CN104977601A - 一种基于SiPM的PET系统的延时测算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于SiPM的PET系统的延时测算方法，通过在PET系统的像素化PET探测器环的视野中心设置校正棒源，并在不改变校正棒源位置的前提下，通过一次数据采集，获得所有PET探测器的响应线数据，进而得到不同的像素化探测器的通道之间的时间谱，经过1对1读出方式分析像素化PET探测器环的每一层(i+1)个像素之间的时间延迟及j层i号像素之间的时间延迟，获得整个像素化PET探测器环的i*j个像素化探测器之间的时间延迟数据，只需将时间延迟数据反馈到硬件中，即可实现整个基于SiPM的PET系统的所有像素化探测器通道之间的时间校准，有效提高PET系统的时间分辨率，从而达到提高PET系统图像质量目的。
Description
技术领域
本发明属于检测或防止收到信息中的差错的装置或方法的技术领域，特别涉及一种以1对1读出的模式保证一次数据采集实现整个基于SiPM的PET系统的所有像素化探测器通道之间的时间校准的基于SiPM的PET系统的延时测算方法。
背景技术
PET意为正电子发射计算机断层扫描（Positron emission tomography，简称PET），是一种核医学成像技术，它为患者全身提供三维的和功能运作的图像。
传统的PET系统都是基于PMT（Photomultiplier Tube，光电倍增管），PMT输出信号小（小于5毫伏），工作电压高（1000～1500伏），易受外部环境干扰（电磁场，温度等），体积大，无法与晶体1对1耦合读出信号（一般是多个PMT通过Anger Logic电路读出一个MxN的晶体阵列的位置信息）。
现有技术中，SiPM（Silicon Photomultiplier，硅光电倍增管）越来越多地应用在PET系统中，PET探测器的设计也因为SiPM的一些特性得以改进。SiPM每个像素大小可以达到1～6mm，能够与闪烁晶体1对1耦合读出信号。
为了提高PET系统时间分辨率，必须要确保PET系统各个信号通道的时间一致性，这就要求针对每个信号通道进行时间校准。目前所有时间校准方法都是针对基于Anger Logic电路读出方法的PET系统，针对1对1读出方式的基于SiPM的PET系统并没有好的时间校准方法能应用。
发明内容
本发明解决的技术问题是，现有技术中，SiPM越来越多地应用在PET系统中，其能够与闪烁晶体1对1耦合读出信号，而为了提高PET系统时间分辨率，必须要确保PET系统各个信号通道的时间一致性，这就要求针对每个信号通道进行时间校准，然而目前所有时间校准方法都是针对基于Anger Logic电路读出方法的PET系统，针对1对1读出方式的基于SiPM的PET系统并没有好的时间校准方法能应用，而导致的时间校准手段复杂，PET系统时间分辨率无法有效提高，进而无法达到提高PET系统图像质量的问题，进而提供了一种优化的基于SiPM的PET系统的延时测算方法。
本发明所采用的技术方案是，一种基于SiPM的PET系统的延时测算方法，所述延时测算方法包括以下步骤：
步骤1：将直径为d的校正棒源置于PET系统的像素化PET探测器环的视野中心，所述像素化PET探测器环包括j层像素化探测器，所述像素化PET探测器环每层包括i+1个像素化探测器；i＞0，j＞0；
步骤2：通过时间T的采集，获得针对校正棒源的所有PET探测器的响应线数据；
步骤3：处理步骤2得到的响应线数据，得到不同的像素化探测器的通道之间的时间谱；
步骤4：分析像素化PET探测器环的每一层(i+1)个像素之间的时间延迟；
步骤4.1：设待测量像素为Pa，0≤a≤i；
步骤4.2：当a＜(i+1)/2时，测量像素Pa与P(i+1+2a)/2像素之间的时间谱，找出时间谱中心位置Ma；测量像素P(a+1)与P(i+1+2a)/2像素之间的时间谱，找出时间谱中心位置Na；像素Pa与像素P(a+1)之间的时间延迟为Ma-Na；
