本发明适用于核医学成像重建系统和方法。然而，应当理解，所描述的技术也可以应用于其他成像系统、其他重建技术等。
背景技术：
在传统的pet重建和后处理系统中，采用“一刀切”的方法，其中，在pet重建和后处理期间使用相同的一组参数，而不管采集条件、患者人口统计和疾病历史的差异等如何。一旦参数被选择，它们就在所有条件下被统一应用于所有患者。
pet重建通常使用统计迭代算法，例如osem(有序子集期望最大化)及其变型。在osem算法中，迭代次数是关键参数，并且其是经验地选择的，一旦选择，其就是固定的。诸如分辨率恢复或低通滤波之类的重建后图像处理经常被用来改善图像质量。这些滤波后算法具有各种参数，例如，点扩散函数(psf)具有噪声正则化参数以进行适度的噪声传播。这些参数是凭经验选择和事后修复的。
为了改善患者护理，医师经常提及个性化用药和精准用药对他们的实践至关重要。个性化和精准用药代表了医疗决策制定、实践和产品供应中的趋势。为了精确地提供个性化医疗，非常希望在每患者、每研究以及每器官或区域的基础上自适应地改变上述参数。然而，患者、研究和/或区域的真实情况并不是先验己知的，即便不是不可能，在实践中也难以调整这些参数。
本申请提供了新的和改进的系统和方法，其有助于使用病变代理来优化用于重建核医学图像的重建设置，从而克服上述问题和其他问题。
技术实现要素：
根据一个方面，一种便于使用病变代理来重建核医学图像的系统包括：pet扫描器，其采集患者的扫描数据；图形用户接口(gui)，其接收描述用于定位在患者的核医学图像中的一个或多个病变代理的参数信息；以及事件模拟模块，其模拟放射性衰变和其他物理过程，例如，所述一个或多个病变代理的衰减和散射。所述系统还包括重建处理器，所述重建处理器：将病变代理模拟数据与采集的扫描数据进行融合，监测病变代理的图像属性，根据病变代理状态来调整一个或多个重建参数，并且使用一个或多个经调整的重建参数来迭代地重建所述核医学图像。
根据另一方面，一种使用病变代理来重建核医学图像以改善图像质量的方法包括：采集患者扫描数据；根据采集的扫描数据来重建所述患者的感兴趣区域(其可以包括整个患者或其一部分)的第一图像；将关于具有已知属性的一个或多个病变代理(208)的放置的信息计算机可读介质到所述图像中；并且模拟描述所述一个或多个病变代理的放射性衰变、湮灭事件以及其他物理过程的病变代理数据。所述方法还包括：将模拟的病变代理数据与采集的患者扫描数据进行组合；迭代地将组合的患者扫描数据和模拟的病变代理数据重建为至少第二图像；在每次重建之后监视所述一个或多个病变代理的一个或多个属性；并且根据被监视的所述一个或多个属性来调整每次重建迭代之后的重建参数。
根据另一方面，一种便于使用病变代理来生成核医学图像的图形用户接口(gui)包括：图像面板，在所述图像面板中，患者图像被呈现给用户；多个能够选择和能够调整的病变代理参数标签；以及代理菜单，从所述代理菜单可以选择预定病变代理。所述该gui还包括代理切换标签，所述代理切换标签在被选择时在包括病变代理的最终患者图像和不包括病变代理的干净的最终患者图像之间进行切换。
在阅读和理解了下面的详细描述之后，本领域普通技术人员将认识到本创新的再其他优点。
附图说明
附图的仅用于说明各个方面的目的，并且不应被解释为构成限制。
图1图示的流程图示出了根据本文中所描述的各种特征的使用病变代理来重建核医学图像以改善图像质量的方法。
图2图示了根据本文中所描述的一个或多个特征的便于使用病变代理来重建核医学图像以改善图像质量的系统。
图3是根据本文中描述的一个或多个特征的便于使用病变代理来重建核医学图像的图形用户接口(gui)的图示。
