專(zhuān)利名稱(chēng)：一種獲取pet系統(tǒng)幾何校正參數(shù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于醫(yī)學(xué)影像設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種獲取PET系統(tǒng)幾何校正參數(shù)的方法。
背景技術(shù)：
正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像(Positron Emission Tomography,簡(jiǎn)稱(chēng)PET)系統(tǒng)，是一種放射性核素示蹤造影系統(tǒng)。通常被探測(cè)物體內(nèi)含有放射性核素標(biāo)記的示蹤物質(zhì)。放射性核素經(jīng)過(guò)衰變放射出正電子。正電子與鄰近的電子發(fā)生湮滅作用，產(chǎn)生一對(duì)飛行方向相反的511KeV伽瑪(Y)光子。Y光子由一對(duì)PET探測(cè)單元在確定時(shí)間窗內(nèi)采集到時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)事件標(biāo)記，稱(chēng)為符合事件。該符合事件記錄了這一對(duì)PET探測(cè)單元的空間位置等信息。由此可確定在該對(duì)PET探測(cè)單元之間連線(xiàn)上(簡(jiǎn)稱(chēng)符合線(xiàn))的某個(gè)位置發(fā)生了湮滅作用。PET系統(tǒng)通過(guò)采集足夠多的符合事件數(shù)據(jù)，再經(jīng)過(guò)一定的重建算法，得到放射性核素示 蹤劑在被探測(cè)物體內(nèi)分布的影像，即PET影像。PET的這種探測(cè)方式稱(chēng)為符合探測(cè)(coincidence detection)。符合事件可分為3種，分別是真符合事件(true coincidence),散射符合事件(scatter coincidence)和隨機(jī)符合事件(random coincidence),其中只有真符合事件含有準(zhǔn)確的定位信息。在實(shí)際的PET系統(tǒng)中，通常無(wú)法區(qū)分上述3種符合事件。此外由于諸多因素影響，采集到的符合事件數(shù)據(jù)與實(shí)際發(fā)生的正負(fù)電子湮滅事件存在一定差異，因而在重建過(guò)程中，需要將符合事件數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)校正補(bǔ)償處理，才能獲得正確的PET影像。這些校正補(bǔ)償處理通常有散射校正、隨機(jī)校正、衰減校正、歸一化校正等。其中歸一化校正中包含一種稱(chēng)為幾何校正的方法。理論上，如果探測(cè)器受到同一輻射強(qiáng)度的Y光子源照射，探測(cè)器各條符合線(xiàn)上采集到的真符合事件(true coincidence)計(jì)數(shù)應(yīng)該相同。但在實(shí)際PET系統(tǒng)中，由于各個(gè)PET探測(cè)單元在探測(cè)器中所處的空間位置和幾何結(jié)構(gòu)等的不同，例如立體角、共線(xiàn)性等，會(huì)造成各條符合線(xiàn)上采集到的真符合事件計(jì)數(shù)存在統(tǒng)計(jì)差異。這一差異反映了幾何因素造成的符合線(xiàn)探測(cè)效率差異。對(duì)這種符合線(xiàn)探測(cè)效率差異的校正稱(chēng)為幾何校正。幾何校正時(shí)所需的校正參數(shù)有時(shí)也稱(chēng)為幾何校正因子。目前公知的獲取幾何校正參數(shù)的方法通常是將特別設(shè)計(jì)的、含放射性核素的被測(cè)實(shí)物模型放入需要進(jìn)行幾何校正的實(shí)際PET系統(tǒng)中掃描，獲取實(shí)測(cè)符合事件數(shù)據(jù)。由于該被測(cè)實(shí)物模型的放射性核素分布是已知的，因此將實(shí)測(cè)的符合事件數(shù)據(jù)與該模型的理想符合事件數(shù)據(jù)進(jìn)行差異比較分析，從而得到因探測(cè)器幾何結(jié)構(gòu)造成的各條符合線(xiàn)上真符合事件計(jì)數(shù)之間的差異因子。該差異因子即所謂的幾何校正時(shí)所需的幾何校正參數(shù)。由于上述公知的幾何校正參數(shù)的獲取方法需要建立實(shí)測(cè)環(huán)境(如需要一套可正常工作的實(shí)際PET系統(tǒng)，需要定制特別的被測(cè)實(shí)物模型等)，導(dǎo)致測(cè)定數(shù)據(jù)時(shí)操作過(guò)程繁雜，經(jīng)濟(jì)費(fèi)用、時(shí)間和人力消耗均較大，不夠靈活。此外，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)包含散射事件和隨機(jī)事件，實(shí)際系統(tǒng)無(wú)法準(zhǔn)確區(qū)分這些事件，而幾何校正僅僅是針對(duì)真實(shí)符合事件數(shù)據(jù)的，因而會(huì)造成得到的幾何校正參數(shù)不夠準(zhǔn)確。