專(zhuān)利名稱(chēng)：正電子ct設(shè)備的3d圖像重構(gòu)方法和正電子ct設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及正電子CT設(shè)備(下面適當(dāng)?shù)胤Q(chēng)為“PET設(shè)備”)的3D圖像重構(gòu)方法，并且涉及一種正電子CT設(shè)備，用于通過(guò)在沿多環(huán)檢測(cè)器的軸向彼此相對(duì)地移動(dòng)具有沿軸向方向排列的環(huán)式檢測(cè)器的多環(huán)檢測(cè)器和其上放置有被檢查對(duì)象的床的同時(shí)，檢測(cè)每一個(gè)移動(dòng)位置中的環(huán)形對(duì)的重合計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)，來(lái)獲取環(huán)形對(duì)的每一個(gè)組合的正弦圖(sinograms)，并且根據(jù)這些正弦圖來(lái)執(zhí)行RI分布圖像重構(gòu)的3D圖像重構(gòu)。更具體地，本發(fā)明涉及一種改善RI分布圖像的質(zhì)量的技術(shù)。
背景技術(shù)：
通常，根據(jù)通過(guò)3D數(shù)據(jù)獲取而獲取的正弦圖來(lái)執(zhí)行RI分布圖像的圖像重構(gòu)處理的PET設(shè)備沿多環(huán)檢測(cè)器的軸向，例如以環(huán)式檢測(cè)器的間隔，彼此相對(duì)間斷地移動(dòng)具有沿軸向方向排列的環(huán)式檢測(cè)器的多環(huán)檢測(cè)器和其上放置有被檢查對(duì)象的床。設(shè)備檢測(cè)每一個(gè)移動(dòng)位置中環(huán)形對(duì)的重合計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)，用以收集環(huán)形對(duì)的每一個(gè)組合的正弦圖，并且根據(jù)這些正弦圖，來(lái)執(zhí)行RI分布圖像的圖像重構(gòu)處理。
傳統(tǒng)的PET設(shè)備通常在通過(guò)3D數(shù)據(jù)獲取而獲取所有正弦圖之后，執(zhí)行用于成像的3D迭代重構(gòu)。然而，通過(guò)3D數(shù)據(jù)獲取而獲取的正弦圖組成了大量數(shù)據(jù)。此外，在完成正弦圖獲取之后開(kāi)始伴隨3D投影和反向投影處理的3D圖像重構(gòu)。存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量必然會(huì)非常大，并且從檢查開(kāi)始到成像結(jié)束要花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間。
另一種傳統(tǒng)PET設(shè)備在將正弦圖與在緊接前一位置獲得的正弦圖相加作為從對(duì)象的同一位置獲取的每一個(gè)環(huán)形對(duì)的正弦圖的同時(shí)，獲取3D數(shù)據(jù)，并且與3D數(shù)據(jù)獲取處理同時(shí)，順序地讀取已求和的正弦圖。在將3D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為2D數(shù)據(jù)之后，在3D數(shù)據(jù)獲取處理的同時(shí)，執(zhí)行2D迭代重構(gòu)(參見(jiàn)日本未審專(zhuān)利申請(qǐng)No.2004-61113(4-8頁(yè)，圖1-4))。
發(fā)明人所提出的該現(xiàn)有設(shè)備在3D數(shù)據(jù)重構(gòu)處理的同時(shí)，執(zhí)行正弦圖的加法和讀取以及圖像重構(gòu)處理。因此，該設(shè)備可以減少存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量并且縮短從檢查開(kāi)始到成像結(jié)束所花費(fèi)的時(shí)間。
然而，由于分辨率降低和S/N比下降，以上PET設(shè)備易于引起圖像質(zhì)量惡化。因?yàn)樵搨鹘y(tǒng)正電子設(shè)備將3D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為2D數(shù)據(jù)，所以難以避免由于從3D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到2D數(shù)據(jù)而發(fā)生的誤差所引起的分辨率降低。此外，因?yàn)閺?D數(shù)據(jù)中重構(gòu)圖像，該設(shè)備不能在圖像重構(gòu)時(shí)直接使用3D數(shù)據(jù)物理模型，例如檢測(cè)器響應(yīng)、衰減校正和統(tǒng)計(jì)屬性。該設(shè)備在改進(jìn)重構(gòu)圖像的S/N比上受限。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述現(xiàn)有問(wèn)題而做出本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的是提供一種正電子CT設(shè)備的3D圖像重構(gòu)方法，并且提供一種正電子CT設(shè)備，能夠在減少在3D數(shù)據(jù)獲取處理時(shí)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量、并且縮短從檢查開(kāi)始到成像結(jié)束的時(shí)間的同時(shí)，避免由于分辨率降低或S/N比下降而引起的圖像質(zhì)量惡化。