具体实施方式
传统的pet重建系统不适应患者和患者的状况，因为没有提供信息来使得系统能够做出决定并因此调整重建和处理的行为。所描述的系统和方法通过提供特意引入并融合到所采集的数据的病变代理来克服上述问题。由于这些病变代理的真实情况是已知的，因而通过监测病变代理的图像属性，重建和后处理算法可以自我调整并调整它们的参数和行为以产生最佳结果。
本文中所描述的系统和方法便于调整重建和处理参数以获得每患者、每研究以及每器官/区域的最佳图像质量和量化，并且基于病变代理业报告定量准确性，例如标准化摄取值(suv)，使得这样临床医师可以对重建系统提供的其他定量结果更有信心。这些系统和方法还有助于允许临床医师针对不同区域指定不同区域所需的图像质量和定量水平，并且将病变代理放置在图像检查期间发现的真实病变附近，以便再次重建和处理数据以用于对真实病变的进一步分析。然后临床医师可以根据病变代理的特征推断病变特征。
图1图示的流程图10示出了根据本文中所描述的各种特征的使用病变代理来重建核医学图像以改善图像质量的方法。在12处，采集患者图像数据。扫描数据可以是，例如，计算机断层摄影(ct)图像数据，磁共振(mr)图像数据，正电子发射断层摄影(pet)图像数据，非衰减校正pet(nacpet)图像数据，单光子发射计算机断层摄影(spect)图像数据，前述的组合，例如pet/ct，pet/mr，spect/ct，等等。本应用的其余部分将讨论pet相关的模态。例如，当定义病变代理时，可以使用ct/pet扫描中的ct数据、mr/pet扫描中的mr、或者针对相同pet研究(通常在pet研究期间产生)的nacpet来帮助病变代理定义。此外，nacpet数据可用于定义独立pet场景下的病变代理。
在14处，将病变代理放置在ct、mr或nacpet上(例如，由临床医师经由图形用户接口(gui)，自动地，等等)。在16处，使用病变代理来模拟将由具有病变代理特性的实际病变引起的事件(例如，放射性衰减，具有散的射湮灭事件，衰减等)。模拟的结果是原始数据。在18处，执行实际患者pet事件采集。在20处，将采集的pet事件与模拟的代理事件融合。
在22处，重建真实和模拟事件并且监测病变代理以评估它们的图像质量和定量属性，其被用作重建的或处理的图像中真实病变的代理。例如，重建图像中病变代理的标准化摄取值(suv)可以被监测并且与已知的与病变代理相关联的suv进行比较。动态地调整重建和处理参数，直到所监视的属性(例如，suv等)匹配或基本匹配已知属性值，从而实现最佳结果。在一个实施例中，在使用多个病变代理的情况下，所有病变代理的suv值都被用于调整重建参数。在24处，对病变代理进行统计报告，使得临床医师可以推断图像质量以及对系统提供的重建和处理的定量。在26处，使用例如图像修复技术来数字地去除引入的病变代理以生成干净的图像。在28处，统计报告和(一幅或多幅)干净的图像被存储到存储器以供显示(例如，经由gui)给临床医师。
根据一个范例，患者的核扫描数据被采集并重建为患者图像。在pet/ct的情况下，ct图像在gui上被显示给临床医师，并且临床医师定义一个或多个病变代理和/或在期望的位置处将其插入到图像中。病变代理可以具有预定义的大小、形状、活度分布或其他预定义的特征。在另一个实施例中，病变代理被个体地设计以具有针对上述参数的特定值。在任一情况下，具有已知属性的病变代理被插入到患者图像中。重建处理器将患者扫描数据与模拟病变代理数据融融合且迭代地重建组合的数据。周期性地(例如，在每n次迭代之后，其中n是整数)，计算并存储关于病变代理的统计数据。可以监测的统计数据的一个范例是重建的病变代理的标准摄取值(suv)。