步骤4.3：当(i+1)/2≤a≤(i-1)时，测量像素Pa与P(2a-1-i)/2像素之间的时间谱，找出时间谱中心位置Ma；测量像素P(a+1)与P(2a-1-i)/2像素之间的时间谱，找出时间谱中心位置Na；此时，像素Pa与像素P(a+1)之间的时间延迟为Ma-Na；
步骤4.4：记录像素Pa到P(i+1)之间的时间延迟；
步骤4.5：以步骤4.1至步骤4.4的方式依次记录像素化PET探测器环的每一层(i+1)个像素之间的时间延迟；
步骤5：选定第一层上的0号像素，分析j层0号像素之间的时间延迟；
步骤5.1：像素X0与像素Y0是以校正棒源为对称轴的镜像像素，测量像素X0与像素Y0之间的时间谱，找出时间谱中心位置s0；测量像素X1与像素Y0之间的时间谱，找出时间谱中心位置t0；像素X0与像素X1之间的时间延迟为s0-t0；
步骤5.2：像素X1与像素Y1是以校正棒源为对称轴的镜像像素，测量像素X1与像素Y1之间的时间谱，找出时间谱中心位置s1；测量像素X2与像素Y1之间的时间谱，找出时间谱中心位置t1；像素X1与像素X2之间的时间延迟为s1-t1；
步骤5.3：依次类推，通过Xj和Yj间的时间谱算出像素X0至Xj两两之间的时间延迟；
步骤5.4：选定第一层上的1号像素，分析j层1号像素之间的时间延迟，依次类推，最终分析出j层i号像素之间的时间延迟；
步骤6：综合步骤4.5和步骤5.4的数据，获得整个像素化PET探测器环的i*j个像素化探测器之间的时间延迟数据。
优选地，所述像素化探测器朝向校正棒源一侧的像素尺寸为s，所述校正棒源的直径d的取值为2s≤d≤3s。
优选地，i为起始于0的自然数，所述i为奇数。
优选地，所述Pa为XOY平面上的每一个成像单元的像素化探测器的编号；所述Xj和Yj为Z方向上每一个成像单元的像素化探测器的编号。
优选地，j为起始于0的自然数，所述j为偶数。
优选地，所述{X0，X1……，Xj}和{Y0，Y1……，Yj}为互相平行且一一对应的探测器组。
本发明提供了一种优化的基于SiPM的PET系统的延时测算方法，通过在PET系统的像素化PET探测器环的视野中心设置校正棒源，并在不改变校正棒源位置的前提下，通过一次数据采集，获得所有PET探测器的响应线数据，进而得到不同的像素化探测器的通道之间的时间谱，经过1对1读出方式分析像素化PET探测器环的每一层(i+1)个像素之间的时间延迟及j层i号像素之间的时间延迟，获得整个像素化PET探测器环的i*j个像素化探测器之间的时间延迟数据，只需将时间延迟数据反馈到硬件中，即可实现整个基于SiPM的PET系统的所有像素化探测器通道之间的时间校准，能够有效提高PET系统的时间分辨率，从而达到提高PET系统图像质量目的。
附图说明
图1为本发明的XOY平面上的像素化探测器环结构示意图，其中的P0、P1、P2、P3、P4……Pi-2、Pi-1、Pi为像素化探测器的编号；
图2为本发明的Z方向上的像素化探测器环结构示意图，其中的X0、X1、X2、X3……Xj及Y0、Y1、Y2、Y3……Yj为像素化探测器的编号。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细描述，但本发明的保护范围并不限于此。
如图所示，本发明涉及一种基于SiPM的PET系统的延时测算方法，所述延时测算方法包括以下步骤：
步骤1：将直径为d的校正棒源1置于PET系统的像素化PET探测器环的视野中心，所述像素化PET探测器环包括j层像素化探测器2，所述像素化PET探测器环每层包括i+1个像素化探测器2；i＞0，j＞0；
步骤2：通过时间T的采集，获得针对校正棒源1的所有PET探测器的响应线数据；
步骤3：处理步骤2得到的响应线数据，得到不同的像素化探测器2的通道之间的时间谱；
