專利名稱：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)射型計算機斷層顯像(Positron Emission Tomography,簡稱PET)系統(tǒng)，是一種放射性核素示蹤造影系統(tǒng)。通常被探測物體內(nèi)含有放射性核素標記的示蹤物質(zhì)。放射性核素經(jīng)過衰變放射出正電子。正電子與鄰近的電子發(fā)生湮滅作用，產(chǎn)生一對飛行方向相反的511KeV伽瑪(Y)光子。Y光子由一對PET探測單元在確定時間窗內(nèi)采集到時，產(chǎn)生一個事件標記，稱為符合事件。該符合事件記錄了這一對PET探測單元的空間位置等信息。由此可確定在該對PET探測單元之間連線上(簡稱符合線)的某個位置發(fā)生了湮滅作用。PET系統(tǒng)通過采集足夠多的符合事件數(shù)據(jù)，再經(jīng)過一定的重建算法，得到放射性核素示 蹤劑在被探測物體內(nèi)分布的影像，即PET影像。PET的這種探測方式稱為符合探測(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)和隨機符合事件(random coincidence),其中只有真符合事件含有準確的定位信息。在實際的PET系統(tǒng)中，通常無法區(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)與實際發(fā)生的正負電子湮滅事件存在一定差異，因而在重建過程中，需要將符合事件數(shù)據(jù)經(jīng)過校正補償處理，才能獲得正確的PET影像。這些校正補償處理通常有散射校正、隨機校正、衰減校正、歸一化校正等。其中歸一化校正中包含一種稱為幾何校正的方法。理論上，如果探測器受到同一輻射強度的Y光子源照射，探測器各條符合線上采集到的真符合事件(true coincidence)計數(shù)應(yīng)該相同。但在實際PET系統(tǒng)中，由于各個PET探測單元在探測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、共線性等，會造成各條符合線上采集到的真符合事件計數(shù)存在統(tǒng)計差異。這一差異反映了幾何因素造成的符合線探測效率差異。對這種符合線探測效率差異的校正稱為幾何校正。幾何校正時所需的校正參數(shù)有時也稱為幾何校正因子。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)計的、含放射性核素的被測實物模型放入需要進行幾何校正的實際PET系統(tǒng)中掃描，獲取實測符合事件數(shù)據(jù)。由于該被測實物模型的放射性核素分布是已知的，因此將實測的符合事件數(shù)據(jù)與該模型的理想符合事件數(shù)據(jù)進行差異比較分析，從而得到因探測器幾何結(jié)構(gòu)造成的各條符合線上真符合事件計數(shù)之間的差異因子。該差異因子即所謂的幾何校正時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測環(huán)境(如需要一套可正常工作的實際PET系統(tǒng)，需要定制特別的被測實物模型等)，導(dǎo)致測定數(shù)據(jù)時操作過程繁雜，經(jīng)濟費用、時間和人力消耗均較大，不夠靈活。此外，實測數(shù)據(jù)包含散射事件和隨機事件，實際系統(tǒng)無法準確區(qū)分這些事件，而幾何校正僅僅是針對真實符合事件數(shù)據(jù)的，因而會造成得到的幾何校正參數(shù)不夠準確。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種獲取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)的過程簡單，經(jīng)濟，快捷，且不受環(huán)境因素限制。為解決上述技術(shù)問題，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，利用計算機軟件構(gòu)建出虛擬的PET系統(tǒng)環(huán)境；步驟二，將被測真實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)計特定的虛擬被測物；
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物，獲取符合事件數(shù)據(jù)；步驟五，對符合事件數(shù)據(jù)進行差異性分析，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，所述計算機軟件是一套基于蒙特卡羅模擬技術(shù)的計算機軟件或開源的計算機軟件。作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述真實PET系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)包括探測器單元的幾何尺寸、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物為充滿同一強度放射性核素物質(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PET探測單元探測到之前沒有發(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)的獲取過程為首先對已知形狀、材質(zhì)和幾何尺寸的特定的虛擬被測物進行衰減校正，衰減校正后，所有由符合事件數(shù)據(jù)構(gòu)成的符合線的平均值與所述符合線的計數(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