針對(duì)正電子發(fā)射斷層攝影(PET)列表模式迭代重建的重建中濾波制造技術(shù)

一種系統(tǒng)(10)和方法(100)，迭代地重建對(duì)象的目標(biāo)體積的圖像。在多個(gè)迭代中的每個(gè)迭代中，目標(biāo)體積的估計(jì)圖像(54)被前向投影(58)并且與接收的事件數(shù)據(jù)(44)進(jìn)行比較(62)以確定差異(64)。差異(64)被反向投影(66)，并且反向投影(68)更新(70)估計(jì)圖像(54)。在至少一個(gè)迭代中，估計(jì)圖像(54)在被反向投影之前在圖像域中被濾波(52)。

In the reconstruction of positron emission tomography (PET) list mode reconstruction

A system (10) and method (100) to iteratively reconstruct an image of a target volume of an object. In each iteration of each iteration, the estimated image (54) of the target volume is projected forward (58) and compared with the received event data (62) to determine the difference (64). The difference (64) is inverted (66), and the reverse projection (68) update (70) estimates the image (54). In at least one iteration, the estimated image (54) is filtered in the image domain before being projected back (52).

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】
本申請(qǐng)總體上涉及診斷成像。本申請(qǐng)尤其與正電子發(fā)射斷層攝影(PET)重建結(jié)合應(yīng)用，并且將尤其參考其進(jìn)行描述。然而，應(yīng)當(dāng)理解，本申請(qǐng)還應(yīng)用于其他使用情形，諸如單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層攝影(SPECT)重建和X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)重建，而不必限于上述應(yīng)用。
技術(shù)介紹
當(dāng)PET采集的計(jì)數(shù)水平為低時(shí)，常常由于高噪聲或差的信噪比(SNR)而降低根據(jù)采集的數(shù)據(jù)重建的圖像質(zhì)量，尤其在包括多分割或床位置的一些全身研究中。由于限制的注射劑量、限制的采集時(shí)間和衰減效應(yīng)，PET采集的計(jì)數(shù)水平能夠是低的。在過(guò)去，濾波反投影(FBP)算法被廣泛用于PET重建，因?yàn)镕BP算法是計(jì)算效率高并便于實(shí)施的。最近，隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，基于迭代的算法在PET重建中已經(jīng)變得更加普遍。相對(duì)于FBP重建算法，基于迭代的重建算法提供統(tǒng)計(jì)、物理因子和系統(tǒng)探測(cè)的更準(zhǔn)確建模。在諸如有序子集期望最大化(OSEM)的基于迭代的重建算法中，估計(jì)的圖像通常保持朝向最終成像收斂，其隨著每次更新變得更銳利。然而，因此隨著每次更新，噪聲混合使圖像質(zhì)量和SNR下降。為了解決在基于迭代的重建算法期間增加的圖像噪聲，重建后濾波，諸如高斯濾波被廣泛用于平滑重建的最終圖像，并且降低噪聲水平。沒(méi)有這樣的濾波，重建的最終圖像可以是如此嘈雜，使得診斷的有用性折中。參考圖1，方框圖圖示了將重建后平滑應(yīng)用到重建圖像的基于迭代的重建算法。平行四邊形表示數(shù)據(jù)，并且矩形表示在數(shù)據(jù)上執(zhí)行的動(dòng)作。根據(jù)算法，目標(biāo)體積的估計(jì)圖像A被前向投影B為在測(cè)量的數(shù)據(jù)的域(例如，列表模式域或正弦域)中的前向投影C。然后將前向投影C與測(cè)量的數(shù)據(jù)E進(jìn)行比較D。