专利名称：使用未经衰减校正的pet发射图像补偿不完整解剖图像的制作方法
使用未经衰减校正的PET发射图像补偿不完整解剖图像
本申请具体应用于患者成像系统中，具体涉及诸如正电子发射断层摄影(PET) 扫描器等患者成像装置。然而，要认识到，所描述的技术也可以应用于光谱系统、其他 核成像情形、其他成像技术等中。
在PET成像中有一种趋势，S卩，将计算断层摄影(CT)或磁共振(MR)扫描器与 PET扫描器组合。然而，这种系统遇到了图像截断问题。例如，MR和CT图像仅在有 限且预定义的横向视场(FOV)中具有良好的质量。在扫描大于CT或MRFOV的感兴趣 患者或感兴趣体积(VOI)时，CT或MR图像被截断。CT或MR FOV之外的CT或MR 图像的部分受到人为噪声的严重影响，而FOV内部的部分受到人为噪声的温和影响。在 使用截断的CT或MR图像推导用于PET重建的衰减图时，PET图像将是不精确的和/或 可能产生人为噪声。
此外，MR仅对材料中的质子敏感，并且因此在MR图像值和线性衰减系数之间 没有直接关系。在试图使用MR图像推导用于PET重建的衰减图时，推导出的身体轮廓 可能小于实际的身体轮廓。
常规的多模MR/PET和CT/PET系统采集MR或CT数据，然后采集PET数据，并使用MR或CT数据产生用于补偿PET数据集中的衰减的衰减图。然而，在受检者大 于特定尺寸且未配合到成像装置的FOV中时，CT或MR数据被截断。如果增大CT或 MRFOV以容纳更大的受检者，CT或MR重建会延迟并发生人为噪声。此外，±曾大CT 或MRFOV代价高昂。另外，截断的CT或MR数据导致不完整的衰减图，这又降低了 在所采集的PET数据的重建期间不完整衰减图所用于的PET图像的质量。
本申请提供了用于在多模成像系统中进行衰减校正的新的改进的系统和方法， 由此在解剖图像中补偿了缺失的图像信息，并采用经校正的解剖图像产生无人为噪声的 衰减图用于校正PET图像，这克服了上述和其他问题。
根据一个方面，一种解剖成像系统包括存储器，该存储器存储在受检者的扫描 期间采集的截断的解剖图像以及在对受检者的PET扫描期间采集的正电子发射断层摄影 (PET)数据。该系统还包括处理器，该处理器从所采集的PET数据重建未经衰减校正的 (NAC)PET图像，从所采集的截断的解剖图像产生衰减图，并利用NAC PET图像中的轮 廓补偿衰减图中的截断数据。
根据另一方面，一种使用未经衰减校正的(NAC)正电子发射断层摄影(PET) 图像校正衰减图的方法包括产生NAC PET图像；分割该NAC PET图像以识别身体轮 廓；以及识别衰减图中的截断区域。该方法还包括使用所识别的轮廓校正衰减图的截断 区域中的截断图像以推断用于截断图像的适当组织类型；以及使用经校正的衰减图重建 经衰减校正的PET图像。
根据另一方面，一种校正计算断层摄影(CT)图像的方法包括产生未经衰减校 正的(NAC)正电子发射断层摄影(PET)图像；分割所述NAC PET图像以识别身体轮廓； 以及识别CT图像中的截断区域或衰减区域。该方法还包括利用身体轮廓作为引导，推断 与CT图像的截断区域或衰减区域的区域一致的组织类型；向CT图像的截断区域或衰减区域上投影与所推断的组织类型一致的CT图像数据以产生经校正的CT图像数据集；以 及反向投影经校正的CT图像数据集以校正所述CT图像。一个优点是CT或MR视场未扩大。另一个优点在于，利用了由感兴趣体积的未经衰减校正的(NAC)PET图像提供 的高质量体积边界。在阅读并理解了下述详细说明的情况下，本领域普通技术人员将认识到本创新 的更多优点。可以采用各种部件或部件布置，以及各种步骤或步骤布置的形式实现本创新。 附图仅用于对各方面进行图示说明的目的，并且不应认为其对本发明构成限制。
