一種基于系統(tǒng)校準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)雙平板pet系統(tǒng)的成像方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于系統(tǒng)校準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)雙平板PET系統(tǒng)的成像方法，通過旋轉(zhuǎn)雙平PET系統(tǒng)采集到多組單光子數(shù)據(jù)，并經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理之后，獲取重建所需的前向投影數(shù)據(jù)組，再利用迭代重建算法OSEM進行重建，獲取多組重建數(shù)據(jù)；通過對相鄰兩個角度重建結(jié)果之間的配準(zhǔn)點坐標(biāo)之間的偏移向量的計算，獲取一組圖像域的偏移向量集，進而獲取系統(tǒng)的幾何偏移向量；利用計算的圖像域偏移向量集以及投影數(shù)據(jù)組，以角度為單位劃分子集，依次對投影數(shù)據(jù)進行重建。本發(fā)明保證了重建結(jié)果的精確性，改善了平板PET重建圖像的分辨率；減少了系統(tǒng)響應(yīng)矩陣的計算量，提高了重建的效率；利用圖像域的偏移向量，間接的完成對系統(tǒng)幾何偏移向量的計算。
【專利說明】
一種基于系統(tǒng)校準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)雙平板PET系統(tǒng)的成像方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于系統(tǒng)校準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)雙平板PET 系統(tǒng)的成像方法。
【背景技術(shù)】
[0002] PET(PositronEmission Tomography，PET)全稱為正電子發(fā)射計算機斷層掃描，是 核醫(yī)學(xué)領(lǐng)域先進的影像技術(shù)。利用PET系統(tǒng)探測器可以獲取在體的代謝分布，是一種功能顯 像技術(shù)，尤其在腫瘤的早期檢測方面占據(jù)不可忽視的地位。醫(yī)用PET探測器大多采用靜態(tài)環(huán) 形結(jié)構(gòu)，雖然可以獲取完整角度的采樣數(shù)據(jù)，但系統(tǒng)的復(fù)雜度高，成本高，系統(tǒng)的具有一定 的封閉性，同時不便于醫(yī)生或?qū)嶒瀱T對采樣對象的技術(shù)指導(dǎo)。為了降低成本，增加探測器的 靈活度，近年來，研究者提出平板PET探測器，例如Chien-Min Kao等人在"A High-Sensitivity Small-Animal PET Scanner:Development and Initial Performance Measurements, IEEE Transactions onNuclear Science，vol·56，no·5，pp·2678-88，2009" 文章中提出一種靜態(tài)的雙頭平板PET探測器，結(jié)構(gòu)簡單，可以獲得比較滿意的成像結(jié)果，但 是在垂直于探測板方向的圖像分辨率是比較差的，究其原因是靜態(tài)平板PET無法獲得完整 角度的投影數(shù)據(jù);為了解決平板系統(tǒng)角度缺失問題，有研究者提出了平板PET旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，通 過采集多個角度的單光子數(shù)據(jù)，以達到對系統(tǒng)分辨率改善的目的，例如，JuneOrtufio等人 在"Efficient methodologies for system matrix modelling in iterative image reconstruction for rotating high-resolution PET, Physics inMedicine andBiology，vol. 55，no. 7，1833-61，2010"采用四個平板PET探測器，探測頭兩兩兩對，由于 探測板較小，板間距較大，系統(tǒng)存在很大的缺失角，其通過旋轉(zhuǎn)操作解決了此問題；另外 Chunhui Zhang等在"Performance evaluation of a 90°-rotating dual-head small animal PET system,Physics in Medicine and Biology,vol.60,no.15,pp.5873-90, 2015"中采用兩塊大面積的平板PET探測頭作為系統(tǒng)的主要部分，為了克服垂直于探測板方 向分辨率差的問題，其將系統(tǒng)進行90度的旋轉(zhuǎn)，可以獲得全角度的采樣數(shù)據(jù);但是以上兩種 系統(tǒng)，都是基于仿真的情況下，不涉及機械系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)過程會產(chǎn)生位置偏差問題，其數(shù)據(jù)處 理過程不適用于真實系統(tǒng)。