CN105115994A - 一种数字pet能量参数化校正方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种数字PET的能量参数化校正方法，每个探测模块预设对应的能量校正系数，所述探测模块包括一一耦合的晶体条与硅光电倍增管；(1)上位机查询每个探测模块中预设能量校正系数以形成能量校正表；(2)上位机获取探测模块产生的各个闪烁脉冲事件的待校正能量值；(3)上位机依据所述能量校正表对待校正能量值进行校正以获得各闪烁脉冲事件校正后的能量值。通过上位机读取各探测模块的能量校正系数并完成相应闪烁脉冲事件的能量校正，无需设置射源，且整个能量校正过程在上位机中完成，效率高，精度好。

Description

一种数字PET能量参数化校正方法及系统

技术领域

本发明属于高能辐射探测成像及数字信号处理领域，涉及一种PET系统的能量符合方法，尤其涉及一种针对全数字PET系统的能量符合方法。

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，每个晶体对应一个SiPM(硅光电倍增管)组成一个独立的探测器通道。数字化处理部分对每个探测模块接收到的闪烁脉冲信号进行数字化处理，从而将入射的γ光子转换为电信号，获得其能量、位置和时间等信息，然后在通过湮灭符合技术，得到湮灭事件所在响应线的位置，并通过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

在进行能量符合计算时，各探测模块的能量计算指针对该探测模块的数据进行。故当探测器确定后，其各个探测模块间的能量计算是相互独立的，但是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γ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。

为了保证PET系统的精确度，在PET系统正常使用时，需要定期对其进行能量校正，此外，若PET系统的一个或多个探测模块发生故障进行更换之后，也需要对PET系统进行能量校正，现有的PET能量校正技术中，往往需要使用射源，能量校正的步骤繁琐，麻烦，耗时较长，且长期处于射源环境下，还有可能会给操作者的身体造成一定的损害。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能量参数化校正方法及系统，各探测模块预设能量校正系数，为参数化的探测模块，通过上位机读取各探测模块的能量校正系数并完成相应闪烁脉冲事件的能量校正，无需设置射源，且整个能量校正过程在上位机中完成，效率高，精度好。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：

一种数字PET的能量参数化校正方法，所述数字PET包括多个探测模块，所述探测模块包括一一耦合的晶体条与硅光电倍增管，且所述探测模块预设对应的能量校正系数：

(1)上位机查询每个探测模块中预设能量校正系数以形成能量校正表；

(2)上位机获取探测模块产生的各个闪烁脉冲事件的待校正能量值；

(3)上位机依据所述能量校正表对待校正能量值进行校正以获得各闪烁脉冲事件校正后的能量值。

所述数字PET系统中，所述探测模块每次开始探测光子之前，所述上位机均查询每个探测模块中预设能量校正系数以更新能量校正表。

所述步骤(2)中所述闪烁脉冲事件的待校正能量值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。

所述步骤(1)中，能量校正系数为各晶体理论能量峰值与探测能量峰值的比。

所述步骤(1)中，能量校正系数在探测模块内的存储介质为片外ROM、片上ROM、片外FLASH中的一种。

所述探测模块与所述上位机之间的数据传输方式为光纤或以太网或USB或总线或蓝牙或全新无线网络数据通信技术。

本发明还公开了一种数字PET的能量参数化校正系统，用于晶体条与硅光电倍增管一一耦合PET系统的能量校正，包括：

存储单元，所述存储单元的数量对应探测模块的数量设置，用于存储对应探测模块的能量校正参数；

校正表生成单元，用于查询所述存储单元预存信息以形成能量校正表。

能量计算单元，用于计算闪烁脉冲事件的待校正能量值；

能量校正单元，用于依据所述能量校正表确定各闪烁脉冲事件校正后的能量值；，

所述存储单元设置于所述探测模块内，所述校正表生成单元、能量计算单元、能量校正单元设置于外部上位机内；

优选的，所述存储单元是片外ROM、片上ROM、片外FLASH中的一种。

获取闪烁脉冲事件的待校正能量值的方法为：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。

由于采用上述方案，本发明的有益效果是：

本发明所示的能量参数化校正方法及系统，应用于数字PET中，数字PET包括多个探测模块，每个探测模块包括一一耦合的晶体条以及光电倍增器，此外，各个探测模块还预设相应的能量校正系数。工作时，当各探测模块开始进行光子探测前，上位机分别读取各探测模块的能量校正系数并对应此次工作的探测模块形成能量校正表，待各探测模块的闪烁脉冲事件被采集后均发送至上位机中，上位机计算各闪烁脉冲事件的待校正能量，依据相应的能量校正表对各个探测通道内的闪烁脉冲事件的能量进行校正以确定每个闪烁脉冲事件的真实能量，为后续的能量符合做好准备。这样设置，第一，由于各闪烁脉冲事件待校正能量的确定以及校正均在上位机中完成，整个校正过程效率高、准确度也可得到保障。第二、由于每次工作时，上位机均会查询各探测器模块，及时形成新的能量校正表，故无当PET系统的某一个或多个探测模块发生故障并更换后，无需在进行相应的能量归一化校正过程。第三，在所有的能量校正过程中，均不需要利用射源，提高了操作人员的工作安全性。