重建参数被调整，直到图像中病变代理的suv与病变代理的已知suv(即，在病变代理定义期间预先关联的suv)匹配。一旦重建图像中的suv与预先关联的或已知的suv匹配，重建迭代就终止，并且优化的重建参数或设置被存储到存储器。然后可以使用存储的重建参数或设置来生成没有病变代理的干净的最终图像。在另一个实施例中，使用数字修复技术(例如，无需执行不具有病变代理的单独重建)来去除病变代理。监测到的统计数据不限于suv数据，而可以是，例如，计数，活度浓度等。在另一个实施例中，统计数据可以包括与数据一致性有关的信息(例如，在病变代理旨在是统一的情况下)。在一个实施例中，采用本文描述的系统和方法来优化其中存在运动的核医学图像的重建。例如，可以构建动态模型(例如，使用门控技术等)以在动态序列(例如，心动周期，呼吸周期等)的过程中模拟病变代理事件。可以导出动力学模型参数并且将其与“设定”值(例如，分布和置信度等)比较。对于呼吸门控研究，可将根据病变代理志出的器官运动与实际的“设定”运动概况进行比较，并计算差异的统计数据等。
图2图示了根据本文中所描述的一个或多个特征的便于使用病变代理来重建核医学图像以改善图像质量的系统100。该系统包括图形用户接口(gui)102，其允许临床医师指定病变代理，它们的位置、形状和大小以及活度分布。在一个实施例中，根据一个或多个参数来自动放置一个或多个病变代理，所述一个或多个参数可以包括例如患者大小、正在执行的研究或协议的类型等。在另一个实施例中，所述系统基于一个或多个参数来向临床医师提供推荐或建议。例如，处理器120可以评估一个或多个参数并向建议代理大小、形状、类型和位置中的一个或多个以供临床医师进行确认。
所述系统还包括：事件模拟模块104，其模拟如同由采集系统检测到的一个或多个病变代理的放射性衰减和湮灭事件；以及pet扫描器106，其采集患者的真实扫描数据。提供经修改的重建处理器108，所述经修改的重建处理器108包括监视病变代理的图像属性的病变代理监视器110以及根据病变代理状态来调整重建参数的重建参数调整模块112。所述系统还包括统计报告工具114，所述统计报告工具114在重建和处理完成之后报告病变代理的图像特性。还提供了数字修复工具116，一旦不再期望病变代理，所述数字修复工具116就划分出病变代理并用适当的背景来替换它们。
该gui102允许临床医师确定病变代理，包括它们的位置、形状、尺寸以及在图像空间中的活度分布。所述病变代理的所述特性可以根据诊断需要并根据医师的偏好进行调整。所述病变代理可以在图像内被放置在患者外部或内部。在一个实施例中，提供3dgui工具，使得临床医师可以轻松地在3d空间中导航。在pet/ct研究中，操作可以在ct图像空间中完成，并且随后将信息转换到pet空间。如果解剖图像不可用，则可以首先重建非衰减校正(nac)pet，并且然后用户使用gui在nacpet图像上定义病变代理。也可以使用位置感测物理设备(未示出)来在在pet采集之前或之后患者在患者卧榻上时将病变代理放置在真实的物理空间中。临床医师可以定义虚拟病变而无需实际在所述位置放置任何活度，或者可以使用外部基准来服务于相同的目的，只要它们特性可以被重建处理器108控制并且已知。
事件模拟模块104采集病变代理的规格并模拟放射性衰变和湮灭事件。模拟按比例缩放到采集时间跨度，并且反映在每次床采集上花费的实际时间。模拟使用探测系统的实际几何形状和成像特性，例如膛尺寸，探测器布置，停滞时间行为，坏点，晶体效率和几何归一化等。当解剖图像如ct或mr可用时，模拟光子衰减和散射。总之，模拟真实地反映了实际的成像链和系统行为。模拟的列表模式和/或正弦图数据可以与由pet扫描器106采集的实际患者采集列表模式或正弦图数据分离。然而，对于重建处理，实际采集和模拟数据是融合的。