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的校準(zhǔn)以及由于系統(tǒng)幾何誤差導(dǎo)致的多個角度數(shù)據(jù)的重建 結(jié)果無法完全重合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于系統(tǒng)校準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)雙平板PET系統(tǒng)的成像方法，旨 在解決現(xiàn)有技術(shù)中旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的校準(zhǔn)以及由于系統(tǒng)幾何誤差導(dǎo)致的多個角度數(shù)據(jù)的重建結(jié) 果無法完全重合的問題。
[0005] 本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種基于系統(tǒng)校準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)雙平板PET系統(tǒng)的成像方法，所述 基于系統(tǒng)校準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)雙平板PET系統(tǒng)的成像方法通過旋轉(zhuǎn)雙平板PET系統(tǒng)采集到多組單光 子數(shù)據(jù)，并經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理之后，獲取重建所需的前向投影數(shù)據(jù)組；再利用迭代重建算法 OSEM進行重建，獲取多組重建數(shù)據(jù);基于此重建數(shù)據(jù)組，除初始角度重建結(jié)果外，其他角度 的重建數(shù)據(jù)以逆系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)一定角度;借助于專門設(shè)計的配準(zhǔn)點仿體，通過對相鄰 兩個角度重建結(jié)果之間的配準(zhǔn)點坐標(biāo)之間的偏移向量的計算，獲取一組圖像域的偏移向量 集，進而獲取系統(tǒng)的幾何偏移向量;利用計算的圖像域偏移向量集以及投影數(shù)據(jù)組，以角度 為單位劃分子集，依次對投影數(shù)據(jù)進行重建，每個子集重建結(jié)束后，對重建結(jié)果進行旋轉(zhuǎn)及 偏移校正后，作為下一個子集數(shù)據(jù)重建的初始值加入到重建過程中，在重建的過程中完成 對系統(tǒng)的校正。
[0006] 進一步，所述基于系統(tǒng)校準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)雙平板PET系統(tǒng)的成像方法具體包括以下步驟：
[0007] 步驟一，采用旋轉(zhuǎn)雙平板PET系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理，旋轉(zhuǎn)雙平板PET系統(tǒng)是由雙 平板PET探測器、數(shù)據(jù)符合處理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成，其中PET探測器用于伽馬光子超高速 閃爍脈沖的捕獲和分析，數(shù)據(jù)符合處理系統(tǒng)用于對采集數(shù)據(jù)進行符合處理，將每個探測器 采集到的單光子事件，根據(jù)每個光子的所提供的能量和時間信息，進行處理，獲取重建所需 的投影數(shù)據(jù)即sinogram數(shù)據(jù);控制系統(tǒng)完成對系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)步長，旋轉(zhuǎn)角度，采集時長的設(shè) 定；
[0008] 步驟二，單角度數(shù)據(jù)重建
[0009] 采用迭代重建算法0SEM對數(shù)據(jù)進行重建，公式如下：
[0011]其中，為不同角度deg下的第j個體素在第k次迭代的圖像強度，為了方便描 述，定義deg如下：
[0013]符號Si為第1(1 = 1，2,…，L)個子集，L為劃分的總子集數(shù)，Μ為總體素數(shù)，gi為前向 投影數(shù)據(jù);PU是系統(tǒng)響應(yīng)矩陣P的元素，表示體素 j被相應(yīng)線i探測到的概率；
