CN105030263A - 一种数字pet的能量反馈校正方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种数字PET的能量反馈校正方法，S1：获取每个探测通道内的多个闪烁脉冲事件的能量信息，探测通道包括一一耦合的晶体条与硅光电倍增器；S2：确定各探测通道对应的待校正能量值：S3：将每个探测通道的待校正能量值与预设标准能量值比较，判断待校正能量值是否发生偏移：在允许范围内，保持探测通道设置不变；超出允许范围，改变对应硅光电倍增器的电信号大小来调节增益，使各闪烁脉冲事件的待校正能量值保持在允许范围内；S4：再次获取校正后的闪烁脉冲事件对应的能量信息，则相应能量值即为闪烁脉冲事件对应的真实能量值。通过对各探测通道电信号反馈调节，不同光电倍增管输出的能量保持尽量相同的能量分布，以实现能量归一化的校正。

Description

一种数字PET的能量反馈校正方法及系统

技术领域

本发明涉及高能辐射探测成像及数字信号处理领域，尤其涉及一种针对全数字PET系统的能量校正方法

背景技术

全数字化PET系统相比传统PET具有灵活性，可升级性，易于矫正等特点，由于全部采用通用的数字逻辑器件构建系统，从而能够轻易、快速的完成对信息采集系统所有可变参数的预置、监控和校正，使系统性能维持在最优状态。采用多阈值采样(Multi-VoltageThreshold，以下均简称MVT)等方法能够直接数字化闪烁脉冲，在更精确的获取闪烁脉冲信息的同时，由于不对其进行整形滤波，可以达到很小的前端信息采集死时间，从而实现高计数率，该特点能够有效的提升图像信噪比，使得动态成像和短半衰期核素等应用成为可能。

在如申请号201510078266.2所示的全数字化PET系统中，采用数字化的独立探测器模块，每个晶体对应SiPM的一个通道。每个晶体和其对应的SiPM通道组成一个相对独立的探测通道。数字化处理部分对每个探测通道接收到的脉冲信号进行数字化处理。在进行能量计算时，各探测通道的能量计算指针对该探测通道的数据进行。故当探测器确定后，其各个探测通道间的能量计算是相互独立的。

由于系统使用多个晶体和光电转换器件之间、以及各电路之间会存在差别，使用相同的方法对晶体接收到的相同能量的Gamma光子进行能量计算后，各个晶体探测的计数峰值所对应的能量值与理论计数峰值所对应的能量值有一定的偏移，需要将各通道计算后的能量进行归一化校正。

发明内容

本发明的目的在于提供一种数字PET的能量的校正方法及系统，其比较数字PET的各探测通道的待校正能量值与标准能量值，然后通过调整各探测通道的电信号，对各探测通道的能量输出进行反馈校正。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：

本发明首先公开一种数字PET的能量反馈校正方法，包括以下步骤：

S1：获取每个探测通道内的多个闪烁脉冲事件的能量信息，所述探测通道包括一一耦合的晶体条与硅光电倍增器；

S2：确定各探测通道对应的待校正能量值：统计每个探测通道中包含的闪烁脉冲能量分布谱，通过寻找能量分布谱的峰值获得每个探测通道的对应的待校正能量值；

S3：将每个探测通道的待校正能量值与预设的标准能量值进行比较，判断待校正能量值是否发生偏移：若待校正能量值的大小在允许范围内，则保持探测通道设置不变；若判断待校正能量值超出允许范围，则改变对应硅光电倍增器的电信号大小来调节增益，以改变该探测通道所产生的闪烁脉冲事件的待校正能量值，使各闪烁脉冲事件的待校正能量值保持在允许范围内；