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種獲取PET系統(tǒng)幾何校正參數(shù)的方法，該方法獲取幾何校正參數(shù)的過(guò)程簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)，快捷，且不受環(huán)境因素限制。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。一種獲取PET系統(tǒng)幾何校正參數(shù)的方法，包括以下步驟步驟一，利用計(jì)算機(jī)軟件構(gòu)建出虛擬的PET系統(tǒng)環(huán)境；步驟二，將被測(cè)真實(shí)PET系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)輸入到虛擬的PET系統(tǒng)環(huán)境中；步驟三，在虛擬的PET系統(tǒng)環(huán)境中設(shè)計(jì)特定的虛擬被測(cè)物；
步驟四，在虛擬的PET系統(tǒng)環(huán)境中掃描所述特定的虛擬被測(cè)物，獲取符合事件數(shù)據(jù)；步驟五，對(duì)符合事件數(shù)據(jù)進(jìn)行差異性分析，獲得幾何校正參數(shù)。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，步驟一中，所述計(jì)算機(jī)軟件是一套基于蒙特卡羅模擬技術(shù)的計(jì)算機(jī)軟件或開(kāi)源的計(jì)算機(jī)軟件。作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述真實(shí)PET系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)包括探測(cè)器單元的幾何尺寸、空間位置、基本材質(zhì)、以及判斷符合事件的基本策略等。作為本發(fā)明的再一種優(yōu)選方案，所述特定的虛擬被測(cè)物為充滿(mǎn)同一強(qiáng)度放射性核素物質(zhì)的圓柱體。作為本發(fā)明的再一種優(yōu)選方案，所述符合事件數(shù)據(jù)為真符合事件數(shù)據(jù)。如果Y光子被一對(duì)PET探測(cè)單元探測(cè)到之前沒(méi)有發(fā)生康普頓散射、瑞利散射，則該符合事件為真符合事件。作為本發(fā)明的再一種優(yōu)選方案，所述幾何校正參數(shù)的獲取過(guò)程為首先對(duì)已知形狀、材質(zhì)和幾何尺寸的特定的虛擬被測(cè)物進(jìn)行衰減校正，衰減校正后，所有由符合事件數(shù)據(jù)構(gòu)成的符合線(xiàn)的平均值與所述符合線(xiàn)的計(jì)數(shù)值之比即為所述幾何校正參數(shù)。作為本發(fā)明的再一種優(yōu)選方案，所述幾何校正參數(shù)的獲取過(guò)程為首先對(duì)已知形狀、材質(zhì)和幾何尺寸的特定的虛擬被測(cè)物進(jìn)行衰減校正，衰減校正后，所有由符合事件數(shù)據(jù)構(gòu)成的符合線(xiàn)的平均值與所述符合線(xiàn)的計(jì)數(shù)值之比的倒數(shù)即為所述幾何校正參數(shù)。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明所述的獲取PET系統(tǒng)幾何校正參數(shù)的方法省去了實(shí)物PET設(shè)備和被測(cè)實(shí)物模型的準(zhǔn)備，因而獲取幾何校正參數(shù)的過(guò)程簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)，快捷，且不受環(huán)境因素限制；此外，計(jì)算機(jī)模擬時(shí)，可以準(zhǔn)確地區(qū)分真實(shí)、散射和隨機(jī)事件，從而保證了幾何校正參數(shù)的準(zhǔn)確性；另外該方法在PET系統(tǒng)研制和生產(chǎn)的前期或后期均可實(shí)施，可加快PET系統(tǒng)設(shè)計(jì)、研發(fā)和生產(chǎn)周期。


