本申请提供一种PET图像重建方法和装置，其中方法包括：将重建区域中的感兴趣区域ROI图像和非ROI图像进行正投影，得到图像投影数据，所述ROI图像的分辨率高于非ROI图像的分辨率；将所述图像投影数据与对应的采集投影数据比较，得到投影比较结果；根据所述投影比较结果进行反投影，得到反投影图像，所述反投影图像包括反投影ROI图像和反投影非ROI图像；利用所述反投影ROI图像更新所述ROI图像，用所述反投影非ROI图像更新所述非ROI图像；重复上述处理，直至满足迭代结束条件，得到重建的PET图像，所述PET图像包括ROI图像和非ROI图像。本申请使得重建得到的ROI图像质量提高。
将重建区域中的感兴趣区域ROI图像和非ROI图像进行正投影，得到图像投影数据，所述ROI图像的分辨率高于非ROI图像的分辨率，具体包括：对于重建区域中的每一条投影线，按照如下公式计算正投影的图像投影数据：
其中，所述yi表示对应第i条投影线的图像投影数据，xj表示ROI图像X中的像素点，zj表示非ROI图像Z中的像素点，si表示投影数据中的噪声数据，Aij表示像素点xj的光子对被对应投影线i的晶体探测到的概率， 表示像素点zj的光子对被对应投影线i的晶体探测到的概率；
将对应同一条投影线的所述图像投影数据与对应的采集投影数据比较，得到投影比较结果，所述采集投影数据是通过PET扫描的实际探测器采集得到的投影数据；
根据所述投影比较结果进行反投影，得到反投影图像，所述反投影图像包括反投影ROI图像和反投影非ROI图像；
利用所述反投影ROI图像更新所述ROI图像，用所述反投影非ROI图像更新所述非ROI图像；所述更新根据上述计算图像投影数据的公式以及采集投影数据符合的泊松分布统计特性进行；
重复上述处理，直至满足迭代结束条件，得到重建的PET图像，所述PET图像包括ROI图像和非ROI图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将重建区域中的感兴趣区域ROI图像和非ROI图像进行正投影，得到图像投影数据，具体包括：对于只覆盖非ROI图像区域的投影线，将所述投影线上的非ROI图像中各个像素点进行正投影得到对应所述投影线的图像投影数据。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将重建区域中的感兴趣区域ROI图像和非ROI图像进行正投影，得到图像投影数据，具体包括：对于只覆盖ROI图像区域的投影线，将所述投影线上的ROI图像中各个像素点进行正投影得到对应所述投影线的图像投影数据。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将重建区域中的感兴趣区域ROI图像和非ROI图像进行正投影，得到图像投影数据，具体包括：对于覆盖ROI图像区域和非ROI图像区域的投影线，将所述ROI图像中各个像素点进行正投影得到ROI图像投影数据，将所述非ROI图像中各个像素点进行正投影得到非ROI图像投影数据，并将ROI图像投影数据和非ROI图像投影数据相加得到对应所述投影线的所述图像投影数据。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述ROI图像和非ROI图像，是所述重建区域对应的整体图像中的两个部分或者是单独的两幅图像。
正投影模块，用于将重建区域中的ROI图像和非ROI图像进行正投影，得到图像投影数据，所述ROI图像的分辨率高于非ROI图像的分辨率，具体包括：对于重建区域中的每一条投影线，按照如下公式计算正投影的图像投影数据：其中，所述yi表示对应第i条投影线的图像投影数据，xj表示ROI图像X中的像素点，zj表示非ROI图像Z中的像素点，si表示投影数据中的噪声数据，Aij表示像素点xj的光子对被对应投影线i的晶体探测到的概率， 表示像素点zj的光子对被对应投影线i的晶体探测到的概率；
投影比较模块，用于将对应同一条投影线的所述图像投影数据与对应的采集投影数据比较，得到投影比较结果，所述采集投影数据是通过PET扫描的实际探测器采集得到的投影数据；
反投影模块，用于根据所述投影比较结果进行反投影，得到反投影图像，所述反投影图像包括反投影ROI图像和反投影非ROI图像；
图像更新模块，用于利用所述反投影ROI图像更新所述ROI图像，用所述反投影非ROI图像更新所述非ROI图像；所述更新根据上述计算图像投影数据的公式以及采集投影数据符合的泊松分布统计特性进行；