[0014]步驟三，系統(tǒng)幾何偏移向量的獲取，〇表示視野中心，oQ為0°下的視野中心，定義系 統(tǒng)幾何偏移向量為^ = 進過90°旋轉(zhuǎn)后，視野中心移動到01并定義= ,定義像 素之間的偏移向量為V，向量/?和.//.之間的關(guān)系描述為：
[0017] 矩陣i是與旋轉(zhuǎn)角度α相關(guān)的旋轉(zhuǎn)參數(shù)，在此例中α=90°，由以上兩式可知弘(死
[0018] 計算向量￥_，.兩者之間的關(guān)系為：
[0019] y - μ - μ xR- (?λ - ??,?Χ + 〇Υ)；
[0020] 步驟四，多角度數(shù)據(jù)重建；
[0021] 步驟五，三維重建結(jié)果顯示，對步驟四獲得的重建結(jié)果進行三維顯示。
[0022] 進一步，所述數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理具體包括：
[0023] 首先，利用旋轉(zhuǎn)雙平板PET系統(tǒng)對放置在載物臺上的物體進行不少于2個角度的數(shù) 據(jù)采集，每個角度停留相同的時間，獲取每個角度下單個探測器的γ光子的接收情況;通過 控制系統(tǒng)對雙平板PET系統(tǒng)進行等間隔旋轉(zhuǎn)，探測器每旋轉(zhuǎn)一個角度采集一組單光子數(shù)據(jù) 并進行實時的數(shù)據(jù)存儲，旋轉(zhuǎn)雙平板PET系統(tǒng)繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)180°;
[0024]其次，以角度為單位，根據(jù)采集數(shù)據(jù)提供的時間，能量，位置信息，進行單個角度的 事件符合，依次剔除隨機噪聲和散射噪聲，獲取前向投影數(shù)據(jù)集，即s inogram數(shù)據(jù)f，g1。
[0025] 進一步，所述向量P的計算過程如下：
[0026] 第一步，利用0SEM算法重建前向投影數(shù)據(jù)g^g1，得到兩個單角度重建結(jié)果
[0027] 第二步，通過對圖像坐標(biāo)進行旋轉(zhuǎn)變換Γ) ，獲取旋轉(zhuǎn)后的結(jié)果./;;
[0028]第三步，分別計算13個配準(zhǔn)點在兩個角度下的中心坐標(biāo)。
[0029]進一步，所述第三步具體包括：
[0030]步驟一，從./f中選取與配準(zhǔn)點相關(guān)的垂直于旋轉(zhuǎn)軸的切片；
[0031 ]步驟二，提取每個切片的邊界并計算配準(zhǔn)點的中心坐標(biāo)(?從；1?)，其中1 = 1，· · ·，num，num為點的個數(shù)，num=13;
[0032]步驟三，計算步驟二中的中心坐標(biāo)的平均偏移量：
[0034] 步驟四，則向量;;=(知,辦）。
[0035] 進一步，所述多角度數(shù)據(jù)重建具體包括：
[0036] 第一步，初始化f = fk=l，k = 〇;
[0037] 第二步，初始化/:?Λ=/'利用0SEM算法重建前向投影數(shù)據(jù)gQ，獲取重建結(jié)果./f w;
[0038] 第三步，將/廠'?的坐標(biāo)利用公式〇 = Γ；； χ/? + ?進行旋轉(zhuǎn)平移變換，獲取結(jié)果./:u， 其中，巧表示像素 j的坐標(biāo)，即Γ卜(χ?)，?> );
[0039] 第四步，利用W'1作為初始值0SEM算法的初始值，重建前向投影數(shù)據(jù)g1，獲取重建結(jié) 果/" 1;
[0040] 第五步，將廣"的坐標(biāo)利用公式ΙΜ, χ/《'-?進行旋轉(zhuǎn)平移變換，獲取結(jié)果，//+1， 其中R'為矩陣R的轉(zhuǎn)置矩陣；
[0041] 第六步，k = k+l;
[0042] 第七步，跳轉(zhuǎn)到第二步，直到獲取到合適的重建結(jié)果后結(jié)束迭代。
[0043]本發(fā)明提供的基于系統(tǒng)校準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)雙平板PET系統(tǒng)的成像方法，能夠?qū)崿F(xiàn)對生物 體內(nèi)放射性核素的準(zhǔn)確定位和高分辨率重建，可用于旋轉(zhuǎn)平板PET系統(tǒng)成像領(lǐng)域;提出了一 種基于系統(tǒng)校準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)雙平板PET系統(tǒng)的成像方法，具有很強的實用性，在保留平板系統(tǒng)靈 活結(jié)構(gòu)的同時，實現(xiàn)了對復(fù)雜生物體對放射性核素的代謝狀況的準(zhǔn)確定位和高分辨率重 建。
[0044] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點：
