图像重建方法、装置、终端设备及PET系统与流程

本说明书涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种图像重建方法、装置、终端设备及pet系统。

背景技术：

pet(positronemissiontomography，正电子发射型断层显像)是当今最先进的大型医疗诊断成像技术之一。pet成像的原理是：在受检体中注射含有放射性核素的示踪剂，示踪剂衰变产生正电子，正电子与负电子湮灭发出两个方向相反且能量相等的光子对，pet系统的环形探测器探测到该光子对后，通过一系列处理，重建出具有临床诊断意义的pet图像。

迭代重建法由于重建图像效果好，空间分辨率高，因而成为常用的图像重建方法之一。相关技术中，除了利用时间信息重建图像外，还在迭代算法中引入了能量因子，以更准确地重建图像。

目前所采用的确定能量因子的模型，是依据两个光子的能量值与理论值接近概率的高斯模型，但由于散射事件和随机事件是非对称型的能量分布，因而这种模型与实际采集数据中真符合事件在对应能量下的有效概率并不匹配，从而导致利用该模型重建图像精确度无法达到要求。

技术实现要素：

为克服相关技术中存在的问题，本说明书提供了一种图像重建方法、装置、终端设备及pet系统。

具体地，本申请是通过如下技术方案实现的：

第一方面，提供一种图像重建方法，该方法可以包括：

获得参考真符合事件的光子对参考能量分布；

获得扫描被检体得到的采集数据，并基于所述采集数据获得即时符合事件的总数、实际真符合事件的总数以及即时符合事件的光子对实际能量分布；

基于所述实际真符合事件的总数、所述光子对参考能量分布以及所述光子对实际能量分布，获得光子对的不同能量值所对应的校正因子；

基于所述校正因子对重建模型进行修正，并利用修正后的重建模型得到重建图像。

第二方面，提供一种图像重建装置，所述装置可以包括：

第一获得单元，用于获得参考真符合事件的光子对参考能量分布；

第二获得单元，获得扫描被检体得到的采集数据，并基于所述采集数据获得即时符合事件的总数、实际真符合事件的总数以及即时符合事件的光子对实际能量分布；

校正因子获得单元，用于基于所述实际真符合事件的总数、所述光子对参考能量分布以及所述光子对实际能量分布，获得光子对的不同能量值所对应的校正因子；

图像重建单元，用于基于所述校正因子对重建模型进行修正，并利用修正后的重建模型得到重建图像。

第三方面，提供一种终端设备，包括：内部总线，以及通过内部总线连接的存储器、处理器和外部接口；其中，

所述外部接口，用于获取符合事件的数据；

所述存储器，用于存储图像重建对应的机器可读指令；

所述处理器，用于读取所述存储器上的所述机器可读指令，并执行如下操作：

获得参考真符合事件的光子对参考能量分布；

获得扫描被检体得到的采集数据，并基于所述采集数据获得即时符合事件的总数、实际真符合事件的总数以及即时符合事件的光子对实际能量分布；

基于所述实际真符合事件的总数、所述光子对参考能量分布以及所述光子对实际能量分布，获得光子对的不同能量值所对应的校正因子；

基于所述校正因子对重建模型进行修正，并利用修正后的重建模型得到重建图像。

第四方面，提供一种pet系统，包括：探测器、扫描床和终端设备，所述探测器用于在所述pet系统扫描过程中，探测被检体内发出的高能光子，并转换成脉冲信号进行输出；

所述终端设备，用于获得参考真符合事件的光子对参考能量分布；获得扫描被检体得到的采集数据，并基于所述采集数据获得即时符合事件的总数、实际真符合事件的总数以及即时符合事件的光子对实际能量分布；基于所述实际真符合事件的总数、所述光子对参考能量分布以及所述光子对实际能量分布，获得光子对的不同能量值所对应的校正因子；基于所述校正因子对重建模型进行修正，并利用修正后的重建模型得到重建图像。