迭代控制模块，用于重复上述处理，直至满足迭代结束条件，得到重建的PET图像，所述PET图像包括ROI图像和非ROI图像。
所述正投影模块，具体用于：对于只覆盖非ROI图像区域的投影线，将所述投影线上的非ROI图像中各个像素点进行正投影得到对应所述投影线的图像投影数据。
所述正投影模块，具体用于：对于只覆盖ROI图像区域的投影线，将所述投影线上的ROI图像中各个像素点进行正投影得到对应所述投影线的图像投影数据。
所述正投影模块，具体用于：对于覆盖ROI图像区域和非ROI图像区域的投影线，将所述ROI图像中各个像素点进行正投影得到ROI图像投影数据，将所述非ROI图像中各个像素点进行正投影得到非ROI图像投影数据，并将ROI图像投影数据和非ROI图像投影数据相加得到对应所述投影线的所述图像投影数据。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述ROI图像和非ROI图像，是所述重建区域对应的整体图像中的两个部分或者是单独的两幅图像。
一种PET图像重建方法和装置
技术领域
[0001] 本申请涉及医疗设备技术，特别涉及一种PET图像重建方法和装置。
背景技术
[0002] 正电子发射计算机断层扫描(Positron Emission Tomography，PET)技术是一种核医学影像技术，通过探测器探测生物体内部正电子湮灭产生的光子对，并根据探测到的光子对重建出放射性元素的分布图像，根据重建图像可以获得生物体组织的功能分布信息，在肿瘤检测、心脑血管疾病及神经系统疾病的诊断等方面发挥着重要作用。PET图像重建时，有时会只关注图像中的局部区域而非整个图像，该局部区域可以称为感兴趣区域，简记为ROI(Region of Interest)，例如在心脏检查时，关注的是心脏部分的重建图像，而且希望获得分辨率较高的图像。这种情况下，如果重建一个完整的高分辨率图像花费的计算量很大，且计算时间很长。
[0003] 相关技术中，可以先重建一个低分辨率的全局图像，在全局图像中去掉ROI图像，获得非ROI图像，然后通过正投影获得非ROI图像的投影数据，再使用原始采集的全局图像的投影数据减去非ROI图像的投影数据获得ROI图像的投影数据，最后利用ROI图像的投影数据重建出ROI图像。该方法的缺点是，在使用原始采集的投影数据减去非ROI的投影数据获得ROI的投影数据时，由于非ROI的投影数据与实际非ROI图像不完全一致，这种投影数据相减得到的ROI的投影数据也具有不准确性，使得ROI的投影数据中也含有噪声；并且，实际采集的投影数据服从泊松分布的统计模型，而如上述的将两种投影数据相减后，剩余的ROI投影数据就不再服从泊松分布模型，从而破坏了原有投影数据的统计特性，这样再使用基于泊松分布模型构建的PET图像重建模型进行图像重建，将降低最终重建的ROI图像的质量。
发明内容
[0004] 有鉴于此，本申请提供一种PET图像重建方法和装置，以提高对图像中的ROI图像的重建质量。
[0005] 具体地，本申请是通过如下技术方案实现的：
[0006] 第一方面，提供一种PET图像重建方法，包括：
[0007] 将重建区域中的感兴趣区域ROI图像和非ROI图像进行正投影，得到图像投影数据，所述ROI图像的分辨率高于非ROI图像的分辨率；
[0008] 将所述图像投影数据与对应的采集投影数据比较，得到投影比较结果；
[0009] 根据所述投影比较结果进行反投影，得到反投影图像，所述反投影图像包括反投影ROI图像和反投影非ROI图像；
[0010] 利用所述反投影ROI图像更新所述ROI图像，用所述反投影非ROI图像更新所述非ROI图像；
[0011] 重复上述处理，直至满足迭代结束条件，得到重建的PET图像，所述PET图像包括ROI图像和非ROI图像。
[0012] 第二方面，提供一种PET图像重建装置，包括：
[0013] 正投影模块，用于将重建区域中的ROI图像和非ROI图像进行正投影，得到图像投影数据，所述ROI图像的分辨率高于非ROI图像的分辨率；
[0014] 投影比较模块，用于将所述图像投影数据与对应的采集投影数据比较，得到投影比较结果；
[0015] 反投影模块，用于根据所述投影比较结果进行反投影，得到反投影图像，所述反投影图像包括反投影ROI图像和反投影非ROI图像；
[0016] 图像更新模块，用于利用所述反投影ROI图像更新所述ROI图像，用所述反投影非ROI图像更新所述非ROI图像；
