CN106333701B - 正电子发射断层成像系统有源模体定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用正电子发射断层成像系统进行有源模体定位方法，包括：使用该正电子发射断层成像系统进行数据采集，获取该有源模体的重建图像；选择重建图像中穿过有源模体部分图像的任一截面，沿任一方向获取该截面的灰度轮廓曲线；根据该灰度轮廓曲线选取阈值，并基于该阈值对该重建图像进行二值化处理；根据二值化处理后的重建图像获取该有源模体的中心位置。本发明不依赖于精确且计算量大的图像重建过程，易于实现且定位精度较高。
Description
技术领域
本发明涉及正电子发射断层成像系统，尤其涉及正电子发射断层成像系统的有源模体定位技术领域。
背景技术
正电子发射断层成像(Positron Emission TomographY，PET)已成为预临床研究和临床诊断的重要分子影像工具，其正常使用需利用桶源、棒源、柱源等圆柱形规则有源模体进行系统成像质量控制或校正。该成像质量控制或校正过程的实现精度有赖于有源模体位置的定位精度。
目前存在对有源模体中心位置的定位方法包括：
机械定位法：这种方法分为两种情况，如果柱源等有源模体放在病床上，利用病床的机械以及采集数据的正弦图判断柱源的位置；如果柱源等有源模体是通过机械悬挂在空间中，则需要通过悬挂机械来定位柱源的位置。这种方法的缺点在于，从机械上对PET系统的正中心位置的确定存在很大的误差，造成柱源中心与实际位置之间存在相当大的误差。
重建定位法：这种方法是将预采集到的数据先重建出图像(PET重建或利用CT进行重建)，然后通过重建图像进行定位，这种定位方法精度较高，但是整个重建过程较为耗时，在实现过程中时间成本及设备损耗成本提高。
因此，有必要提出一种新的利用正电子发射断层成像系统进行有源模体定位方法，以快速、准确地完成有源模体系统定位。
发明内容
本发明解决的是：现有的利用正电子发射断层成像系统进行有源模体定位方法实现时间成本高的问题。
为了解决所述问题，本发明提供一种利用正电子发射断层成像系统进行有源模体定位方法，包括：使用该正电子发射断层成像系统进行数据采集，获取该有源模体的重建图像；选择重建图像中穿过有源模体部分图像的任一截面，沿任一方向获取该截面的灰度轮廓曲线；根据该灰度轮廓曲线选取阈值，并基于该阈值对该重建图像进行二值化处理；根据二值化处理后的重建图像获取该有源模体的中心位置。
在本发明的一种实施方式中，所述有源模体为活度均匀分布的规则形状模体。
在本发明的一种实施方式中，所述有源模体为棒源、桶源或柱源。
在本发明的一种实施方式中，选取所述灰度轮廓曲线的中间区域均值作为阈值。
在本发明的一种实施方式中，所述基于阈值对该重建图像进行二值化处理包括，将灰度值大于或等于该阈值的点设置为第一值，将灰度值小于该阈值的点设置为第二值。
在本发明的一种实施方式中，所述根据二值化处理后的重建图像获取该有源模体的中心位置包括:将二值化后的重建图像进行轮廓拟合，将拟合后的轮廓中心作为有源模体图像的中心坐标。
在本发明的一种实施方式中，所述所述根据二值化处理后的重建图像获取该有源模体的中心位置包括:利用重心法获得有源模体图像的中心坐标。
在本发明的一种实施方式中，还包括：逐层对重建图像进行定位，获取有源模体的轴向位置。
在本发明的一种实施方式中，所述获取该有源模体的重建图像包括：在不进行数据校正的前提下，使用滤波反投影法或有序自己最大似然估计法进行图像重建。
在本发明的一种实施方式中，基于加入飞行时间信息的采集数据进行图像重建。
与现有技术相比，本发明提供的有源模体定位方法不依赖于精确且计算量大的图像重建过程，易于实现且定位精度较高。在一些优选实施方式中，还可以在不进行任何数据校正的情况下进行图像重建获得有源圆柱的精确中心位置，有利于PET系统质量监控快速、有效地进行。
