CN105193441B - 一种放射性点源定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种放射性点源定位方法及系统，其中放射性点源定位方法包括：(b)根据采集的数据进行图像重建，得到断层成像数据；(c)对断层成像数据进行拟合定位处理，得到点源在图像空间的位置；(d)进行图像空间与运动空间的配准，得到运动位移；(e)按照运动位移进行移动，将点源移动到目标位置。本发明提供的基于图像重建和运动控制的放射性点源定位方法，能够完全摒弃人工操作，以全自动的方式确定放射性点源在探测器环视野的位置，并且可以在定位后使点源运动到目标位置。该方法能够达到使用便捷、效率高、可移植性强、定位精确度高的目的。同时本发明还提供一种放射性点源定位系统，包括能够实现上述方法的定位控制模块和电动平移台。

Description

一种放射性点源定位方法及系统

技术领域

本发明涉及核医学成像技术领域，尤其涉及一种放射性点源定位方法及系统。

背景技术

正电子断层成像(Positron emission tomography，简称PET)是利用正电子湮灭发射出一对方向相反、能量均为511KeV伽马光子这一性质进行功能成像，是一种先进的核医学临床检查影像技术。PET成像可发现未发生形态学改变的病灶，因此可用于早期疾病诊断。鉴于PET是一种灵敏度高、特异性好、全身显像的无创医学检查设备，越来越广泛的应用到临床疾病诊断中。

通常在PET设备出厂前，需对设备进行固有空间分辨率及空间分辨率测试，以表征设备性能。空间分辨率实验的核心是确定放射性点源在探测器环视野里的位置，根据NEMA(National Electrical Manufactures Association，美国电气制造商协会英文名称)或者GB(国家标准)要求的位置进行数据采集。在实际分辨率性能测试过程中，只有准确定位放射性点源在探测器环视野的位置，处理得到的结果才有性能表征意义。

然而如何使放射性点源定位到标准要求的位置，成为操作难点。目前，PET性能测试中的放射性点源定位方法主要是基于sino图(sinogram，即正弦图)判断法。sino图判断法包括：点源如果在视野中心，那么sino曲线表现为均匀的直线。根据这一特性，在实验过程中通过sino图，判断点源偏移视野中心的情况，再进行相应移动。在不断的微调中，使点源移动到视野中心。

然而利用sino图判断法进行点源定位时需要依赖人工操作，进行肉眼判断，这样就会存在精准度低，误差大的问题，sino图判断需进行多次细致的图像测量，方法繁琐，耗时长。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的为提供一种放射性点源定位方法及系统，以解决现有技术中利用sino图判断法进行点源定位时需要依赖人工操作，精准度低，方法繁琐，耗时长的技术问题。