[0017] 迭代控制模块，用于重复上述处理，直至满足迭代结束条件，得到重建的PET图像，所述PET图像包括ROI图像和非ROI图像。
[0018] 本申请提供的PET图像重建方法和装置，通过将重建区域中的ROI图像和非ROI图像同时进行重建，可以保证满足投影数据的泊松分布，从而使得重建得到的ROI图像质量提高。
附图说明
[0019] 图1是本申请一示例性实施例示出的一种重建区域结构示意图；
[0020] 图2是本申请一示例性实施例示出的投影数据原理示意图；
[0021] 图3是本申请一示例性实施例示出的投影数据和重建区域关系示意图；
[0022] 图4是本申请一示例性实施例示出的PET图像重建方法的流程图；
[0023] 图5是本申请一示例性实施例示出的PET图像重建装置的结构图。
具体实施方式
[0024] 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申请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、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
[0025] 本申请提供的PET图像重建方法，将同时重建ROI图像和非ROI图像，并且在重建后得到的ROI图像是高分辨率的图像，而非ROI图像是低分辨率的图像。如下详细说明该重建方法：
[0026] 参见图1的示例，区域11可以表示被扫描的物体区域，比如可以是病患身体的一部分，医师可以控制PET设备对病患的该区域11进行扫描，在扫描的过程中进行数据采集，再依据采集的数据进行PET图像重建。
[0027] 数据采集：
[0028] 本例子中，PET扫描的数据采集可以是通过探测器探测符合光子对来实现。例如：在病患身体中注射一定的含有放射性元素的药物，放射性元素发生放射性衰变产生正电子，正电子发生湮灭产生一对接近180度的背靠背光子对，光子对被探测器上的探测晶体检测到。如图2的示例，一次正电子湮灭事件21产生的光子对分别被探测器上的晶体A和晶体B接收到(只是示意部分晶体)，在实际应用中，，晶体A和晶体B接收到的光子对数不仅包括正电子湮灭事件21产生的光子对，还可能包括其他的湮灭事件产生的光子对，比如，正电子湮灭事件22和正电子湮灭事件23产生的光子对，等。
[0029] 为描述方便，可以将晶体A和晶体B之间的连线“A-B”称为一条投影线，每条投影线和一对晶体对对应，比如，图2中示例的晶体C和晶体D对应投影线“C-D”。对于一条投影线来说，该投影线对应的两个探测器晶体A和B(或者晶体C和晶体D)接收到的光子对数，是这条投影线上的湮灭事件所产生的所有光子对之和，其中包含投影线上湮灭事件产生被晶体A和B接收到的光子对以及其他情况的光子对。本例子中可以将上述的投影线对应的晶体接收到的光子对数称为投影数据，而这种通过PET扫描采集数据得到的投影数据可以称为采集投影数据。在图1所示的例子中，示例了投影线12、投影线13等多条投影线，这些投影线的范围覆盖了被扫描的区域11。
[0030] 请继续参见图3，进一步描述投影数据和区域11之间的关系，以更好的理解后续例子中将要说明的PET图像重建原理。并且，由于该关系是常规技术，这里只做简单说明。如图3所示，区域11是要进行图像重建的重建区域，可以先假定已经对该区域重建得到了一个重建图像，该区域11的图像可以包括很多的像素点31，根据图像要求的分辨率的高低不同可以设置图像不同区域包括的像素点的数量不同。其中一条投影线32覆盖了该图像的一部分。
[0031] 沿着投影线32上可以经过了很多像素点，比如像素点33、像素点34等，假设投影线32对应的探测器36上的两个晶体34和晶体35接收到的采集投影数据即总光子对数是Aijxj和噪声数据之和，其中，xj表示投影线32上的其中一个像素点j发出的光子对数(相当于该位置的放射性元素浓度)，而Aij表示从像素点j发出的光子对被投影线32(该投影线以i表示)的晶体接收到的概率。因此，投影线32对应的晶体对实际检测到的光子数是投影线上的各个放射性元素发出光子对数以一定概率求和。
[0032] 图像重建：
