x＝i+δsx，y＝w
fov-j+δsy
[0149]
其中，c3为t3时间内伽马相机接受一个光子对应的图像上统计计数值，t3为采集时刻，为校正后伽马光子对应步进多床位图像像素处的统计计数值；仅选取大于采集时刻t3内的伽玛光子。
[0150]
如附图8-11所示，对筛选数据进行实时计数校正，连续多床位图像在像素(x，y)处的校正系数f
x，y
，f
x，y
为t1、t2、t3时间内对应的连续多床位图像像素(x，y)处校正系数之和。
[0151]fx，y
＝f1
x，y
+f2
x，y
+f3
x，y
[0152]ux，y
＝u
i，j
[0153][0154]ux，y
＝u
i，m-y
[0155]
其中：u
i，j
伽马光子位于单床位(i，j)处的均匀性校正值，f1
x，y
、f2
x，y
、f3
x，y
分别为模拟t1、t2、t3时间内对应的多床位图像像素(x，y)处校正系数，n为单床位图像y方向的像素矩阵大小，m为多床位图像y方向的像素矩阵大小。
[0156]
如附图12-15所示，在一种实施例中，针对原512*512的单床位40cm的系统均匀性校正表，使用本方案预估得到对应多床位实时校正系数。并对全身连续采集到的伽马光子数据进行筛选并实时进行计数校正，对比校正前后的效果如图14和15所示，其中模拟采集参数设置为起始点150cm采集到终点80cm。
[0157]
本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据实施例和附图公开内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变换或更改的设计，都落入本发明保护的范围。