为实现上述目的，一方面，

本发明提供了一种放射性点源定位方法，包括：

(b)根据采集的数据进行图像重建，得到断层成像数据；

(c)对所述断层成像数据进行拟合定位处理，得到点源在图像空间的位置；

(d)进行所述图像空间与运动空间的配准，得到运动位移；

(e)按照所述运动位移进行移动，将所述点源移动到目标位置。

在本发明的一个实施例中，所述进行图像重建的步骤之前还包括：

(a)通过正电子断层成像系统采集得到ListMode数据，并在所述图像重建的步骤中对所述ListMode数据进行实时重建。

在本发明的另一个实施例中，所述拟合定位处理的步骤中包括：

(c1)在轴向选用单个像素最大值法或者全层像素平均值法进行高斯拟合，得到所述点源在所述图像空间的轴向位置。

在本发明的另一个实施例中，所述拟合定位处理的步骤中还包括：

(c2)在横断面采用迭代重心法进行定位，得到所述点源在所述图像空间的径向位置和切向位置；

其中所述点源在所述图像空间的位置包括所述轴向位置、所述径向位置和所述切向位置。

在本发明的另一个实施例中，所述进行所述图像空间与运动空间的配准，得到运动位移的步骤根据以下公式进行计算：

motion_dis＝peak_img-target

其中motion_dis为所述运动位移，peak_img为拟合定位处理后的位置，target为目标位置。

在本发明的另一个实施例中，所述将所述点源移动到目标位置的步骤包括：

利用电动平移台分别沿轴向、径向和切向进行三维的运动位移，将所述点源移动到所述目标位置。

在本发明的另一个实施例中，还包括：

(f)重复步骤(a)～(c)进行二次微调。

另一方面，

本发明还提供一种放射性点源定位系统，包括定位控制模块和电动平移台，所述定位控制模块包括：

采集子模块，用于采集数据；

重建子模块，用于根据所述采集子模块采集的数据进行图像重建，得到断层成像数据；

拟合子模块，用于对所述断层成像数据进行拟合定位处理，得到点源在图像空间的位置；

配准子模块，用于进行所述图像空间与运动空间的配准，得到运动位移；

所述电动平移台用于根据所述运动位移将所述点源移动到目标位置，其中所述点源在所述图像空间的位置包括轴向位置、径向位置和切向位置。

在本发明的一个实施例中，所述拟合子模块包括：

第一子模块，用于在轴向选用单个像素最大值法或者全层像素平均值法进行高斯拟合，得到所述点源在所述图像空间的轴向位置。

在本发明的另一个实施例中，所述拟合子模块还包括：

第二子模块，用于在横断面采用迭代重心法进行定位，得到所述点源在所述图像空间的径向位置和切向位置。

本发明的有益效果在于，通过提供基于图像重建和运动控制的放射性点源定位方法及系统，能够完全摒弃人工操作，以全自动的方式确定放射性点源在探测器环视野的位置，并且可以在定位后使点源运动到目标位置。该方法能够达到使用便捷、效率高、可移植性强、定位精确度高的目的。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种放射性点源定位方法的步骤流程图。

图2为采用本实施例一提供的方法对点源进行重建图像之后的效果图。

图3-图5为采用本实施例一提供的方法对点源进行轴向、径向和切向三维拟合后的峰值变化图。

图6为采用本实施例一提供的方法完成中心定位的sino图。

图7为本发明实施例二提供的一种放射性点源定位方法的步骤流程图。

图8为本发明实施例三提供的一种放射性点源定位系统的组成示意图。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是，本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

为解决上述问题，给出以下几个实施例对本发明进行解释和说明。

实施例一

本实施例提供了一种放射性点源定位方法，步骤流程如图1所示，包括以下步骤：

步骤b：根据采集的数据进行图像重建，得到断层成像数据；

步骤c：对断层成像数据进行拟合定位处理，得到点源在图像空间的位置；

步骤d：进行图像空间与运动空间的配准，得到运动位移；

步骤e：按照运动位移进行移动，将点源移动到目标位置，其中的点源是通过聚乙烯夹持棒固定在夹持机构的一端，将夹持机构的另一端安装在电动平移台上。

进行图像重建的步骤b之前还包括：

步骤a：将点源放置在PET系统的FOV视野内，通过PET系统采集得到ListMode数据，并在图像重建的步骤中对ListMode数据进行实时重建。

由于PET数据的获取PET以正负电子湮灭产生的两个背对背的γ光子为其成像的物理基础。湮灭光子被环绕着受检者(物)的环形探测器以符合逻辑探测到并由计算机控制采集数据。从PET系统得来的原始数据可以表达成两种形式，一种是ListMode数据，另一种是sinogram数据。原始数据可以是流式ListMode数据，即一个事例一个事例地存储，每一个事例又包含有两个湮灭光子，每一对光子有时问、能量、位置等信息，ListMode数据能够将所有的这些信息都表示出来。在记录原始数据时还可以采用阵列方式把所有的事例按照某种方式分类后再存储，就是sinogram数据。sinogram数据压缩了数据的长度，能够方便数据的存储，但是会造成如时间信息等的丢失。传统的基于sinogram数据的重建方式将数据进行压缩，使得原始信息丢失。而本实施中在ListMode重建是基于图形处理器(GraphicsProcessing Unit，简称GPU)加速的数据重建，显著缩短了重建时间。

该放射性点源定位可以应用在乳腺专用PET、灵长类PET、人体PET设备上，本实施例中以人体PET的FOV视野中心定位应用为例。探测器相关参数：晶体条(3.6×3.6×25mm3)、探测器有效视野(720×720×215mm3)。对于点源进行重建图像之后的效果如图2所示，需要说明的是，该步骤中还可以采用其他重建算法替代ListMode实时重建，此处不再一一赘述。

然后，拟合定位处理的步骤c中包括：

步骤c1：在轴向选用单个像素最大值法或者全层像素平均值法进行高斯拟合，得到点源在图像空间的轴向位置。

步骤c2：在横断面采用迭代重心法进行定位，得到点源在图像空间的径向位置和切向位置；其中点源在图像空间的位置包括轴向位置、径向位置和切向位置。

该步骤中将重建得到的断层成像数据进行拟合处理，得到点源的最佳位置。本实施例对于轴向可以分别采用单个像素最大值法和全层像素平均值的方法确定点源所在的轴向位置；对于横断面采用迭代重心法，充分考虑径向和切向的相关性，使得定位更加准确。