)的獲取過程為首先對已知形狀、材質(zhì)和幾何尺寸的特定的虛擬被測物進行衰減校正，衰減校正后，所有由符合事件數(shù)據(jù)構(gòu)成的符合線的平均值與所述符合線的計數(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)的方法省去了實物PET設(shè)備和被測實物模型的準備，因而獲取幾何校正參數(shù)的過程簡單，經(jīng)濟，快捷，且不受環(huán)境因素限制；此外，計算機模擬時，可以準確地區(qū)分真實、散射和隨機事件，從而保證了幾何校正參數(shù)的準確性；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施，可加快PET系統(tǒng)設(shè)計、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)未進行幾何校正處理的重建影像示意圖；圖2b為圖2a的虛線所示位置的灰度值曲線示意圖；圖3a為PET系統(tǒng)經(jīng)本發(fā)明所述方法進行幾何校正處理的重建影像示意圖；圖3b為圖3a的虛線所示位置的灰度值曲線示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細說明。實施例一本實施例提供一種獲取PET系統(tǒng)幾何校正參數(shù)的方法，該方法是基于計算機模擬，通過軟件構(gòu)建一個與實際PET系統(tǒng)相同的虛擬PET系統(tǒng)，在虛擬PET系統(tǒng)中對專門設(shè)計的虛擬被測物進行掃描，得到相關(guān)符合事件數(shù)據(jù)后，再經(jīng)過差異對比分析，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，通過編寫一套基于蒙特卡羅模擬技術(shù)的計算機軟件構(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，其準確性和可靠性也被諸多科研文獻所證實。本實施例中編寫的計算機軟件精確地模擬了 PET系統(tǒng)成像過程可能發(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)建了一個虛擬的PET系統(tǒng)環(huán)境。在該虛擬的PET系統(tǒng)環(huán)境中，對特殊形狀的虛擬被探測物進行掃描，獲取虛擬的探測數(shù)據(jù)。在可接受的精度誤差下，虛擬的探測數(shù)據(jù)與實際PET系統(tǒng)所探測的數(shù)據(jù)是一致的，因而可以通過分析虛擬的被探測數(shù)據(jù)準確地得到實際PET系統(tǒng)的幾何校正參數(shù)。步驟104，將需測定幾何校正參數(shù)的真實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PET系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)包括探測器單元的幾何尺寸、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)計特定的虛擬被測物。所述特定的虛擬被測物可設(shè)計為充滿同一強度放射性核素物質(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)強度均勻的圓柱體的好處在于它有比較好的空間對稱性，可縮減模擬計算時間。特定的虛擬被測物不僅限于圓柱體，可根據(jù)實際需求任意設(shè)計，只要能方便符合事件數(shù)據(jù)的差異對比分析。例如可為放射性核素物質(zhì)強度均勻的長方體、薄板、或者旋轉(zhuǎn)移動的線源等。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物，獲取符合事件數(shù)據(jù)。在掃描過程中，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PET探測單元探測到之前沒有發(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真實符合事件數(shù)據(jù)進行的。計算機模擬的這一優(yōu)勢，保證了測定的幾何校正參數(shù)的準確性。步驟110，對符合事件數(shù)據(jù)進行差異性分析，獲得幾何校正參數(shù)。在進行符合事件數(shù)據(jù)的差異性分析時，需要先進行衰減校正后再進行差異性分析。由于特定的虛擬被測物的形狀、材質(zhì)和幾何尺寸是已知的，因此可以進行準確的衰減校正。衰減校正后，所有由符合事件數(shù)據(jù)構(gòu)成的符合線的平均值與該符合線計數(shù)值之比即為所需的幾何校正參數(shù)。需要指出的是，這里只是對符合事件數(shù)據(jù)的差異性分析進行了簡略原理描述，實際的差異性分析可能還需考慮其它干擾因素，分析過程將復(fù)雜得多。另外數(shù)學(xué)上講，由于幾何校正時所用公式不同，幾何校正參數(shù)也可能是上述所有符合線的平均值與該符合線計數(shù)值之比的倒數(shù)。本發(fā)明所述方法的一個優(yōu)點是省去了實物PET設(shè)備和被測實物模型的準備，因而獲取幾何校正參數(shù)的過程簡單，經(jīng)濟，快捷，且不受環(huán)境因素限制；這一優(yōu)點也使得該方法在PET設(shè)備研制和生產(chǎn)的前期或后期均可實施，對PET系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)十分有利。本發(fā)明所述方法的另一個優(yōu)點是計算機模擬時，可以準確地區(qū)分真實、散射和隨機事件，從而保證了幾何校正參數(shù)的準確性。