S4：再次获取校正后的闪烁脉冲事件对应的能量信息，则校正后的闪烁脉冲事件对应的能量值即为闪烁脉冲事件对应的真实能量值。

所述步骤S1中，所述能量信息的获取的方法为模拟数字转换器方法或多电压阈值方法或电荷积分方法；

优选的，所述步骤S2中通过曲线拟合确定每个探测能量分布谱的峰值。

所述允许范围越小越好，优选为标准值的±5％。

所述电信号为电压信号或电流信号。

所述标准能量值为各晶体的理论能量峰值511keV；或所述取所述多个待校正能量值的平均值作为标准能量值。

所述步骤S1至步骤S4中均由上位机完成。

本发明还公开了一种数字PET的能量反馈校正系统，用于晶体条与硅光电倍增器一一耦合的PET系统中，包括：

闪烁脉冲能量获取模块，用于获得闪烁脉冲的能量信息；

与多个硅光电倍增器电源模块分别通信连接的能量反馈校正模块，用于调整探测通道的电信号大小以对该探测通道输出的闪烁脉冲能量进行校正。

所述能量反馈校正模块包括：

能量统计模块，用于确定各探测通道的待校正能量值；

能量比较单元，用于确定各探测通道的待校正能量值是否发生偏移；

以及能量控制单元，其与硅光电倍增器电源模块通信连接以用于改变相应探测通道电信号大小以获取校正后的闪烁脉冲事件真实能量值。

获取闪烁脉冲能量信息的方法为：采用数字积分的方式，或者采用积分电路，或者采用多阈值采样方法。

所述闪烁脉冲获取模块与能量反馈校正模块设置于上位机内。

由于采用上述方案，本发明的有益效果是：

本发明所示的数字PET的能量反馈校正方法及系统，其用于晶体和探测器一一耦合的数字PET系统中，通过比较各探测通道产生的待校正能量值与标准能量值大小，确定该探测通道的能量值是否偏移较大，若偏移过大，则根据各探测通道的待校正能量值的具体大小分别反馈调节作用在相应硅光电倍增器的电信号大小，从而使得校正后的闪烁脉冲事件能量处于允许的范围内，重新采集校正后的闪烁脉冲事件，则校正后的闪烁脉冲事件的能量即为闪烁脉冲事件真实能量值。通过对各探测通道的电信号进行反馈调节，校正后的各闪烁脉冲事件输出的能量输处于允许的误差范围内，可以使得不同光电倍增管输出的能量能够保持尽量相同的能量分布，实现PET系统能量归一化的校正。

附图说明

图1为本发明所示的数字PET的能量反馈校正方法一实施例的工作流程图；

图2为本发明所示的数字PET的能量反馈校正系统一实施例的结构示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种数字PET的能量反馈校正方法，其用于晶体和探测器一一耦合形成探测通道的PET系统中，该方法比较各探测通道产生的待校正能量值与标准能量值大小，根据各探测通道的待校正能量值的具体大小分别反馈调节作用在相应硅光电倍增器的电信号大小，从而使得校正后的闪烁脉冲事件能量处于允许的范围内，重新采集校正后的闪烁脉冲事件，则校正后的闪烁脉冲事件的能量即为闪烁脉冲事件真实能量值。

如图1所示，本发明所示的数字PET的能量反馈校正方法具体工作过程如下：

S1：获取每个探测通道内的多个闪烁脉冲事件的能量信息，所述探测通道包括一一耦合的晶体条与硅光电倍增器。

本发明所示的能量反馈校正方法作用于数字PET系统，数字PET系统包括多条探测通道，每一探测通道均包括一一耦合的晶体条与硅光电倍增器，对每个探测通道内入射γ光子产生的闪烁脉冲进行信息采集，并形成闪烁脉冲事件，每一探测通道还包括一数字化模块，以使得形成的闪烁脉冲事件为数字化的信号。步骤S1中，首先获取每个探测通道内的多个闪烁脉冲事件的能量信息，可通过数字积分的方式，或者采用积分电路，或者采用多阈值采样等方法确定各个闪烁脉冲事件的能量信息。

现有的能量校正过程中，由于光电转换器件的增益不同和后级确定位置所用的电阻加权网络对探测阵列不同位置的能量响应不一致等因素，无法直接采用同一能量窗进行滤除，必须结合晶体分割数据，统计各个晶体条的能量谱信息并得到能量校正系数，将每个晶体条上闪烁脉冲能量校正到511keV后，再施以能量窗进行能量符合判断，其中晶体分割以及闪烁脉冲对应的晶体位置确定需要复杂的方法才能确定，实施起来十分困难。本发明所示的能量反馈校正方法，其用于晶体条与硅光电倍增器一一耦合的数字PET系统，分别对每个探测通道内入射γ光子产生的闪烁脉冲进行信息采集，故每个探测通道形成的闪烁脉冲对应的晶体位置是唯一确定可知，这样设置，无需考虑晶体位置因素，操作方便简单。

S2：确定各探测通道的对应的待校正能量值：统计每个探测通道中包含的闪烁脉冲能量并绘制成能量分布谱，通过寻找能量分布谱的峰值获得每个探测通道的511keV能量峰对应的待校正能量值。

PET系统的成像原理要求对人体内每一次湮灭事件同时产生的一对方向相反能量相等且为511keV的γ光子进行符合探测，然而实际过程中，由于噪声或者康普顿散射等因素的影响，并不是每个探测通道产成的所有闪烁脉冲事件均是成像所需要的，需要通过闪烁脉冲能量分布谱确定各探测通道的对应的待校正能量值，并施以能量窗将所需的真事件挑选出来。