[0045] 第一、本發(fā)明利用所設(shè)計的配準(zhǔn)點仿體，計算旋轉(zhuǎn)雙平板PET系統(tǒng)的幾何偏移向 量，簡單方便的在完成系統(tǒng)的校正的同時，保證了重建結(jié)果的精確性，對于垂直于探測器方 向的分辨率提高了 3倍左右，大幅度的改善了平板PET重建圖像的質(zhì)量。
[0046] 第二、本發(fā)明所采用的多角度重建方案，重建所需的系統(tǒng)響應(yīng)矩陣與靜態(tài)系統(tǒng)的 相同，無需對響應(yīng)線進行重排，旋轉(zhuǎn)雙平板PET系統(tǒng)矩陣的計算量至少減少4倍，提高了重建 的效率。
[0047]第三、本發(fā)明無需直接對系統(tǒng)進行校正，利用圖像域的偏移向量，間接的完成對系 統(tǒng)幾何偏移向量的計算。
【附圖說明】
[0048]圖1是本發(fā)明實施例提供的基于系統(tǒng)校準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)雙平板PET系統(tǒng)的成像方法流程 圖。
[0049] 圖2是本發(fā)明實施例提供的系統(tǒng)幾何偏差描述圖。
[0050] 圖3是本發(fā)明實施例提供的所使用的配準(zhǔn)點仿體示意圖。
[0051 ]圖4是本發(fā)明實施例的結(jié)果對比圖。
【具體實施方式】
[0052]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明 進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于 限定本發(fā)明。
[0053]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細的描述。
[0054]如圖1所示，本發(fā)明實施例的基于系統(tǒng)校準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)雙平板PET系統(tǒng)的成像方法包括 以下步驟：
[0055] S101:通過旋轉(zhuǎn)雙平PET系統(tǒng)采集到多組單光子數(shù)據(jù)，并經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理之后，獲 取重建所需的前向投影數(shù)據(jù)組，再利用迭代重建算法0SEM進行重建，獲取多組重建數(shù)據(jù);基 于此重建數(shù)據(jù)組，除初始角度重建結(jié)果外，其他角度的重建數(shù)據(jù)以逆系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)一 定角度；
[0056] S102:借助于專門設(shè)計的配準(zhǔn)點仿體，通過對相鄰兩個角度重建結(jié)果之間的配準(zhǔn) 點坐標(biāo)之間的偏移向量的計算，獲取一組圖像域的偏移向量集，進而獲取系統(tǒng)的幾何偏移 向量；
[0057] S103:利用計算的圖像域偏移向量集以及投影數(shù)據(jù)組，以角度為單位劃分子集，依 次對投影數(shù)據(jù)進行重建，每個子集重建結(jié)束后，對重建結(jié)果進行旋轉(zhuǎn)及偏移校正，作為下一 個子集數(shù)據(jù)重建的初始值加入到重建過程中，以實現(xiàn)在重建過程中同時完成對系統(tǒng)校正。
[0058] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的應(yīng)用原理作進一步的描述。
[0059]步驟1，數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理
[0060]首先，利用旋轉(zhuǎn)雙平板PET系統(tǒng)對放置在載物臺上的物體進行不少于2個角度(本 例采用2個角度）的數(shù)據(jù)采集，每個角度停留相同的時間，獲取每個角度下單個探測器的γ 光子的接受情況;本發(fā)明數(shù)據(jù)采集的方法是:通過控制系統(tǒng)對雙平板PET系統(tǒng)進行等間隔旋 轉(zhuǎn)，探測器每旋轉(zhuǎn)一個角度采集一組單光子數(shù)據(jù)并進行實時的數(shù)據(jù)存儲，系統(tǒng)繞旋轉(zhuǎn)軸旋 轉(zhuǎn)180°。
[0061] 其次，以角度為單位，根據(jù)采集數(shù)據(jù)提供的時間，能量，位置信息，進行單個角度的 事件符合，依次剔除隨機噪聲和散射噪聲，獲取前向投影數(shù)據(jù)集，即S inogram數(shù)據(jù)f，g1。