根據(jù)本發(fā)明，由正電子CT設(shè)備的3D重構(gòu)方法實(shí)現(xiàn)以上目的，所述方法包括3D數(shù)據(jù)獲取步驟，用于在沿多環(huán)檢測(cè)器的軸向，彼此相對(duì)地移動(dòng)具有沿軸向方向排列的環(huán)式檢測(cè)器的多環(huán)檢測(cè)器和其上放置有被對(duì)象的床的同時(shí)，收集每一個(gè)移動(dòng)位置中的環(huán)形對(duì)的重合計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)，來(lái)獲取環(huán)形對(duì)的每一個(gè)組合的正弦圖；以及3D圖像重構(gòu)步驟，用于根據(jù)在3D數(shù)據(jù)獲取步驟中所獲取的正弦圖，來(lái)執(zhí)行RI分布圖像重構(gòu)的3D圖像重構(gòu)；其中，將在移動(dòng)多環(huán)檢測(cè)器時(shí)在每一個(gè)位置處獲得的正弦圖與緊接前一位置處獲得的正弦圖相比較，并且對(duì)從對(duì)象相同部位所獲取的每一個(gè)環(huán)形對(duì)的正弦圖求和，來(lái)執(zhí)行3D數(shù)據(jù)獲取步驟；并且，在3D數(shù)據(jù)獲取步驟的同時(shí)，執(zhí)行3D圖像重構(gòu)步驟，用以順序地讀取已求和的正弦圖的子集，并且在每次讀取子集時(shí)，根據(jù)讀取的子集，來(lái)執(zhí)行3D迭代重構(gòu)。
利用根據(jù)本發(fā)明的方法，在3D數(shù)據(jù)獲取時(shí)，通過(guò)在沿多環(huán)檢測(cè)器的軸向彼此相對(duì)地移動(dòng)多環(huán)檢測(cè)器和其上放置有被檢查對(duì)象的床的同時(shí)，收集在每一個(gè)移動(dòng)位置中的環(huán)形對(duì)的重合計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)，來(lái)獲得環(huán)形對(duì)的每一個(gè)組合的RI分布圖像重構(gòu)的正弦圖。在3D數(shù)據(jù)獲取中，在將移動(dòng)多環(huán)檢測(cè)器時(shí)在每一個(gè)位置處所獲得的正弦圖與在緊接前一位置處所獲得的正弦圖相比較、并且對(duì)從對(duì)象相同部位所獲取的每一個(gè)環(huán)形對(duì)的正弦圖求和的同時(shí)，獲取沿軸向方向具有較小靈敏度變化的正弦圖。對(duì)于在多環(huán)檢測(cè)器和支撐被檢查對(duì)象的床的相對(duì)移動(dòng)時(shí)在每一個(gè)位置中獲得的正弦圖，在緊接前一位置處所獲得的正弦圖與同每一個(gè)環(huán)形相鄰的環(huán)形對(duì)的正弦圖重疊(即從對(duì)象相同部位獲取環(huán)形對(duì)的這些正弦圖)。通過(guò)相加重疊的正弦圖，獲取沿軸向方向具有較少靈敏度變化的正弦圖。
此外，根據(jù)本發(fā)明的方法在3D數(shù)據(jù)獲取的同時(shí)，僅順序地讀取已求和的正弦圖的子集。在每一次讀取正弦圖的子集時(shí)，根據(jù)讀取的子集來(lái)執(zhí)行3D迭代重構(gòu)，以便完成最終的RI分布圖像。
因此，根據(jù)本發(fā)明的方法在3D數(shù)據(jù)獲取處理的同時(shí)執(zhí)行正弦圖的加法和子集的讀取，并且在每次讀取子集時(shí)執(zhí)行3D圖像重構(gòu)處理。因此，減少了在數(shù)據(jù)獲取處理時(shí)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量，并且縮短了從檢查開(kāi)始到成像結(jié)束的時(shí)間。
同時(shí)，上述方法使用3D數(shù)據(jù)并且并不伴隨著從3D數(shù)據(jù)到2D數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，來(lái)執(zhí)行3D迭代重構(gòu)。這種圖像重構(gòu)可以避免由于從3D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到2D數(shù)據(jù)而發(fā)生誤差所引起的分辨率降低。3D迭代重構(gòu)可以直接并入如衰減校正處理等處理。因此，還可以避免由于不能直接并入這些處理而導(dǎo)致的S/N比下降。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的方法能夠在減少3D數(shù)據(jù)獲取處理時(shí)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量、并且縮短從檢查開(kāi)始到成像結(jié)束的時(shí)間的同時(shí)，避免由于分辨率降低或者S/N比下降而引起的圖像質(zhì)量惡化。
在本發(fā)明的另一個(gè)方案中，一種正電子CT設(shè)備包括多環(huán)檢測(cè)器，具有沿軸向方向排列的環(huán)式檢測(cè)器；床，用于支撐被檢查對(duì)象；移動(dòng)設(shè)備，用于沿多環(huán)檢測(cè)器的軸向彼此相對(duì)地移動(dòng)多環(huán)檢測(cè)器和床；3D數(shù)據(jù)獲取設(shè)備，用于通過(guò)收集多環(huán)檢測(cè)器和床的每一個(gè)相對(duì)移動(dòng)位置中的環(huán)形對(duì)的重合計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)，來(lái)獲得環(huán)形對(duì)的每一個(gè)組合的正弦圖，并且在將移動(dòng)多環(huán)檢測(cè)器時(shí)在每一個(gè)位置處獲得的正弦圖與在緊接前一位置處獲得的正弦圖相比較、并且對(duì)從對(duì)象相同部位所獲取的每一個(gè)環(huán)形對(duì)的正弦圖求和的同時(shí)，獲取數(shù)據(jù)；讀取設(shè)備，用于在3D數(shù)據(jù)獲取處理的同時(shí)順序地讀取已求和的正弦圖的子集；以及3D圖像重構(gòu)設(shè)備，用于在每一次讀取設(shè)備讀取子集時(shí)，根據(jù)讀取的子集，來(lái)執(zhí)行3D迭代重構(gòu)。