本说明书的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本说明书实施例中，以确定的真符合事件的光子对能量分布作为参考能量分布，通过实际采集数据获得的真符合事件和即时符合事件的光子对实际能量分布，获得不同能量所对应的校正因子，并基于校正因子对重建模型进行修正以获得重建图像。通过针对不同的光子对能量采用不同的校正因子对重建模型进行修正，使得重建模型更加精确，从而能够得到更精确的重建图像。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本说明书。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本说明书的实施例，并与说明书一起用于解释本说明书的原理。

图1示出pet系统的应用场景示意图；

图2是本申请一示例性实施例示出的一种图像重建方法的流程图；

图3a是本申请一示例性实施例示出的真符合事件的光子对参考能量分布图；

图3b是本申请一示例性实施例示出的符合事件的光子对实际能量分布图这；

图3c是本申请一示例性实施例示出的校正因子的分布图；

图4是本申请一示例性实施例示出的一种获得光子对的不同能量值所对应的校正因子方法的流程图；

图5是本申请一示例性实施例示出的一种图像重建装置的示意图；

图6是本申请一示例性实施例示出的一种终端设备的结构示意图；

图7是本申请一示例性实施例示出的一种pet系统的结构示意图。

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说明书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、本说明书的一些方面相一致的装置和方法的例子。

参见图1，为pet系统的应用场景示意图。该pet系统可以包括pet设备10和终端设备20。其中，pet设备10可以包括探测器11(petdetector)，以及扫描床12。探测器11如图1所示可以是一个环形探测器，该环形探测器11包括多个探测模块，每个探测模块可以包括依次连接的闪烁晶体、光电转换器件和处理电路。在一个可选的例子中，该处理电路可以为数据采集(daq，dataacquisition)系统电路，daq系统电路可以包括实现不同功能的子电路，例如，前端数据获取电路；扫描床12可以带动被检体至环形探测器11中进行扫描。

应用图1所示的pet系统，在扫描前，被检体可以注射含有放射性核素的示踪剂，在扫描过程中，放射性核素发生衰变产生正电子，正电子与被检体内的负电子湮灭产生一对背靠背的伽马光子，伽马光子作为一种高能光子，对可以被探测器11中的一对探测模块的闪烁晶体探测到，闪烁晶体将探测到的高能光子转换为光信号后，传输到光电转换器件，光电转换器件将该光信号转换成电信号后，传输到处理电路，由处理电路将电信号转换成脉冲信号，并可输出脉冲信号的信息，比如，能量信息、时间信息等。

上述探测模块探测到伽马光子的过程称为事件，属于同一个湮灭事件中的两个事件被称作即时符合事件，即时符合事件的信息可以用于重建pet图像。

对于即时符合事件，如果两个事件是由同一个正电子湮灭产生且未经过散射的，称为真符合事件；如果两个事件是由同一个正电子但至少有一个事件发生了散射，称为散射符合事件；如果两个事件是由不同的正电子湮灭产生，称为随机符合事件。所有真符合事件可以称为真符合数据，所有随机符合事件可以称为随机符合数据，所有散射符合事件可以称为散射符合数据。

相关技术中，用于图像重建的重建模型可以是list-mode重建模型，其公式如下：

其中，i表示lor(lineofresponse，响应线)序号，lor为正电子湮灭时，转变为两个能量相等(511kev)、方向相反的两个光子所构成的直线，j表示图像像素序号，ti表示lor上的时间段，分子中的“1”表示在lor上的时间段上获得一个符合事件，表示第k次迭代图像j的像素值，pij为系统参数，表示与图像体素j对应的人体部分产生的光子对被lori接收的概率，τti,j表示图像像素j到lori的ti时间段的tof(timeofflight，飞行时间)核概率值，sti表示lori的ti时间段对应的随机散射量。