圖I為本發(fā)明所述的獲取PET系統(tǒng)幾何校正參數(shù)的方法的流程示意圖；圖2a為PET系統(tǒng)未進(jìn)行幾何校正處理的重建影像示意圖；圖2b為圖2a的虛線(xiàn)所示位置的灰度值曲線(xiàn)示意圖；圖3a為PET系統(tǒng)經(jīng)本發(fā)明所述方法進(jìn)行幾何校正處理的重建影像示意圖；圖3b為圖3a的虛線(xiàn)所示位置的灰度值曲線(xiàn)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例一本實(shí)施例提供一種獲取PET系統(tǒng)幾何校正參數(shù)的方法，該方法是基于計(jì)算機(jī)模擬，通過(guò)軟件構(gòu)建一個(gè)與實(shí)際PET系統(tǒng)相同的虛擬PET系統(tǒng)，在虛擬PET系統(tǒng)中對(duì)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的虛擬被測(cè)物進(jìn)行掃描，得到相關(guān)符合事件數(shù)據(jù)后，再經(jīng)過(guò)差異對(duì)比分析，從而獲取幾何校正參數(shù)。所述獲取PET系統(tǒng)幾何校正參數(shù)的方法的流程如圖I所示，包括以下步驟步驟102，通過(guò)編寫(xiě)一套基于蒙特卡羅模擬技術(shù)的計(jì)算機(jī)軟件構(gòu)建出虛擬的PET 系統(tǒng)環(huán)境。蒙特卡羅模擬技術(shù)原理是公知的，其準(zhǔn)確性和可靠性也被諸多科研文獻(xiàn)所證實(shí)。本實(shí)施例中編寫(xiě)的計(jì)算機(jī)軟件精確地模擬了 PET系統(tǒng)成像過(guò)程可能發(fā)生的多種物理作用，光電吸收、康普頓散射、湯普森散射等等。將特定探測(cè)環(huán)的幾何結(jié)構(gòu)和物理參數(shù)輸入該模擬軟件，就構(gòu)建了一個(gè)虛擬的PET系統(tǒng)環(huán)境。在該虛擬的PET系統(tǒng)環(huán)境中，對(duì)特殊形狀的虛擬被探測(cè)物進(jìn)行掃描，獲取虛擬的探測(cè)數(shù)據(jù)。在可接受的精度誤差下，虛擬的探測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)際PET系統(tǒng)所探測(cè)的數(shù)據(jù)是一致的，因而可以通過(guò)分析虛擬的被探測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地得到實(shí)際PET系統(tǒng)的幾何校正參數(shù)。步驟104，將需測(cè)定幾何校正參數(shù)的真實(shí)PET系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)輸入到虛擬的PET系統(tǒng)環(huán)境中。其中，真實(shí)PET系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)包括探測(cè)器單元的幾何尺寸、空間位置、基本材質(zhì)、以及判斷符合事件的基本策略等。步驟106，在虛擬的PET系統(tǒng)環(huán)境中設(shè)計(jì)特定的虛擬被測(cè)物。所述特定的虛擬被測(cè)物可設(shè)計(jì)為充滿(mǎn)同一強(qiáng)度放射性核素物質(zhì)的圓柱體，該圓柱體放置在虛擬PET系統(tǒng)的掃描視野中心。放射性核素物質(zhì)強(qiáng)度均勻的圓柱體的好處在于它有比較好的空間對(duì)稱(chēng)性，可縮減模擬計(jì)算時(shí)間。特定的虛擬被測(cè)物不僅限于圓柱體，可根據(jù)實(shí)際需求任意設(shè)計(jì)，只要能方便符合事件數(shù)據(jù)的差異對(duì)比分析。例如可為放射性核素物質(zhì)強(qiáng)度均勻的長(zhǎng)方體、薄板、或者旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的線(xiàn)源等。步驟108，在虛擬的PET系統(tǒng)環(huán)境中掃描所述特定的虛擬被測(cè)物，獲取符合事件數(shù)據(jù)。在掃描過(guò)程中，可只收集真符合事件數(shù)據(jù)用于分析。如果Y光子被一對(duì)PET探測(cè)單元探測(cè)到之前沒(méi)有發(fā)生康普頓散射、瑞利散射，則該符合事件為真符合事件。幾何校正僅僅是針對(duì)真實(shí)符合事件數(shù)據(jù)進(jìn)行的。計(jì)算機(jī)模擬的這一優(yōu)勢(shì)，保證了測(cè)定的幾何校正參數(shù)的準(zhǔn)確性。步驟110，對(duì)符合事件數(shù)據(jù)進(jìn)行差異性分析，獲得幾何校正參數(shù)。在進(jìn)行符合事件數(shù)據(jù)的差異性分析時(shí)，需要先進(jìn)行衰減校正后再進(jìn)行差異性分析。由于特定的虛擬被測(cè)物的形狀、材質(zhì)和幾何尺寸是已知的，因此可以進(jìn)行準(zhǔn)確的衰減校正。衰減校正后，所有由符合事件數(shù)據(jù)構(gòu)成的符合線(xiàn)的平均值與該符合線(xiàn)計(jì)數(shù)值之比即為所需的幾何校正參數(shù)。需要指出的是，這里只是對(duì)符合事件數(shù)據(jù)的差異性分析進(jìn)行了簡(jiǎn)略原理描述，實(shí)際的差異性分析可能還需考慮其它干擾因素，分析過(guò)程將復(fù)雜得多。另外數(shù)學(xué)上講，由于幾何校正時(shí)所用公式不同，幾何校正參數(shù)也可能是上述所有符合線(xiàn)的平均值與該符合線(xiàn)計(jì)數(shù)值之比的倒數(shù)。