CN104644204A - 一种数字pet的时间校正方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字PET的时间校正方法及系统，该方法首先获取各探测器模块的列表式数据，并对得到的列表式数据集进行能量筛选和时间符合判断，利用时间符合判断，计算得到每条响应线两端探测单元的通道时延差和每条响应线上的符合事件数；然后利用符合寻峰法获取各探测单元间的通道时延偏移量，以此构造系统通道时延方程组；再次，建立时间权重矩阵对通道时延方程组进行降维运算，得到各探测单元的通道时延偏移量；最后利用这些时延偏移量对探测器模组内的单事件数据集进行时间校正。本发明能够大大提高系统时间分辨率和符合事件计数，同时还能够降低硬件设计复杂度，节约建造成本。

Description

一种数字PET的时间校正方法及系统

技术领域

本发明涉及辐射探测成像技术领域，具体涉及一种数字PET的时间校正方法及系统。

背景技术

正电子发射断层成像(Positron Emission Tomography，以下简称PET)是一种非侵入式的造影方法。它是通过探测标记于分子探针上的正电子放射性核素衰变产生的γ光子，获得其能量、位置和时间信息，然后运用湮灭符合技术，得到湮灭事件所在响应线的位置，并采用二维或三维断层重建算法获得正电子核素在生物体中的分布，从而在体外观测生物体内的生理和生化过程，见现有技术[1](参见Michael E.Phelps,PET Physics,Instrument,and Scanners,Springer,2006)。

符合时间分辨率是评估PET系统性能的一个关键指标，它表征了PET系统在探测符合事件时的时间响应波动特性。优秀的符合时间分辨率有助于设置更小的时间窗，剔除更多的随机符合事件，获得更好的噪声等效计数率，从而提高成像质量和信噪比。然而，在实际的PET系统中，探测器环通常包含有成千上万的探测单元，在数据采集与处理过程中每个探测单元都不可避免的会受到多种物理因素的影响而使系统符合时间分辨率指标严重恶化，如图1所示，其中(a)为理想情况下的符合时间谱示意图，(b)为实际情况下的符合时间谱示意图。

通常的时间校正方法有直接测量法和间接计算法。直接测量法广泛地应用于传统PET系统中，典型的有棒源扫描法和时间校准探针法。现有技术[2](Williams J,Luo D,K.L M,et al.Crystal-based coincidence timing calibrationmethod[P],UnitedStates Patent 7030382,Apr.,2006.)中，棒源扫描法是利用透射扫描时使用的棒源进行的，但该方法由于引入了飞行时间误差导致校正精度不高，另外随着以PET/CT为代表的多模医学影像设备的出现，CT取代了传统的透射扫描来进行衰减校正而使该方法的应用受到了极大挑战。现有技术[3](Thompson C,CambordeML,Casey M.A central positron source to perform thetiming alignmentof detectors in a PET scanner[J].IEEE Trans.Nucl.Sci.,2005,52(5):1300–1304.)中，时间校准探针法则相当于给每个待校正单元提供了统一的时间校准参考源，即时间校准探针，每次校正时需将其放入到成像区域中心，并连接到该成像设备的数据采集通道上进行数据采集，能够达到较好的校正精度，但该方法是在增加时间校准探针的情况下进行的，校正精度极大依赖于探针本身和成像设备数据采集通道性能，且需占用成像设备的数据采集通道、易受本地辐射噪声影响，校正时间较长。

相对于直接测量法，间接计算法正越来越多的应用于新型小动物PET系统中。它是通过对测量得到的符合事件进行数据分析、模型抽象和特征量优化的时间校正方法。无论是将时间校正问题转化为求解线性方程组最小二乘解问题的方法，见现有技术[4](参见Park S J,Southekal S,PurschkeM,et al.Digitalcoincidence processing for the RatCAP consciousrat brain PET scanner[J].IEEETrans.Nucl.Sci.,2008,55(1):510–515.)，还是将时间校正问题转化为凸优化问题的方法，见现有技术[5](Reynolds P D,Olcott P,Pratx G,et al.Convexoptimization of coincidence time resolution for ahigh-resolution PET system[J].IEEE Trans.Med.Imaging,2011,30(2):391–400.)，虽然都能够达到较好的校正精度，但是它们都是将所有响应线或者所有符合事件纳入到计算范畴，这就导致了在大量符合数据情况下时间校正极高的计算复杂度。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种数字PET的时间校正方法及系统，通过降维大大降低了计算复杂度，加快了校正效率。