为了更准确地重建图像，本申请实施例中，通过针对不同的光子对能量采用不同的校正因子对重建模型进行修正。

下面结合图1所示的pet系统对本申请的图像重建实施例进行详细描述。

参见图2，为本申请图像重建方法的一个实施例流程图，该实施例可以包括以下步骤：

在步骤201中，获得参考真符合事件的光子对参考能量分布。

在本步骤中，所述参考真符合事件在实验条件下获得。实验条件是指扫描理想的放射源，例如，可以通过扫描活度小于设定阈值，接近理想情况的点源或线源，得到符合事件。在这种情况下得到的符合事件中，几乎没有随机符合事件和散射符合事件，可以认为是真符合事件。

统计上述真符合事件的光子对能量分布，作为参考能量分布。

例如，可以将真符合事件的光子对参考能量分布表示为其中，ei为光子对中的一个光子的能量，ej为另一个光子的能量，表示符合事件中一个光子能量为ei，另一个光子能量为ej的符合事件总数，也即真符合事件的参考计数值。

图3a示出示例性的真符合事件的光子对参考能量分布图。其中，平面上的两个轴分别表示一个光子对中两个光子的能量，其坐标范围即系统所设置的能量窗，光子的能量落在该能量窗之内，认为其是真符合事件；与该平面垂直的轴表示符合事件的计数。对于已知的光子对能量ei、ej，通过例如图3a所示的参考能量分布图即可获得该光子的真符合事件的参考计数值，也可以获得参考能量分布的数据总量c^ref。

在步骤202中，获得扫描被检体得到的采集数据，并基于所述采集数据获得即时符合事件的总数、实际真符合事件的总数以及即时符合事件的光子对实际能量分布。

在扫描被检体时，由于被检体通常为非理想放射源，因此正电子与被检体内的负电子湮灭时有可能发生散射符合事件或者随机符合事件，因此，扫描被检体得到的即时符合事件的采集数据中，除了真符合事件，还包括了散射符合事件和随机符合事件。

在本步骤中，可以通过将扫描被检体得到的采集数据，减去随机符合事件数据和散射符合事件数据，从而得到实际真符合事件数据，从实际真符合事件中，即可统计出实际实符合事件的总数。

基于所述采集数据，还可以获得即时符合事件的光子对实际能量分布。该即时符合事件可能包含了真符合事件、散射符合事件、随机符合事件。

例如，可以将即时符合事件的光子对实际能量分布表示为其中，ei为光子对中的一个光子的能量，ej为另一个光子的能量，表示符合事件中一个光子能量为ei，另一个光子能量为ej的符合事件总数，也可以称为即时符合事件计数值。

图3b示出示例性即时符合事件的光子对实际能量分布图。其中，平面上的两个轴分别表示一个光子对中两个光子的能量，其坐标范围即系统所设置的能量窗，光子的能量落在该能量窗之内，认为其是符合事件；与该平面垂直的轴表示符合事件的总数。对于已知的光子对能量ei、ej，通过图3b所示的符合事件的实际能量分布图即可获得该能量的光子对的符合事件计数值。

在步骤103中，基于所述实际真符合事件的总数、所述光子对参考能量分布以及所述光子对实际能量分布，获得光子对的不同能量值所对应的校正因子。

光子对的不同能量值是指，符合事件中两个光子的不同能量组合，例如，其中一个光子的能量为ei，另一个光子的能量为ej。基于两个光子的能量值，即能够确定该能量组合所对应的校正因子。

在本步骤中，可以通过以下方式获得光子对的不同能量值所对应的校正因子。如图4所示，该方法可以包括以下步骤：

在步骤401中，基于光子对参考能量分布和所述实际真符合事件的总数，获得真符合事件的光子对实际能量分布。

在一个示例中，可以通过以下方式获得实际真符合事件的光子对实际能量分布：

首先，基于光子对参考能量分布获得真符合事件的参考总计数值c^ref。该参考总计数值，即是在实验条件下获得的真符合事件的总数。对于光子对参考能量分布图来说，例如图3a，可以通过累加所有光子对能量值下的真符合事件的计数值获得。