利用根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備，在3D數(shù)據(jù)獲取時(shí)，在移動(dòng)設(shè)備沿多環(huán)檢測(cè)器的軸向彼此相對(duì)地移動(dòng)多環(huán)檢測(cè)器和其上放置有被檢查對(duì)象的床的同時(shí)，3D數(shù)據(jù)獲取設(shè)備通過(guò)收集每一個(gè)移動(dòng)位置中的環(huán)形對(duì)的重合計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)，獲取環(huán)形對(duì)的每一個(gè)組合的RI分布圖像重構(gòu)的正弦圖。在3D數(shù)據(jù)獲取中，在將移動(dòng)多環(huán)檢測(cè)時(shí)在每一個(gè)位置處所獲得的正弦圖與在緊接前一位置處所獲得的正弦圖相比較、并且對(duì)從對(duì)象相同部位獲取的每一個(gè)環(huán)形對(duì)的正弦圖求和的同時(shí)，獲取正弦圖。對(duì)于在多環(huán)檢測(cè)器和支撐被檢查對(duì)象的床的相對(duì)移動(dòng)時(shí)在每一個(gè)位置所獲得的正弦圖，在緊接前一位置處所獲得的正弦圖與同每一個(gè)環(huán)相鄰的環(huán)形對(duì)的正弦圖重疊(即，從對(duì)象相同部位獲取環(huán)形對(duì)的這些正弦圖)。通過(guò)相加重疊的正弦圖，獲取沿軸向方向具有較小靈敏度變化的正弦圖。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備中，與3D數(shù)據(jù)獲取的同時(shí)，讀取設(shè)備順序地讀取已求和的正弦圖的子集。此外，在3D數(shù)據(jù)獲取的同時(shí)，3D圖像重構(gòu)設(shè)備在每一次讀取正弦圖子集時(shí)，根據(jù)讀取的字節(jié)來(lái)執(zhí)行3D迭代重構(gòu)，以便完成最終的RI分布圖像。
因此，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的正電子CT設(shè)備的3D圖像重構(gòu)方法，用以針對(duì)RI分布圖像重構(gòu)，重構(gòu)3D圖像。
因此，根據(jù)本發(fā)明的正電子CT設(shè)備能夠在減少3D數(shù)據(jù)獲取處理時(shí)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量并且縮短從檢查開(kāi)始到成像結(jié)束的時(shí)間的同時(shí)，避免由于分辨率降低或者S/N比下降而引起的圖像質(zhì)量惡化。
在根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備中，優(yōu)選地，如下執(zhí)行3D迭代重構(gòu)。
根據(jù)統(tǒng)計(jì)模型，其中xj是每一個(gè)重構(gòu)圖像的像素值，yi是獲取的數(shù)據(jù)，并且假設(shè)獲取的數(shù)據(jù)yi具有泊松分布，則重構(gòu)圖像的對(duì)數(shù)似然值L(x)由下面的運(yùn)算表達(dá)式表示L(x)=Σi{yilog<ai,x>-<ai,x>}+const]]>其中，<ai,x>=Σjaijxj,]]>aij是用于匹配重構(gòu)圖像j和獲取數(shù)據(jù)i的矩陣，并且const是常數(shù)；以及通過(guò)確定關(guān)于x的最大似然值估計(jì)L(x)來(lái)重構(gòu)圖像，其中根據(jù)以下運(yùn)算表達(dá)式來(lái)更新解，即，將獲取的數(shù)據(jù)劃分為正弦圖的子集，并且更新每一個(gè)子集的解xj(k,q+1)=xj(k,q)+λk(q)xj(k,q)CjΣi∈Sqaij(yiΣjaijxj(k,q)-1)]]>其中，Cj=maxqΣi∈Sqaij,]]>xj(k，q+1)是通過(guò)第k次迭代的子集Sq+1而獲取的像素值，即最新的更新圖像的像素值，xj(k，q)是通過(guò)第k次迭代的子集Sq而獲取的像素值，即緊接更新之前的圖像的像素值，λk是松弛因子，以及 意味著使子集Sq中包含的獲取數(shù)據(jù)i成為運(yùn)算對(duì)象。
在根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備中，優(yōu)選地，在3D迭代重構(gòu)之前或期間執(zhí)行多次加法差校正處理，用于消除由于3D數(shù)據(jù)獲取中的正弦圖加法次數(shù)的差別而引起的數(shù)據(jù)不均勻。按照這種方式，可以避免由于正弦圖加法次數(shù)的差別而引起的圖像質(zhì)量惡化。


為了演示本發(fā)明，在附圖中示出了多種當(dāng)前優(yōu)選的形式，然而，應(yīng)該理解到，本發(fā)明不局限于所示的精確布置和手段。
圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的PET設(shè)備的概要的方框圖；圖2是示出了PET設(shè)備中被檢查對(duì)象和多環(huán)檢測(cè)器之間移動(dòng)的位置關(guān)系的示意圖；圖3A至3C是用于演示正弦圖加法的示意圖；圖4是示出了PET設(shè)備中衰減校正數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)的構(gòu)造的示意圖；圖5是示出了PET設(shè)備中與組成被檢查對(duì)象的給定移動(dòng)位置的子集的正弦圖相對(duì)應(yīng)的環(huán)形對(duì)的示意圖；圖6是示出了在PET設(shè)備的每一步驟中讀取的正弦圖子集的示意圖；圖7是示出了在PET設(shè)備讀取的正弦圖子集中由于加法次數(shù)的差別而引起的數(shù)據(jù)不均勻的狀態(tài)的示意圖；圖8是示出了與PET設(shè)備讀取的正弦圖子集相對(duì)應(yīng)的衰減校正數(shù)據(jù)的示意圖；以及圖9是示出了從PET設(shè)備所獲得的3D重構(gòu)圖像的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面參考附圖來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
現(xiàn)在參考附圖來(lái)描述根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備。圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的PET設(shè)備的概要的方框圖。圖2是示出了PET設(shè)備中被檢查對(duì)象和多環(huán)檢測(cè)器之間移動(dòng)的位置關(guān)系的示意圖。
根據(jù)本發(fā)明的PET設(shè)備包括具有中心開(kāi)口的托臺(tái)1和以環(huán)形形式布置的輻射檢測(cè)器形式的環(huán)形檢測(cè)器3。多環(huán)檢測(cè)器5具有例如環(huán)式輻射檢測(cè)器3，所述環(huán)式輻射檢測(cè)器組成沿托臺(tái)1的開(kāi)口的軸向布置的六個(gè)環(huán)(#1至#6)。
在托臺(tái)1的前面布置的是可相對(duì)于托臺(tái)1的開(kāi)口前后(出入)移動(dòng)的床7、以及用于沿圖1中的兩點(diǎn)式點(diǎn)劃線所指示的方向前后移動(dòng)床7的床移動(dòng)設(shè)備9。由移動(dòng)控制單元11控制床7的移動(dòng)，使之沿與托臺(tái)1的開(kāi)口的中心對(duì)齊的身體軸MP移動(dòng)，使得床7可以被移進(jìn)或移出托臺(tái)1的開(kāi)口。
如上所述，多環(huán)檢測(cè)器5具有組成第一至第六環(huán)#1至#6的環(huán)式檢測(cè)器。在布置在第一至第六環(huán)#1至#6的每一個(gè)的周?chē)妮椛錂z測(cè)器中，并且在組成第一至第六環(huán)#1至#6的輻射檢測(cè)器中，執(zhí)行重合計(jì)數(shù)。由重合數(shù)據(jù)獲取單元13來(lái)執(zhí)行該重合計(jì)數(shù)。
具體地，如圖2中與環(huán)式檢測(cè)器3相連的線所示，在環(huán)形對(duì)的各種組合中，例如在組成第一環(huán)#1的檢測(cè)器中、在組成第一環(huán)#1和第二環(huán)#2的檢測(cè)器中、在組成第一環(huán)#1和第三環(huán)#3的檢測(cè)器中、在組成第一環(huán)#1和第四環(huán)#4的檢測(cè)器中、在組成第一環(huán)#1和第五環(huán)#5的檢測(cè)器中、以及在組成第一環(huán)#1和第六環(huán)#6的檢測(cè)器中，執(zhí)行重合計(jì)數(shù)。因?yàn)檫€在組成不同環(huán)的環(huán)式檢測(cè)器3中執(zhí)行重合計(jì)數(shù)，所以對(duì)于環(huán)形對(duì)的每一種組合，都存在重合計(jì)數(shù)線。
現(xiàn)在，再參考圖3A至3C來(lái)進(jìn)一步描述實(shí)施例。圖3A至3C是用于演示在移位正弦圖矩陣的同時(shí)執(zhí)行的正弦圖加法的示意圖。圖3A示出了在連續(xù)地獲取數(shù)據(jù)時(shí)的相對(duì)移動(dòng)。圖3B示出了在移位所獲取的矩陣的同時(shí)在各個(gè)移動(dòng)位置處所獲得的間接正弦圖的加法。圖3C是示出了此時(shí)所順序地讀取的一個(gè)矩陣的一部分(子集)的示意圖。
如圖3A所示，此處假設(shè)例如在相對(duì)于多環(huán)式檢測(cè)器5以檢測(cè)器間隔σ間斷地移動(dòng)床7的同時(shí)，在每一個(gè)移動(dòng)位置處獲取數(shù)據(jù)。在這種情況下，在圖3B中，由重合數(shù)據(jù)獲取單元13所收集的床7的每一個(gè)位置中的重合數(shù)據(jù)被表達(dá)為r1×r2的矩陣。組成矩陣的每一個(gè)小方塊表示每一個(gè)環(huán)形對(duì)的正弦圖。由到中軸(徑向矢量s)的距離和使同時(shí)檢測(cè)輻射的兩個(gè)檢測(cè)器相連接的線(重合線)的周向角度(方位角φ)來(lái)表達(dá)正弦圖。將在每一個(gè)移動(dòng)位置處所獲得的數(shù)據(jù)作為正弦圖傳送到獲取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器15并且存儲(chǔ)在其中。將按照這種方式所傳送的正弦圖與在緊接前一位置處所獲取的正弦圖相比較，并且對(duì)從患者M(jìn)的相同部位所獲取的每一個(gè)環(huán)形對(duì)的正弦圖求和。因此，重合數(shù)據(jù)獲取單元13和獲取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器15組成根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備中的3D數(shù)據(jù)獲取設(shè)備。