为解决上述技术问题，本发明具体步骤如下：

步骤一、获取各探测器模组生成的列表式数据，并对所述列表式数据进行能量筛选，剔除散射符合事件，形成用于时间校正的原始数据集；

步骤二、利用所述原始数据集进行时间符合判断，计算得到每条响应线两端探测单元的通道时延差Δt_i,j，同时获得每条响应线上的符合事件数B_i,j；其中，i和j分别为响应线两端探测单元的编号，i和j的取值范围为1～n，n为探测单元总数，且i≠j；所述探测单元为模组级探测单元或晶体条级探测单元；

接着，利用计算得到的响应线两端探测单元的通道时延差Δt_i,j，构建探测单元的通道时延方程组：

$\left[\begin{array}{cccccccc}1& -1& 0& ...& 0& 0& 0& 0\\ 1& 0& -1& ...& 0& 0& 0& 0\\ & & & ...& & & & \\ 0& 0& 0& ...& 0& 1& 0& -1\\ 0& 0& 0& ...& 0& 0& 1& -1\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}{t}_1\\ t_2\\ t_3\\ .\\ .\\ .\\ t_{n-3}\\ t_{n-2}\\ t_{n-1}\\ t_n\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{t}_{\mathrm{1,2}}\\ \mathrm{\Δ}{t}_{\mathrm{1,3}}\\ \mathrm{\Δ}{t}_{\mathrm{1,4}}\\ .\\ .\\ .\\ \mathrm{\Δ}{t}_{n-4,n}\\ \mathrm{\Δ}{t}_{n-3,n}\\ \mathrm{\Δ}{t}_{n-2,n}\\ {\mathrm{\Δt}}_{n-1,n}\end{array}\right]---\left(1\right)$

其中，t_i为第i个探测单元的通道时延量；

将式(1)表示为式(2)：

即，A·x＝Δt_LOR   (2)

步骤三、利用步骤二获得的每条响应线上的符合事件数B_i,j，计算每条响应线上的符合事件数占所述原始数据集总符合事件数的权重权重W_i,j越大即表征相应的响应线对时间分辨率的贡献越大；

步骤四、从矩阵A中优选出n个行向量，优选准则为：1、该n个行向量可以组成矩阵A的一个极大线性无关组，2、该n个行向量对应的权重值加和最大；从而获得对时间分辨率贡献最大的极大线性无关组A^*，实现所述探测单元的通道时延方程组的降维运算,获得降维后的探测单元的通道时延方程组A^*·x＝Δt_LOR ^*；利用降维后的探测单元的通道时延方程组进行计算，获得探测单元的通道时延量；

步骤五、利用步骤四获得的探测单元的通道时延量，对所述原始数据集进行时间校正。

所述列表式数据由探测器模组生成，该列表式数据包含所探测到的γ光子的时间信息、能量信息、位置信息、晶体单元编号、探测器模块编号和探测器模组编号。

步骤四中，所述利用降维后的探测单元的通道时延方程组进行计算，获得探测单元的通道时延量的具体步骤为：

求解降维后的探测单元的通道时延方程组，得到一组通解，从通解中选择某一探测单元的通道时延量为参考基准探测单元，求解通道时延方程组的特解，即获得探测器中其它探测单元相对于参考基准探测单元的通道时延量；其中，所述参考基准探测单元选择为对时间分辨率贡献最大的探测单元。

所述数字PET的时间校正系统包括：数据获取与预处理模块(100)、符合寻峰模块(200)、时间权重生成模块(300)、通道时延偏移计算模块(400)和数据校正模块(500)；