其中对于轴向，可以采用的方法之一：

最大值法：找到重建图像像素的最大值所在层数n_max，作为基准层n_base。分别找到n_base-1、n_base、n_base+1层的最大值记为valuemax-1、valuemax、valuemax+1。对(n_base-1，valuemax-1)、(n_base，valuemax)、(n_base+1、valuemax+1)进行三点高斯拟合，计算拟合后的峰值位置n_peak，即为点源所在的轴向位置。

对于轴向，还可以采用的方法之二：

平均值法：计算重建图像每一层像素的平均值，找到平均值最大值所在的层数n_max，作为基准层n_base。分别找到n_base-1、n_base、n_base+1层的最大值记为valuemax-1、valuemax、valuemax+1。对(n_base-1，valuemax-1)、(n_base，valuemax)、(n_base+1、valuemax+1)进行三点高斯拟合。计算拟合后的峰值位置n_peak，即为点源所在的轴向位置。

在实际大量事例的应用中发现，最大值和均值法对轴向的定位基本一致，但可根据实际点源的特征进行选择，此处不再一一赘述。

对于横断面，由轴向定位计算中得到的层数n_max作为定位横断面。在横断面，即径向切向定位中，采用迭代重心法(微分法)进行定位。首先找到n_max层中像素最大值所在的径向和切向位置。然后根据迭代重心法计算点源在径向的位置r_peak和切向的位置t_peak。

对于点源进行三维拟合之后的峰值变化图如图3-5所示，需要说明的是，上述最大值法的计算仅仅是一种示例，该步骤中还可采用其他拟合方法找到重建图像的最大值。

之后，进行图像空间与运动空间的配准，图像重建中得到的拟合信息n_peak、r_peak、t_peak是在图像空间得到位置。要想使运动平移台根据图像重建得到的参数在实际空间运动，须将图像空间与运动空间进行配准，记图像空间拟合后位置为peak_img，记目标位置为target，记平移台运动位移为motion_dis，则计算运动位移的公式为motion_dis＝peak_img-target。例如X轴，图像空间X轴正向方与运动空间X轴运动正方向相同，那么运动位移为-motion_dis。反之，运动位移为motion_dis。

得到运动位置之后，就是将点源移动到目标位置，利用电动平移台分别沿轴向、径向和切向进行三维的运动位移，将点源移动到目标位置。完成中心定位的sino图如图6所示。

需要说明的是，本实施例中优选的采用电动平移台，在图像空间和运动空间进行配准后得到电动平移台三维的运动位移x_dis、y_dis、z_dis后，电动平移台将依次移动三个轴，使点源移动到目标位置。但是在其他实施例中还可以利用其他装置实现点源的移动，另外，还可采用其他的运动控制方法替代RS232控制器。对于电动平移台的摆放位置要满足两个条件：首先，尽量使电动平移台的运动方向与图像空间的X、Y、Z轴平行，必要时可将电动平移台摆放在光学平台上；其次，电动平移台的摆放视设备空间情况而定，满足点源在全FOV视野内运动即可，因此在选择电动平移台时，需要考虑电动平移台运动量程与探测器视野的匹配。本实施例采用电动的平移台，目的是能够实现全自动工作，摆脱人工操作的束缚，还能够提高准确度。本实施例通过提供基于图像重建和运动控制的放射性点源定位方法，具有如下优点：

(1)可简便、快捷、准确的对在探测器环视野内的放射性点源进行定位；

(2)方法可移植性强，不依赖于设备，不依赖于人工操作；

(3)定位精度高，可用于FOV全视野内任意位置放射性点源的定位。

实施例二

基于上述实施例一，本实施例中也提供了一种放射性点源定位方法，与实施例一不同之处在于，该方法在上述步骤a～e之后，还可以包括：

步骤f：重复步骤a～c进行二次微调。

经过一次采集、重建和定位后，为提高定位精度，可再进行一次点源定位过程，该过程即为二次细微调节，由于图像空间与运动空间仅配准一次，该配准是在软件中一次体现的，因此不需要重复步骤d。实际应用证明，微调后拟合位置更接近目标位置，但是考虑到图像重建本身存在一定误差，因此微调不作为点源定位的必要过程，仅作为补充过程。

