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基于飞行时间 PET 的高效散射校正:直接散射近似。

Time efficient scatter correction for time-of-flight PET: the immediate scatter approximation.

机构信息

PET Center, Institute of Radiopharmaceutical Cancer Research, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Dresden, Germany.

出版信息

Phys Med Biol. 2019 Mar 27;64(7):075005. doi: 10.1088/1361-6560/ab0e9b.

DOI:10.1088/1361-6560/ab0e9b
PMID:30856617
Abstract

Utilization of time-of-flight (TOF) information allows us to improve image quality and convergence rate in iterative PET image reconstruction. In order to obtain quantitatively correct images accurate scatter correction (SC) is required that accounts for the non-uniform distribution of scatter events over the TOF bins. However, existing simplified TOF-SC algorithms frequently exhibit limited accuracy while the currently accepted reference method-the TOF extension of the single scatter simulation approach (TOF-SSS)-is computationally demanding and can substantially slow down the reconstruction. In this paper we propose and evaluate a new accelerated TOF-SC algorithm in order to improve this situation. The key idea of the algorithm is the use of an immediate scatter approximation (ISA) for scatter time distribution calculation which speeds up estimation of the required TOF scatter by a factor of up to five in comparison to TOF-SSS. The proposed approach was evaluated in dedicated phantom measurements providing challenging high activity contrast conditions as well as in representative clinical patient data sets. Our results show that ISA is a viable alternative to TOF-SSS. The reconstructed images are in excellent quantitative agreement with those obtained with TOF-SSS while overall reconstruction time can be reduced by a factor of two in whole-body studies, even when using a listmode reconstruction not optimized for speed.

摘要

利用飞行时间 (TOF) 信息可以提高迭代 PET 图像重建中的图像质量和收敛速度。为了获得定量正确的图像,需要进行准确的散射校正 (SC),这需要考虑散射事件在 TOF 箱中的非均匀分布。然而,现有的简化 TOF-SC 算法通常准确性有限,而目前公认的参考方法——TOF 扩展的单散射模拟方法 (TOF-SSS)——计算量很大,会显著减慢重建速度。在本文中,我们提出并评估了一种新的加速 TOF-SC 算法,以改善这种情况。该算法的关键思想是使用即时散射近似 (ISA) 来计算散射时间分布,与 TOF-SSS 相比,这可以将所需 TOF 散射的估计速度提高五倍。该方法在专用的体模测量中进行了评估,提供了具有挑战性的高活性对比度条件以及具有代表性的临床患者数据集。我们的结果表明,ISA 是 TOF-SSS 的一种可行替代方法。重建图像在定量上与使用 TOF-SSS 获得的图像非常吻合,而在全身研究中,整体重建时间可以减少两倍,即使使用未针对速度进行优化的列表模式重建也是如此。

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