数据获取与预处理模块(100)，用于获取各探测器模组生成的列表式数据，并对所述列表式数据进行能量筛选，剔除散射符合事件，形成用于时间校正的原始数据集；

符合寻峰模块(200)，用于利用所述原始数据集进行时间符合判断，计算得到每条响应线两端的探测单元的通道时延差Δt_i,j，同时获得每条响应线上的符合事件数B_i,j；其中，i和j分别为响应线两端的探测单元的编号，i和j的取值范围为1～n，n为探测单元总数，且i≠j；所述探测单元为模组级探测单元或晶体条级探测单元；

接着，利用计算得到的每条响应线两端的探测单元的通道时延差Δt_i,j，构建探测单元的通道时延方程组：

$\left[\begin{array}{cccccccc}1& -1& 0& ...& 0& 0& 0& 0\\ 1& 0& -1& ...& 0& 0& 0& 0\\ & & & ...& & & & \\ 0& 0& 0& ...& 0& 1& 0& -1\\ 0& 0& 0& ...& 0& 0& 1& -1\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}{t}_1\\ t_2\\ t_3\\ .\\ .\\ .\\ t_{n-3}\\ t_{n-2}\\ t_{n-1}\\ t_n\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{t}_{\mathrm{1,2}}\\ \mathrm{\Δ}{t}_{\mathrm{1,3}}\\ \mathrm{\Δ}{t}_{\mathrm{1,4}}\\ .\\ .\\ .\\ \mathrm{\Δ}{t}_{n-4,n}\\ \mathrm{\Δ}{t}_{n-3,n}\\ \mathrm{\Δ}{t}_{n-2,n}\\ {\mathrm{\Δt}}_{n-1,n}\end{array}\right]---\left(1\right)$

其中，t_i为第i个探测单元的通道时延量；

将式(1)表示为式(2)：

即，A·x＝Δt_LOR   (2)

时间权重生成模块(300)，用于利用所述每条响应线上的符合事件数B_i,j，计算每条响应线上符合事件数占所述原始数据集总符合事件数的权重权重W_i,j越大即表征相应的响应线对时间分辨率的贡献越大；

通道时延偏移计算模块(400)，用于从矩阵A中优选出n个行向量，优选准则为：1、该n个行向量可以组成矩阵A的一个极大线性无关组，2、该n个行向量对应的权重值加和最大；从而获得对时间分辨率贡献最大的极大线性无关组A^*，实现所述探测单元的通道时延方程组的降维运算,获得降维后的探测单元的通道时延方程组A^*·x＝Δt_LOR ^*；利用降维后的通道时延方程组进行计算，获得探测单元的通道时延量；

数据校正模块(500)，用于利用通道时延偏移计算模块(400)获得的探测单元的通道时延量，对所述原始数据集进行时间校正。

所述数据获取与预处理模块(100)包括数据获取子模块(110)和能量甄别预处理子模块(120)；

所述数据获取子模块(110)，用于获取各探测器模组生成的列表式数据，传输并存储到数据解析计算机；

所述能量甄别预处理子模块(120)，用于利用数据获取子模块(110)获取的列表式数据中的能量信息，剔除能量值在所设定能量窗范围之外的散射符合事件，形成原始数据集并发送给符合寻峰模块(200)。

所述符合寻峰模块(200)具体包括符合时间谱处理子模块(210)和通道时延方程组生成子模块(220)；

所述符合时间谱处理子模块(210)利用所述原始数据集进行时间符合判断，计算得到每条响应线两端的探测单元的通道时延差；

所述通道时延方程组子模块(220)根据符合时间谱处理子模块(210)计算得到的每条响应线两端的探测单元的通道时延差，建立探测单元的通道时延差与其符合时间谱峰值位置的映射关系，即探测单元的通道时延方程组。

所述通道时延偏移计算模块(400)具体包括线性无关组优选子模块(410)和线性方程组求解子模块(420)；

所述线性无关组优选子模块(410)，用于从矩阵A中优选出n个行向量，优选准则为：1、该n个行向量可以组成矩阵A的一个极大线性无关组，2、该n个行向量对应的权重值加和最大；从而获得对时间分辨率贡献最大的极大线性无关组A^*，实现所述探测单元的通道时延方程组的降维运算,获得降维后的探测单元的通道时延方程组A^*·x＝Δt_LOR ^*；

