一种参数图像的直接重建方法和系统与流程

1.本说明书涉及图像重建领域，特别涉及一种参数图像的直接重建方法和系统。


背景技术：

2.正电子发射断层成像(positron emission tomography,简称pet)是一种由γ光子探测、信号处理以及图像重建等综合技术相结合，对活体生物体内放射性核素的生化代谢过程进行显像的高级功能分子影像技术，是成为现代核医学诊断的一个重要组成部分。然而，参数图像的重建过程通常需要进行多步重建才能获取参数图像，这限制了参数成像技术的临床应用。
3.因此，希望提供一种参数图像重建的方法，可以提高图像重建的效率。


技术实现要素：

4.本说明书实施例之一提供一种参数图像的直接重建方法，所述方法包括：基于扫描数据，通过迭代进行参数图像的重建；其中，在每轮迭代中，基于该轮迭代的起始图像确定迭代输入函数；基于所述迭代输入函数进行参数分析以确定迭代参数图像；基于所述迭代参数图像更新下一轮迭代的起始图像。
5.在一些实施例中，通过迭代进行参数图像的重建还包括：当迭代满足预设迭代条件后停止迭代并获取参数图像，所述预设迭代条件包括迭代收敛或达到预设迭代次数。
6.在一些实施例中，确定迭代输入函数包括：获取感兴趣区域；基于所述起始图像和所述感兴趣区域确定所述迭代输入函数，所述感兴趣区域基于ct图像或pet图像获取。
7.在一些实施例中，确定迭代输入函数还包括对所述迭代输入函数进行校正，所述校正包括基于群体输入函数对所述迭代输入函数进行补充。
8.本说明书实施例之一提供一种参数图像的直接重建系统，所述系统包括处理模块，所述处理模块被配置为执行以下操作：基于扫描数据，通过迭代进行参数图像的重建；其中，在每轮迭代中，基于该轮迭代的起始图像确定迭代输入函数；基于所述迭代输入函数进行参数分析以确定迭代参数图像；基于所述迭代参数图像更新下一轮迭代的起始图像。
9.在一些实施例中，所述处理模块进一步用于：当迭代满足预设迭代条件后停止迭代并获取参数图像，所述预设迭代条件包括迭代收敛或达到预设迭代次数。
10.本说明书实施例之一提供一种参数图像的直接重建装置，包括处理器，所述处理器用于执行前述参数图像的直接重建方法。
11.本说明书实施例之一提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储计算机指令，当计算机读取存储介质中的计算机指令后，计算机执行前述参数图像的直接重建方法。
附图说明
12.本说明书将以示例性实施例的方式进一步说明，这些示例性实施例将通过附图进行详细描述。这些实施例并非限制性的，在这些实施例中，相同的编号表示相同的结构，其
中：
13.图1是根据本说明书一些实施例所示的图像重建系统的应用场景示意图；
14.图2是根据本说明书一些实施例所示的获取参数图像的示例性流程图；
15.图3是根据本说明书一些实施例所示的确定迭代输入函数的示例性流程图；
16.图4是根据本说明书一些实施例所示的校正迭代输入函数的示例性示意图；
17.图5是根据本说明书一些实施例所示的基于群体输入函数进行校正的示例性示意图。
具体实施方式
18.为了更清楚地说明本说明书实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本说明书应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。
19.应当理解，本文使用的“系统”、“装置”、“单元”和/或“模块”是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换所述词语。
20.如本说明书和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。
21.本说明书中使用了流程图用来说明根据本说明书的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。
22.图1是根据本说明书一些实施例所示的参数图像重建系统的应用场景示意图。在一些实施例中，说明书实施例所涉及的应用场景100可以通过实施本说明书中披露的方法和/或过程来实现参数图像重建。
23.如图1所示，应用场景100可以包括处理设备110、网络120、终端130、存储设备140以及数据获取设备150。应用场景100中的各个部件可以以多种方式相连接。例如，数据获取设备150与处理设备110可以通过网络120连接，也可以直接连接。
24.处理设备110可以处理从终端130、存储设备140和/或数据获取设备150获取的数据和/或信息。例如，处理设备120可以基于数据获取设备150获取的扫描数据(例如，pet原始扫描数据)，通过迭代进行参数图像重建，生成参数图像。又例如，处理设备110可以在重建过程中对迭代输入函数进行校正。在一些实施例中，处理设备110可以是单个服务器或服务器组。