實施例二本實施例與實施例一的區(qū)別在于，在步驟102中，通過開源的計算機軟件構(gòu)建出虛擬的 PET 系統(tǒng)環(huán)境，例如 GATE (Geant4 Application for Tomographic Emission)。實施例三 本實施例對實施例一所述的獲取PET系統(tǒng)幾何校正參數(shù)的方法的效果進行驗證，驗證過程為在一個實際PET系統(tǒng)中，首先掃描均勻圓柱體被測物，得到實測的符合事件數(shù)據(jù)；然后根據(jù)實測的符合事件數(shù)據(jù)進行重建影像，可得到被測均勻圓柱體的PET影像圖。圖中的灰度值代表放射性強度。區(qū)域灰度值越大(圖像白亮)，表示該區(qū)域放射性強度越強；區(qū)域灰度值越小(圖像黑暗)，表示該區(qū)域放射性強度越弱。理論上講，均勻圓柱體PET影像的橫截面圖中灰度值，在一個圓形區(qū)域內(nèi)是幾乎相等的。換句話說，橫截面圖中一個圓形區(qū)域的亮暗是均勻的。如圖2a所示的是PET系統(tǒng)未進行幾何校正處理的重建影像的橫截面圖?？梢钥吹剑瑱M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的虛線所示位置的灰度值曲線示意圖?？擅黠@看到邊緣灰度值比中間區(qū)域高。對上述實測的符合事件數(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的虛線所示位置的灰度值曲線示意圖?？梢娺吘壓椭虚g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)用是說明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實施例中。這里所披露的實施例的變形和改變是可能的，對于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說實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、材料和部件來實現(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，利用計算機軟件構(gòu)建出虛擬的PET系統(tǒng)環(huán)境； 步驟二，將被測真實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)計特定的虛擬被測物； 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物，獲取符合事件數(shù)據(jù)； 步驟五，對符合事件數(shù)據(jù)進行差異性分析，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，所述計算機軟件是一套基于蒙特卡羅模擬技術(shù)的計算機軟件或開源的計算機軟件。
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PET系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)包括探測器單元的幾何尺寸、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物根據(jù)實際需求任意設(shè)計，只需方便符合事件數(shù)據(jù)的差異對比分析；所述特定的虛擬被測物為放射性核素物質(zhì)強度均勻的圓柱體、長方體、薄板、或者旋轉(zhuǎn)移動的線源。
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)中對符合線LOR探測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程為首先對已知形狀、材質(zhì)和幾何尺寸的特定的虛擬被測物進行衰減校正，衰減校正后，所有由符合事件數(shù)據(jù)構(gòu)成的符合線的平均值與所述符合線的計數(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)中對符合線LOR探測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程為首先對已知形狀、材質(zhì)和幾何尺寸的特定的虛擬被測物進行衰減校正，衰減校正后，所有由符合事件數(shù)據(jù)構(gòu)成的符合線的平均值與所述符合線的計數(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，利用計算機軟件構(gòu)建出虛擬的PET系統(tǒng)環(huán)境；步驟二，將需測定幾何校正參數(shù)的真實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)計特定的虛擬被測物；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物，獲取符合事件數(shù)據(jù)；步驟五，對符合事件數(shù)據(jù)進行差異性分析，獲得幾何校正參數(shù)。本發(fā)明所述方法省去了實物PET設(shè)備和被測實物模型的準備，獲取幾何校正參數(shù)的過程簡單，經(jīng)濟，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施，可加快PET系統(tǒng)設(shè)計、研發(fā)和生產(chǎn)周期。
文檔編號G06F17/50GK102789510SQ20111012963
公開日2012年11月21日 申請日期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 申請人:上海生物醫(yī)學(xué)工程研究中心