所述线性方程组求解子模块(420)，用于求解降维后的探测单元的通道时延方程组，得到一组通解，从通解中选择某一探测单元的通道时延量为参考基准探测单元，求解时延方程组的特解，即获得探测器中其它探测单元相对于参考基准探测单元的通道时延量；其中，所述参考基准探测单元选择为对时间分辨率贡献最大的探测单元。

有益效果：

(1)本发明采用时间符合判断，获得每条响应线两端探测单元的通道时延差，进而建立探测单元的通道时延方程组，以响应线上的符合事件对时间分辨率的贡献大小为权重，剔除权重较小的响应线，从而实现通道时延方程组的降维运算。与现有技术中将所有响应线均纳入到计算范畴相比，本发明通过时间权重矩阵优选参与校正的响应线数目，减少了通道时延方程组的维度，大大降低了计算复杂度，提升了校正效率。

(2)本发明在进行时间符合判断之前，首先利用能量甄别，剔除能量值在设定能量窗范围外的散射符合事件，减小了其对列表式数据集时间统计特性的干扰，既提高了校正精度，也进一步降低了计算复杂度，提升了校正效率。

(3)本发明不需要增加额外的硬件电路就能够完成系统时间校正，降低了硬件设计的复杂度，节约了建造成本。

(4)本发明采用的方法只需要采集一次数据，就能够对模组级探测单元和晶体条级探测单元进行时间校正。

(5)该方法本发明不管PET系统几何结构如何变化，只要按照既定的列表式数据格式，在数据解析计算机上的时间校正算法不需要做大的改动，因此可以快速适应不同几何结构，不同探测器类型的PET，大大提高了整个PET系统的灵活性、扩展性和可维护性。

附图说明

图1为理想和实际情况下的符合时间谱示意图对比。

图2为数字PET的时间校正方法流程图。

图3为数字PET的时间校正系统。

图4为晶体级探测单元形成的符合事件计数权重分布图。

图5为使用本发明校正前后探测器模组的符合时间谱。

具体实施方式

本发明提供了一种数字PET的时间校正方法及系统，其核心思想是：本发明采用时间符合判断，计算得到每条响应线两端探测单元的通道时延差，进而建立探测单元的通道时延方程组，并以响应线对时间分辨率的贡献大小为优选准则，剔除权重较小的响应线，从而实现探测单元的通道时延方程组的降维运算。与现有技术中将所有响应线均纳入到计算范畴相比，本发明通过时间权重矩阵优选参与校正的响应线数目，大大降低了计算复杂度，提升了校正效率。

进一步地，在进行时间符合判断之前，利用能量甄别，剔除能量值在设定能量窗之外的散射符合事件，减小了其对原始数据集时间统计特性的干扰，既提高了校正精度，也进一步降低了计算复杂度，提升了校正效率。

本发明一种数字PET的时间校正方法包括以下步骤：

步骤1、获取及存储各探测器模组生成的列表式数据，并进行全局域的能量甄别处理，形成原始数据集。

步骤101、获取各探测器模组生成的列表式数据，传输并存储到数据解析计算机中。

探测器模组通常包括多个探测器模块，每个探测器模块又由多个晶体单元组成。所述列表式数据由探测器模组生成，该列表式数据包含了所探测到的γ光子的时间信息、能量信息、位置信息、晶体单元编号、探测器模块编号和探测器模组编号。所述获取数据的方式克服了现有技术中需要依次对每个探测单元获取数据再进行时间校正的缺点，使得采集一次数据就可以完成全部所有探测单元的时间校正。

步骤102、对步骤101中获取的列表式数据通过设置能量窗进行全局域的能量筛选，剔除散射符合事件，降低其对原始数据集时间谱统计特性的干扰。

步骤2、运用符合寻峰法对步骤102处理后的数据进行时间符合判断，计算得到每条响应线两端的探测单元的通道时延差，建立探测单元的通道时延方程组。

探测单元可以根据实际应用需求定义为晶体条级探测单元，或定义为模块级探测单元。若以模块为最小探测单元，叫模块级探测单元；若以晶体条为最小探测单元，叫晶体条级探测单元；因此，模块和晶体条都属于探测单元，模块是宏观，晶体条是微观，校正时具体选择哪种探测单元进行，是根据应用需求来决定的。