[0062] 進一步的，旋轉(zhuǎn)雙平板PET系統(tǒng)是由雙平板PET探測器、數(shù)據(jù)符合處理系統(tǒng)和控制 系統(tǒng)組成。其中PET探測器用于伽馬光子超高速閃爍脈沖的捕獲和分析，數(shù)據(jù)符合處理系統(tǒng) 用于對采集數(shù)據(jù)進行符合處理，獲取重建所需的前向投影數(shù)據(jù)，即sinogram數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng) 主要完成對系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)步長，旋轉(zhuǎn)角度，采集時長的設(shè)定，實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制操作。
[0063]步驟2,單角度數(shù)據(jù)重建
[0064]采用迭代重建算法0SEM對數(shù)據(jù)進行重建，公式如下：
[0066]其中，?為不同角度deg下的第j個體素在第k次迭代的圖像強度，為了方便描 述，定義deg如下：
[0068]此定義在本發(fā)明的其他變量依然適用。符號Si為第1(1 = 1，2，...，〇個子集，1^為 劃分的總子集數(shù)，Μ為總體素數(shù)，gl為前向投影數(shù)據(jù)。Plj是系統(tǒng)響應(yīng)矩陣P的元素，表示體素 j 被相應(yīng)線i探測到的概率。系統(tǒng)響應(yīng)矩陣P的計算在文章 "Performance evaluation of a 90°-rotating dual-head small animal PET system，Physics in Medicine and Biology，vol · 60，no · 15，pp · 5873-90，2015"中有詳細的描述，不再對其計算進行描述。 [0069]步驟3,系統(tǒng)幾何偏移向量的獲取
[0070] 由于系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)中心與視野中心的不一致，導(dǎo)致了多角度重建圖像無法進行重合， 借助圖2說明此問題。如圖2(a)所示，〇表示視野中心，0°為0°下的視野中心，定義系統(tǒng)幾何 偏移向量為X辟，泣進過90°旋轉(zhuǎn)后，視野中心移動到ο 1并定義因此導(dǎo)致了雙角 度(0°和90°)重建圖像的像素之間的偏移，如圖2(b)所示，定義像素之間的偏移向量為1向 量和^之間的關(guān)系可以描述為：
[0071] = ·
[0073] 矩陣靈是與旋轉(zhuǎn)角度α相關(guān)的旋轉(zhuǎn)參數(shù)，在此例中α=90°，由以上兩式可知；狀')。
[0074] 在實際工作中，很難直接的計算出系統(tǒng)幾何偏移向量;但是可以很方便的計算 向量，兩者之間的關(guān)系為：
[0075] v^Ji-ax R SY.0X + δγ);
[0076] 向量?的計算過程如下所述：
[0077] 3a)利用0SEM算法重建前向投影數(shù)據(jù)g^g1，得到兩個單角度重建結(jié)果Z； 1，./;1;
[0078] 3b)通過對圖像坐標(biāo)進行旋轉(zhuǎn)變換獲取旋轉(zhuǎn)后的結(jié)果/:1'；
[0079] 3c)分別計算13個配準(zhǔn)點(如圖3所示)在兩個角度下的中心坐標(biāo)；
[0080] 3cl)從./；/)'中選取與配準(zhǔn)點相關(guān)的垂直于旋轉(zhuǎn)軸的切片；
[0081] 3〇2)提取每個切片的邊界并計算配準(zhǔn)點的中心坐標(biāo)(41，_}，,°)，?<)，其中1 = 1，· · ·，num，num為點的個數(shù)，此例中num=13;
[0082] 3c3)計算步驟3c2)中的中心坐標(biāo)的平均偏移量：
[0084] 3c4)則向量..V :=
[0085] 步驟4,多角度數(shù)據(jù)重建
[0086] 4a)初始化 f = fk= 1，k = 0;
[0087] 4b)初始化=/%利用0SEM算法重建前向投影數(shù)據(jù)f，獲取重建結(jié)果#+1' D;
[0088] 4c)將的坐標(biāo)利用公式Γ>Ι>*+?進行旋轉(zhuǎn)平移變換，獲取結(jié)果// 1，其中， rf1表示像素 j的坐標(biāo)，即r; =(A:W; =(.K);
[0089] 4d)利用./尸作為初始值0SEM算法的初始值，重建前向投影數(shù)據(jù)g1，獲取重建結(jié)果 廣+U ·
[0090] 4e)將的坐標(biāo)利用公式g ζΓ1, X 進行旋轉(zhuǎn)平移變換，獲取結(jié)果/廣1，其中 R'為矩陣R的轉(zhuǎn)置矩陣；
[0091] 4f)令 k = k+l;
[0092] 4g)跳轉(zhuǎn)到步驟4b)，直到獲取到合適的重建結(jié)果后結(jié)束迭代。
[0093] 步驟5,三維重建結(jié)果顯示，對步驟4獲得的重建結(jié)果進行三維顯示。
[0094]下面結(jié)合附圖3對本發(fā)明所使用的配準(zhǔn)點仿體做進一步的描述：