如果估計(jì)圖像A是完美的，則前向投影C將匹配測(cè)量的數(shù)據(jù)E，并且將沒(méi)有差別。然而，由于估計(jì)圖像被迭代地建立，因此通常具有遞減差別或差異F。然后差異F或其倒轉(zhuǎn)被反向投影G到在估計(jì)圖像A的域中的更新矩陣H，并且被應(yīng)用于更新I估計(jì)圖像A。然后經(jīng)更新的估計(jì)圖像A被用于下一迭代。前述過(guò)程持續(xù)進(jìn)行直到測(cè)量的數(shù)據(jù)E和前向投影C在可接受數(shù)量的誤差內(nèi)匹配或已經(jīng)執(zhí)行了預(yù)定數(shù)量的迭代。然后重建的圖像J(即，在最后迭代結(jié)束處的經(jīng)更新的圖像估計(jì))經(jīng)歷重建后平滑K以降低在重建的最后圖像L中的噪聲。應(yīng)用重建后濾波以平滑重建圖像的挑戰(zhàn)是平滑通常伴隨模糊。而且，對(duì)于相對(duì)小的感興趣區(qū)域(ROI)或客體，這樣的平滑趨向于導(dǎo)致在ROI中的標(biāo)準(zhǔn)攝取值(SUV)或平均值中的改變，這常常導(dǎo)致關(guān)于其量化準(zhǔn)確性的問(wèn)題。因此，能夠通過(guò)應(yīng)用重建后濾波以平滑重建圖像來(lái)控制噪聲，但是通常以圖像分辨率、對(duì)比度和量化準(zhǔn)確性的損失為代價(jià)?；诘闹亟ㄋ惴ㄍǔＪ褂谜覉D數(shù)據(jù)。對(duì)于采用正弦圖數(shù)據(jù)的這樣的算法，對(duì)重建后濾波的備選是在重建期間在正弦圖(或投影)域中應(yīng)用濾波。利用這樣的濾波的一個(gè)這樣的算法是所謂的“匹配濾波”方法。以這種方式在重建期間應(yīng)用濾波解決了以上問(wèn)題中的一些。然而，基于迭代的重建算法已經(jīng)開(kāi)始移動(dòng)遠(yuǎn)離正選圖數(shù)據(jù)到列表模式數(shù)據(jù)。列表模式數(shù)據(jù)提供一些獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，諸如渡越時(shí)間(TOF)數(shù)據(jù)。本申請(qǐng)?zhí)峁┝丝朔@些問(wèn)題和其他問(wèn)題的新的和改進(jìn)的系統(tǒng)和方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
根據(jù)一個(gè)方面，提供了一種用于迭代地重建對(duì)象的目標(biāo)體積的圖像的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括重建處理器，所述重建處理器針對(duì)多個(gè)迭代中的每個(gè)，通過(guò)將估計(jì)圖像與測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較來(lái)細(xì)化目標(biāo)體積的估計(jì)圖像。重建處理器還針對(duì)選擇細(xì)化迭代在圖像域中對(duì)估計(jì)圖像進(jìn)行濾波以控制噪聲。根據(jù)另一方面，提供了一種用于迭代地重建對(duì)象的目標(biāo)體積的圖像的方法。接收描述目標(biāo)體積的事件數(shù)據(jù)。通過(guò)將目標(biāo)體積的估計(jì)圖像與所接收的事件數(shù)據(jù)進(jìn)行重復(fù)比較來(lái)迭代地細(xì)化所述估計(jì)圖像。在至少一個(gè)選擇細(xì)化迭代期間在圖像域中對(duì)估計(jì)圖像進(jìn)行濾波以控制噪聲。根據(jù)另一方面，提供了一種用于迭代地重建對(duì)象的目標(biāo)體積的圖像的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括重建處理器。所述重建處理器接收描述目標(biāo)體積的事件數(shù)據(jù)。所述重建處理器還通過(guò)將目標(biāo)體積的估計(jì)圖像與所接收的事件數(shù)據(jù)進(jìn)行重復(fù)比較來(lái)迭代地細(xì)化所述估計(jì)圖像，并且在選擇細(xì)化迭代期間在圖像域中對(duì)估計(jì)圖像進(jìn)行濾波以控制噪聲。一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于甚至在稀疏數(shù)據(jù)的情況下的增加的圖像質(zhì)量。另一優(yōu)點(diǎn)在于增加的圖像分辨率。另一優(yōu)點(diǎn)在于增加的信噪比(SNR)。另一優(yōu)點(diǎn)在于增加的量化準(zhǔn)確性。另一優(yōu)點(diǎn)在于增加的對(duì)比度。