图1图示说明了使用未经衰减校正的PET图像来确定受检者或感兴趣体积周界 或外边界的系统。图2图示说明了根据各特征、与采用NAC PET图像来校正截断的衰减图相关的方法。图3图示说明了具有诸如PET、CT、MRI等多个成像装置的示例性医院系统， 成像装置产生成像数据，由个体或共享的重建处理器重建成像数据以产生3D图像表示。图1图示说明了使用未经衰减校正的(NAC)PET图像来确定受检者或感兴趣体 积(VOI)周界或外边界的系统10。在不进行衰减校正而重建PET扫描时，所得的图像 在接近中心处是暗的，朝向边缘逐渐变亮。这使得能够用PET扫描来描绘受检者或VOI 的外缘。一旦确定了外缘，可以通过各种方式使用它。首先，可以利用它以标称软组织 来替换在视场(FOV)和患者外缘之间受人为噪声严重影响的CT或MR图像数据，然后 使用经补偿的CT或MR图像在PET扫描中进行衰减校正。尽管在本节中通过举例给出 了 CT图像，但也可以想到MR、SPECT-CT>投影X射线等。或者，一旦已知受检者 或VOI的外缘，就可以使用该信息减少截断的CT或MR图像中的人为噪声。例如，可 以将具有替代软组织的CT或MR图像投影成投影数据并反向投影回(re-backprojected)。 作为另一示例，可以为FOV外部的受检者部分分配标称软组织的衰减属性，并且对于标 称软组织的衰减可以逐条射线地调节CT数据。系统10包括耦合到PET扫描器14和CT装置16的每个的用户界面12 (例如工 作站等)。用户界面12包括处理器18，处理器18耦合到存储器20，两者都进一步耦合 到显示器22。存储器20存储，且处理器产生、分析和/或执行来自PET扫描器14和 /或CT装置16的图像数据24、用于从所采集的扫描数据重建PET和/或CT图像表示 的重建算法26、用于校正CT数据和/或图像的CT校正算法28、从CT数据产生衰减校 正图30以补偿衰减的PET数据、用于校正PET数据和/或图像的PET校正算法32等。 在一个实施例中，处理器18从采集的CT数据产生截断的(例如，未校正的或原 始的)衰减图。利用先验知识，例如通过将采集的CT数据与预期值、先前为受检者采 集的CT数据或根据多个参考受检者产生的解剖结构的通用图谱进行比较，来识别衰减图 的截断部分。处理器还执行PET重建算法以从采集的PET数据重建NAC PET图像，并 且NAC图像被分割以识别对应于衰减图的截断部分的解剖结构、肿瘤或受检者体内的其 他结构的轮廓。处理器执行一个或多个CT校正算法28以使用从NAC PET图像识别的 轮廓“填充” FOV外部的CT衰减图的部分。例如，如果衰减图在受检者肝脏上表面附近截断，那么分割NAC PET图像以识别描绘受检者的肝脏上表面的轮廓。处理器分析该 轮廓并做出关于沿着或接近轮廓处的组织类型的推断。基于这种推断，处理器利用适当 材料，例如密度类似于对于衰减图的截断部分所推断出的组织类型的软组织、肝组织或 某种其他组织，填充衰减图的截断部分。处理器然后执行PET校正算法32以重建无人为 噪声的经衰减校正的PET图像表示。 根据另一个示例，CT装置16的FOV大约为60cm。如果受检者直径大于60cm， 或受检者一部分定位在60cm的FOV外部，CT数据将被截断。重建PET图像而不校正 衰减提供了表面明亮而朝向中心变暗的图像。于是，能够在NAC PET图像中产生示出 了受检者的表面的高质量轮廓。一旦描绘了该表面，就能够校正CT图像中的截断。例 如，能够将软组织CT数据内插到MR衰减图的截断部分中，因为很可能在受检者的表面 (例如皮肤)附近找到软组织。该系统能够用于这样的PET/CT成像的情形中，在该情形中，接近身体轮廓的 对象或结构的部分在CT图像中不可见。或者，该系统能够用于这样的PET/CT成像的 情形中，在该情形中，相继(例如，不同时)操作两种模态，由此能够将从PET扫描推导 出的轮廓与CT图像进行比较，以推断PET和CT扫描之间可能的受检者运动。另外， 该系统能够用于这样的PET成像的情形中，在该情形中，将从NAC PET图像推导出的轮 廓用作发射边界，以使用单散射模拟进行散射校正，其中，尾部拟合程序利用发射边界 定义纯散射尾部(例如，在没有真正并发事件时)。图2图示说明了根据各特征、与采用NAC PET图像来校正截断的衰减图相关的 方法。尽管将该方法描述为一系列动作，但要认识到，要实现所描述目标和/或结果可 能不需要所有动作，根据特定方面，可以按照与所描述的特定顺序的不同的顺序执行一 些动作。在50，重建采集的PET数据，不进行衰减校正，以产生NAC PET图像。在52 对NAC PET图像进行分割，以识别受检者体内的感兴趣体积(例如肿瘤或解剖结构等) 的一个或多个轮廓。在54，分析从采集的CT或MR数据产生的衰减图以识别CT或MR 数据的截断部分，例如可能由于衰减、CT或MR的小视场等发生的截断部分。