经修改的重建处理器108监视病变代理的图像特性并动态地调整重建和处理参数。在重建的范例中，因为病变代理的位置和尺寸是已知的，因而病变代理可以在中间重建的图像上被分割出来。例如，如果将具有统一活动分布的病变代理放置在患者图像中，则在pet重建期间，监测病变代理内的强度或suv以及其均匀性指数、噪声水平等。通过监测这些属性，除了其他参数(例如代理尺寸、形状、类型、密度、位置等)之外，迭代重建算法还可以动态地调整迭代的次数。当迭代次数少时，图像尚未收敛。图像可能过于平滑，并且其值可能远离真实情况。当迭代次数多时，图像的噪声水平变高。这是典型的偏差-方差权衡。由于没有已知的真实情况，因而没有本文中描述的病变代理的传统监测是困难的。
另外，如果重建算法检测到，利用当前参数设置不会获得期望的图像质量和定量目标，则重建处理器可以选择不同的参数集(例如子集数)或完全不同的重建算法。也可以搜索参数空间以找到最佳参数集合从而实现指定的图像质量和定量目标。
在后处理示例中，例如由处理器120采用诸如基于psf(点扩散函数)的后处理滤波算法118。滤波算法具有可调整的参数。通过测量和监测病变代理的图像质量和定量，可以调整滤波参数以实现图像质量和定量目标，如图像分辨率、噪声水平、suv准确度、变化等。
另外，有多种方法可以搜索参数空间以找到最佳参数。如果参数空间是低维的，则可以执行穷尽的搜索。也就是说，尝试参数空间中的不同点，并且(一个或多个)最佳识别的参数被保持，直到已经评估了所有可能的排列。当参数空间是高维的并且不允许进行穷尽搜索时，可以采用任何优化算法，例如单纯形算法或鲍威尔共轭方向搜索。
所描述的系统和方法可以在图像查看期间使用，例如由医师进行。例如，如果医师希望询问在图像检查过程中发现的病变，则他可以在病变周围放置一些病变代理。重建处理器使用先前的一组参数再次重建图像。通过分析病变代理的图像属性，医师可以提高他关于对实际(真实)病变的诊断的信心。例如，如果所有病变代理报告的suv接近他们预期的真实情况，那么医师对于真实病变的suv测量是有信心的；另一方面，如果病变代理报告远离真实的suv，则医师对真实病变的测量的suv的信心降低。
统计报告工具114收集并报告病变代理的图像特性。由于病变代理以已知属性被引入(例如由临床医师)，因此可以将它们分割出来并且可以容易地执行对重建病变代理的计算。这些特性包括但不限于，在不同方向上的图像分辨率，诸如大小(例如体积，每个方向上的尺寸)和形状(例如，圆度)的几何特性，suv最大/平均/最小，均匀性，suv准确度等。与代理各自的真实情况相比的差异被方便地计算和报告，并作为统计数据124存储在存储器122中。病变代理的统计数据可以单独地或统一地报告，以供医师在阅读期间做出诊断决策。
当不再期望或需要代理时，修复工具116从患者图像中去除病变代理。由于病变代理是为了图像质量和定量监测和优化而引入的，因此可以在将它们发送出去以供临床医师审查之前交它们从最终重建的或处理的图像中删除。在一个实施例中，用户可以选择保留具有病变代理的图像。在另一个实施方案中，经由gui102提供病变代理“切换”126，以允许观看者在具有病变代理128的图像和也被存储在存储器122中的没有病变代理130的图像之间进行切换。在另一个实施例中，当在给定图像中示出病变代理时，它们如此被指定(例如，经由颜色编码、突出显示、标记或任何其它合适的指定方式)以减轻病变代理与实际图像数据之间的混淆。也就是说，当病变代理切换为“开启”时，病变代理处于突出显示状态(即，被标记，颜色编码，突出显示等)以从真实图像数据清楚地描绘它们。也就是说，当病变代理切换为“关闭”时，病变代理处于非突出显示状态，其中，它们未被指示为与实际图像数据不同。