25.网络120可以包括能够促进应用场景100的信息和/或数据交换的任何合适的网络。在一些实施例中，应用场景100的一个或多个组件(例如，处理设备110、终端130、存储设备140、数据获取设备150等)之间可以通过网络120交换信息和/或数据。
26.终端130可以包括移动设备130-1、平板计算机130-2、膝上型计算机130-3、台式计算机130-4等中的一种或其任意组合。在一些实施例中，终端130可以通过网络120与应用场景100中的其他组件交互。例如，终端130可以向成像设备150发送一个或多个控制指令以控制数据获取设备150按照指令对待扫描对象进行扫描以获取扫描数据。在一些实施例中，终端130可以是处理设备110的一部分。在一些实施例中，终端130可以与处理设备110整合为一体，作为数据获取设备150的操作台。例如，参数重建系统100的用户/操作者(例如，医生)可以通过该操作台控制数据获取设备150获取待扫描对象的扫描数据。在一些实施例中，终端130可以作为数据的接收端及显示终端，用于经由网络120接收并显示处理设备110处理后确定的参数图像。上述示例仅用于说明所述终端130设备范围的广泛性而非对其范围的限制。
27.存储设备140可以用于存储数据(例如，扫描数据)和/或指令。在一些实施例中，存储设备140可以存储从处理设备110、终端130和/或数据获取设备150获取的数据，例如，存储设备140可以存储从数据获取设备150获取的待扫描对象的扫描数据等。在一些实施例中，存储设备140可以存储处理设备110用于执行或使用以执行本技术中描述的示例性方法的数据和/或指令。
28.数据获取设备150可以用于获取待扫描对象的扫描数据(例如，pet原始扫描数据)。待扫描对象可以包括生物对象(例如，人体、动物等)、非生物对象(例如，体模)等。在一些实施例中，数据获取设备150可以是正电子发射型计算机断层(pet)成像设备、pet-ct成像设备、pet-mri成像设备等，其中，ct设备为计算机断层扫描成像设备，mri设备为磁共振成像设备。
29.图2是根据本说明书一些实施例所示的获取参数图像的示例性流程图。如图2所示，流程200包括下述步骤。在一些实施例中，流程200可以由处理设备110执行。
30.在一些实施例中，参数图像的直接重建方法可以是基于扫描数据，通过迭代进行参数图像的重建。其中，直接重建是指采用非间接的方法实现参数图像的重建，间接实现参数图像的重建是指需要先进行完整的重建得到输入函数，再基于输入函数进行二次重建得到参数图像。
31.扫描数据是指扫描设备采集到的原始数据，例如，可以来自pet对示踪剂信号的扫描采集得到的pet扫描数据。在一些实施例中，扫描数据是指扫描设备采集到的数据，如进行pet扫描后得到的pet扫描数据。在一些实施例中，扫描数据可以包括多张不同角度的数据，即可以包括一个时间点不同角度的投影数据。在一些实施例中，扫描数据可以包括多帧的原始数据，pet数据获取设备进行pet扫描时可以是一个持续的扫描，即扫描若干个时间段的数据，每个时间段的扫描结果称为一帧。
32.迭代是指就是通过多轮反复的过程，其中至少以每一轮的输出的一部分用于下一轮的输入的一部分。例如在基于扫描数据进行参数图像的重建过程中，是先基于扫描数据得到初始的起始图像，基于起始图像确定初始输入函数，初始输入函数为第一轮迭代的迭代输入函数。在每轮迭代中，对迭代输入函数进行参数分析得到迭代参数图像，该迭代参数图像可以用于更新下一轮迭代的起始图像。关于迭代的具体操作说明参见图2的内容。
33.参数图像是指带有参数值可以反映分析结果的图像。在一些实施例中，参数图像可以是二维或三维图像，其每个像素或体素的值，反映被扫瞄物体在对应位置的参数值。参
数图像中包含的参数值可以为药代动力学参数值，可以包括局部血液流量、新陈代谢速度和物质转运速率等数据。
34.在一些实施例中，参数图像可以基于动力学参数获取。例如，基于获取到的各个像素或体素在多帧的动力学参数，即可重建参数图像。在一些实施例中，动力学参数获取可以基于多个时间帧的重建图像(如多个时间帧的pet重建图像)获得，例如，对多个时间帧的重建图像的处理，得到的各个时间帧对应的每个像素或体素的参数值作为动力学参数，进而基于获取到的参数值重建参数图像。在一些实施例中，动力学参数可以基于对扫描数据的分析处理得到。
35.重建是指将一种格式的数据经过处理生成另一种格式的数据的过程，例如，将原始的pet数据重建为动态的多帧图像数据的过程。