[0095]附圖3為本發(fā)明中所使用的配準(zhǔn)點仿體，由3部分組成，每部分大小為80X30 X 10mm3,其中第一部分由5個孔組成，其他兩部分由4個孔組成，其孔的位置分別在兩個對角 線，和中心軸線部分，實驗時將3部分進行疊加，作為一個整體使用。
[0096]下面結(jié)合附圖4對本發(fā)明的重建結(jié)果做進一步的描述。
[0097]附圖4是本發(fā)明實施例的重建結(jié)果示意圖。其中，系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)角度為90°，采集的投影 數(shù)據(jù)的個數(shù)是2組。
[0098] 附圖4是用本發(fā)明的步驟進行了系統(tǒng)校正后獲取的重建結(jié)果，其中，上面的圖為單 角度重建結(jié)果，下面的圖為雙角度重建結(jié)果。
[0099] 將本發(fā)明的重建效果附圖4的重建結(jié)構(gòu)進行比較，可以看出重建結(jié)果中的單角度 重建結(jié)果在一個方向上存在著拉伸情況，而多角度重建結(jié)果對圖像拉伸進行了校正，說明 本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)對投影數(shù)據(jù)有限制和需要明顯易辨識特征點的缺點，方便、快捷的 完成了對平板PET重建結(jié)果分辨率差的矯正。
[0100] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種基于系統(tǒng)校準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)雙平板PET系統(tǒng)的成像方法，其特征在于，所述基于系統(tǒng)校 準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)雙平板PET系統(tǒng)的成像方法通過旋轉(zhuǎn)雙平板PET系統(tǒng)采集到多組單光子數(shù)據(jù)，并經(jīng) 過數(shù)據(jù)預(yù)處理之后，獲取重建所需的前向投影數(shù)據(jù)組;再利用迭代重建算法OSEM進行重建， 獲取多組重建數(shù)據(jù);基于此重建數(shù)據(jù)組，除初始角度重建結(jié)果外，其他角度的重建數(shù)據(jù)W逆 系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)一定角度;通過對相鄰兩個角度重建結(jié)果之間的配準(zhǔn)點坐標(biāo)之間的偏移 向量的計算，獲取一組圖像域的偏移向量集，進而獲取系統(tǒng)的幾何偏移向量;利用計算的圖 像域偏移向量集W及投影數(shù)據(jù)組，W角度為單位劃分子集，依次對投影數(shù)據(jù)進行重建，每個 子集重建結(jié)束后，對重建結(jié)果進行旋轉(zhuǎn)及偏移校正后，作為下一個子集數(shù)據(jù)重建的初始值 加入到重建過程中，在重建的過程中完成對系統(tǒng)的校正。2. 如權(quán)利要求1所述的基于系統(tǒng)校準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)雙平板PET系統(tǒng)的成像方法，其特征在于， 所述基于系統(tǒng)校準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)雙平板PET系統(tǒng)的成像方法具體包括W下步驟： 步驟一，采用旋轉(zhuǎn)雙平板PET系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理，旋轉(zhuǎn)雙平板PET系統(tǒng)是由雙平板 PET探測器、數(shù)據(jù)符合處理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成，其中PET探測器用于伽馬光子超高速閃爍 脈沖的捕獲和分析，數(shù)據(jù)符合處理系統(tǒng)用于對采集數(shù)據(jù)進行符合處理，獲取重建所需的前 向投影數(shù)據(jù)，即sinogram數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)完成對系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)步長，旋轉(zhuǎn)角度，采集時長的設(shè) 定； 步驟二，單角度數(shù)據(jù)重建 采用迭代重建算法0SEM對數(shù)據(jù)進行重建，公式如下：其中，片為不同角度deg下的第j個體素在第k次迭代的圖像強度，為了方便描述，定 義deg如下：符號Si為第1(1 = 1，2,. . .