附图说明

图1为本发明所示的数字PET的能量参数化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的能量参数化校正系统一实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

本发明公开了一种数字PET的能量参数化校正方法及系统，其应用于数字PET中，数字PET包括多个探测模块，每个探测模块包括一一耦合的晶体条以及光电倍增器，此外，各个探测模块还预设相应的能量校正系数。工作时，当各探测模块上电后，上位机分别读取各探测模块的能量校正系数并对应此次工作的探测模块形成能量校正表，待各探测模块的闪烁脉冲事件被采集后均发送至上位机中，上位机计算各闪烁脉冲事件的待校正能量，依据相应的能量校正表对各个探测通道内的闪烁脉冲事件的能量进行校正以确定每个闪烁脉冲事件的真实能量，为后续的能量符合做好准备。

如图1所示，本发明所示的能量参数化校正方法具体工作如下：

(1)上位机查询每个探测模块中预设能量校正系数以形成能量校正表；

PET系统上电，在开始进行光子探测前，上位机发送指令与每个探测模块的预存能量校正系数的存储单元通信连接，存储单元收到指令后告知各自的能量校正系数，上位机接受各个探测通道的能量校正系数后汇编形成能量校正表；上述能量校正系数存储介质即各存储单元可为片外ROM、片上ROM、片外FLASH中的一种。这样设置，当所述数字PET系统的各探测模块开始进行光子探测之前，所述上位机均查询每个探测模块中预设能量校正系数以更新能量校正表。

由于每次探测模块工作时，上位机均会查询各探测器模块，及时形成新的能量校正表，故无当PET系统的某一个或多个探测模块发生故障并更换后，即可直接投入使用，无需在对PET设备整体进行相应的能量归一化校正过程。

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，由于晶体分割以及对应能量的确定需要复杂的方法才能确定，实施起来十分困难，准确性也有待进一步的提高。本发明所示的能量校正方法，其用于晶体条与硅光电倍增管一一耦合的数字PET系统，分别对每个探测模块内入射伽马光子产生的闪烁脉冲进行信息采集，使得所述硅光电倍增管对所述闪烁晶体的定位更加容易，故每个探测模块形成的闪烁脉冲事件位置是唯一确定可知，每个探测器模块的能量校正系数对应的晶体也是唯一确定的，无需在对各晶体进行分割，消除了分光造成的误编码，大幅降低了误定位的概率。

每个探测模块的能量校正系数是用于校正由各个晶格条所采集到的闪烁脉冲事件的待校正能量值。各探测模块的能量校正系数是针对该探测模块内的晶体、光电转换器件以及各电路所设计的，在该探测器模块正式使用之前，对该探测器模块进行测试，统计多次该探测模块的探测能量峰值后取平均值，然后取该平均值与理论能量峰值的比作为该探测模块的能量校正系数。

(2)上位机获取探测模块产生的各个闪烁脉冲事件的待校正能量值；

能量校正表形成之后，各探测模块开始进行闪烁脉冲信息的采集，并形成闪烁脉冲事件发送至上位机进行处理，上位机分别获取各探测模块所发送的闪烁脉冲事件的能量信息，以确定各个闪烁脉冲事件的待校正能量值。闪烁脉冲事件产生后，现有技术中有很多方法可有效确定其具体的能量大小，上述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。

其中，探测模块与上位机之间的数据传输方式为光纤或以太网或USB或总线或蓝牙或全新无线网络数据通信技术。

(3)上位机依据所述能量校正表对待校正能量值进行校正以获得各闪烁脉冲事件校正后的能量值。

上位机确定各闪烁脉冲的待校正能量值后，依据能量校正表查询各闪烁脉冲的能量校正系数，计算每个所述闪烁脉冲事件的待校正能量值与此闪烁脉冲事件的能量校正系数的乘积获得每个闪烁脉冲事件的校正后能量值，则该校正后的能量值即为闪烁脉冲事件的真实能量值。

能量校正完毕之后，可通过能量窗对校正后的能量值进行判断，判断是否将该闪烁脉冲事件滤除。本实施例中，闪烁脉冲事件的滤除判断也由上位机完成；若判断该闪烁脉冲事件校正后的能量值在预设的能量窗内，则保留该事件，若该闪烁脉冲事件校正后的能量值不在预设的能量窗内，则滤除该事件。

