随机散射点形成方法及pet图像的散射校正方法
【专利摘要】本发明公开了一种随机散射点形成方法及PET图像的散射校正方法。随机散射点形成方法包括：基于对特定部位CT扫描获得的衰减图，在重建区域中随机均匀增加第一组散射点，第一组散射点的权重分布正比于衰减图；当基于对同一部位PET扫描获得的发射图中存在集中发射区时，在集中发射区及其周围区域内增加第二组散射点，同时剔除集中发射区及其周围区域内的第一组散射点；调整第二组散射点的权重，使第二组散射点的权重之和等于被剔除的第一组散射点的权重之和；合并第一组散射点与第二组散射点，形成随机散射点。所述PET图像的散射校正方法利用上述方法产生的随机散射点结合发射图，进行散射校正，获得散射弦图。本发明能更正确地实现PET图像的散射校正。
【专利说明】随机散射点形成方法及PET图像的散射校正方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及核医学领域，尤其涉及一种随机散射点形成方法及PET图像的散射校正方法。
【背景技术】
[0002]目前，正电子发射计算机断层扫描技术(Positron Emission Tomography,PET)被广泛应用于医学检测。其临床显像原理为:将发射正电子的放射性核素(如F — 18等)标记到能够参与人体组织血流或代谢过程的化合物上，将标有带正电子化合物的放射性核素注射到受检者体内，让受检者在PET的有效视野范围内进行PET显像。放射性核素发射出的正电子在体内移动大约Imm后与组织中的负电子结合发生湮灭辐射，产生两个能量相等(511KeV)、方向相反的Y光子。由于两个光子在体内的路径不同，到达两个探测器的时间也有一定差别，如果在规定的时间窗内(一般为O — 15us)，探头系统探测到两个互成180度(士 0.25度)的光子时，即为一个符合事件，探测器便分别送出一个时间脉冲，脉冲处理器将脉冲变为方波，符合电路对其进行数据分类后，送人工作站进行图像重建，便得到人体各部位横断面、冠状断面和矢状断面的影像。
[0003]PET在成像过程中由于受康普顿效应、散射、偶然符合事件、死时间等衰减因素的影响，采集的数据与实际情况并不一致，图像质量失真，必须采用有效措施进行校正，才能得到更真实的医学影像。
[0004]电子计算机X射线断层扫描技术(Electronic Computer X-rayTomographyTechnique, CT)的基本原理是根据人体各种组织(包括正常和异常组织)对X射线吸收不等这一特性，将X射线穿过人体某一选定层面，探测器接收到沿X射线束方向排列的人体各组织吸收X射线后衰减值的总和，并进行图像重建，得到该层面不同密度组织的黑白图像。因此，从CT扫描得到的衰减信息图中可反映电子密度分布情况，进而反映出PET成像过程中的散射事件。所以，通常使用CT图像对PET进行散射校正，能使PET图像的清晰度大为提高。校正后的PET图像与CT图像进行融合，经信息互补后得到更多的解剖结构和生理功能关系的信息，对于肿瘤病人手术和放射治疗定位具有极其重要的临床意义。
[0005]现有技术中，基于蒙特卡洛单散射模拟过程的散射校正的基本原理是利用从CT扫描得到的衰减信息图(Attenuation Map,又叫μ-map),以及PET扫描所得到的初始的未做散射矫正的发射图(Emission Map,又叫Image)进行蒙特卡洛模拟,计算出散射弦图。然后将散射弦图加入重建过程中，重新得到一副新的发射图，再计算新的散射弦图的迭代过程。
[0006]图1示出了现有技术 中的散射校正的流程图。如图1所示，首先对CT扫描获得的数据进行图像重建，得到衰减图。根据衰减图中的电子密度分布，将散射点随机均匀地分布于重建区域之中，并且将考虑散射点所处位置的μ值(即电子密度值)进行剔除、保留及加权(图未示)。同时，对同一部位pet扫描获得的数据进行图像重建，得到发射图。利用上述获得的发射图和散射点，进行散射校正(比如:使用蒙特卡洛模拟算法)，获得散射弦图。然后，将该散射弦图叠加到发射图的重建过程中，获得一幅新的发射图，再计算新的散射弦图。重复:T4次迭代过程，所得的散射弦图将快速收敛，最后输出清晰正确的散射弦图。从图1中可知，现有技术中在蒙特卡洛模拟产生散射弦图的过程中，只依赖衰减图的信息来产生散射点，是一个比较粗糙的办法。若期望增加图形的清晰度和正确性，只能通过增加散射点的个数来改进算法的准确程度。