本發(fā)明所述方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是省去了實(shí)物PET設(shè)備和被測(cè)實(shí)物模型的準(zhǔn)備，因而獲取幾何校正參數(shù)的過(guò)程簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)，快捷，且不受環(huán)境因素限制；這一優(yōu)點(diǎn)也使得該方法在PET設(shè)備研制和生產(chǎn)的前期或后期均可實(shí)施，對(duì)PET系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)十分有利。本發(fā)明所述方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算機(jī)模擬時(shí)，可以準(zhǔn)確地區(qū)分真實(shí)、散射和隨機(jī)事件，從而保證了幾何校正參數(shù)的準(zhǔn)確性。實(shí)施例二本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別在于，在步驟102中，通過(guò)開(kāi)源的計(jì)算機(jī)軟件構(gòu)建出虛擬的 PET 系統(tǒng)環(huán)境，例如 GATE (Geant4 Application for Tomographic Emission)。實(shí)施例三 本實(shí)施例對(duì)實(shí)施例一所述的獲取PET系統(tǒng)幾何校正參數(shù)的方法的效果進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證過(guò)程為在一個(gè)實(shí)際PET系統(tǒng)中，首先掃描均勻圓柱體被測(cè)物，得到實(shí)測(cè)的符合事件數(shù)據(jù)；然后根據(jù)實(shí)測(cè)的符合事件數(shù)據(jù)進(jìn)行重建影像，可得到被測(cè)均勻圓柱體的PET影像圖。圖中的灰度值代表放射性強(qiáng)度。區(qū)域灰度值越大(圖像白亮)，表示該區(qū)域放射性強(qiáng)度越強(qiáng)；區(qū)域灰度值越小(圖像黑暗)，表示該區(qū)域放射性強(qiáng)度越弱。理論上講，均勻圓柱體PET影像的橫截面圖中灰度值，在一個(gè)圓形區(qū)域內(nèi)是幾乎相等的。換句話(huà)說(shuō)，橫截面圖中一個(gè)圓形區(qū)域的亮暗是均勻的。如圖2a所示的是PET系統(tǒng)未進(jìn)行幾何校正處理的重建影像的橫截面圖?？梢钥吹?，橫截面圖中圓形的邊緣區(qū)域稍亮，中間區(qū)域稍暗。圖2b為圖2a的虛線(xiàn)所示位置的灰度值曲線(xiàn)示意圖?？擅黠@看到邊緣灰度值比中間區(qū)域高。對(duì)上述實(shí)測(cè)的符合事件數(shù)據(jù)利用本發(fā)明所述的幾何校正方法進(jìn)行幾何校正參數(shù)處理，經(jīng)幾何校正后得到的重建影像如圖3a所示。圖中圓形區(qū)域內(nèi)灰度明暗基本均勻。圖3b為圖3a的虛線(xiàn)所示位置的灰度值曲線(xiàn)示意圖?？梢?jiàn)邊緣和中間區(qū)域灰度值基本相同。由此可知，本發(fā)明所述幾何校正方法是正確有效的。本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說(shuō)明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實(shí)施例中。這里所披露的實(shí)施例的變形和改變是可能的，對(duì)于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)實(shí)施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其他形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件來(lái)實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種獲取PET系統(tǒng)幾何校正參數(shù)的方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟一，利用計(jì)算機(jī)軟件構(gòu)建出虛擬的PET系統(tǒng)環(huán)境； 步驟二，將被測(cè)真實(shí)PET系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)輸入到虛擬的PET系統(tǒng)環(huán)境中； 步驟三，在虛擬的PET系統(tǒng)環(huán)境中設(shè)計(jì)特定的虛擬被測(cè)物； 步驟四，在虛擬的PET系統(tǒng)環(huán)境中掃描所述特定的虛擬被測(cè)物，獲取符合事件數(shù)據(jù)； 步驟五，對(duì)符合事件數(shù)據(jù)進(jìn)行差異性分析，獲得幾何校正參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的獲取PET系統(tǒng)幾何校正參數(shù)的方法，其特征在于步驟一中，所述計(jì)算機(jī)軟件是一套基于蒙特卡羅模擬技術(shù)的計(jì)算機(jī)軟件或開(kāi)源的計(jì)算機(jī)軟件。