[0033] 基于上述的图3示例的原理，在一个可行的实现方式中，可以使用迭代法进行PET图像重建，即先假定一个初始图像(例如，初始图像可以通过FBP(Filter Back-Projection，滤波反投影)重建图像给定，也可用全1图像即像素值都设为1)，相当于假定投影线上的像素点发出的光子对数，然后进行投影得到投影数据，与实际探测到的投影数据比较，根据比较结果对之前假定的像素点光子对数进行修正；重复上述过程不断迭代，直至得到最终重建图像。因此，图像重建的过程可以包括：正投影、投影比较、反投影和图像更新四个阶段，每一次迭代过程都执行该四步处理。
[0034] 本例子的PET图像重建方法，在进行重建之前，先进行重建区域的划分，将重建区域划分为ROI区域和非ROI区域。结合图1的示例，对于要重建的区域11来说，可以包括ROI区域14和非ROI区域15，ROI区域14中包括很多像素点16，非ROI区域15中也包括很多像素点17。并且，从图1中还可以看到，ROI区域14的分辨率要高于非ROI区域15的分辨率，对于比较关注的ROI区域，可以将ROI区域的分辨率设定为预期要达到的较高的分辨率。
[0035] 在重建过程中，如果将ROI区域的图像用X表示，将非ROI区域的图像用Z表示，那么可以得到如下公式(1)：
[0036]
[0037] 其中，xj表示X中的像素点，zj表示Z中的像素点，si表示投影数据中的随机数据、散射数据等加性成分，可以称作噪声；而Aij表示像素点xj的光子对被对应投影线的晶体探测到的概率；yi即投影数据； 表示像素点zj的光子对被对应投影线的晶体探测到的概率。
[0038] 该公式表示的意思即，对于某条投影线上的投影数据，是该条投影线上经过的各个像素点(包括ROI图像的像素点和非ROI图像的像素点)的光子对以一定概率的加权求和。以图1中所示的其中一条投影线18为例，该投影线覆盖的图像区域包括了ROI图像的部分像素点和非ROI图像的部分像素点，那么根据上述公式(1)，投影线18对应的投影数据是ROI图像的像素点和非ROI图像的像素点发出的光子对数以一定概率加权求和。
[0039] 根据上述的公式(1)以及探测器探测到的投影数据在统计上符合泊松分布的特性，可以得到PET图像重建过程中使用到的迭代方程，该迭代方程是根据泊松分布统计特性建立。其中，对于ROI图像，使用如下的公式(2)进行迭代更新：
[0040]
[0041] 在公式(2)中，k表示迭代次数，其他字符的含义同公式(1).
[0042] 对于非ROI图像，使用如下的公式(3)进行迭代更新：
[0043]
[0044] 当ROI图像和非ROI图像按照上述的两个公式都完成一次，表示对重建区域完成了一次图像更新，进行了一次迭代过程。
[0045] 图4示例了本申请的PET图像重建方法的流程，该流程即图像重建的四个步骤，执行这四个步骤即进行了一次迭代，实际上，PET的图像重建包括的如下四个过程在转化成计算机执行的迭代算法实现上，即为上面提到的公式(2)和公式(3)的迭代方程。如图4所示，可以包括：
[0046] 在步骤401中，将重建区域中的感兴趣区域ROI图像和非ROI图像进行正投影，得到图像投影数据，所述ROI图像的分辨率高于非ROI图像的分辨率。
[0047] 本步骤中，可以根据假定的ROI图像和非ROI图像做正投影得到投影数据，比如，对设定的初始图像做正投影，或者每次迭代更新后用更新后的图像做正投影。对于每一条投影线及对应的投影数据都可以按照公式(1)计算。
[0048] 结合图1的示例，在计算正投影的数据时，投影线对图像的覆盖可能有多种情况，比如，投影线18覆盖区域包括了ROI图像和非ROI图像，投影线19覆盖区域只包括非ROI图像，在其他的应用例子中，还可能出现投影线覆盖区域只包括ROI图像。对于不同的情况，可以采用不同的正投影计算方式：
[0049] 例如，当所述采集投影数据只对应非ROI图像时，将所述非ROI图像进行正投影得到所述图像投影数据。比如图1中的投影线19只覆盖了非ROI图像区域，在进行正投影时只计算这条投影线上的非ROI图像中各个像素点即可。
[0050] 又例如，当所述采集投影数据只对应ROI图像时，将所述ROI图像进行正投影得到所述图像投影数据。该情况在图1中没有示出，原理与只覆盖非ROI图像的情况相同。
[0051] 再例如，当采集投影数据对应ROI图像和非ROI图像时，将ROI图像正投影得到ROI图像投影数据，将非ROI图像正投影得到非ROI图像投影数据，并将ROI图像投影数据和非ROI图像投影数据相加得到所述图像投影数据。这种情况就是图1中的投影线18的覆盖情况，可以根据公式(1)进行计算，比如，按照公式(1)，根据 计算得到的是ROI图像投影数据，根据 计算得到的是非ROI图像投影数据，可以再加上噪声数据得到图像投影数据。