[0007]然而在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题:这种传统算法在存在线源或点源等非常尖锐的发射源的情况下(即发射图中存在非常亮的点)，成像效果很差，即使通过增加散射点的个数，也无法得到正确的散射弦图。图2所示的是一个2毫米直径的线源的真实散射弦图(经GATE软件模拟产生)。图3所示的是使用上述现有技术，在使用了 1114个散射点对上述2毫米直径的线源进行散射校正后得到散射弦图。图4所示的是使用上述现有技术，在使用了 36659个散射点对上述2毫米直径的线源进行散射校正后得到散射弦图。经过图3和图4的对比，我们可以发现，图4使用了远多于图3数量的散射点，可所得到的散射弦图并未更清晰正确。因此，在存在集中发射区的情况下，单纯通过增加散射点，并无法得到正确的散射弦图。
【发明内容】
[0008]本发明所要解决的 技术问题是如何更正确地实现PET图像的散射校正。
[0009]为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种随机散射点形成方法，包括:
[0010]基于对特定部位CT扫描获得的衰减图，在重建区域中随机均匀地增加第一组散射点，所述第一组散射点的权重分布正比于所述衰减图；
[0011]当基于对同一部位PET扫描获得的发射图中存在集中发射区时，在所述集中发射区及其周围区域内增加第二组散射点，同时剔除所述集中发射区及其周围区域内的第一组散射点；调整所述第二组散射点的权重，使所述第二组散射点的权重之和等于被剔除的集中发射区及其周围区域内的第一组散射点的权重之和；合并第一组散射点与第二组散射点，形成所述随机散射点。
[0012]在一个实施例中，所述散射点的权重为散射点处的电子密度；
[0013]所述散射点处的电子密度由以下公式计算得到:
[0014]
【权利要求】
1.一种随机散射点形成方法，其特征在于，包括: 基于对特定部位CT扫描获得的衰减图，在重建区域中随机均匀地增加第一组散射点，所述第一组散射点的权重分布正比于所述衰减图； 当基于对同一部位PET扫描获得的发射图中存在集中发射区时，在所述集中发射区及其周围区域内增加第二组散射点，同时剔除所述集中发射区及其周围区域内的第一组散射点；调整所述第二组散射点的权重，使所述第二组散射点的权重之和等于被剔除的集中发射区及其周围区域内的第一组散射点的权重之和；合并第一组散射点与第二组散射点，形成所述随机散射点。
2.如权利要求1所述的随机散射点形成方法，其特征在于，所述散射点的权重为散射点处的电子密度； 所述散射点处的电子密度由以下公式计算得到:wi=μi/σc其中％为第i个散射点处的电子密度，Ui为第i个散射点处的衰减系数，为电子对51 IkeV的伽玛光子的康普顿散射总截面。
3.如权利要求1所述的随机散射点形成方法，其特征在于，所述在重建区域中随机均匀地增加的第一组散射点是通过在重建区域中随机均匀地增加散射点，接着在所增加的散射点中剔除电子密度过小的散射点后获得的。
4.如权利要求3所述的随机散射点形成方法，其特征在于，所述电子密度过小的散射点为电子密度小于人体正常组织的电子密度一到两个数量级的散射点。
5.如权利要求4所述的随机散射点形成方法，其特征在于，所述电子密度过小的散射点为其所对应位置的衰减值小于0.01每厘米的散射点。
6.如权利要求1所述的随机散射点形成方法，其特征在于，所述集中发射区为所述发射图中的高亮点。
7.如权利要求6所述的随机散射点形成方法，其特征在于，所述集中发射区的周围区域为以所述集中发射区为中心，以所述集中发射区的直径为半高全宽的正态分布的六个西格玛所覆盖的范围；增加的第二组散射点符合正态分布。
8.如权利要求6所述的随机散射点形成方法，其特征在于，所述第二组散射点是以所述集中发射区为中心，以所述集中发射区的直径的I到2倍为直径的区域内随机均匀生成的。
9.一种PET图像的散射校正方法，其特征在于，包括: 使用如权利要求1至8所述的任一种随机散射点形成方法形成随机散射点； 对PET扫描获得的数据进行重建，获得未作散射校正的发射图； 利用所述随机散射点及所述未作散射校正的发射图，进行散射校正算法，获得散射弦图； 基于所述散射弦图，对所述PET扫描获得的数据进行重建，获得经过散射校正的发射图； 利用所述随机散射点及所述经过散射校正的发射图，进行散射校正算法，获得新的散射弦图； 重复上述获得经过散射校正的发射图及上述散射校正算法的迭代过程，直至获得清晰的散射弦图。
10.如权利要求9所述的PET图像的散射校正方法，其特征在于，所述散射校正算法为蒙特卡洛模 拟算法或伪蒙卡算法。
【文档编号】A61B6/00GK103800019SQ201210442921
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月7日 优先权日:2012年11月7日
【发明者】徐天艺, 董筠 申请人:上海联影医疗科技有限公司