正電子發(fā)射斷層掃描儀深度效應(yīng)校正方法及其系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及核醫(yī)學(xué)探測成像領(lǐng)域，具體而言，涉及一種正電子發(fā)射斷層掃描儀深 度效應(yīng)校正方法及其系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 正電子發(fā)射斷層掃描儀（positronemissiontomography，PET)在核醫(yī)學(xué)領(lǐng)域是 重要的斷層成像設(shè)備，現(xiàn)已廣泛的應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的診斷和研究。PET可以有效的探測到注 入生物體內(nèi)的標(biāo)記了放射性示蹤原子藥物的時(shí)空分布。
[0003] PET中的主要元件探測器由閃爍晶體，光電倍增管和前端電子學(xué)部分組成。在PET 中，將帶有放射性核素的藥物注入人體，帶有放射性核素的藥物在人體內(nèi)發(fā)生衰變產(chǎn)生正 電子，正電子與人體中的負(fù)電子發(fā)生湮滅反應(yīng)，產(chǎn)生兩個(gè)背對背的γ光子。正負(fù)電子湮滅 產(chǎn)生的兩個(gè)γ光子入射到探測器的晶體表面，由于γ光子具有較高能量，入射光子會穿過 晶體一定深度后，與晶體發(fā)生相互作用產(chǎn)生大量低能閃爍光子，pet探測器通過探測這些閃 爍光子來確定響應(yīng)線（LineOfResponse,L0R)，然后通過數(shù)據(jù)處理得到重建圖像。然而， 由于L0R定位的不準(zhǔn)確，造成重建圖像的分辨率降低，這就是PET中的深度效應(yīng)（Depthof interaction,D0I)〇
[0004] 圖1A所示為D0I產(chǎn)生的示意圖。PET探測器通過探測入射光子與晶體相互作用產(chǎn) 生的大量閃爍光子來確定L0R，即由產(chǎn)生閃爍光子的兩個(gè)晶體條的端面中心點(diǎn)的連線來確 定L0R，如圖1A中所示的直線AB和EF。但這時(shí)L0R的定位實(shí)際上是錯(cuò)誤的。由于γ光子 具有較高能量，入射光子是穿過晶體一定深度后，與晶體發(fā)生相互作用產(chǎn)生大量低能閃爍 光子，而非在晶體表面的中心點(diǎn)產(chǎn)生閃爍光子。如果放射源在視野（Fieldofview,F0V) 中心（如a點(diǎn)），正確的L0R應(yīng)是直線⑶而不是直線AB;如果放射源在遠(yuǎn)離F0V中心的點(diǎn) (如b點(diǎn)），正確的L0R應(yīng)是直線GH而不是直線EF。從圖1A中可以看出，偏離F0V中心越 遠(yuǎn)，D0I越嚴(yán)重。
[0005] D0I效應(yīng)可以在各個(gè)方向上產(chǎn)生。以圓柱體為例，如圖1B中的（a)和（b)所示， 一般可將其分為徑向（圓柱上下底面的半徑方向）、切向（圓柱上下底面的切線方向）、軸 向（圓柱的中心軸方向）三個(gè)方向進(jìn)行研究。探測器的L0R是由產(chǎn)生閃爍光子的兩個(gè)晶體 條的內(nèi)表面中心點(diǎn)的連線來定位的，而實(shí)際γ光子與晶體相互作用的位置在徑向上并不 是晶體內(nèi)表面，在切向和軸向不一定是晶體表面中心點(diǎn)，這就分別產(chǎn)生了徑向、切向和軸向 D0I效應(yīng)。
[0006] 目前，D0I校正的方法主要分為硬件校正和軟件校正兩種。硬件校正是主要通過改 變探測器的設(shè)計(jì)來獲得晶體條中射線入射的準(zhǔn)確位置，包括：晶體條分層法和把兩個(gè)不同 的光電轉(zhuǎn)換裝置耦合到晶體陣列兩端的方法。盡管通過硬件設(shè)計(jì)可以較好的校正PET系統(tǒng) 的D0I效應(yīng)，但這種方法增加了儀器的制造成本和復(fù)雜度。另外，當(dāng)采用硬件設(shè)計(jì)獲取D0I 信息時(shí)，圖像重建遇到了一些新的問題。針對這些新問題，需要對傳統(tǒng)的軟件算法做一些改 進(jìn)。因此，對于已經(jīng)完成使用的儀器，軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)都需要大幅度的修改，因此這種 方法就有很大的局限性。
[0007] 軟件校正主要是通過對獲得的投影數(shù)據(jù)在投影空間或者圖像空間進(jìn)行數(shù)據(jù)處理， 通過利用模擬和概率分布、系統(tǒng)響應(yīng)函數(shù)等技術(shù)來獲得較為準(zhǔn)確的各個(gè)方向的深度信息。 它主要包括兩種方法：基于模擬和概率分布的校正方法和利用點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)（PointSpread Function,PSF)進(jìn)行校正的方法。但是這些軟件實(shí)現(xiàn)的方法也都存在諸如計(jì)算成本高、迭代 次數(shù)穩(wěn)定性不好或?qū)τ谇邢蚍直媛矢纳撇畹热秉c(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明提供一種正電子發(fā)射斷層掃描儀深度效應(yīng)校正方法及其系統(tǒng)，能夠在不改 變探測器硬件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，獲得與晶體分層方法基本相同的校正效果。