步骤201、对步骤102中获得的数据进行时间符合判断，计算得到每条响应线两端探测单元的通道时延差Δt_i,j，同时获得每条响应线上的符合事件数B_i,j；其中，i和j分别为响应线两端的探测单元的编号，i和j的取值范围为1～n，n为探测单元总数，且i≠j。

本步骤中，采用符合寻峰法进行时间符合判断，具体来说，PET成像中符合事件的统计特性符合高斯分布，因此对每条响应线上的符合事件的时间量做差值运算后，对所形成的直方图进行高斯分布逼近，并运用最小二乘法或EM算法估计得到该高斯分布均值μ_i,j，即为每条响应线两端探测单元的通道时延差Δt_i,j。

进一步，通过设定符合时间窗，获得每条响应线上的符合事件数B_i,j。

步骤202、将根据步骤201计算得到的每条响应线两端探测单元的通道时延差，建立探测单元的通道时延方程，如公式(1)所示：

t_i-t_j＝Δt_i,j   (1)

其中，探测单元i和探测单元j的通道时延差Δt_i,j定义为γ光子被探测单元i探测到的时延量t_i与该γ光子被探测单元j探测到的时延量t_j的差值。

对公式(1)进行整合，建立探测单元的通道时延方程组，得到：

$\left[\begin{array}{cccccccc}1& -1& 0& ...& 0& 0& 0& 0\\ 1& 0& -1& ...& 0& 0& 0& 0\\ & & & ...& & & & \\ 0& 0& 0& ...& 0& 1& 0& -1\\ 0& 0& 0& ...& 0& 0& 1& -1\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}{t}_1\\ t_2\\ t_3\\ .\\ .\\ .\\ t_{n-3}\\ t_{n-2}\\ t_{n-1}\\ t_n\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{t}_{\mathrm{1,2}}\\ \mathrm{\Δ}{t}_{\mathrm{1,3}}\\ \mathrm{\Δ}{t}_{\mathrm{1,4}}\\ .\\ .\\ .\\ \mathrm{\Δ}{t}_{n-4,n}\\ \mathrm{\Δ}{t}_{n-3,n}\\ \mathrm{\Δ}{t}_{n-2,n}\\ {\mathrm{\Δt}}_{n-1,n}\end{array}\right]---\left(2\right)$

将公式(2)进行等效，如公式(3)所示：

A·x＝Δt_LOR   (3)

其中，A表示所有响应线的组合系数，为(n(n-1)/2)×n维矩阵；x为探测单元的通道时延量，为n×1维；Δt_LOR为对应响应线形成的时间谱的峰值位置，即对应的每条响应线两端探测单元的通道时延差Δt_i,j，为n(n-1)/2×1维。

步骤3、构造时间权重矩阵；

步骤301、根据步骤201获得的每条响应线上的符合事件数B_i,j，计算每条响应线上符合事件数占所在原始数据集总符合事件计数的权重，权重W_i,j越大即表征相应的响应线对时间分辨率的贡献越大，如下式(4)所示：

$W_{i,j}=\frac{B_{i,j}}{\mathrm{\Σ}{B}_{i,j}}---\left(4\right)$

其中，对于探测单元总数为n的PET系统，总共有条响应线。

步骤302、根据步骤301确定的权重值，该矩阵即为时间权重矩阵，如式(5)所示：

$\left[\begin{array}{ccccc}{W}_{\mathrm{1,1}}& W_{\mathrm{1,2}}& ...& W_{1,n-1}& W_{1,n}\\ W_{\mathrm{2,1}}& W_{\mathrm{2,2}}& ...& W_{2,n-1}& W_{2,n}\\ ...& ...& ...& ...& ...\\ W_{n-\mathrm{1,1}}& W_{n-\mathrm{1,2}}& ...& W_{n-1,n-1}& W_{n-1,n}\\ W_{n,1}& W_{n,1}& ...& W_{n,n}& W_{n,n}\end{array}\right]---\left(5\right)$