附图说明
图1是本发明一实施例中正电子发射成像系统结构示意图；
图2是本发明一实施例中探测器环的示意性横断面图；
图3是本发明一实施例中有源模体定位方法流程图；
图4是本发明一实施例中重建图像截面选取示意图；
图5是本发明一实施例中基于截面灰度轮廓曲线进行阈值选取过程示意图；
图6是本发明一实施例中二值化处理后图像示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
在本发明的一个实施例中，如图1所示，PET装置1以控制部10为中枢，具有机架20、信号处理部30、同时计数部40、存储部50、重建部60、显示部70以及操作部80。
图2为配置在机架20上的探测器环100的示意性横断面图。机架20具有沿圆周的中心轴Z排列的多个探测器环100组成的探测器阵列。探测器环100具有排列在中心轴Z周围的圆周上的多个探测器200。探测器环100的开口部上形成有采集视野(Field Of View,FOV)。将载有被检体P的床板500插入探测器环100的开口部，以使得被检体P的摄像部位进入FOV。被检体P以使体轴与中心轴Z一致的方式被载置在床板500上。在被检体P内，为了PET摄影而注入利用放射性同位素标识的药剂。探测器200检测从被检体P内部放出的成对湮没γ射线，生成与检测出的成对湮没γ射线的光量相应的脉冲状电信号。
具体情况可以是，探测器200具有多个闪烁体器件300与多个光电转换器件400。闪烁体器件300接收来自被检体P内的放射性同位素的成对湮没γ射线，产生闪烁光。各闪烁体器件被配置为各闪烁体器件的长轴方向与探测器环100的径向大致一致。光电转换器件400被设置在与正交于中心轴Z的径向有关的、闪烁体器件300的一端部上。典型情况可以是，探测器环100中所包含的多个闪烁体器件300与多个光电转换器件400被排列成同心圆筒状。在闪烁体器件300中所产生的闪烁光在闪烁体器件300内传播，并朝向光电转换器件400。光电转换器件400产生与闪烁光的光量相应的脉冲状电信号。所产生的电信号，如图1所示，被供给信号处理部30。
信号处理部30根据来自光电转换器件400的电信号生成单事件数据(SingleEvent Data)。具体情况可以是，信号处理部30实施检测时刻测量处理、位置计算处理以及能量计算处理。在检测时刻测量处理中，信号处理部30测量探测器200的γ射线的检测时刻。具体情况可以是，信号处理部30监视来自光电倍增管(光电转换器件400的一种实施方式)的电信号的峰值。然后，信号处理部30测量电信号的峰值超过预先设定的阈值的时刻作为检测时刻。即，信号处理部30通过检出电信号的强度超过阈值这一情况，从而电检测湮没γ射线。在位置计算处理中，信号处理部30根据来自光电转换器件400的电信号，计算湮没γ射线的入射位置。湮没γ射线的入射位置与湮没γ射线入射到的闪烁体器件300的位置坐标对应。在能量计算处理中，信号处理部30根据来自光电转换器件400的电信号，计算入射至闪烁体器件300的湮没γ射线的能量值。所生成的单事件数据被供给至同时计数部40。
同时计数部40对与多个单事件有关的单事件数据实施同时计数处理。具体情况可以是，同时计数部40从重复供给的单事件数据中重复确定容纳在与预先设定的时间范围内的2个单事件有关的事件数据。时间范围被设定为例如6ns～18ns左右。该成对的单事件被推测为由来于从同一成对湮没点产生的成对湮没γ射线。成对的单事件概括地被称为符合事件。连结检测出该成对湮没γ射线的成对的探测器200(更详细说是闪烁体器件300)的线被称为符合响应线(Line Of Response,LOR)。这样，同时计数部40针对每一LOR计数符合事件。与构成LOR的成对的事件有关的事件数据(以下，称为符合事件数据)被存储至存储部50。重建部60根据与多个符合事件有关的符合事件数据，重建表现被检体内的放射性同位素的浓度的空间分布的图像数据。