本实施例的步骤流程如图7所示。

本实施例提供的方法能够实现与实施例一相同的技术效果，此处不再赘述。

实施例三

基于上述实施例一和二，本实施例提供一种放射性点源定位系统，组成示意图如图8所示，包括定位控制模块10和电动平移台20，定位控制模块包括：

采集子模块11，用于采集数据；

重建子模块12，用于根据采集子模块11采集的数据进行图像重建，得到断层成像数据；

拟合子模块13，用于对断层成像数据进行拟合定位处理，得到点源在图像空间的位置；

配准子模块14，用于进行图像空间与运动空间的配准，得到运动位移；

电动平移台20用于根据运动位移将点源移动到目标位置，其中点源在图像空间的位置包括轴向位置、径向位置和切向位置。

其中拟合子模块13包括：

第一子模块，用于在轴向选用单个像素最大值法或者全层像素平均值法进行高斯拟合，得到点源在图像空间的轴向位置。

第二子模块，用于在横断面采用迭代重心法进行定位，得到点源在图像空间的径向位置和切向位置。

拟合子模块13通过将重建得到的断层成像数据进行拟合处理，得到点源的最佳位置。

本实施例提供的系统能够实现与上述实施例一和二相同的技术效果，此处不再赘述。

本领域技术人员应当意识到在不脱离本发明所附的权利要求所公开的本发明的范围和精神的情况下所作的变动与润饰，均属本发明的权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种放射性点源定位方法，其特征在于，包括：

(b)根据采集的数据进行图像重建，得到断层成像数据；

(c)对所述断层成像数据进行拟合定位处理，得到点源在图像空间的位置；

(d)进行所述图像空间与运动空间的配准，得到运动位移；

(e)按照所述运动位移进行移动，将所述点源移动到目标位置。

2.如权利要求1所述的放射性点源定位方法，其特征在于，所述进行图像重建的步骤之前还包括：

(a)通过正电子断层成像系统采集得到ListMode数据，并在所述图像重建的步骤中对所述ListMode数据进行实时重建。

3.如权利要求2所述的放射性点源定位方法，其特征在于，所述拟合定位处理的步骤中包括：

(c1)在轴向选用单个像素最大值法或者全层像素平均值法进行高斯拟合，得到所述点源在所述图像空间的轴向位置。

4.如权利要求3所述的放射性点源定位方法，其特征在于，所述拟合定位处理的步骤中还包括：

(c2)在横断面采用迭代重心法进行定位，得到所述点源在所述图像空间的径向位置和切向位置；

其中所述点源在所述图像空间的位置包括所述轴向位置、所述径向位置和所述切向位置。

5.如权利要求4所述的放射性点源定位方法，其特征在于，所述进行所述图像空间与运动空间的配准，得到运动位移的步骤根据以下公式进行计算：

motion_dis＝peak_img-target

其中motion_dis为所述运动位移，peak_img为拟合定位处理后的位置，target为目标位置。

6.如权利要求5所述的放射性点源定位方法，其特征在于，所述将所述点源移动到目标位置的步骤包括：

利用电动平移台分别沿轴向、径向和切向进行三维的运动位移，将所述点源移动到所述目标位置。

7.如权利要求5所述的放射性点源定位方法，其特征在于，还包括：

(f)重复步骤(a)～(c)进行二次微调。

8.一种放射性点源定位系统，其特征在于，包括定位控制模块和电动平移台，所述定位控制模块包括：

采集子模块，用于采集数据；

重建子模块，用于根据所述采集子模块采集的数据进行图像重建，得到断层成像数据；

拟合子模块，用于对所述断层成像数据进行拟合定位处理，得到点源在图像空间的位置；

配准子模块，用于进行所述图像空间与运动空间的配准，得到运动位移；

所述电动平移台用于根据所述运动位移将所述点源移动到目标位置，其中所述点源在所述图像空间的位置包括轴向位置、径向位置和切向位置。

9.如权利要求8所述的放射性点源定位系统，其特征在于，所述拟合子模块包括：

第一子模块，用于在轴向选用单个像素最大值法或者全层像素平均值法进行高斯拟合，得到所述点源在所述图像空间的轴向位置。

10.如权利要求9所述的放射性点源定位系统，其特征在于，所述拟合子模块还包括：

第二子模块，用于在横断面采用迭代重心法进行定位，得到所述点源在所述图像空间的径向位置和切向位置。