在56， 利用与截断的CT或MR数据的解剖定位或位置对应的轮廓作为引导补偿(例如填充)所 识别的CT或MR数据的截断部分。例如，由于该轮廓描绘了感兴趣体积的表面或边界， 所以能够对轮廓附近的组织类型和/或特性做出推断，并能够根据这种推断内插替换CT 或MR数据，以填充CT或MR衰减图的截断区域。在58，利用经校正的MR衰减图重 建经衰减校正的PET图像。在一个实施例中，使用已知的数据采集算法识别衰减图的截断部分，该数据采 集算法识别数据采集时的精确度概率。在54评估所采集数据的精确度概率，并且将精确 度可能低于预定阈值的数据识别为截断数据。然后在56用内插的或替换CT数据替换截 断数据。根据示例，能够将采集的CT数据集中的数据点与邻近数据点进行比较以确定它 们的相应值是否与邻近数据点一致。如果给定区域有大量数据点与期望值不对应，那么 给定区域中的数据点精确的概率较低。如果概率低于预定阈值水平，那么能够将该区域 识别为截断区域，并对其进行标记以校正或补偿。例如，能够从NAC PET图像产生与截断的CT数据区域的解剖定位对应的经分割的身体轮廓，并在识别在填充CT数据的截断 部分时采用的身体组织类型时用作引导。在一个实施例中，为了校正截断的CT图像，将CT图像的FOV扩展成例如更大 直径的圆。截断组织的形状是从NAC PET图像确定的。利用对于合适组织的衰减值填 充截断形状。在一个示例中，利用标称组织的衰减值填充该形状。在患者从中心偏向一 侧的另一个示例中，能够利用患者另一侧的衰减值的镜像图像填充截断形状。在另一个 示例中，查找表或存储器存储患者的未截断的标称衰减图像。根据来自NACPET图像的 患者外形线检索并缩放对应于被校正图像(切片)的图像(切片)，并且使用缩放的标称 图像的对应部分填充截断形状。将截断区域被填充的图像正向投影回投影数据中，该投影数据被反向投影以产 生经校正的图像。如果经校正的图像仍然有人为噪声，能够用来自表格的、标称组织等 的相同校正衰减值 重新填充截断形状，并重复正向投影和反向投影过程。在另一实施例中，利用校正衰减值以及截断形状对原始投影数据的每条射线的 贡献来填充截断形状。例如，在利用校正衰减值填充截断形状之后，使CT图像的其余部 分归零。对截断形状进行正向投影以产生与原始投影数据对应的校正CT投影数据。使 用每个连接投影调节对应的原始投影，例如从其减去，以生成经校正的投影数据，将经 校正的投影数据反向投影以产生经校正的衰减图。任选地，能够将具有合成的衰减值的 截断形状与经校正的衰减图合并。参考图3，示例性医院系统可以包括多个成像装置100，例如PET 14、CT16(或 MR)等，成像装置100产生成像数据，由个体或共享的重建处理器102重建成像数据以 产生3D图像表示。通过网络104向中央存储器106或本地存储器108传送图像表示。在与网络连接的站110，操作员使用用户界面12将选定的3D患者CT或MR衰 减图向中央存储器106和本地存储器108移动或在两者之间移动。视频处理器116在显 示器20的第一观察区IlS1中显示选定的衰减图。在第二观察区IlS2中显示NAC PET图 像。第三观察区IlS3能够显示衰减图和NACPET图像的叠加。例如，能够允许用户将 PET和MR或CT衰减图中的界标与NAC PET图像中的对应结构或界标配准。例如，操 作员通过界面12(例如，使用鼠标、指示笔或其他适当的用户输入装置)选择与衰减 像中的界标对应的NAC PET图像界标。或者，能够由处理器116中的程序自动对准NAC PET衰减图。然后，用户界面12中的处理器18(图1)执行校正算法并推断在填充衰减 图中的截断区域时采用的合适组织类型。然后能够使用经校正的衰减图重建无人为噪声的经衰减校正的PET图像，其可 以用于其他应用中。例如，治疗规划站130能够使用经衰减校正的PET图像对治疗会话 进行规划。一旦规划得令操作员满意，在适于自动化程序的情况下，就能够将规划的治 疗传输到实施规划会话的治疗装置132。其他站可以在各种其他规划过程中使用经衰减校 正的PET图像。在另一实施例中，可以调节观察区IlS3中显示的叠加图像以相对于PET图像对 CT或MR图像数据加权，或反之。