步骤4：分析像素化PET探测器环的每一层(i+1)个像素之间的时间延迟；
步骤4.1：设待测量像素为Pa，0≤a≤i；
步骤4.2：当a＜(i+1)/2时，测量像素Pa与P(i+1+2a)/2像素之间的时间谱，找出时间谱中心位置Ma；测量像素P(a+1)与P(i+1+2a)/2像素之间的时间谱，找出时间谱中心位置Na；像素Pa与像素P(a+1)之间的时间延迟为Ma-Na；
步骤4.3：当(i+1)/2≤a≤(i-1)时，测量像素Pa与P(2a-1-i)/2像素之间的时间谱，找出时间谱中心位置Ma；测量像素P(a+1)与P(2a-1-i)/2像素之间的时间谱，找出时间谱中心位置Na；此时，像素Pa与像素P(a+1)之间的时间延迟为Ma-Na；
步骤4.4：记录像素Pa到P(i+1)之间的时间延迟；
步骤4.5：以步骤4.1至步骤4.4的方式依次记录像素化PET探测器环的每一层(i+1)个像素之间的时间延迟；
步骤5：选定第一层上的0号像素，分析j层0号像素之间的时间延迟；
步骤5.1：像素X0与像素Y0是以校正棒源1为对称轴的镜像像素，测量像素X0与像素Y0之间的时间谱，找出时间谱中心位置s0；测量像素X1与像素Y0之间的时间谱，找出时间谱中心位置t0；像素X0与像素X1之间的时间延迟为s0-t0；
步骤5.2：像素X1与像素Y1是以校正棒源1为对称轴的镜像像素，测量像素X1与像素Y1之间的时间谱，找出时间谱中心位置s1；测量像素X2与像素Y1之间的时间谱，找出时间谱中心位置t1；像素X1与像素X2之间的时间延迟为s1-t1；
步骤5.3：依次类推，通过Xj和Yj间的时间谱算出像素X0至Xj两两之间的时间延迟；
步骤5.4：选定第一层上的1号像素，分析j层1号像素之间的时间延迟，依次类推，最终分析出j层i号像素之间的时间延迟；
步骤6：综合步骤4.5和步骤5.4的数据，获得整个像素化PET探测器环的i*j个像素化探测器2之间的时间延迟数据。
本发明中，在PET系统的像素化PET探测器环的视野中心设置校正棒源1，并在不改变校正棒源1位置的前提下，通过一次时间足够长的数据采集，即可以获得所有PET探测器2的响应线数据，进而得到不同的像素化探测器2的通道之间的时间谱，根据时间谱信息分析像素化PET探测器环的每一层(i+1)个像素之间的时间延迟及j层i号像素之间的时间延迟。
本发明中，PET系统测得的响应线数据的时间谱一般为直方图，其中的中心位置即是响应最大值的位置。
本发明中，分析像素化PET探测器环的每一层(i+1)个像素之间的时间延迟是通过确定一个像素点，并将此像素点以校正棒源1为对称中心的对称点找出来，此点与对称点的时间谱的中心点与此点后一点与对称点的时间谱的中心点的差值即为时间延迟。
本发明中，以i=7为例。当Pa的a＜(i+1)/2即a＜4时，测量像素Pa与P(i+1+2a)/2像素之间的时间谱，找出时间谱中心位置Ma，测量像素P(a+1)与P(i+1+2a)/2像素之间的时间谱，找出时间谱中心位置Na，像素Pa与像素P(a+1)之间的时间延迟为Ma-Na，即能得到像素P0与像素P1之间、像素P1与像素P2之间、像素P2与像素P3之间、像素P3与像素P4之间的时间延迟Ma-Na；当Pa的a取值为(i+1)/2≤a≤(i-1)即4≤a≤6时，测量像素Pa与P(2a-1-i)/2像素之间的时间谱，找出时间谱中心位置Ma，测量像素P(a+1)与P(2a-1-i)/2像素之间的时间谱，找出时间谱中心位置Na，即能得到像素P4与像素P5之间、像素P5与像素P6之间、像素P6与像素P7之间的时间延迟Ma-Na；当Pa的a取值为a=i即a=7时，此处无需再次重复计算P7和P0间的时间延迟，因为本发明最终的目的是得到以P0点为辐射中心，P0点在三维方向上与所有的像素化探测器2间的时间延时，P7和P0的延时可以通过叠加P0至P7间的像素的时间延迟总和来得到。最终记录当a取0到7时所有的Ma-Na，即是每一层像素化探测器2的像素P0到P(i+1)之间的时间延迟，在实际使用的过程中，实则为记录每一层像素化探测器2的像素P0到P(i+1)各点之间的时间延迟。