实际真符合事件的总数可以表示为c^t。接下来，通过计算实际真符合事件的总数c^t与参考总计数值c^ref的比值，获得调整系数c^t/c^ref。

最后，通过将实际真符合事件的光子对参考能量分布与调整系数c^t/c^ref相乘，获得实际真符合事件的光子对实际能量分布

在步骤402中，获取实际真符合事件的光子对实际能量分布中，光子对的不同能量值所对应的实际真符合事件计数值。

例如，针对步骤401中所获得的实际真符合事件的光子对实际能量分布在已知实际真符合事件中两个光子的能量ei、ej的情况下，即能够获得该能量值所对应的实际真符合事件计数值

在步骤403中，获取即时符合事件的光子对实际能量分布中，光子对的不同能量值所对应的即时符合事件计数值。

例如，对于即时符合事件的光子对实际能量分布在已知即时符合事件中两个光子的能量ei、ej的情况下，即能够获得该能量值所对应的即时符合事件计数值例如通过图3b所示的即时符合事件的光子对实际能量分布图，即可获得光子对的不同能量值所对应的即时符合事件计数值。

在步骤404中，通过计算不同能量值下所述实际真符合事件计数值与所述即时符合事件计数值的比值，获得相应能量值下的校正因子。

在本步骤中，可以通过计算两个光子的能量分别为ei、ej时实际真符合事件计数值与即时符合事件计数值的比值，获得能量ei、ej下的校正因子校正因子的分布图例如图3c所示。

对于每个光子对能量来说，校正因子即是该能量对所对应的实际真符合数与即时符合数(总符合数)的比值，也即这一能量对上的真符合概率。

在获得了不同能量所对应的校正因子后，接下来可以进入图像重建步骤。

在步骤204中，基于所述校正因子对重建模型进行修正，并利用修正后的重建模型得到重建图像。

在本实施例中，所使用的重建模型为公式(1)所示的list-mode重建模型。其中的系统参数pij，表示与图像体素j对应的人体部分产生的光子对被lori接收的概率，也即被核探测器接收的概率。在本实施例中，基于符合事件的光子对的能量值，查找对应的校正因子(这一能量对上的真符合概率)，将该符合事件的校正因子与系统参数相乘，将表示与图像体素j对应的人体部分产生的光子对被lori接收的概率修正为真符合概率，并基于修改后的系统参数获得修正后的重建模型。

也即，在查找到对应的校正因子后，对公式(1)：中，分子中表示在lor上的时间段上获得一个符合事件的数字“1”进行修正。

在修改后的重建模型中，能量因子的模型与实际采集数据中真符合事件在对应能量下的有效概率是匹配的，由此重建中可以减小随机符合事件和散射符合事件起到的作用，最大程度利用真符合事件起到的作用，因而重建模型更加精确，利用该重建模型所重建的图像也更加精确。

上述图2和图4所示流程中的各个步骤，其执行顺序不限制于流程图中的顺序。此外，各个步骤的描述，可以实现为软件、硬件或者其结合的形式，例如，本领域技术人员可以将其实现为软件代码的形式，可以为能够实现所述步骤对应的逻辑功能的计算机可执行指令。当其以软件的方式实现时，所述的可执行指令可以存储在存储器中，并被系统中的处理器执行。

与前述图像重建方法的实施例相对应，本申请还提供了图像重建装置、终端设备及pet系统的实施例。

参见图5，为本申请图像重建装置的一个实施例框图，该装置应用于pet系统的终端设备，可以包括：第一获得单元510、第二获得单元520、校正因子获得单元530和图像重建单元540。