例如，可以调节滑动杆或旋钮(未示出)(可以是机 械的或呈现于显示器20上并利用输入装置操纵的)以改变图像或PET图像的权重。在一 个示例中，操作员能够将观察区IlS3中的图像，从纯CT或MR图像数据(如观察区IlS1中所示)，经过CT/MR和PET图像数据的多个和/或连续组合，调节成纯PET图像数据 (如观察区IlS2中所示)。例如，能够从O 1到1 O离散地或连续地调节CT或MR 图像数据与PET图像数据的比率。作为另一种选择，能够将CT或MR图像以灰度显示， 并且能够将PET图像显示为彩色的。CT或MR图像中的解剖界标有助于将PET图像关 联到受检者。 已经参考若干实施例描述了本创新。在 阅读并理解了前述详细说明的之后，可 以进行修改和变更。旨在将本创新解读为包括所有此类落在权利要求及其等同要件的范 围内的修改和变更。
权利要求
1.一种解剖图像校正系统(10)，包括存储器(20)，其存储在受检者的扫描期间采集的截断的解剖图像数据以及在所述受 检者的正电子发射断层摄影(PET)扫描期间采集的正电子发射断层摄影数据；以及处理器(18)，其从所采集的正电子发射断层摄影数据重建未经衰减校正的(NAC)正 电子发射断层摄影图像，从所采集的截断的解剖图像数据产生衰减图(30)，并使用所述 未经衰减校正的正电子发射断层摄影图像中的轮廓补偿所述衰减图(30)中的截断的图像 数据。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器(18)确定所述衰减图(30)中的数 据的精确度的可能性。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述处理器(18)通过确定区域中的截断数据 是否具有低于预定阈值的精确度的可能性来识别所述衰减图(30)的截断区域。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器(18)识别所述未经衰减校正的正 电子发射断层摄影图像中与所述衰减图(30)的截断区域对应的轮廓。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述处理器(18)根据所识别的轮廓推断用于 校正所述衰减图(30)的所述截断区域的组织类型。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述处理器(18)利用与所推断的组织类型一 致的内插数据填充所述截断区域以校正所述截断区域。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述处理器(18)采用经校正的衰减图从所述 正电子发射断层摄影数据重建经衰减校正的正电子发射断层摄影图像。
8.根据权利要求1所述的系统，还包括采集所述截断的解剖图像的成像装置(16)以 及采集所述正电子发射断层摄影数据的正电子发射断层摄影扫描器(14)。
9.根据权利要求1所述的系统，还包括显示器(22)，所述显示器(22)向用户呈现所 述未经衰减校正的正电子发射断层摄影图像、所述衰减图(30)以及所述未经衰减校正的 正电子发射断层摄影图像和所述衰减图(30)的叠加。
10.根据权利要求1所述的系统，还包括用于重建所述未经衰减校正的正电子发射断层摄影图像和所述衰减图(30)的模块 (26)；用于使用所述未经衰减校正的正电子发射断层摄影图像中的所述轮廓来校正所述衰 减图(30)中的截断数据的模块(28)；以及用于使用经校正的衰减图来校正衰减的正电子发射断层摄影数据的模块(32)。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述存储器存储机器可执行指令，且所述处 理器执行该机器可执行指令，其包括用于产生所述未经衰减校正的正电子发射断层摄影图像的例程(50)；用于分割所述未经衰减校正的正电子发射断层摄影图像以识别所述轮廓的例程 (52)；用于识别所述衰减图(30)中的截断区域的例程(54)；用于使用所识别的轮廓作为引导来校正所述截断区域的例程(56)；以及用于使用经校正的衰减图来重建经衰减校正的正电子发射断层摄影图像的例程 (58)。