36.以下将通过步骤210-230具体说明如何基于扫描数据，通过迭代进行参数图像的重建。在一些实施例中，步骤210-230可以由处理模块执行。
37.步骤210，在每轮迭代中，基于该轮迭代的起始图像确定迭代输入函数。
38.在第一轮迭代中，处理模块可以对扫描数据进行校正，并对校正后的扫描数据进行重建，从而获取第一轮迭代的起始图像。在一些实施例中，第一轮迭代中的起始图像还可以基于其他方式确定，例如随机图像等。
39.在每轮迭代中，处理模块可以基于该轮迭代的起始图像确定迭代输入函数。在后续轮次迭代中，起始图像可以基于前一轮迭代得到的迭代参数图像更新确定，具体细节参见步骤230。
40.迭代输入函数是指在每轮迭代中，基于该轮迭代的起始图像得到的输入函数。
41.输入函数(input function)是人体血浆活度浓度随时间变化的曲线。在一些实施例中，输入函数可以通过采血的方式获取，例如，扫描过程中，在不同时间点采集人的血样，基于血样的数据获得输入函数。在一些实施例中，输入函数还可以从动态图像中获取，例如，先获取动态图像，选取血池voi，再获取血池voi内部的时间活度曲线(time activity curve,tac)进行相关校正(例如，血浆/全血比例校正、metabolize rate校正、部分容积校正等)后作为输入函数。在一些实施例中，输入函数还可以基于群体输入函数进行校正，例如，通过使用部分群体的输入函数补全完整的输入函数。关于校正的具体细节参见图5。
42.第一轮迭代的迭代输入函数为初始输入函数。在后续轮次迭代中，每一轮迭代的迭代输入函数可以基于该轮迭代的起始图像确定。确定迭代输入函数的更多细节参见图3。最后一轮迭代得到的迭代输入函数可以作为停止迭代时输出的输入函数。
43.步骤220，基于迭代输入函数进行参数分析以确定迭代参数图像。
44.迭代参数图像是指在对迭代输入函数进行动态重建中每一轮迭代所得到的参数图像，在一些实施例中，处理模块可以对迭代输入函数进行相应的参数分析得到迭代参数图像。在一些实施例中，前一轮迭代得到的迭代参数图像可以用于更新下一轮迭代的起始图像，后续轮次迭代中的起始图像可以称为迭代动态图像。最后一轮迭代得到的迭代参数图像可以作为停止迭代时输出的参数图像。
45.迭代动态图像可以基于该轮的迭代参数图像及药代动力学模型(例如，patlak模型)确定及更新。确定迭代动态图像的更多细节参见步骤230。
46.该轮的迭代参数图像可以基于前一轮迭代输出的迭代动态图像(或起始图像)确
定。例如，处理模块可以基于前一轮迭代输出的迭代动态图像确定迭代输入函数，并基于迭代输入函数进行参数分析从而确定该轮的迭代参数图像。
47.参数分析可以是基于该轮迭代中的迭代输入函数及起始图像得到该轮迭代的迭代参数图像的处理。
48.在一些实施例中，处理模块可以基于该轮迭代中的迭代输入函数及迭代动态图像得到该轮迭代的迭代参数图像。例如，可以采取以下迭代公式(1)确定迭代参数图像：其中，m、n为正整数，表示第m-1次迭代的多帧的迭代动态图像中的第n帧图像；sn、cn表征迭代输入函数计算得到的动力学模型矩阵；κ
l 1
,b
l 1
可以表征迭代参数图像，确定k
l 1
,b
l 1
即可以实现确定迭代参数图像。
49.步骤230，基于迭代参数图像更新下一轮迭代的起始图像。
50.由步骤220所述可知，下一轮迭代的起始图像即为迭代动态图像。
51.在一些实施例中，处理模块可以基于迭代参数图像、迭代输入函数、药代动力学模型等更新并确定迭代动态图像。
52.例如，处理模块可以采取迭代公式(2)，基于迭代参数图像、迭代输入函数及药代动力学模型等得到迭代动态图像动力学模型等得到迭代动态图像其中，m、n为正整数，表示第m次迭代的多帧的迭代动态图像中的第n帧图像；fm(k
l
,b
l
)表示patlak模型，且fm(k
l
,b
l
)＝snκ
l
cn(b
l
)；k
l
,b
l
表征迭代参数图像，sn、cn表征迭代输入函数计算得到的动力学模型矩阵，rn表征随机投影估计和散射投影估计，p是系统矩阵，yn表征4d正弦图。
53.在每轮迭代中，处理模块可以基于当轮迭代得到的迭代动态图像确定下一轮迭代的迭代输入函数。例如，处理模块可以基于药代动力学模型对多帧的迭代动态图像的处理得到每帧迭代动态图像对应的药代动力学参数值，并基于参数值确定每帧的输入函数，其中，一帧对应一个时间点。在一些实施例中，迭代输入函数的确定还与感兴趣区域的选取有关，关于确定迭代输入函数的更多细节参见图3。
54.在一些实施例中，当迭代满足预设迭代条件后，处理模块可以停止迭代并获取参数图像。预设迭代条件可以包括迭代收敛或达到预设迭代次数。
55.停止迭代后得到的参数图像可以用于作为评估样本情况的参数图像。在一些实施例中，处理模块可以基于最后一轮迭代中迭代动态图像确定迭代输入函数，并基于最后一轮迭代输出的迭代动态图像获取参数图像，该参数图像为停止迭代后得到的参数图像。