[0009] 本發(fā)明的其他特性和優(yōu)點(diǎn)將通過下面的詳細(xì)描述變得顯然，或部分地通過本發(fā)明 的實(shí)踐而習(xí)得。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種正電子發(fā)射斷層掃描儀深度效應(yīng)校正方法，包 括：建立多層晶體響應(yīng)線模型；獲取PET探測器輸出的實(shí)際符合事例數(shù)據(jù)；根據(jù)所述多層晶 體響應(yīng)線模型，對所述實(shí)際符合事例數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)展，生成擴(kuò)展響應(yīng)線數(shù)據(jù)；以及根據(jù)所述擴(kuò) 展響應(yīng)線數(shù)據(jù)，確定校正響應(yīng)線數(shù)據(jù)。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，其中建立多層晶體響應(yīng)線模型包括：獲得多層晶體設(shè) 計(jì)下的模擬符合事例數(shù)據(jù)；以及根據(jù)所述模擬符合事例數(shù)據(jù)，建立所述多層晶體響應(yīng)線模 型。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，其中根據(jù)模擬符合事例數(shù)據(jù)，建立所述多層晶體響應(yīng) 線模型包括：對所述模擬符合事例數(shù)據(jù)中的模擬符合事例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，獲得所述兩個(gè)晶體的 m*m種模擬響應(yīng)線各自的計(jì)數(shù)；計(jì)算m*m種所述模擬響應(yīng)線的計(jì)數(shù)的加和總數(shù)；以及分別計(jì) 算每種模擬響應(yīng)線的計(jì)數(shù)占所述加和總數(shù)的比例；其中m為所述多層晶體響應(yīng)線模型中的 晶體層數(shù)，且m為大于1的正整數(shù)。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，其中生成擴(kuò)展響應(yīng)線數(shù)據(jù)包括：對所述實(shí)際符合事例 數(shù)據(jù)中的實(shí)際符合事例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，獲得所述兩個(gè)晶體的實(shí)際響應(yīng)線數(shù)目；以及根據(jù)所述多 層晶體響應(yīng)線模型，對所述實(shí)際響應(yīng)線數(shù)目進(jìn)行分解，獲得m*m種所述模擬響應(yīng)線各自的 統(tǒng)計(jì)數(shù)目，從而生成所述擴(kuò)展響應(yīng)線數(shù)據(jù)。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，其中所述校正響應(yīng)線數(shù)據(jù)為正弦直方圖數(shù)據(jù)。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，其中根據(jù)所述擴(kuò)展響應(yīng)線數(shù)據(jù)，確定校正響應(yīng)線數(shù)據(jù) 包括：獲取所述PET探測器輸出的實(shí)際正弦直方圖數(shù)據(jù)；以及使用線性插值法將所述擴(kuò)展 響應(yīng)線數(shù)據(jù)插入到所述實(shí)際正弦直方圖數(shù)據(jù)中最鄰近的響應(yīng)線中，以獲得所述校正響應(yīng)線 數(shù)據(jù)；其中所述擴(kuò)展響應(yīng)線數(shù)據(jù)為正弦直方圖數(shù)據(jù)。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，其中獲取PET探測器輸出的實(shí)際符合事例數(shù)據(jù)包括： 獲取所述PET探測器的輸出數(shù)據(jù)；以及對所述輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，以獲取所述實(shí)際符 合事例。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，上述校正方法還包括：根據(jù)所述校正響應(yīng)線數(shù)據(jù)，進(jìn)行 圖像重建。