本发明中，j层i号像素之间的时间延迟亦是通过递进的方式1对1测定。选定起始像素X0，测量像素X0和与像素X0以校正棒源1为对称轴的镜像像素Y0之间的时间谱，找出时间谱中心位置s0；测量像素X1与像素Y0之间的时间谱，找出时间谱中心位置t0；像素X0与像素X1之间的时间延迟为s0-t0；以此类推，算出像素X0至Xj两两之间的时间延迟；以同样的方式，选定第一层上的1号像素，分析j层1号像素之间的时间延迟，依次类推，最终分析出j层i号像素之间的时间延迟。
本发明中，分析像素化PET探测器环的每一层(i+1)个像素之间的时间延迟及j层i号像素之间的时间延迟后的数据综合后，可以获得整个像素化PET探测器环的i*j个像素化探测器2之间的时间延迟数据，而在获得整个像素化PET探测器环的i*j个像素化探测器2之间的时间延迟数据后，只需将时间延迟数据反馈到硬件中，利用数据控制硬件直接调节时间延迟的问题，即可实现整个基于SiPM的PET系统的所有像素化探测器2通道之间的时间校准，能够有效提高PET系统的时间分辨率，从而达到提高PET系统图像质量目的。
所述像素化探测器2朝向校正棒源1一侧的像素尺寸为s，所述校正棒源1的直径d的取值为2s≤d≤3s。
本发明中，校正棒源1的直径不能过大亦不能过小，过大会导致干扰、误差较大，而过小则会无法得到足够的响应线数据，故本发明中，以像素化探测器2朝向校正棒源1一侧的像素尺寸为基准，当像素尺寸为s时，校正棒源1的直径d一般设置为不大于3倍的像素尺寸且不小于2倍的像素尺寸。
本发明中，在实际操作的过程中，SiPM每个像素大小可以达到1～6mm，一般为4～6mm。
本发明中，s＞0。
i为起始于0的自然数，所述i为奇数。
j为起始于0的自然数，所述j为偶数。
本发明中，为了便于计算及定义，i为起始于0的自然数，且i为奇数，j为起始于0的自然数，且j为偶数，具体的数值根据系统配置得到。
所述Pa为XOY平面上的每一个成像单元的像素化探测器2的编号；所述Xj和Yj为Z方向上每一个成像单元的像素化探测器2的编号。
本发明中，Pa代表XOY平面上的像素化探测器2，Xj和Yj为Z方向上的像素化探测器2，Pa间的时间延迟代表了XOY方向上像素化探测器2间两两的时间差值，Xj和Yj间的时间延迟代表了Z方向上像素化探测器2间两两的时间差值，两者结合后为整个探测器i*j个像素之间的时间延迟。
所述{X0，X1……，Xj}和{Y0，Y1……，Yj}为互相平行且一一对应的探测器组。
本发明中，为了保证时间延迟测算作业的进行，且为了保证时间延迟测算的精确，需要保证{X0，X1……，Xj}和{Y0，Y1……，Yj}为一一对应的互相平行的探测器组。
本发明解决了现有技术中，SiPM越来越多地应用在PET系统中，其能够与闪烁晶体1对1耦合读出信号，而为了提高PET系统时间分辨率，必须要确保PET系统各个信号通道的时间一致性，这就要求针对每个信号通道进行时间校准，然而目前所有时间校准方法都是针对基于Anger Logic电路读出方法的PET系统，针对1对1读出方式的基于SiPM的PET系统并没有好的时间校准方法能应用，而导致的时间校准手段复杂，PET系统时间分辨率无法有效提高，进而无法达到提高PET系统图像质量的问题，通过在PET系统的像素化PET探测器环的视野中心设置校正棒源1，并在不改变校正棒源1位置的前提下，通过一次数据采集，获得所有PET探测器2的响应线数据，进而得到不同的像素化探测器2的通道之间的时间谱，经过1对1读出方式分析像素化PET探测器环的每一层(i+1)个像素之间的时间延迟及j层i号像素之间的时间延迟，获得整个像素化PET探测器环的i*j个像素化探测器2之间的时间延迟数据，只需将时间延迟数据反馈到硬件中，即可实现整个基于SiPM的PET系统的所有像素化探测器2通道之间的时间校准，能够有效提高PET系统的时间分辨率，从而达到提高PET系统图像质量目的。