56.在对参数图像的重建过程中，是先做图像重建得到动态的图像数据，然后基于重建后的动态图像得到输入函数，再基于输入函数或是把输入函数应用到重建后的动态的图像数据中，进而得到参数图像，因此，在整个重建过程中，不仅得到了参数图像，也得到了输
入函数，可以省去做额外的重建估计，有效提升重建效率。
57.图3是根据本说明书一些实施例所示的确定迭代输入函数的示例性流程图。如图3所示，流程300包括下述步骤。在一些实施例中，流程300可以由处理设备110执行。
58.步骤310，获取感兴趣区域。
59.感兴趣区域(voi)是指扫描图像中的感兴趣的区域，扫描图像可以是通过ct扫描或pet扫描获取的图像。在一些实施例中，感兴趣区域可以是与心脏或动脉相关联的区域。例如，心脏血池、动脉血池等。
60.感兴趣区域可以是二维或三维区域，其每个像素或体素的值反映待扫描对象在对应位置的活性值。感兴趣区域可以是每帧扫描图像中的一个固定的区域，多帧扫描图像中的固定区域可以提供一个动态的区域数据变化。
61.在一些实施例中，感兴趣区域可以基于ct扫描获取的ct图像确定，或者基于pet扫描获取的pet图像确定。例如，从拍摄心脏的ct图像中可以将相应的具有血池的区域作为感兴趣区域。在一些实施例中，感兴趣区域还可以由基于ct图像确定的感兴趣区域对应映射到pet图像上获得。
62.步骤320，基于起始图像和感兴趣区域确定迭代输入函数。
63.迭代输入函数与时间活度曲线(time activity curve，tac曲线)相关，tac曲线的横坐标对应于每帧迭代图像对应的时间点，纵坐标表示活性浓度，该活性浓度是基于起始图像中对感兴趣区域的所有像素值或体素值求均值得到，确定tac曲线后即可确定迭代输入函数。例如，可以将多帧起始图像中感兴趣区域的所有像素值或体素值求均值，通过多帧起始图像可以得到多个像素均值或体素均值，再将这些像素均值或体素均值作为纵坐标，其对应的帧数作为横坐标，进而得到tac曲线并确定迭代输入函数。
64.在一些实施例中，为了优化迭代输入函数还可以对迭代输入函数进行校正。对迭代输入函数进行校正的更多细节参见图4。
65.基于起始图像和感兴趣区域确定迭代输入函数可以避免采取如动脉采血法的繁琐步骤，使得获取输入函数的方式简单易操作。通过该方法确定的输入函数可以反映待扫描对象的特异性，使得确定的输入函数更加准确。
66.应当注意的是，上述有关流程300的描述仅仅是为了示例和说明，而不限定本说明书的适用范围。对于本领域技术人员来说，在本说明书的指导下可以对流程300进行各种修正和改变。然而，这些修正和改变仍在本说明书的范围之内。
67.图4是根据本说明书一些实施例所示的校正迭代输入函数的示例性示意图400。
68.由于输入函数中可能存在噪声或数据缺失等，为了提升输入函数的准确性，在一些实施例中，可以进一步对获取到的迭代输入函数进行校正，以获取准确度更高的校正后的迭代输入函数。
69.校正前的迭代输入函数即为待校正的迭代输入函数。待校正的迭代输入函数可以是整个参数图像重建过程中获取到的任一输入函数。例如，第一轮迭代中获取的初始输入函数或后续轮次迭代中产生的迭代输入函数。
70.在一些实施例中，处理模块可以校正迭代输入函数。在一些实施例中，校正包括基于群体输入函数对迭代输入函数进行补充。群体输入函数是指基于多人的血浆tac确定的可以作为模板的血浆tac，也称为标准动脉输入函数(saif)。关于基于群体的输入函数进行
校正的更多细节参见图5。
71.在一些实施例中，对待校正的迭代输入函数进行校正的方式可以包括全血/血浆药物比例校正、metabolize rate校正、部分容积校正(pvc)校正、模型校正(例如，利用feng model多指数模型进行校正)。
72.对初始输入函数进行校正后再开始迭代或将校正后的迭代输入函数作为下一轮迭代的迭代输入函数继续进行迭代可以有效提升基于迭代输入函数得到的参数图像的准确性。
73.图5是根据本说明书一些实施例所示的基于群体的输入函数进行校正的示例性示意图500。
74.在一些实施例中，可以基于群体的输入函数510对待校正的迭代输入函数520进行补充，确定校正后的迭代输入函数530。在一些实施例中，基于群体输入函数对所述迭代输入函数进行补充的校正方式可以与前述其他校正方式择一或合并使用，例如，可以先对待校正的迭代输入函数520进行如全血/血浆药物比例校正等校正，然后再基于群体的输入函数510对校正后的迭代输入函数520进行补充。