，L)個子集，L為劃分的總子集數(shù)，Μ為總體素數(shù)，gi為前向投影 數(shù)據(jù);Pi堤系統(tǒng)響應(yīng)矩陣P的元素，表示體素 j被相應(yīng)線i探測到的概率； 步驟^，系統(tǒng)幾何偏移向量的獲取，〇表示視野中屯、，〇*^為0°下的視野中屯、，定義系統(tǒng)幾 何偏移向量為(義V，別')，進過90°旋轉(zhuǎn)后，視野中屯、移動到〇1并定義苗二品?，定義像素之 間的偏移向量為V .，向量//和巧之間的關(guān)系描述為：其中，矩陣寅是與旋轉(zhuǎn)角度曰相關(guān)的旋轉(zhuǎn)參數(shù)，在此例中曰=90%由W上兩式可知；--(種..-別'-); 計算向量；，兩者之間的關(guān)系為： 步驟四，多角度數(shù)據(jù)重建；步驟五，Ξ維重建結(jié)果顯示，對步驟四獲得的重建結(jié)果進行Ξ維顯示。3. 如權(quán)利要求2所述的基于系統(tǒng)校準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)雙平板PET系統(tǒng)的成像方法，其特征在于， 所述數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理具體包括： 首先，利用旋轉(zhuǎn)雙平板PET系統(tǒng)對放置在載物臺上的物體進行不少于2個角度的數(shù)據(jù)采 集，每個角度停留相同的時間，獲取每個角度下單個探測器的T光子的接受情況;通過控制 系統(tǒng)對雙平板PET系統(tǒng)進行等間隔旋轉(zhuǎn)，探測器每旋轉(zhuǎn)一個角度采集一組單光子數(shù)據(jù)并進 行實時的數(shù)據(jù)存儲，系統(tǒng)繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)180% 其次，W角度為單位，根據(jù)采集數(shù)據(jù)提供的時間，能量，位置信息，進行單個角度的事件 符合，依次剔除隨機噪聲和散射噪聲，獲取前向投影數(shù)據(jù)集，即3^0旨腳111數(shù)據(jù)旨<\邑1。4. 如權(quán)利要求2所述的基于系統(tǒng)校準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)雙平板PET系統(tǒng)的成像方法，其特征在于， 所述向量；的計算過程如下： 第一步，利用OSEM算法重建前向投影數(shù)據(jù)g°，gi，得到兩個單角度重建結(jié)果八，/,1; 第二步，通過對圖像坐標(biāo)進行旋轉(zhuǎn)變換巧=Γ；；. xi?，獲取旋轉(zhuǎn)后的結(jié)果片'; 第Ξ步，分別計算13個配準(zhǔn)點在兩個角度下的中屯、坐標(biāo)。5. 如權(quán)利要求4所述的基于系統(tǒng)校準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)雙平板PET系統(tǒng)的成像方法，其特征在于， 所述第Ξ步具體包括： 步驟一，從.中選取與配準(zhǔn)點相關(guān)的垂直于旋轉(zhuǎn)軸的切片； 步驟二，提取每個切片的邊界并計算配準(zhǔn)點的中屯、坐標(biāo)(義,《.片)，批，1;)，其中1 = 1，...， num，num為點的個數(shù)，num = 13; 步驟Ξ，計算步驟二中的中屯、坐標(biāo)的平均偏移量：步驟四，則向量r =(知卻'）。6. 如權(quán)利要求2所述的基于系統(tǒng)校準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)雙平板PET系統(tǒng)的成像方法，其特征在于， 所述多角度數(shù)據(jù)重建具體包括： 第一步，初始化f = fk=l,k = 0; 第二步，初始化乃'0 =尸，利用OSEM算法重建前向投影數(shù)據(jù)g°，獲取重建結(jié)果./Τ'"; 第Ξ步，將if'。的坐標(biāo)利用公式巧=巧xS+i進行旋轉(zhuǎn)平移變換，獲取結(jié)果冷'，其中， rf表示像素 j的坐標(biāo)第四步，利用.巧j作為初始值0SEM算法的初始值，重建前向投影數(shù)據(jù)gi，獲取重建結(jié)果//…； 第五步，將的坐標(biāo)利用公式巧=巧X及^進行旋轉(zhuǎn)平移變換，獲取結(jié)果/Γ，其中R' 為矩陣R的轉(zhuǎn)置矩陣； 第六步，k=k+l; 第屯步，跳轉(zhuǎn)到第二步，直到獲取到合適的重建結(jié)果后結(jié)束迭代。
【文檔編號】A61B6/00GK105832358SQ201610149883
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月16日
【發(fā)明人】朱守平, 孟凡珍, 王建勛, 曹雪舟, 陳雪利, 梁繼民
【申請人】西安電子科技大學(xué)