接下來(lái)，使用公認(rèn)的運(yùn)算表達(dá)式(變換)，來(lái)具體地描述以上重合數(shù)據(jù)獲取單元13、獲取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器15和處理單元17的協(xié)作處理的細(xì)節(jié)。
利用具有組成N個(gè)環(huán)的環(huán)式檢測(cè)器3的PET設(shè)備，在床7的每一個(gè)位置k處獲得N2個(gè)正弦圖qk(s，φ，r，Δr)。此時(shí)，s和φ是正弦圖的徑向矢量方向和方位角，r＝r1+r2是軸向片指數(shù)，并且Δr＝r1-r2是環(huán)形差。r1和r2是經(jīng)歷了重合計(jì)數(shù)的環(huán)所屬的環(huán)序號(hào)。為了便于理解，下面假設(shè)以與環(huán)式檢測(cè)器3之間的間隔(寬度φ)相同的間隔在連續(xù)獲取中采樣數(shù)據(jù)。在這種情況下，獲得圖3B所示的數(shù)據(jù)空間。從圖3B可見(jiàn)，重疊地獲取相鄰正弦圖，因此在實(shí)時(shí)相加正弦圖的同時(shí)，形成了一組新的正弦圖ph(s，φ，Δr)。
此處，h＝0，....，N+n-2是在以n步驟執(zhí)行連續(xù)獲取時(shí)所獲得的虛擬環(huán)指數(shù)。此時(shí)，每一個(gè)正弦圖由以下運(yùn)算表達(dá)式(1)表達(dá)Ph(s,φ,Δr)=1KΣk=kminkmaxqk(s,φ,2h-2k+|Δr|,Δr)---(1)]]>其中，Δr＝(r1-r2)＝0，±1，±2，...，±Δrmax，以及kmin＝max{0，h-(N-1-|Δr|)}。kmax＝min{h，n-1}，K＝kmax-kmin+1，并且Δrmax是用于重構(gòu)的環(huán)差的最大數(shù)。
通過(guò)加法的次數(shù)K來(lái)歸一化新的正弦圖組ph(s，φ，Δr)。除了在相對(duì)端(h＜N-1或h＞N-1)處的(N-1)數(shù)據(jù)之外，加法次數(shù)K反比于環(huán)差Δr。在圖3B中，小方塊表示正弦圖qk，其中根據(jù)數(shù)據(jù)加法次數(shù)K來(lái)以線變化施加陰影。對(duì)于每一個(gè)步驟都執(zhí)行了加法的正弦圖子集是如圖3C所示的中間拐彎的字母L的形式的劃分組。
利用根據(jù)本實(shí)施例的PET設(shè)備，在3D數(shù)據(jù)獲取處理同時(shí)，在完成加法時(shí)僅讀取正弦圖子集。即，在每一個(gè)步驟中讀取完成了加法的正弦圖子集。在3D圖像重構(gòu)處理之前，設(shè)備執(zhí)行加法差校正處理多次，以消除讀取的子集中由于正弦圖加法次數(shù)K的差別而引起的數(shù)據(jù)不均勻。在該實(shí)施例中，運(yùn)算表達(dá)式(1)中乘法因子(1/K)與加法差校正處理的次數(shù)相對(duì)應(yīng)。
另一方面，在本實(shí)施例的PET設(shè)備的情況下，如圖4所示，多環(huán)檢測(cè)器5包含用于獲取衰減校正數(shù)據(jù)(傳輸數(shù)據(jù))的環(huán)式輻射檢測(cè)器20和設(shè)置在其開(kāi)口端相鄰處的環(huán)式外部輻射源21。利用環(huán)式輻射檢測(cè)器20和環(huán)式外部輻射源21，可以由多環(huán)檢測(cè)器5在3D數(shù)據(jù)獲取之前從患者M(jìn)的相同部位獲取衰減校正數(shù)據(jù)。將衰減校正數(shù)據(jù)獲取單元(未示出)根據(jù)從環(huán)式輻射檢測(cè)器20輸出的檢測(cè)信號(hào)而獲取的衰減校正數(shù)據(jù)以與正弦圖子集相對(duì)應(yīng)的形式存儲(chǔ)在衰減校正數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(未示出)中。
設(shè)置片隔板22，用于避免來(lái)自環(huán)式外部輻射源21的輻射向多環(huán)檢測(cè)器5泄漏。
可以由可周向旋轉(zhuǎn)的點(diǎn)外部輻射源來(lái)代替環(huán)式外部輻射源21。
PET設(shè)備不必具有獲取衰減校正數(shù)據(jù)的功能。PET設(shè)備可以使用從例如X射線CT設(shè)備的獨(dú)立設(shè)備所接收的衰減校正數(shù)據(jù)。
另一方面，在3D數(shù)據(jù)獲取處理的同時(shí)，處理單元17根據(jù)通過(guò)3D數(shù)據(jù)獲取所獲取的正弦圖，來(lái)執(zhí)行RI分布圖像重構(gòu)的3D圖像重構(gòu)。具體地，在三維數(shù)據(jù)獲取處理的同時(shí)，在每一次讀取正弦圖子集時(shí)，根據(jù)讀取的子集來(lái)執(zhí)行3D迭代重構(gòu)。因此，處理單元17與用于執(zhí)行RI分布圖像重構(gòu)的3D圖像重構(gòu)的3D圖像重構(gòu)設(shè)備相對(duì)應(yīng)。
再參考圖5和6。圖5是示出了與給定移動(dòng)位置的子集的正弦圖相對(duì)應(yīng)的環(huán)形對(duì)的示意圖。圖6是示出了在每一步驟中讀取的正弦圖子集的示意圖。如圖6所示，正弦圖子集包括屬于中間拐彎的字母L區(qū)域的多個(gè)正弦圖，與N2正弦圖矩陣的上側(cè)部分和左手側(cè)部分相對(duì)應(yīng)。即，子集包括與圖5中的線所連接的環(huán)形對(duì)相對(duì)應(yīng)的多個(gè)正弦圖。