在采集数据并重建图像过程中，受PET系统结构设计、前端晶体与光电转换器件的耦合方式、各电子学探测通道性能差异的影响，系统的成像(数据采集)需进行质量控制或校正。现有的做法是利用射源均匀分布的规则形状有源模体置于系统扫描腔进行校正。
此过程实现的一个关键问题是有源模体的定位问题，其实现精度关系到系统质量控制或校正的精度。
相比现有方案，本发明提供的有源模体定位方法不依赖于精确且计算量大地图像重建过程，易于实现且定位精度较高。在一些优选实施方式中，还可以在不进行任何数据校正的情况下进行图像重建获得有源圆柱的精确中心位置，有利于PET系统质量监控快速、有效地进行。
具体地，本发明所提供的有源模体定位方法，包括：使用该正电子发射断层成像系统进行数据采集，获取该有源模体的重建图像；选择重建图像中穿过有源模体部分图像的任一截面，沿任一方向获取该截面的灰度轮廓曲线；根据该灰度轮廓曲线选取阈值，并基于该阈值对该重建图像进行二值化处理；根据二值化处理后的重建图像获取该有源模体的中心位置。
以下结合图3，对该发明的一个实施例的具体细节做进一步说明。
该实施例以对活度均匀分布的规则形状有源圆柱模体(如桶源、棒源、柱源等)为例进行说明，在本发明的另一些实施例中，也可对形状规则的活度均匀分布的有源模体(如方体形、球形)进行定位，或对形状虽不规则但活度分布规则的有源模体进行定位。
首先执行步骤S101，使用该正电子发射断层成像系统进行数据采集，获取该有源模体的重建图像。具体地，可将该有源均匀圆柱模体置于病床床板500中心位置附近，并送入探测器环100的开口部，进入系统FOV内，并使用该正电子发射断层成像系统进行采集。在一些实施例中，该采集数据可以通过PET的正常扫描来获取，其中可以包含TOF(time offlight飞行时间)信息，也可以不包含TOF信息。基于采集数据进行图像重建，实现算法可以是滤波反投影(FBP)算法，也可以是有序子集最大似然估计(Order-ed Subset MaximumLikelihood，OSEM)算法，还可以是其他图像重建算法。值得一提的是，本发明不依赖采集数据的校正及重建算法的种类，因而对其选取不加限制，例如，图像重建过程中可以选择进行简单的归一化校正，也可以不进行任何校正过程直接进行重建。
执行步骤S102，选择重建图像中穿过有源模体部分图像的任一截面，沿任一方向获取该截面的灰度轮廓曲线。有源模体的定位即确定模体在系统扫描腔或FOV内的坐标位置，根据系统坐标系的设定，可以以中心轴Z(如图1所示)为坐标Z轴，垂直于Z轴且平行于床板500的方向定义为坐标X轴，垂直于Z轴及X轴的方向定义为Y轴。本发明所提供方法可选择任一穿过有源模体部分图像的截面进行灰度轮廓曲线的获取，如图4所示，在本发明的一些实施例中，可以选择某一穿过有源模体图像的X-Y平面作为截面。
继续如图4所示，在该截面中选择任意方向获取该截面的灰度轮廓曲线，例如，该实施例中选择以坐标系X-Y平面原点处沿X方向(图中虚线标示方向)的灰度轮廓曲线，该曲线如图5所示，其中横轴代表X方向的空间坐标，纵轴代表灰度值。
执行步骤S103，根据该灰度轮廓曲线选取阈值，并基于该阈值对该重建图像进行二值化处理。具体地，继续如图5所示，在该实施例中，可取其横截面轮廓曲线(中间区域)平均值为阈值。在该实施例的一个变化例中，也可在重建图像中取重建坐标系中心小区域灰度值作为阈值。此处的二值化处理可为：将灰度值大于或等于该阈值的点设置为第一值，将灰度值小于该阈值的点设置为第二值。所述第二值与第一值具有较强的视觉反差，以对图像进行差别显示。二值化处理后的图像如图6所示。