步骤4、根据步骤302构造的时间权重矩阵，对步骤202构建的探测单元的通道时延方程组进行降维运算，确定各探测单元的通道时延量t_i。

步骤401、根据步骤302构造的时间权重矩阵，利用计算机图论中的Prime算法得到步骤202中系数矩阵A的一组对时间分辨率贡献最大的极大线性无关组A^*。

本步骤中，从矩阵A中优选出n个行向量，优选准则为：1、该n个行向量可以组成矩阵A的一个极大线性无关组，对组成A的极大线型无关组的n个行向量的选择可以通过最小生成树算法得到；2、该n个行向量对应的权重值加和最大；从而获得对时间分辨率贡献最大的极大线性无关组A^*，实现所述探测单元的通道时延方程组的降维运算。本步骤也可适当增加参与校正的响应线数目以提高时间总权重值，从而提高校正的精度和可靠性。

降维后的探测单元的通道时延方程组如式(6)所示：

A^*·x＝Δt_LOR ^*   (6)

其中，A^*表示优选后的参与时间校正的响应线的组合系数，为n×n维；Δt_LOR ^*为对应响应线上的时间谱的峰值位置，即步骤401中所选响应线对应的探测单元的通道时延差Δt_i,j，为n×1维。

步骤402、求解步骤401降维后的线性方程组，得到该线性方程组的一组通解，从通解中选择某一探测单元的通道时延量为参考基准，求解通道时延方程组的特解，即获得探测器中其它探测单元相对于参考基准探测单元的通道时延量。其中，参考基准探测单元的选择规则一般是选择对时间分辨率贡献最大的探测单元，即选择为W_i,j最大值所对应的行向量中的t_i所表征的探测单元，由于其对时间分辨率贡献较大，受噪声影响较小，可信度也较高。

步骤5、根据步骤402计算得到的通道时延量建立查找表，并对所述原始数据集进行时间校正。

如图3所示，本发明提出的一种数字PET的时间校正系统，包括：数据获取与预处理模块100、符合寻峰模块200、时间权重矩阵生成模块300、通道时延偏移计算模块400、数据校正模块500。

数据获取与预处理模块100用于获取及存储各探测器模组生成的列表式数据，并进行全局域的能量甄别处理，形成原始数据集。数据获取与预处理模块100分为2个子模块，分别为数据获取子模块110和能量甄别预处理子模块120。数据获取子模块110用于将数字PET中各探测器模组生成的包含事件时间、能量、位置、晶体单元编号、探测器模块编号和探测器模组编号的列表式数据，传输并存储到数据解析计算机。能量甄别预处理子模块120用于利用数据获取子模块110获取的列表式数据中的能量信息，剔除能量值在设定能量窗范围之外的散射符合事件，减少其对原始数据集时间统计特性的干扰，并将预处理后的原始数据集发送给符合寻峰模块200。

符合寻峰模块200用于对数据获取和预处理模块100处理后的数据进行时间符合判断，计算得到每条响应线上两端探测单元的通道时延差，时延差定义为探测单元A的通道探测单元B的通道时延量的差值，同时获得每条响应线上的符合事件数。符合寻峰模块200分为2个子模块，分别为符合时间谱处理子模块210和通道时延方程组生成子模块220。符合时间谱处理子模块210用于对PET扫描区域内所有探测单元对响应线上的数据进行时间符合判断，计算得到每条响应线上两端探测单元的通道时延差。通道时延方程组子模块220根据符合时间谱处理子模块210获取的每条响应线上两端探测单元的通道时延差，建立探测单元的通道时延差与其符合时间谱峰值位置的映射关系，即探测单元的通道时延方程组。

时间权重矩阵生成模块300用于利用符合寻峰模块200获取的每条响应线上的符合事件数，计算每条响应线上符合事件数占所述原始数据集总符合事件数的权重大小，权重越大即表征相应的响应线对时间分辨率的贡献越大，同时生成时间权重矩阵，用于通道时延偏移计算模块400对探测单元的通道时延方程组进行降维运算。