本发明所示的能量参数化校正方法，在对各个探测模块预设相应的能量校正系数，然后依据该能量校正系数对各探测模块内产生的待校正能量值进行能量校正，使得各个闪烁脉冲事件的校正后能量值向此闪烁脉冲事件理论计数峰值所对应的能量值靠近，实现了各探测器模块能量参数化校正，然后在对校正后的能量值进行能量符合，能够提高每个探测单元的有效计数率。

由于各闪烁脉冲事件待校正能量的确定以及校正即整个能量校正过程均在上位机中完成，充分利用了计算机等设备的高效性能，使得校正过程效率高、准确度也可得到保障。此外，无需在通过射源来进行能量的校正，也提高了操作人员的工作安全性。

如图2所示，本发明还公开了一种数字PET的能量参数化校正系统，该能量校正系统用于晶体条与硅光电倍增管一一耦合PET系统的能量校正，包括：多个用于存储能量校正参数的存储单元，所述存储单元的数量对应晶体条的数量设置；每个探测模块对应设置一个存储单元。所述存储单元是片外ROM、片上ROM、片外FLASH中的一种，其与外部上位机通信连接，探测模块在装配组成PET设备之前，其内另行设置了一用于预存能量校正的存储单元，以配合能量校正系统的其他模块进行后续整体的能量校正。

校正表生成单元，用于查询所述存储单元预存信息以形成能量校正表。校正表生成单元与多个存储单元分别通信连接，以用于读取其内的能量校正系数，并依据数据来源生成针对此次PET系统的能量校正表。

能量计算单元，用于计算闪烁脉冲事件的待校正能量值；本实施例中，能量计算单元与各探测模块(探测模块的数字化单元)分别通信连接用以接受探测模块产生的闪烁脉冲事件，其内加装计算闪烁脉冲能量的程序，获取闪烁脉冲事件的待校正能量值的方法为：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。

能量校正单元，能量校正单元分别与校正表生成单元以及能量计算单元通信连接从而依据能量校正表确定各闪烁脉冲事件校正后的能量值。

所述校正表生成单元、能量计算单元、能量校正单元设置于外部上位机内，从而各探测模块的闪烁脉冲事件产生之后，其后续的能量校正过程均由上位机完成，提高能量校正的效率与精度。

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的能量参数化校正方法，其特征在于：所述数字PET包括多个探测模块，所述探测模块包括一一耦合的晶体条与硅光电倍增管，且所述探测模块预设对应的能量校正系数：

(1)上位机查询每个探测模块中预设能量校正系数以形成能量校正表；

(2)上位机获取探测模块产生的各个闪烁脉冲事件的待校正能量值；

(3)上位机依据所述能量校正表对待校正能量值进行校正以获得各闪烁脉冲事件校正后的能量值。

2.根据权利要求1所述的能量值的参数化校正方法，其特征在于：所述数字PET系统中，所述探测模块每次开始探测光子之前，所述上位机均查询每个探测模块中预设能量校正系数以更新能量校正表。

3.根据权利要求1所述的能量值的参数化校正方法，其特征在于：所述步骤(2)中所述闪烁脉冲事件的待校正能量值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。

4.根据权利要求1所述的能量值的参数化校正方法，其特征在于：所述步骤(1)中，能量校正系数为各晶体理论能量峰值与探测能量峰值的比。

5.根据权利要求1所述的能量值的参数化校正方法，其特征在于：所述步骤(1)中，能量校正系数在探测模块内的存储介质为片外ROM、片上ROM、片外FLASH中的一种。

6.根据权利要求1所述的能量值的参数化校正方法，其特征在于：所述探测模块与所述上位机之间的数据传输方式为光纤或以太网或USB或总线或蓝牙或全新无线网络数据通信技术。

7.一种数字PET的能量参数化校正系统，其特征在于：用于晶体条与硅光电倍增管一一耦合PET系统的能量校正，包括：

存储单元，所述存储单元的数量对应探测模块的数量设置，用于存储对应探测模块的能量校正参数；

校正表生成单元，用于查询所述存储单元预存信息以形成能量校正表。

能量计算单元，用于计算闪烁脉冲事件的待校正能量值；

能量校正单元，用于依据所述能量校正表确定各闪烁脉冲事件校正后的能量值；，

8.根据权利要求7所述能量参数化校正系统，其特征在于：所述存储单元设置于所述探测模块内，所述校正表生成单元、能量计算单元、能量校正单元设置于外部上位机内。

9.根据权利要求7或8所述的能量参数化校正系统，其特征在于：优选的，所述存储单元是片外ROM、片上ROM、片外FLASH中的一种。

10.根据权利要求7所述的能量参数化校正系统，其特征在于：获取闪烁脉冲事件的待校正能量值的方法为：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。