找出每个探测通道的能量分布谱的最大计数峰值及其所对应的探测能量峰值有很多种方法，在要求精度不高的情况下，可以从能量分布谱的最高点向坐标轴上的纵轴作垂线即可得到最大计数峰值。但是上述找出最大计数峰值及其所对应的探测能量峰值的方法会引入人为操作误差，为了提高精度，可以采用曲线拟合的方法找出最大计数峰值及其所对应的探测能量峰值，该探测能量峰值即每个探测通道的511keV能量峰对应的待校正能量值。

S3：将每个探测通道的待校正能量值与预设的标准能量值进行比较，判断待校正能量值是否发生偏移：若待校正能量值的大小在允许范围内，则保持探测通道设置不变；若判断待校正能量值超出允许范围，则改变对应硅光电倍增器的电信号大小来调节增益，以改变该探测通道所产生的闪烁脉冲事件的待校正能量值，使各闪烁脉冲事件的待校正能量值保持在允许范围内。

如前所述，由于各种因素的影响，每个探测通道中的待校正能量值各不相同，且探测通道的待校正能量值的大小与相应的硅光电倍增器的电信号大小线性相关，故本发明所示的校正方法中，预设一标准能量值，以该标准能量值为基准反馈调节作用于硅光电倍增器的电信号大小，使得该节硅光电倍增器的增益发生改变，最终使得校正后的探测通道所产生的闪烁脉冲事件的能量能够尽量靠近标准能量值，使得每个探测通道的光电倍增管输出的能量可保持相同的能量分布

上述标准能量值为晶体的理论能量峰值511keV；或所述取所述多个待校正能量值的平均值作为标准能量值。

上述电信号可为作用在硅光电倍增器上的电压信号或电流信号，通过调整作用在硅光电倍增器上的电压信号或电流信号的大小，可实现硅光电倍增器增益的调整，最终使得不同探测通道中光电倍增器输出的能量保持相同的能量分布，例如，当判断某一探测通道的待校正能量值过大，且超出允许范围时，能量控制单元发送指令至相应硅光电倍增器的电源模块处，控制电源模块的输出的电压或电流降低，则调整后的探测通道产生的闪烁脉冲事件的能量会相应降低，能够尽量接近标准能量值；当某一探测通道中的待校正能量值过大，且超出允许范围时，能量控制单元发送指令至相应硅光电倍增器的电源模块处，控制电源模块的输出的电压或电流增大，则调整后的探测通道产生的闪烁脉冲事件的能量会相应升高，能够尽量接近预设的标准能量值，最终使得调整后的探测通道产生的闪烁脉冲事件的真实能量值始终保持相同的能量分布，然后在使用同一能量窗滤除判断，若该闪烁脉冲事件真实能量值在能量窗内，则保留该闪烁脉冲事件，若该闪烁脉冲事件真实能量值不在能量窗内，则滤除该闪烁脉冲事件。

为了使得校正后的闪烁脉冲事件的能量值能够尽可能的使用一相同能量窗进行滤除判断，故允许范围越小越好，考虑到数字PET系统的精度要求，本实施例中，将允许范围设置为标准能量值的±5％。

S4：再次获取校正后的闪烁脉冲事件对应的能量信息，则校正后的闪烁脉冲事件对应的能量值即为闪烁脉冲事件对应的真实能量值，本实施例中，如前所述，也是通过模拟数字转换器方法或多电压阈值方法或电荷积分方法确定校正后的闪烁脉冲事件的各自的能量大小。

此外，本发明所示的能量反馈校正方法中，步骤S1至S4均由上位机完成，即首先探测通道的闪烁脉冲事件采集完成后，发送至上位机，由上位机完成各闪烁脉冲事件能量的确定，然后上位机统计每个探测通道晶体条上的闪烁脉冲能量分布谱，通过寻找能量谱计数量最高点获取每个能量分布谱的511keV能量峰对应的待校正能量值；再者步骤S3中，上位机比较各探测通道的待校正能量值与标准能量值的大小，然后依据比较结果来确定各相应电源模块的电信号调整指令的发送，最后，校正后的探测通道的闪烁脉冲事件采集完成后，继续发送至上位机，由上位机完成各校正后闪烁脉冲事件能量即真实能量值的确定。

这样设置，一方面可充分有效的利用上位机的处理效率，提高了整个能量校正的效率以及准确度，另一方面，无需在另外增设完成上述各功能的硬件设备，降低了整个数字PET系统的复杂度。