通道时延偏移计算模块400用于从矩阵A中优选出n个行向量，优选准则为：1、该n个行向量可以组成矩阵A的一个极大线性无关组，2、该n个行向量对应的权重值加和最大；从而获得对时间分辨率贡献最大的极大线性无关组A^*，实现所述探测单元的通道时延方程组的降维运算,获得降维后的探测单元的通道时延方程组A^*·x＝Δt_LOR ^*；利用降维后的通道时延方程组进行计算，获得探测单元的通道时延量。通道时延偏移计算模块400分为2个子模块，分别为线性无关组优选子选模块410和线性方程组求解子模块420。线性无关组优选子模块410是利用时间权重矩阵对通道时延方程组的系数矩阵进行降维处理，生成对时间贡献最大的线性无关组。线性方程组求解子模块420用于求解降维后的探测单元的通道时延方程组，得到一组通解，从通解中选择某一探测单元的通道时延量为参考基准探测单元，求解时延方程组的特解，即获得探测器中其它探测单元相对于参考基准探测单元的通道时延量；其中，所述参考基准探测单元选择为对时间分辨率贡献最大的探测单元，计算得到探测单元的通道时延量，用于数据校正模块500中对数据进行时间校正。

数据校正模块500用于利用通道时延偏移计算模块(400)获得的探测单元的通道时延量，对所述原始数据集进行时间校正。

以下通过一个具体的实施例数据对本发明一种数字PET的时间校正方法及系统做进一步验证，其中，涉及到若干参数，这些参数需针对具体处理数据进行调节以达到良好的性能，下面列出本应用实例处理数据的参数：

步骤101中选用2个探测器模组成平板探测器结构，每个探测器模组含13×13个晶体级探测单元，即晶体级探测单元为探测器模组的最小探测单元。将活度为245μCi的¹⁸F-FDG注入装满水的水膜且混合均匀后置于视场中央位置，采集2个探测器模组生成的列表式数据。

步骤302中时间权重矩阵为338×338维，共形成169×169条响应线，权重最小值和最大值分别为1.3×10^-6和80.8×10^-6。

步骤5中各探测单元通道时延偏移量最小值和最大值分别为5.9皮秒和1.6纳秒，如图4所示。

如图5所示，利用本发明校正后获得的时间分辨率为1.6纳秒，中心偏移值为32皮秒，未采用本发明获得的时间分辨率为1.7纳秒，中心偏移值为534皮秒。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种数字PET的时间校正方法，其特征在于，包括：

步骤一、获取各探测器模组生成的列表式数据，并对所述列表式数据进行能量筛选，剔除散射符合事件，形成用于时间校正的原始数据集；

步骤二、利用所述原始数据集进行时间符合判断，计算得到每条响应线两端探测单元的通道时延差Δt_i,j，同时获得每条响应线上的符合事件数B_i,j；其中，i和j分别为响应线两端探测单元的编号，i和j的取值范围为1～n，n为探测单元总数，且i≠j；所述探测单元为模组级探测单元或晶体条级探测单元；

接着，利用计算得到的响应线两端探测单元的通道时延差Δt_i,j，构建探测单元的通道时延方程组：

其中，t_i为第i个探测单元的通道时延量；

将式(1)表示为式(2)：

即，A·x＝Δt_LOR             (2) 

步骤三、利用步骤二获得的每条响应线上的符合事件数B_i,j，计算每条响应线上的符合事件数占所述原始数据集总符合事件数的权重权重W_i,j越大即表征相应的响应线对时间分辨率的贡献越大；

步骤四、从矩阵A中优选出n个行向量，优选准则为：1、该n个行向量可以组成矩阵A的一个极大线性无关组，2、该n个行向量对应的权重值加和最大； 从而获得对时间分辨率贡献最大的极大线性无关组A^*，实现所述探测单元的通道时延方程组的降维运算,获得降维后的探测单元的通道时延方程组A^*·x＝Δt_LOR ^*；利用降维后的探测单元的通道时延方程组进行计算，获得探测单元的通道时延量；

步骤五、利用步骤四获得的探测单元的通道时延量，对所述原始数据集进行时间校正。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述列表式数据由探测器模组生成，该列表式数据包含所探测到的γ光子的时间信息、能量信息、位置信息、晶体单元编号、探测器模块编号和探测器模组编号。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤四中，所述利用降维后的探测单元的通道时延方程组进行计算，获得探测单元的通道时延量的具体步骤为：