子集固有地在數(shù)據(jù)中具有由于正弦圖加法次數(shù)K的差別(如圖6中線變化的陰影所示)而引起的不均勻性。然而，通過(guò)用于消除數(shù)據(jù)中由于正弦圖加法次數(shù)K的差別而引起的不均勻的多次差校正處理，可以消除數(shù)據(jù)非均勻性，如圖7所示。因此，在本實(shí)施例的PET設(shè)備中，因?yàn)樵谙擞捎谡覉D加法次數(shù)K的差別而引起的數(shù)據(jù)中的不均勻性之后才執(zhí)行3D迭代重構(gòu)，所以避免了由于正弦圖加法次數(shù)K的差別而引起的圖像質(zhì)量惡化。
由處理單元17所執(zhí)行的3D迭代重構(gòu)是根據(jù)下面給出的運(yùn)算表達(dá)式而執(zhí)行的所謂3D(三維)-DRAMA(動(dòng)態(tài)行作用最大似然值算法(Dynamic Row Action Maximum likelihood Algorithm))方法的處理(例如，參見(jiàn)Atsusi Fukano和Hiroyuki Kudo的Conference Recordof 2004 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical ImagingConference，Paper No.M4-1)。
根據(jù)統(tǒng)計(jì)模型，其中xj是用于組成3D重構(gòu)圖像fh(x，y，z)的每一個(gè)發(fā)射圖像(重構(gòu)圖像)的像素值，yi是獲取的數(shù)據(jù)(投影數(shù)據(jù))，并且假設(shè)獲取的數(shù)據(jù)yi具有泊松分布，重構(gòu)圖像的對(duì)數(shù)似然值L(x)由以下運(yùn)算表達(dá)式(2)表達(dá)L(x)=Σi{yilog<ai,x>-<ai,x>}+const---(2)]]>其中，<ai,x>=Σjaijxj,]]>aij是用于匹配重構(gòu)圖像j和獲取數(shù)據(jù)i的矩陣，并且const是常數(shù)。
通過(guò)確定關(guān)于x的L(x)的最大似然值估計(jì)，可以重構(gòu)圖像。根據(jù)以下運(yùn)算表達(dá)式(3)來(lái)更新3D-DRAMA方法的解xj(k,q+1)=xj(k,q)+λk(q)xj(k,q)CjΣi∈Sqaij(yiΣjaijxj(k,q)-1)---(3)]]>其中Cj=maxqΣi∈Sqaij,]]>xj(k，q+1)是第k次迭代的子集Sq+1所獲取的像素值，即最新更新圖像的像素值，xj(k，q)是第k次迭代的子集Sq所獲取像素值，即緊接更新之前的圖像的像素值，λk是松弛因子，以及 意味著使子集Sq中包括的獲取數(shù)據(jù)i成為運(yùn)算對(duì)象。
即，運(yùn)算表達(dá)式(3)將獲取數(shù)據(jù)劃分為正弦圖子集，并且通過(guò)更新每一個(gè)子集的解，以使運(yùn)算速度獲得改進(jìn)。
利用3D-DRAMA方法，如圖8所示，以與正弦圖子集相對(duì)應(yīng)的矩陣形式獲取并存儲(chǔ)衰減校正數(shù)據(jù)，并且衰減校正數(shù)據(jù)是矩陣aij的確定因子之一?？梢詫⒃摂?shù)據(jù)反映到使重構(gòu)圖像j和獲取數(shù)據(jù)i相匹配的矩陣aij的值。結(jié)果，直接將用于抑制S/N比下降的例如衰減校正處理的處理并入3D圖像重構(gòu)處理中。還可以將抑制S/N比下降的檢測(cè)器響應(yīng)校正、統(tǒng)計(jì)波動(dòng)校正等反映到矩陣aij的值來(lái)直接并入3D圖像重構(gòu)處理中。此外，可以將加法次數(shù)K反映到矩陣aij，用以校正在重構(gòu)處理期間正弦圖加法次數(shù)K的差別。
在本實(shí)施例的設(shè)備的3D圖像重構(gòu)處理中，通過(guò)在床7的每一個(gè)移動(dòng)位置(每一個(gè)步驟)處獲取虛擬環(huán)形指數(shù)的3D重構(gòu)圖像fh(x，y，z)，完成RI分布圖像，如圖9所示。在相鄰步驟之間，重構(gòu)圖像重疊。在3D圖像重構(gòu)處理中，前一個(gè)重疊圖像被用作下一個(gè)重疊圖像的初始圖像。
通過(guò)利用重構(gòu)處理的處理來(lái)更新和顯示圖像，可以檢查期間在顯示器19上實(shí)時(shí)持續(xù)地監(jiān)控圖像。
利用本實(shí)施例的設(shè)備所使用的3D-DRAMA方法，可以在按照正弦圖的方位角φ來(lái)進(jìn)一步劃分每一個(gè)正弦圖子集的數(shù)據(jù)之后，或者在按照正弦圖的方位角φ和徑向矢量方向s來(lái)進(jìn)一步劃分每一個(gè)正弦圖子集的數(shù)據(jù)之后，執(zhí)行重構(gòu)處理。
在本實(shí)施例中，在3D數(shù)據(jù)獲取處理的同時(shí)，該設(shè)備求和正弦圖，讀取子集，并且根據(jù)讀取的子集來(lái)執(zhí)行RI分布圖像重構(gòu)的圖像重構(gòu)處理。因此，該設(shè)備可以減少在3D數(shù)據(jù)獲取處理期間的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量，并且縮短從檢查開(kāi)始到成像結(jié)束的時(shí)間。
在本實(shí)施例中，該設(shè)備采用用于使用3D數(shù)據(jù)來(lái)執(zhí)行圖像重構(gòu)、但并不伴隨著從3D數(shù)據(jù)到2D數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換的3D迭代重構(gòu)。因此，可以避免由于從3D數(shù)據(jù)到2D數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換所發(fā)生的誤差而引起的分辨率降低。3D迭代重構(gòu)可以直接并入如衰減校正處理等用于抑制S/N比下降的處理。與不直接并入用于抑制S/N比下降的處理的技術(shù)相比，這對(duì)于避免S/N比下降更為有效。