75.基于群体的输入函数510对待校正的迭代输入函数520进行补充可以是用基于群体的输入函数510补充待校正的输入函数520中缺失的数据(例如缺失的前几分钟的数据)。在一些实施例中，可以将基于群体的输入函数510的tac曲线形状作为模板，以基于模板的曲线形状对待校正的迭代输入函数520中缺失的数据进行补充。例如，可以在对应于同一感兴趣区块的基于群体的输入函数510中确定对应于待校正的输入函数520中缺失的部分，将这部分横纵坐标值作为补充数据。在一些实施例中，可以直接将补充数据补充到待校正的输入函数520中，以确定校正后的输入函数530。在一些实施例中，还可以对补充数据进行差异化处理，例如，根据待扫描对象的特征参数(例如，身高、体重、病症等)对补充数据进行调整，从而确定校正后的迭代输入函数530。
76.通过与待校正的迭代输入函数具有类似曲线形状的基于群体的输入函数对迭代输入函数进行校正，可以高效地对输入函数中缺失的部分进行补充。同时由于基于群体的输入函数具有整体的共性，无法反映不同待扫描对象的特异性，因此通过对补充数据进行差异化处理，可以使得校正后的迭代输入函数考虑到待扫描对象的特异性，从而获取更加准确地参数图像。
77.本说明书实施例还提供了一种图像的直接重建装置，包括处理器以及存储器；所述存储器用于存储计算机指令；所述处理器用于执行所述计算机指令中的至少部分指令以实现如前述的图像的直接重建方法。
78.本说明书实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储计算机指令，当所述计算机指令被处理器执行时实现如前述的图像的直接重建方法。
79.上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本说明书的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本说明书进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本说明书中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本说明书示范实施例的精神和范围。
80.同时，本说明书使用了特定词语来描述本说明书的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本说明书至少一个实施例相关的某一特征、结构或特
点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本说明书的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
81.此外，除非权利要求中明确说明，本说明书所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本说明书流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本说明书实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的系统。
82.同理，应当注意的是，为了简化本说明书披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本说明书实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本说明书对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
83.一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有
±
20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本说明书一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。
84.针对本说明书引用的每个专利、专利申请、专利申请公开物和其他材料，如文章、书籍、说明书、出版物、文档等，特此将其全部内容并入本说明书作为参考。与本说明书内容不一致或产生冲突的申请历史文件除外，对本说明书权利要求最广范围有限制的文件(当前或之后附加于本说明书中的)也除外。需要说明的是，如果本说明书附属材料中的描述、定义、和/或术语的使用与本说明书所述内容有不一致或冲突的地方，以本说明书的描述、定义和/或术语的使用为准。
85.最后，应当理解的是，本说明书中所述实施例仅用以说明本说明书实施例的原则。其他的变形也可能属于本说明书的范围。因此，作为示例而非限制，本说明书实施例的替代配置可视为与本说明书的教导一致。相应地，本说明书的实施例不仅限于本说明书明确介绍和描述的实施例。