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在閱讀和理解下面詳細(xì)描述之后，將認(rèn)識(shí)到本專利技術(shù)的另外的優(yōu)點(diǎn)。附圖說(shuō)明本專利技術(shù)可以采取各種部件和各部件的布置以及各種步驟和各步驟的安排的形式。附圖僅出于圖示優(yōu)選實(shí)施例的目的并且不應(yīng)被解釋為對(duì)本專利技術(shù)的限制。圖1圖示了使用重建后濾波器來(lái)進(jìn)行平滑的現(xiàn)有技術(shù)的基于迭代的重建算法。圖2圖示了使用重建中濾波器來(lái)進(jìn)行平滑的具有基于迭代的重建系統(tǒng)的核成像系統(tǒng)。圖3圖示了圖2的核成像系統(tǒng)的探測(cè)器。圖4圖示了選擇中值濾波器的中值搜索近鄰的范例。圖5圖示了描述使用重建中中值濾波器和重建后高斯濾波器生成的國(guó)際電工技術(shù)委員會(huì)(IEC)體模圖像的量化比較的表。圖6A圖示了在不利用重建中中值濾波器的情況下生成的目標(biāo)體積的2毫米(mm)分辨率重建圖像。圖6B圖示了在利用重建中中值濾波器的情況下生成的圖6A的目標(biāo)體積的2mm分辨率重建圖像。圖7A圖示了在不利用重建中中值濾波器的情況下生成的目標(biāo)體積的2mm分辨率重建圖像。圖7B圖示了在利用重建中中值濾波器的情況下生成的圖7A的目標(biāo)體積的2mm分辨率重建圖像。圖8A圖示了在不利用重建中中值濾波器的情況下生成的來(lái)自數(shù)字全身正電子發(fā)射斷層攝影(PET)掃描的2mm分辨率重建。圖8B圖示了在利用重建中中值濾波器的情況下生成的圖8A來(lái)自PET掃描的2mm分辨率重建。圖9圖示了用于迭代地重建對(duì)象的目標(biāo)體積的圖像的方法。具體實(shí)施方式本申請(qǐng)針對(duì)使用在列表模式基于迭代的重建算法中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)執(zhí)行的每次更新(通常為迭代)采用重建中濾波器，通常為重建中中值濾波器。濾波有利地維持噪聲控制和分辨率保持的平衡。而且，濾波允許更高迭代的使用以實(shí)現(xiàn)到真實(shí)量化的更好收斂，而沒(méi)有由于噪聲的圖像質(zhì)量下降。在基于團(tuán)(blob)的迭代重建的情況下，重建中濾波器也使得能夠使用較小的團(tuán)尺寸和增量來(lái)實(shí)現(xiàn)更銳利的圖像，而沒(méi)有增加噪聲。甚至更多地，與典型重建后濾波器相比較，所述濾波改進(jìn)了在相對(duì)小的客體中的標(biāo)準(zhǔn)攝取值(SUV)和/或體素值的量化準(zhǔn)確性。參考圖2，提供了采用核成像模態(tài)來(lái)對(duì)對(duì)象進(jìn)行成像的核成像系統(tǒng)10。核成像模態(tài)使用從對(duì)象的目標(biāo)體積接收的輻射，諸如伽瑪光子，以用于成像。這樣的核成像模態(tài)的范例包括正電子發(fā)射斷層攝影(PET)和單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層攝影(SPECT)。如圖示的，系統(tǒng)10是PET成像系統(tǒng)。系統(tǒng)10包括被圖示為PET掃描器的核掃描器12。核掃描器12生成原始掃描數(shù)據(jù)，并且包括靜態(tài)機(jī)架14，所述靜態(tài)機(jī)架容納在掃描器12的膛18周?chē)贾玫亩鄠€(gè)伽瑪探測(cè)器16。膛18定義用于接收要被成像的對(duì)象的目標(biāo)體積(諸如腦、軀干等)的檢查體積20。探測(cè)器16通常被布置在延伸在檢查體積20的長(zhǎng)度上的一個(gè)或多個(gè)靜態(tài)環(huán)中。然而，也預(yù)期可旋轉(zhuǎn)頭部。探測(cè)器16探測(cè)來(lái)自檢查體積20的伽瑪光子，并且生成原始掃描數(shù)據(jù)。參考圖3，探測(cè)器16中的每個(gè)包括被布置在網(wǎng)格中的一個(gè)或多個(gè)閃爍體22。閃爍體22響應(yīng)于通過(guò)伽瑪光子的能量沉積而閃爍并且生成可見(jiàn)光本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于迭代地重建對(duì)象的目標(biāo)體積的圖像的系統(tǒng)(10)，所述系統(tǒng)(10)包括：重建處理器(42)，其被配置為：接收描述所述目標(biāo)體積的事件數(shù)據(jù)(44)；通過(guò)將所述目標(biāo)體積的估計(jì)圖像(54)與所接收的事件數(shù)據(jù)(44)進(jìn)行重復(fù)比較來(lái)迭代地細(xì)化所述估計(jì)圖像(54)；并且在選擇細(xì)化迭代期間在圖像域中對(duì)所述估計(jì)圖像(54)進(jìn)行濾波以控制噪聲。