因此，根據(jù)本實(shí)施例中的方法和設(shè)備，可以在降低3D數(shù)據(jù)獲取處理期間的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量、并且縮短從檢查開(kāi)始到成像結(jié)束的時(shí)間的同時(shí)，避免由于分辨率降低和S/N比下降而引起的圖像質(zhì)量惡化。
本發(fā)明不局限于上述實(shí)施例，而可以如下進(jìn)行修改(1)在上述實(shí)施例中，根據(jù)運(yùn)算表達(dá)式(1)來(lái)執(zhí)行3D數(shù)據(jù)獲取?？梢愿鶕?jù)除了運(yùn)算表達(dá)式(1)之外的其他表達(dá)式來(lái)執(zhí)行本發(fā)明中的3D數(shù)據(jù)獲取。
(2)在上述實(shí)施例中，根據(jù)運(yùn)算表達(dá)式(2)和(3)來(lái)執(zhí)行3D迭代重構(gòu)。可以根據(jù)除了表達(dá)式(2)和(3)之外的其他表達(dá)式來(lái)執(zhí)行本發(fā)明的3D迭代重構(gòu)。
例如，作為表達(dá)式(3)的修改，引用以下三個(gè)表達(dá)式。
xj(k,q+1)=xj(k,q)CijΣi∈SqaijyiΣjaijxj(k,q),]]>其中Cij=Σi∈Sqaij---(3)']]>xj(k,q+1)=xj(k,q)+xj(k,q)CjΣi∈Sqaij(yiΣjaijxj(k,q)-1),]]>其中Cj=maxqΣi∈Sqaij---(3)'']]>xj(k,q+1)=xj(k,q)+λkxj(k,q)CjΣi∈Sqaij(yiΣjaijxj(k,q)-1),]]>其中Cj=maxqΣi∈Sqaij---(3)''']]>考慮以φ(x)＝L(x)-βR(x)的最大化值代替表達(dá)式(2)中的最大化L(x)，則可以通過(guò)以下修改的表達(dá)式來(lái)更新圖像xjk+1=xjMLEM<k+1>1+β∂∂λjR(λ)|λ=λk]]>其中，R(x)是包括圖像的先驗(yàn)信息的勢(shì)函數(shù)，β是用于調(diào)節(jié)其度數(shù)的正則化參數(shù)，xjMLEM<k+1>是從表達(dá)式(3)、(3)’、(3)”或(3)推導(dǎo)出的像素值。
在不脫離本發(fā)明的精神或本質(zhì)屬性下，可以在其它具體形式中實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，因此，除了上述說(shuō)明書(shū)之外，還可以參考所附權(quán)利要求，作為本發(fā)明的范圍的指示。
權(quán)利要求
1.一種正電子CT設(shè)備的3D圖像重構(gòu)方法，包括3D數(shù)據(jù)獲取步驟，用于在沿多環(huán)檢測(cè)器的軸向，彼此相對(duì)地移動(dòng)具有沿軸向方向排列的環(huán)式檢測(cè)器的多環(huán)檢測(cè)器和其上放置有被檢查對(duì)象的床的同時(shí)，收集每一個(gè)移動(dòng)位置中的環(huán)形對(duì)的重合計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)，來(lái)獲取環(huán)形對(duì)的每一個(gè)組合的正弦圖；以及3D圖像重構(gòu)步驟，用于根據(jù)在所述3D數(shù)據(jù)獲取步驟中所獲取的正弦圖，來(lái)執(zhí)行RI分布圖像重構(gòu)的3D圖像重構(gòu)；其中，將在移動(dòng)多環(huán)檢測(cè)器時(shí)在每一個(gè)位置處獲得的正弦圖與緊接前一位置處獲得的正弦圖相比較，并且對(duì)從對(duì)象相同部位所獲取的每一個(gè)環(huán)形對(duì)的正弦圖求和，來(lái)執(zhí)行所述3D數(shù)據(jù)獲取步驟；以及在所述3D數(shù)據(jù)獲取步驟的同時(shí)，執(zhí)行所述3D圖像重構(gòu)步驟，以順序地讀取已求和的正弦圖的子集，并且在每次讀取子集時(shí)，根據(jù)讀取的子集，來(lái)執(zhí)行3D迭代重構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正電子CT設(shè)備的3D圖像重構(gòu)方法，其中在執(zhí)行3D迭代重構(gòu)中，根據(jù)統(tǒng)計(jì)模型，其中xj是每一個(gè)重構(gòu)圖像的像素值，yi是獲取的數(shù)據(jù)，并且假設(shè)獲取的數(shù)據(jù)yi具有泊松分布，則重構(gòu)圖像的對(duì)數(shù)似然值L(x)由下面的運(yùn)算表達(dá)式表示L(x)=Σi{yilog<ai,x>-<ai,x>}+const]]>其中，<ai,x>=Σjaijxj,]]>aij是用于匹配重構(gòu)圖像j和獲取數(shù)據(jù)i的矩陣，并且const是常數(shù)；以及通過(guò)確定關(guān)于x的最大似然值估計(jì)L(x)來(lái)重構(gòu)圖像，其中根據(jù)以下運(yùn)算表達(dá)式來(lái)更新解，即，將獲取的數(shù)據(jù)劃分為正弦圖的子集，并且更新每一個(gè)子集的解xj(k,q+1)=xj(k,q)+λk(q)xj(k,q)CjΣi∈Sqaij(yiΣjaijxj(k,q)-1)]]>其中，Cj=maxqΣi∈Sqaij,]]>xj(k，q+1)是通過(guò)第k次迭代的子集Sq+1而獲取的像素值，即最新的更新圖像的像素值，xj(k，q)是通過(guò)第k次迭代的子集Sq而獲取的像素值，即緊接更新之前的圖像的像素值，λk是松弛因子，以及 意味著使子集Sq中包含的獲取數(shù)據(jù)i成為運(yùn)算對(duì)象。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正電子CT設(shè)備的3D圖像重構(gòu)方法，其中，在3D迭代重構(gòu)之前或期間執(zhí)行多次加法差校正處理，用于消除由于3D數(shù)據(jù)獲取中的正弦圖加法次數(shù)的差別而引起的數(shù)據(jù)不均勻。