其中，第一获得单元510，用于获得参考真符合事件的光子对参考能量分布；

第二获得单元520，用于获得扫描被检体得到的采集数据，并基于所述采集数据获得即时符合事件的总数、实际真符合事件的总数以及即时符合事件的光子对实际能量分布；

校正因子获得单元530，用于基于所述实际真符合事件的总数、所述光子对参考能量分布以及所述光子对实际能量分布，获得光子对的不同能量值所对应的校正因子；

图像重建单元540，用于基于所述校正因子对重建模型进行修正，并利用修正后的重建模型得到重建图像。

在校正因子获得单元530中，基于所述实际真符合事件的总数、所述光子对参考能量分布以及所述光子对实际能量分布，获得光子对的不同能量值所对应的校正因子包括：

基于所述参考能量分布和所述实际真符合事件的总数，获得实际真符合事件的光子对实际能量分布；

获取所述实际真符合事件的光子对实际能量分布中，光子对的不同能量值所对应的实际真符合事件计数值；

获取所述即时符合事件的光子对实际能量分布中，光子对的不同能量值所对应的即时符合事件计数值；

通过计算不同能量值下所述实际真符合事件计数值与所述即时符合事件计数值的比值，获得相应能量值下的校正因子。

参见图6，为本申请终端设备的一个实施例示意图，该终端设备可以包括：通过内部总线610连接的存储器620、处理器630和外部接口640。

其中，所述外部接口640，用于获取符合事件的数据；

存储器620，用于存储图像重建对应的机器可读指令；

处理器630，用于读取存储器620上的所述机器可读指令，并执行所述指令以实现如下操作：

获得参考真符合事件的光子对参考能量分布；

获得扫描被检体得到的采集数据，并基于所述采集数据获得即时符合事件的总数、实际真符合事件的总数以及即时符合事件的光子对实际能量分布；

基于所述实际真符合事件的总数、所述光子对参考能量分布以及所述光子对实际能量分布，获得光子对的不同能量值所对应的校正因子；

基于所述校正因子对重建模型进行修正，并利用修正后的重建模型得到重建图像。

参见图7，为本申请pet系统的一个实施例示意图，该pet系统可以包括：探测器710、扫描床720和终端设备730。探测器710用于在所述pet系统扫描过程中，探测被检体内发出的高能光子，并转换成脉冲信号进行输出。

在一个示例中，探测器710可以包括多个探测模块711，每个探测模块711包括闪烁晶体7111、光电转换器件7112和处理电路7113，为了示例方便，图7中对于示出的n个探测模块711，仅对其中一个探测模块1的结构进行了示意，其他探测模块的结构与其相同，图7中不再一一示出。

其中，所述闪烁晶体7111，用于在所述pet系统扫描过程中，探测被检体内发出的高能光子，并将所述高能光子转换为光信号；

光电转换器件7112，用于将所述光信号转换成电信号；

处理电路7113，用于将所述电信号转换成脉冲信号；

终端设备730，用于获得参考真符合事件的光子对参考能量分布；获得扫描被检体得到的采集数据，并基于所述采集数据获得即时符合事件的总数、实际真符合事件的总数以及即时符合事件的光子对实际能量分布；基于所述实际真符合事件的总数、所述光子对参考能量分布以及所述光子对实际能量分布，获得光子对的不同能量值所对应的校正因子；基于所述校正因子对重建模型进行修正，并利用修正后的重建模型得到重建图像。

探测器710还用于通过扫描活度小于设定阈值的点源或线源，输出实验条件下的脉冲信号。

在本申请实施例中，计算机可读存储介质可以是多种形式，比如，在不同的例子中，所述机器可读存储介质可以是：ram(radomaccessmemory，随机存取存储器)、易失存储器、非易失性存储器、闪存、存储驱动器(如硬盘驱动器)、固态硬盘、任何类型的存储盘(如光盘、dvd等)，或者类似的存储介质，或者它们的组合。特殊的，所述的计算机可读介质还可以是纸张或者其他合适的能够打印程序的介质。使用这些介质，这些程序可以被通过电学的方式获取到(例如，光学扫描)、可以被以合适的方式编译、解释和处理，然后可以被存储到计算机介质中。

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。