[0052] 在步骤402中，将图像投影数据与对应的采集投影数据比较，得到投影比较结果。
[0053] 例如，在步骤401中计算的图像投影数据并不是实际探测器获得的采集投影数据，而是根据假设的初始图像进行正投影得到的投影数据。本步骤中，通过将图像投影数据与对应的采集投影数据比较，即将对应同一条投影线的采集投影数据和计算得到的图像投影数据比较，可以根据投影比较结果知道所假定的图像与实际图像之间的差异，并可以据此对假定图像进行修正。 即为采集投影数据与图像投影数据之间的比较。
[0054] 在步骤403中，根据投影比较结果进行反投影，得到反投影图像，所述反投影图像包括反投影ROI图像和反投影非ROI图像。
[0055] 例如，反投影的过程即是正投影过程的逆过程，是将 反投影到图像中得到反投影ROI图像 和反投影非ROI图像
[0056] 在步骤404中，利用反投影ROI图像更新所述ROI图像，用所述反投影非ROI图像更新所述非ROI图像。本步骤的图像更新可以参见上面的公式(2)和公式(3)，将经过上述步骤处理后得到的反投影图像替换原来的图像，这种替换更新是对于ROI图像或者非ROI图像中的各个像素点的更新，即图像中的每个像素点都会更新一次，然后进入下一次迭代。
[0057] 重复上述处理，直至满足迭代结束条件，得到重建的PET图像，所述PET图像包括ROI图像和非ROI图像，即经过本例子的方法，对重建区域中的ROI图像和非ROI图像同时进行了重建，同时得到了高分辨率的ROI图像和低分辨率的非ROI图像。
[0058] 此外，结合图1的示例，ROI图像和非ROI图像是重建区域对应的整体图像中的两个部分，在另一个例子中，为了在重建计算时提高定位图像中各个像素点的速度，还可以将ROI图像和非ROI图像采用单独的两幅图像。比如，可以直接使用全局区域和ROI来重建，只是在全局区域的图像中始终保证在ROI区域的像素值设定为0。
[0059] 本申例子的PET图像重建方法，通过将重建区域划分为ROI区域和非ROI区域，并对这两部分同时进行重建，不仅避免了将非ROI的噪声引入到ROI中，而且可以保持符合数据的统计特性；由于PET图像重建方式尤其是本例子中的迭代重建方法就是根据符合数据的统计特性建立的迭代方程，因此，在保持数据的统计特性的条件下使用迭代方程进行重建，能够提高图像重建的准确性，提高图像重建质量。尽管本例子的PET图像重建是同时得到了ROI图像和非ROI图像，但是在只关注ROI图像时，可以只输出ROI。
[0060] 为了实现上述的PET图像重建方法，本申请还提供了一种PET图像重建装置，该装置的结构可以参见图5所示，可以包括：正投影模块51、投影比较模块52、反投影模块53和图像更新模块54和迭代控制模块55。
[0061] 正投影模块51，用于将重建区域中的ROI图像和非ROI图像进行正投影，得到图像投影数据，所述ROI图像的分辨率高于非ROI图像的分辨率；
[0062] 投影比较模块52，用于将所述图像投影数据与对应的采集投影数据比较，得到投影比较结果；
[0063] 反投影模块53，用于根据所述投影比较结果进行反投影，得到反投影图像，所述反投影图像包括反投影ROI图像和反投影非ROI图像；
[0064] 图像更新模块54，用于利用所述反投影ROI图像更新所述ROI图像，用所述反投影非ROI图像更新所述非ROI图像；
[0065] 迭代控制模块55，用于重复上述处理，直至满足迭代结束条件，得到重建的PET图像，所述PET图像包括ROI图像和非ROI图像。
[0066] 在一个例子中，正投影模块51，用于当所述采集投影数据只对应非ROI图像时，将所述非ROI图像进行正投影得到所述图像投影数据。
[0067] 在一个例子中，正投影模块51，用于当所述采集投影数据只对应ROI图像时，将所述ROI图像进行正投影得到所述图像投影数据。
[0068] 在一个例子中，正投影模块51，用于当所述采集投影数据对应ROI图像和非ROI图像时，将所述ROI图像正投影得到ROI图像投影数据，将所述非ROI图像正投影得到非ROI图像投影数据，并将ROI图像投影数据和非ROI图像投影数据相加得到所述图像投影数据。
[0069] 在一个例子中，所述ROI图像和非ROI图像，是所述重建区域对应的整体图像中的两个部分或者是单独的两幅图像。
[0070] 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。