4.一種正電子CT設(shè)備，包括多環(huán)檢測(cè)器，具有沿軸向方向排列的環(huán)式檢測(cè)器；床，用于支撐被檢查對(duì)象；移動(dòng)設(shè)備，用于沿所述多環(huán)檢測(cè)器的軸向彼此相對(duì)地移動(dòng)所述多環(huán)檢測(cè)器和所述床；3D數(shù)據(jù)獲取設(shè)備，用于通過(guò)收集所述多環(huán)檢測(cè)器和所述床的每一個(gè)相對(duì)移動(dòng)位置中的環(huán)形對(duì)的重合計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)，來(lái)獲得環(huán)形對(duì)的每一個(gè)組合的正弦圖，并且在將移動(dòng)多環(huán)檢測(cè)器時(shí)在每一個(gè)位置處獲得的正弦圖與在緊接前一位置處獲得的正弦圖相比較、并且對(duì)從對(duì)象相同部位所獲取的每一個(gè)環(huán)形對(duì)的正弦圖求和的同時(shí)，獲取數(shù)據(jù)；讀取設(shè)備，用于在所述3D數(shù)據(jù)獲取步驟的同時(shí)順序地讀取已求和的正弦圖的子集；以及3D圖像重構(gòu)設(shè)備，用于在每一次所述讀取設(shè)備讀取子集時(shí)，根據(jù)讀取的子集，來(lái)執(zhí)行3D迭代重構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的正電子CT設(shè)備，其中，所述3D圖像重構(gòu)設(shè)備執(zhí)行3D迭代重構(gòu)，使得根據(jù)統(tǒng)計(jì)模型，其中xj是每一個(gè)重構(gòu)圖像的像素值，yi是獲取的數(shù)據(jù)，并且假設(shè)獲取的數(shù)據(jù)yi具有泊松分布，則重構(gòu)圖像的對(duì)數(shù)似然值L(x)由下面的運(yùn)算表達(dá)式表示L(x)=Σi{yilog<ai,x>-<ai,x>}+const]]>其中，<ai,x>=Σjaijxj,]]>aij是用于匹配重構(gòu)圖像j和獲取數(shù)據(jù)i的矩陣，并且const是常數(shù)；以及通過(guò)確定關(guān)于x的最大似然值估計(jì)L(x)來(lái)重構(gòu)圖像，其中根據(jù)以下運(yùn)算表達(dá)式來(lái)更新解，即，將獲取的數(shù)據(jù)劃分為正弦圖的子集，并且更新每一個(gè)子集的解xj(k,q+1)=xj(k,q)+λk(q)xj(k,q)CjΣi∈Sqaij(yiΣjaijxj(k,q)-1)]]>其中，Cj=maxqΣi∈Sqaij,]]>xj(k，q+1)是通過(guò)第k次迭代的子集Sq+1而獲取的像素值，即最新的更新圖像的像素值，xj(k，q)是通過(guò)第k次迭代的子集Sq而獲取的像素值，即緊接更新之前的圖像的像素值，λk是松弛因子，以及 意味著使子集Sq中包含的獲取數(shù)據(jù)i成為運(yùn)算對(duì)象。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的正電子CT設(shè)備，其中，在3D迭代重構(gòu)之前或期間，所述3D圖像重構(gòu)設(shè)備執(zhí)行多次加法差校正處理，用于消除由于3D數(shù)據(jù)獲取中的正弦圖加法次數(shù)的差別而引起的數(shù)據(jù)不均勻。
全文摘要
在降低3D數(shù)據(jù)獲取處理中的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量并且縮短從檢查開(kāi)始到成像結(jié)束的時(shí)間的同時(shí)，由于分辨率降低或者S/N比下降會(huì)引起圖像質(zhì)量惡化。在3D數(shù)據(jù)獲取處理的同時(shí)，本發(fā)明的方法或設(shè)備執(zhí)行正弦圖加法、讀取已求和的正弦圖的子集以及圖像重構(gòu)。因此，減少了存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量，并且縮短了從檢查開(kāi)始到成像結(jié)束的時(shí)間。同時(shí)，因?yàn)?D迭代重構(gòu)并不伴隨著從3D數(shù)據(jù)到2D數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，可以避免由于從3D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到2D數(shù)據(jù)所發(fā)生的誤差而引起的分辨率降低。3D迭代重構(gòu)可以直接并入如衰減校正處理等處理。因此，還可以避免不直接并入這種處理而導(dǎo)致的S/N比下降。
文檔編號(hào)G01T1/161GK1903128SQ20061010783
公開(kāi)日2007年1月31日 申請(qǐng)日期2006年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月25日
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