12.—种使用未经衰减校正的(NAC)正电子发射断层摄影(PET)图像来校正衰减图 的方法，包括产生所述未经衰减校正的正电子发射断层摄影图像；分割所述未经衰减校正的正电子发射断层摄影图像以识别身体轮廓；识别所述衰减图(30)中的截断区域；使用所识别的轮廓来校正所述衰减图(30)的所述截断区域以推断用于截断补偿的合 适组织类型；以及使用经校正的衰减图来重建经衰减校正的正电子发射断层摄影图像。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括相继执行以下操作采集用于产生所述衰 减图(30)的截断的解剖图像数据的扫描；以及采集用于产生所述未经衰减校正的正电子 发射断层摄影图像和所述经衰减校正的正电子发射断层摄影图像的正电子发射断层摄影 数据的正电子发射断层摄影扫描。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括使用所采集的截断的图像数据和从所采集的 正电子发射断层摄影数据推导出的身体轮廓来识别所述截断扫描和所述正电子发射断层 摄影扫描之间的患者运动。
15.根据权利要求12所述的方法，还包括向用户显示所述衰减图(30)、所述未经衰 减校正的正电子发射断层摄影图像以及所述未经衰减校正的正电子发射断层摄影图像与 所述衰减图的叠加。
16.根据权利要求12所述的方法，还包括确定所述衰减图(30)中的数据的精确度的 可能性。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括通过确定区域中的截断数据是否具有低于预 定阈值的精确度的可能性来识别所述衰减图(30)的所述截断区域。
18.根据权利要求12所述的方法，还包括在识别所述截断区域之后，识别多个身体轮 廓并选择与所述截断区域对应的身体轮廓以用于校正所述衰减图(30)中的截断数据。
19.一种解剖图像系统，包括处理器，所述处理器被编程以执行根据权利要求12所述 的方法。
20.—种计算机可读介质，所述计算机可读介质上存储有软件，用于控制一个或多个 计算机以执行根据权利要求12所述的方法。
21.根据权利要求12所述的方法，还包括在重建所述经衰减校正的正电子发射断层摄 影图像时，采用所述身体轮廓作为发射边界，执行单散射模拟程序用于散射校正，并执 行尾部拟合程序以限定和校正纯散射尾部。
22.一种校正计算断层摄影(CT)图像的方法，包括产生未经衰减校正的(NAC)正电子发射断层摄影(PET)图像；分割所述未经衰减校正的正电子发射断层摄影图像以识别身体轮廓；识别所述计算断层摄影图像中的截断或衰减区域；使用所述身体轮廓作为引导，推断与所述计算断层摄影图像的所述截断或衰减区域 的区域一致的组织类型；向所述计算断层摄影图像的所述截断或衰减区域上投影与所推断出的组织类型一致 的计算断层摄影图像数据以产生经校正的计算断层摄影图像数据集；以及反向投影所述经校正的计算断层摄影图像数据集以校正所述计算断层摄影图像。
全文摘要
在补偿由多模PET/CT或PET/MR成像系统(14，16)采集的截断的患者扫描数据时，使用未经衰减校正的(NAC)PET图像的经分割的轮廓来识别截断区域的轮廓，其中所述截断的患者扫描数据例如发生于患者大于解剖成像装置的视场时。使用合适的组织类型来填充对于衰减图的截断的CT或MR图像的截断区域。然后使用经校正的衰减图来产生患者或感兴趣区域的经衰减校正的PET图像。或者，能够在这样的PET/CT或PET/MR成像情形下采用该系统，在这种情形下，相继(例如，不同时)执行两种模态，于是能够将从PET扫描推导出的轮廓与CT或MR图像进行比较，以推断PET和CT或MR扫描之间可能的受检者运动。另外，能够在这样的PET成像情形下采用该系统，在这种情形下，将从NAC PET图像推导出的轮廓用作发射边界，以利用单散射模拟进行散射校正，其中尾部拟合程序利用发射边界定义纯散射尾部(例如，在没有真正并发事件时)。
文档编号G06T11/00GK102027507SQ200980117410
公开日2011年4月20日 申请日期2009年5月4日 优先权日2008年5月15日
发明者C-H·通, D·加尼翁, Z·胡 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司