Claims (6)
1.一种基于SiPM的PET系统的延时测算方法，其特征在于：所述延时测算方法包括以下步骤：
步骤1：将直径为d的校正棒源置于PET系统的像素化PET探测器环的视野中心，所述像素化PET探测器环包括j层像素化探测器，所述像素化PET探测器环每层包括i+1个像素化探测器；i＞0，j＞0；
步骤2：通过时间T的采集，获得针对校正棒源的所有PET探测器的响应线数据；
步骤3：处理步骤2得到的响应线数据，得到不同的像素化探测器的通道之间的时间谱；
步骤4：分析像素化PET探测器环的每一层(i+1)个像素之间的时间延迟；
步骤4.1：设待测量像素为Pa，0≤a≤i；
步骤4.2：当a＜(i+1)/2时，测量像素Pa与P(i+1+2a)/2像素之间的时间谱，找出时间谱中心位置Ma；测量像素P(a+1)与P(i+1+2a)/2像素之间的时间谱，找出时间谱中心位置Na；像素Pa与像素P(a+1)之间的时间延迟为Ma-Na；
步骤4.3：当(i+1)/2≤a≤(i-1)时，测量像素Pa与P(2a-1-i)/2像素之间的时间谱，找出时间谱中心位置Ma；测量像素P(a+1)与P(2a-1-i)/2像素之间的时间谱，找出时间谱中心位置Na；此时，像素Pa与像素P(a+1)之间的时间延迟为Ma-Na；
步骤4.4：记录像素Pa到P(i+1)之间的时间延迟；
步骤4.5：以步骤4.1至步骤4.4的方式依次记录像素化PET探测器环的每一层(i+1)个像素之间的时间延迟；
步骤5：选定第一层上的0号像素，分析j层0号像素之间的时间延迟；
步骤5.1：像素X0与像素Y0是以校正棒源为对称轴的镜像像素，测量像素X0与像素Y0之间的时间谱，找出时间谱中心位置s0；测量像素X1与像素Y0之间的时间谱，找出时间谱中心位置t0；像素X0与像素X1之间的时间延迟为s0-t0；
步骤5.2：像素X1与像素Y1是以校正棒源为对称轴的镜像像素，测量像素X1与像素Y1之间的时间谱，找出时间谱中心位置s1；测量像素X2与像素Y1之间的时间谱，找出时间谱中心位置t1；像素X1与像素X2之间的时间延迟为s1-t1；
步骤5.3：依次类推，通过Xj和Yj间的时间谱算出像素X0至Xj两两之间的时间延迟；
步骤5.4：选定第一层上的1号像素，分析j层1号像素之间的时间延迟，依次类推，最终分析出j层i号像素之间的时间延迟；
步骤6：综合步骤4.5和步骤5.4的数据，获得整个像素化PET探测器环的i*j个像素化探测器之间的时间延迟数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于SiPM的PET系统的延时测算方法，其特征在于：所述像素化探测器朝向校正棒源一侧的像素尺寸为s，所述校正棒源的直径d的取值为2s≤d≤3s。
3.根据权利要求1所述的一种基于SiPM的PET系统的延时测算方法，其特征在于：i为起始于0的自然数，所述i为奇数。
4.根据权利要求1所述的一种基于SiPM的PET系统的延时测算方法，其特征在于：所述Pa为XOY平面上的每一个成像单元的像素化探测器的编号；所述Xj和Yj为Z方向上每一个成像单元的像素化探测器的编号。
5.根据权利要求1所述的一种基于SiPM的PET系统的延时测算方法，其特征在于：j为起始于0的自然数，所述j为偶数。
6.根据权利要求1所述的一种基于SiPM的PET系统的延时测算方法，其特征在于：所述{X0，X1……，Xj}和{Y0，Y1……，Yj}为互相平行且一一对应的探测器组。
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