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種正電子發(fā)射斷層掃描儀深度效應(yīng)校正系統(tǒng)， 包括：模型建立模塊，用于建立多層晶體響應(yīng)線模型；實(shí)際數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取PET探 測器輸出的實(shí)際符合事例數(shù)據(jù)；擴(kuò)展數(shù)據(jù)生成模塊，用于根據(jù)所述多層晶體響應(yīng)線模型，對 所述實(shí)際符合事例數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)展，生成擴(kuò)展響應(yīng)線數(shù)據(jù)；以及校正數(shù)據(jù)生成模塊，用于根據(jù) 所述擴(kuò)展響應(yīng)線數(shù)據(jù)，確定校正響應(yīng)線數(shù)據(jù)。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，上述校正系統(tǒng)還包括：圖像重建模塊，用于根據(jù)所述校 正響應(yīng)線數(shù)據(jù)，進(jìn)行圖像重建。
[0020] 通過本發(fā)明的深度效應(yīng)校正方法，對探測器為單層晶體或較少晶體層數(shù)的PET數(shù) 據(jù)進(jìn)行深度效應(yīng)校正后，重建出的圖像空間位置定位更準(zhǔn)確，圖像徑向和切向空間分辨率 都有了很大提高，圖像質(zhì)量明顯改善，并且可以達(dá)到與硬件上為多層晶體的PET數(shù)據(jù)基本 相同的重建效果。
[0021] 應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性的，并不能限制本 發(fā)明。
【附圖說明】
[0022] 通過參照附圖詳細(xì)描述其示例實(shí)施例，本發(fā)明的上述和其它目標(biāo)、特征及優(yōu)點(diǎn)將 變得更加顯而易見。
[0023] 圖1A示出深度效應(yīng)的示意圖。
[0024] 圖1B示出圓柱形探測器的徑向、切向和軸向示意圖。
[0025] 圖2示出根據(jù)一示例實(shí)施方式的PET深度效應(yīng)校正方法的流程圖。
[0026] 圖3示出根據(jù)另一示例實(shí)施方式的PET深度效應(yīng)校正方法的流程圖。
[0027] 圖4A示出模擬徑向上采用雙層晶體PET探測器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028] 圖4B示出模擬徑向上采用三層晶體PET探測器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029] 圖4C示出實(shí)際單層晶體PET探測器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030] 圖4D示出模擬切向上采用三層晶體PET探測器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031] 圖4E示出模擬軸向上采用三層晶體PET探測器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032] 圖5示出根據(jù)一示例實(shí)施方式的PET深度效應(yīng)校正系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
[0033] 圖6A示出根據(jù)一示例實(shí)施方式的模型建立模塊的結(jié)構(gòu)圖。
[0034] 圖6B示出根據(jù)一示例實(shí)施方式的實(shí)際數(shù)據(jù)獲取模塊的結(jié)構(gòu)圖。
[0035] 圖6C示出根據(jù)一示例實(shí)施方式的擴(kuò)展數(shù)據(jù)生產(chǎn)模塊的結(jié)構(gòu)圖。
[0036] 圖6D示出根據(jù)一示例性方式的校正數(shù)據(jù)生成模塊的結(jié)構(gòu)圖。
[0037] 圖7A和圖7B分別示出了采用本發(fā)明校正方法前后的重建圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 現(xiàn)在將參考附圖更全面地描述示例實(shí)施方式。然而，示例實(shí)施方式能夠以多種形 式實(shí)施，且不應(yīng)被理解為限于在此闡述的范例；相反，提供這些實(shí)施方式使得本發(fā)明將更加 全面和完整，并將示例實(shí)施方式的構(gòu)思全面地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。附圖僅為本發(fā)明 的示意性圖解，并非一定是按比例繪制。圖中相同的