上述各探测通道的数字化模块与上位机之间、上位机与各电源模块之间的经由光纤或以太网或USB或总线或蓝牙或全新无线网络数据通信技术进行数据传输。

如图2所示，本发明还公开了一种数字PET的能量反馈校正系统，其用于由晶体条与硅光电倍增器一一耦合的数字PET系统中，其包括闪烁脉冲信息获取模块以及能量反馈校正模块，闪烁脉冲信息获取模块用于对多个探测通道的闪烁脉冲事件相应的能量信息的获得；本实施例中，如前所述，获取闪烁脉冲事件能量值的方法为：采用数字积分的方式，或者采用积分电路，或者采用多阈值采样方法。能量反馈校正模块与硅光电倍增器的电源控制模块通信连接的，用于调整探测通道的电信号大小以对该探测通道输出的能量进行校正，包括：能量统计模块，用于确定各探测通道的待校正能量值；能量比较单元，用于确定各探测通道的待校正能量是否发生偏移，以及能量控制单元，用于改变相应探测通道电信号大小以获取校正后的闪烁脉冲事件。

为了有效的提供能量校正的效率，本实施例中，上述闪烁脉冲信息提取模块与能量反馈校正模块均设置于上位机内，闪烁脉冲事件被采集之后，由上位机完成后续整个能量的校正过程，简化了硬件设计，同时效率高。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种数字PET的能量反馈校正方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：获取每个探测通道内的多个闪烁脉冲事件的能量信息，所述探测通道包括一一耦合的晶体条与硅光电倍增器；

S2：确定各探测通道对应的待校正能量值；

S3：将每个探测通道的待校正能量值与预设的标准能量值进行比较，判断待校正能量值是否发生偏移：若待校正能量值的大小在允许范围内，则保持探测通道设置不变；若判断待校正能量值超出允许范围，则改变对应硅光电倍增器的电信号大小来调节增益，以改变该探测通道所产生的闪烁脉冲事件的待校正能量值，使各闪烁脉冲事件的待校正能量值保持在允许范围内；

S4：再次获取校正后的闪烁脉冲事件对应的能量信息，则校正后的闪烁脉冲事件对应的能量值即为闪烁脉冲事件对应的真实能量值。

2.根据权利要求1所述的能量反馈校正方法，其特征在于：

所述步骤S1中，所述能量信息的获取的方法为模拟数字转换器方法或多电压阈值方法或电荷积分方法；

优选的，所述步骤S2中，统计每个探测通道中包含的闪烁脉冲能量分布谱，通过寻找能量分布谱的峰值获得每个探测通道的对应的待校正能量值；

进一步的，所述步骤S2中通过曲线拟合确定每个探测能量分布谱的峰值。

3.根据权利要求1所述的能量反馈校正方法，其特征在于：所述允许范围越小越好，优选为标准值的±5%。

4.根据权利要求1所述的能量反馈校正方法，其特征在于：所述电信号为电压信号或电流信号。

5.根据权利要求1所述的能量反馈校正方法，其特征在于：所述标准能量值为各晶体的理论能量峰值511keV；或所述取所述多个待校正能量值的平均值作为标准能量值。

6.根据权利要求1所述的能量反馈校正方法，其特征在于：所述步骤S1至步骤S4中均由上位机完成。

7.一种数字PET的能量反馈校正系统，其特征在于：用于晶体条与硅光电倍增器一一耦合的PET系统中，包括：

闪烁脉冲能量获取模块，用于获得闪烁脉冲的能量信息；

与多个硅光电倍增器电源模块分别通信连接的能量反馈校正模块，用于调整探测通道的电信号大小以对该探测通道输出的闪烁脉冲能量进行校正。

8.根据权利要求7所述能量反馈校正系统，其特征在于：所述能量反馈校正模块包括：

能量统计模块，用于确定各探测通道的待校正能量值；

能量比较单元，用于确定各探测通道的待校正能量值是否发生偏移；

以及能量控制单元，其与硅光电倍增器电源模块通信连接以用于改变相应探测通道电信号大小以获取校正后的闪烁脉冲事件真实能量值。

9.根据权利要求8所述的能量反馈校正系统，其特征在于：获取闪烁脉冲能量信息的方法为：采用数字积分的方式，或者采用积分电路，或者采用多阈值采样方法。

10.根据权利要求7所述能量反馈校正系统，其特征在于：所述闪烁脉冲获取模块与能量反馈校正模块设置于上位机内。