求解降维后的探测单元的通道时延方程组，得到一组通解，从通解中选择某一探测单元的通道时延量为参考基准探测单元，求解通道时延方程组的特解，即获得探测器中其它探测单元相对于参考基准探测单元的通道时延量；其中，所述参考基准探测单元选择为对时间分辨率贡献最大的探测单元。

4.一种数字PET的时间校正系统，其特征在于，包括：数据获取与预处理模块(100)、符合寻峰模块(200)、时间权重生成模块(300)、通道时延偏移计算模块(400)和数据校正模块(500)；

数据获取与预处理模块(100)，用于获取各探测器模组生成的列表式数据，并对所述列表式数据进行能量筛选，剔除散射符合事件，形成用于时间校正的原始数据集；

符合寻峰模块(200)，用于利用所述原始数据集进行时间符合判断，计算得到每条响应线两端的探测单元的通道时延差Δt_i,j，同时获得每条响应线上的符 合事件数B_i,j；其中，i和j分别为响应线两端的探测单元的编号，i和j的取值范围为1～n，n为探测单元总数，且i≠j；所述探测单元为模组级探测单元或晶体条级探测单元；

接着，利用计算得到的每条响应线两端的探测单元的通道时延差Δt_i,j，构建探测单元的通道时延方程组：

其中，t_i为第i个探测单元的通道时延量；

将式(1)表示为式(2)：

即，A·x＝Δt_LOR              (2) 

时间权重生成模块(300)，用于利用所述每条响应线上的符合事件数B_i,j，计算每条响应线上符合事件数占所述原始数据集总符合事件数的权重 权重W_i,j越大即表征相应的响应线对时间分辨率的贡献越大；

通道时延偏移计算模块(400)，用于从矩阵A中优选出n个行向量，优选准则为：1、该n个行向量可以组成矩阵A的一个极大线性无关组，2、该n个行向量对应的权重值加和最大；从而获得对时间分辨率贡献最大的极大线性无关组A^*，实现所述探测单元的通道时延方程组的降维运算,获得降维后的探测单元的通道时延方程组A^*·x＝Δt_LOR ^*；利用降维后的通道时延方程组进行计算，获得探测单元的通道时延量；

数据校正模块(500)，用于利用通道时延偏移计算模块(400)获得的探测 单元的通道时延量，对所述原始数据集进行时间校正。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述数据获取与预处理模块(100)包括数据获取子模块(110)和能量甄别预处理子模块(120)；

所述数据获取子模块(110)，用于获取各探测器模组生成的列表式数据，传输并存储到数据解析计算机；

所述能量甄别预处理子模块(120)，用于利用数据获取子模块(110)获取的列表式数据中的能量信息，剔除能量值在所设定能量窗范围之外的散射符合事件，形成原始数据集并发送给符合寻峰模块(200)。

6.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述符合寻峰模块(200)具体包括符合时间谱处理子模块(210)和通道时延方程组生成子模块(220)；

所述符合时间谱处理子模块(210)利用所述原始数据集进行时间符合判断，计算得到每条响应线两端的探测单元的通道时延差；

所述通道时延方程组子模块(220)根据符合时间谱处理子模块(210)计算得到的每条响应线两端的探测单元的通道时延差，建立探测单元的通道时延差与其符合时间谱峰值位置的映射关系，即探测单元的通道时延方程组。

7.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述通道时延偏移计算模块(400)具体包括线性无关组优选子模块(410)和线性方程组求解子模块(420)；

所述线性无关组优选子模块(410)，用于从矩阵A中优选出n个行向量，优选准则为：1)、该n个行向量可以组成矩阵A的一个极大线性无关组，2)、该n个行向量对应的权重值加和最大；从而获得对时间分辨率贡献最大的极大线性无关组A^*，实现所述探测单元的通道时延方程组的降维运算,获得降维后的探测单元的通道时延方程组A^*·x＝Δt_LOR ^*；

所述线性方程组求解子模块(420)，用于求解降维后的探测单元的通道时延方程组，得到一组通解，从通解中选择某一探测单元的通道时延量为参考基 准探测单元，求解时延方程组的特解，即获得探测器中其它探测单元相对于参考基准探测单元的通道时延量；其中，所述参考基准探测单元选择为对时间分辨率贡献最大的探测单元。