由于病变代理是以已知的位置、形状和大小引入的，因此可以使用相同的信息将它们分割出来。这样的信息用于引导分割算法，并且分割的体积可能略大于病变代理的实际大小。一旦病变代理被分割出来，图像修复工具116就替换病变代理的(一个或多个)位置处的图像值(体素)。在一个实施例中，基于微分方程的修复算法来评估病变代理周围的特性并传播或内插这些特性以替换病变代理体素。
应当理解，处理器120运行用于执行本文中描述的各功能和/或方法的计算机可执行指令并且存储器122存储所述计算机可执行指令。存储器122可以是其上存储有控制程序的计算机可读介质，例如磁盘、硬盘驱动器等。计算机可读介质的常见形式包括例如软盘、柔性盘、硬盘、磁带或任何其他磁性存储介质、cd-rom、dvd或任何其他光学介质、ram、rom、prom、eprom、flash-eprom、及其变型、其他存储器芯片或卡盘(cartridge)、或处理器120能够从其读取或运行的任何其他有形介质。在该背景下，所描述的系统可以被实现在或实现为一个或多个通用计算机、(一个或多个)专用计算机、经编程的微处理器或微控制器和外围集成电路元件、asic或其他集成电路、数字信号处理器、诸如离散元件电路的硬连线电子或逻辑电路、诸如pld、pla、fpga、图形处理单元(gpu)或pal的可编程逻辑设备等。
图3是根据本文中描述的一个或多个特征的便于使用病变代理来重建核医学图像的图形用户接口(gui)102的图示。gui包括其中患者图像202被呈现给用户的一个或多个图像面板或区域200。患者图像包括具有真实病变206的感兴趣区域(roi)204。用户在所述患者图像中定位一个或多个病变代理208(例如，人造病变)。虽然在图3中被描绘为在roi内，但病变代理208也可放置在患者或roi外部。gui还包括多个可选择和可调节的病变代理参数210，包括代理位置参数标签212，尺寸参数标签214，形状参数标签216和放射性活度分布参数标签218等。在一个实施例中，病变代理放置是使用拖放技术来执行的。另外，所述gui包括代理切换标签120，用户可以选择该代理切换标签120以在包括病变代理的患者图像和不包括病变代理的患者图像之间进行切换。在另一个实施例中，切换标签使得图像面板在病变代理被突出显示的图像和未被突出显示的图像之间切换。
在另一个实施例中，病变代理例如经由菜单220等是可选择的，并且具有预定义的形状、尺寸和放射性活度分布。例如，每个病变代理可以与指示其大小、形状和活度分布的代理id相关联。用户可以打开代理菜单，选择所需的代理，并将其拖到患者图像上的所需位置。
在又一个实施例中，病变代理可以通过文本文件来指定。例如，针对给定病变代理的文本文件可以包括描述给定病变代理的一个或多个参数(例如，大小、形状、密度等)的数据。
本领域技术人员将理解，前述示例不限于代理参数的具体数量和/或类型等，而是代理参数的任何期望的数量和/或类型可以与本文中描述的系统和方法结合使用。
还将理解，尽管本文描述的系统和方法是关于为病变提供代理来描述的，但是所描述的系统和方法不限于此，并且被用来方便在重建图像时为任何合适的结构或对象提供代理。
参考若干实施例描述了本创新。本领域技术人员通过阅读和理解前述的详细描述，可以想到各种修改和变型。应当将本创新解释为包括所有这样的修改和变型，只要它们落在权利要求或其等价方案的范围之内。