执行步骤S104，根据二值化处理后的重建图像获取该有源模体的中心位置。二值化处理后的图像可获得较为清楚的图像轮廓，根据该图像轮廓信息，可利用重心法获得有源模体图像的中心坐标。对于圆形、方形等规则对称图像，也可将二值化后的重建图像进行轮廓拟合，将拟合后的轮廓中心作为有源模体图像的中心坐标。
在该实施例中，通过上述步骤的实现，即可完成对有源模体在系统坐标系内X-Y平面或其它定义的二维坐标平面的定位。在Z轴方向固定的情况下，一般可依赖X-Y平面的定位即可实现系统坐标系的定位。若有源模体Z轴方向也需进行定位，可进一步地逐层(或选取层差)进行有源模体X-Y平面的定位，并将每一环的X-Y平面定位点进行处理，即可获得有源模体在系统中的位置。对于其它定义的二维坐标平面的定位，可以相同方法进行第三空间维度的定位。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于计算机可读存储介质中，存储介质可以包括但不限于：软盘、光盘、CD-ROM、磁光盘、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)、EPROM(可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、磁卡或光卡、闪存、或适于存储机器可执行指令的其他类型的介质/机器可读介质。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (10)
1.一种利用正电子发射断层成像系统进行有源模体定位方法，包括：
使用该正电子发射断层成像系统进行数据采集，获取该有源模体的重建图像；
选择重建图像中穿过有源模体部分图像的任一截面，沿任一方向获取该截面的灰度轮廓曲线；
根据该灰度轮廓曲线选取阈值，并基于该阈值对该重建图像进行二值化处理；
根据二值化处理后的重建图像获取该有源模体的中心位置。
2.根据权利要求1所述的有源模体定位方法，其特征在于，所述有源模体为活度均匀分布的规则形状模体。
3.根据权利要求2所述的有源模体定位方法，其特征在于，所述有源模体为棒源、桶源或柱源。
4.根据权利要求1所述的有源模体定位方法，其特征在于，选取所述灰度轮廓曲线的中间区域均值作为阈值。
5.根据权利要求1所述的有源模体定位方法，其特征在于，所述基于该阈值对该重建图像进行二值化处理包括，将灰度值大于或等于该阈值的点设置为第一值，将灰度值小于该阈值的点设置为第二值。
6.根据权利要求1所述的有源模体定位方法，其特征在于，所述根据二值化处理后的重建图像获取该有源模体的中心位置包括:将二值化处理后的重建图像进行轮廓拟合，将拟合后的轮廓中心作为有源模体图像的中心坐标。
7.根据权利要求1所述的有源模体定位方法，其特征在于，所述根据二值化处理后的重建图像获取该有源模体的中心位置包括:利用重心法获得有源模体图像的中心坐标。
8.根据权利要求6或7所述的有源模体定位方法，其特征在于，还包括：逐层对二值化处理后的重建图像进行定位，获取有源模体的轴向位置。
9.根据权利要求1所述的有源模体定位方法，其特征在于，所述获取该有源模体的重建图像包括：在不进行数据校正的前提下，使用滤波反投影法或有序子集最大似然估计法进行图像重建。
10.根据权利要求1所述的有源模体定位方法，其特征在于，基于加入飞行时间信息的采集数据进行图像重建。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Deng Zilin Inventor after: Lu Jie Inventor before: Deng Zilin |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
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