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的獲取PET系統(tǒng)幾何校正參數(shù)的方法，其特征在于所述真實(shí)PET系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)包括探測(cè)器單元的幾何尺寸、空間位置、基本材質(zhì)、以及判斷符合事件的基本策略。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的獲取PET系統(tǒng)幾何校正參數(shù)的方法，其特征在于所述特定的虛擬被測(cè)物根據(jù)實(shí)際需求任意設(shè)計(jì)，只需方便符合事件數(shù)據(jù)的差異對(duì)比分析；所述特定的虛擬被測(cè)物為放射性核素物質(zhì)強(qiáng)度均勻的圓柱體、長(zhǎng)方體、薄板、或者旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的線(xiàn)源。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的獲取PET系統(tǒng)幾何校正參數(shù)的方法，其特征在于所述符合事件數(shù)據(jù)為真符合事件數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的PET系統(tǒng)中對(duì)符合線(xiàn)LOR探測(cè)效率差異的幾何校正方法，其特征在于，所述幾何校正因子的獲取過(guò)程為首先對(duì)已知形狀、材質(zhì)和幾何尺寸的特定的虛擬被測(cè)物進(jìn)行衰減校正，衰減校正后，所有由符合事件數(shù)據(jù)構(gòu)成的符合線(xiàn)的平均值與所述符合線(xiàn)的計(jì)數(shù)值之比即為所述幾何校正因子。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的PET系統(tǒng)中對(duì)符合線(xiàn)LOR探測(cè)效率差異的幾何校正方法，其特征在于，所述幾何校正因子的獲取過(guò)程為首先對(duì)已知形狀、材質(zhì)和幾何尺寸的特定的虛擬被測(cè)物進(jìn)行衰減校正，衰減校正后，所有由符合事件數(shù)據(jù)構(gòu)成的符合線(xiàn)的平均值與所述符合線(xiàn)的計(jì)數(shù)值之比的倒數(shù)即為所述幾何校正因子。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種獲取PET系統(tǒng)幾何校正參數(shù)的方法，包括步驟一，利用計(jì)算機(jī)軟件構(gòu)建出虛擬的PET系統(tǒng)環(huán)境；步驟二，將需測(cè)定幾何校正參數(shù)的真實(shí)PET系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)輸入到虛擬的PET系統(tǒng)環(huán)境中；步驟三，在虛擬的PET系統(tǒng)環(huán)境中設(shè)計(jì)特定的虛擬被測(cè)物；步驟四，在虛擬的PET系統(tǒng)環(huán)境中掃描所述特定的虛擬被測(cè)物，獲取符合事件數(shù)據(jù)；步驟五，對(duì)符合事件數(shù)據(jù)進(jìn)行差異性分析，獲得幾何校正參數(shù)。本發(fā)明所述方法省去了實(shí)物PET設(shè)備和被測(cè)實(shí)物模型的準(zhǔn)備，獲取幾何校正參數(shù)的過(guò)程簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)，快捷，不受環(huán)境因素限制，從而保證了幾何校正參數(shù)的準(zhǔn)確性；另外，該方法在PET系統(tǒng)研制和生產(chǎn)的前期或后期均可實(shí)施，可加快PET系統(tǒng)設(shè)計(jì)、研發(fā)和生產(chǎn)周期。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102789510SQ20111012963
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2011年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月18日
發(fā)明者俞王新, 張曉 , 謝舒平 申請(qǐng)人:上海生物醫(yī)學(xué)工程研究中心