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】2014.02.18 US 61/941,0251.一種用于迭代地重建對(duì)象的目標(biāo)體積的圖像的系統(tǒng)(10)，所述系統(tǒng)(10)包括：重建處理器(42)，其被配置為：接收描述所述目標(biāo)體積的事件數(shù)據(jù)(44)；通過(guò)將所述目標(biāo)體積的估計(jì)圖像(54)與所接收的事件數(shù)據(jù)(44)進(jìn)行重復(fù)比較來(lái)迭代地細(xì)化所述估計(jì)圖像(54)；并且在選擇細(xì)化迭代期間在圖像域中對(duì)所述估計(jì)圖像(54)進(jìn)行濾波以控制噪聲。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(10)，其中，所述事件數(shù)據(jù)是列表模式數(shù)據(jù)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(10)，其中，所述事件數(shù)據(jù)是正弦圖數(shù)據(jù)。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(10)，其中，所述重建處理器(42)還：使用中值濾波器(52)針對(duì)選擇迭代在所述圖像域中對(duì)所述估計(jì)圖像(54)進(jìn)行濾波。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(10)，其中，每個(gè)迭代包括：將所述估計(jì)圖像(54)前向投影到所述事件數(shù)據(jù)的域；確定前向投影與所述事件數(shù)據(jù)(44)之間的差異；將所述差異反向投影到所述估計(jì)圖像的域；并且利用反向投影來(lái)更新所述估計(jì)圖像(54)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)(10)，其中，所述迭代中的至少一個(gè)包括：在前向投影之前對(duì)所述估計(jì)圖像(54)進(jìn)行濾波，使得經(jīng)濾波的估計(jì)圖像(56)被前向投影。7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(10)，其中，每個(gè)迭代包括：在所述圖像域中對(duì)所述估計(jì)圖像(54)進(jìn)行濾波；并且針對(duì)所接收的事件數(shù)據(jù)的多個(gè)子集中的每個(gè)，通過(guò)將所述經(jīng)濾波的估計(jì)圖像(56)與所述子集進(jìn)行比較來(lái)細(xì)化所述目標(biāo)體積的所述估計(jì)圖像(54)。8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(10)，還包括：成像掃描器(12)，其中，所述重建處理器(42)接收來(lái)自所述成像掃描器(12)的所述事件數(shù)據(jù)(44)。9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(10)，其中，所述成像掃描器(12)包括渡越時(shí)間正電子發(fā)射斷層攝影(TOF-PET)掃描器。10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(10)，還包括以下中的至少一個(gè)：顯示設(shè)備(74)，其顯示迭代細(xì)化之后的所述圖像估計(jì)(54)；以及存儲(chǔ)器(48)，其存儲(chǔ)迭代細(xì)化之后的所述圖像估計(jì)(54)。11.一種用于迭代地重建對(duì)象的目標(biāo)體積的圖像的方法(100)，所述方法(100)包括：接收(...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：宋犀云，J·耶，Z·胡，C·戴，V·維爾馬，CH·童，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：皇家飛利浦有限公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：荷蘭;NL