CN106333702A - 利用正电子发射断层成像系统进行有源模体定位方法 - 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,获取该有源模体的投影数据;沿第一方向进行反投影操作,获取第一方向的轮廓曲线;沿垂直于第一方向的第二方向进行反投影操作,获取第二方向的轮廓曲线;根据所述第一方向及第二方向的轮廓曲线,获取有源模体的中心位置。本发明可快速高效地在采集过程中进行定位,有利于PET系统质量监控快速有效的进行,且相对于机械定位法有较高的定位精度。
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与重建定位法:机械定位法的缺点在于,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。重建定位法将预采集到的数据先重建出图像,然后通过重建图像进行定位,这种定位方法精度较高,但是PET整个重建过程较为耗时,在实现过程中时间成本提高。
因此,有必要提出一种新的正电子发射断层成像系统有源模体定位方法,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:现有的正电子发射断层成像系统有源模体定位方法精度低及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,获取该有源模体的投影数据;沿第一方向进行反投影操作,获取第一方向的轮廓曲线;沿垂直于第一方向的第二方向进行反投影操作,获取第二方向的轮廓曲线;根据所述第一方向及第二方向的轮廓曲线,获取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,所述有源模体为均匀桶源或棒源。
在本发明的一种实施方式中,所述根据第一方向及第二方向的轮廓曲线,获取有源模体的中心位置包括:获取第一方向轮廓曲线的中心点,将其作为有源模体中心位置第一方向的坐标;获取第二方向轮廓曲线的中心点,将其作为有源模体中心位置第二方向的坐标。
在本发明的一种实施方式中,使用所述轮廓曲线的半宽高或十分之一宽高进行定位。
在本发明的一种实施方式中,选择任意环差的LOR数据获取轮廓曲线。
在本发明的一种实施方式中,所述轮廓曲线通过反投影数据的灰度值叠加获得一维图像生成。
在本发明的一种实施方式中,还包括第三方向的定位,所述第三方向垂直于第一方向及第二方向。
在本发明的一种实施方式中,所述投影数据包含飞行时间信息。
在本发明的一种实施方式中,还包括:对投影数据进行归一化校正。
与现有技术相比,本发明提供的有源模体定位方法因为可以不用进行图像重建而只进行两个方向的反投影,画出其轮廓曲线即可快速高效地在采集过程中进行定位,有利于PET系统质量监控快速有效的进行,且相对于机械定位法有较高的定位精度。
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沿第一方向反投影示意图;
图5是本发明一实施例中沿第二方向反投影示意图;
图6是本发明一实施例中根据任意环差投影数据获取轮廓曲线的示意图;
图7是本发明一实施例中根据加入飞行时间信息的投影数据获取轮廓曲线的示意图。
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基本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的一个例子)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(即含有放射性活度物质,用于模拟受检体进行系统检测的物体)置于系统进行校正。
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。
不同于现有方案,本发明提供的有源模体定位方法因为可以不用进行图像重建而只进行两个方向的反投影,求出其轮廓曲线即可快速高效地在采集过程中进行定位,有利于PET系统质量监控快速有效的进行,且相对于机械定位法有较高的定位精度。
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,获取该有源模体的投影数据;沿第一方向进行反投影操作,获取第一方向的轮廓曲线;沿垂直于第一方向的第二方向进行反投影操作,获取第二方向的轮廓曲线;根据所述第一方向及第二方向的轮廓曲线,获取有源模体的中心位置。
在本发明提供有源模体定位方法的一个实施例中,因为可以不用进行图像重建而只进行两个方向的反投影,画出其轮廓曲线即可快速高效地在采集过程中进行定位,有利于PET系统质量监控快速有效地进行,且相对于机械定位法有较高的定位精度。
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,获取有源均匀圆柱模体的投影数据。具体地,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。
执行步骤S102,沿垂直于X轴的方向的符合响应线(LOR)进行反投影(即进行第一方向的反投影操作)。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,在该实施例中,根据系统坐标系的设定,即以中心轴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。如图4所示,在该实施例中,将垂直于X轴的LOR进行反投影操作,可以得到该方向的反投影图像。
执行步骤S103,对上述垂直于系统坐标X轴方向的反投影沿X轴做出轮廓曲线(即获取第一方向的轮廓曲线),取其中心作为有源圆柱模体圆心的X坐标。具体地,继续如图4所示,在该实施例中,可在反投影图像中适当地选取图像行a到b,将a~b之间所有行的灰度值进行相应的叠加,得到一维数据,并绘制一维曲线。将绘制曲线半高宽的中心位置(即曲线最高值的二分之一处,也可选择十分之一宽高,或者其它宽高进行中心选择)作为圆柱模体在系统坐标中的X坐标(即根据第一方向的轮廓曲线获取有源模体在第一方向的中心位置点坐标)。
执行步骤S104,沿垂直于Y轴的符合响应线(LOR)进行反投影(即进行沿垂直于第一方向的第二方向进行反投影操作)。如图5所示,在该实施例中,将垂直于Y轴的LOR进行反投影操作,可以得到该方向的反投影图像。
执行步骤S105,对上述垂直于系统坐标Y轴方向的反投影沿Y轴做出轮廓曲线(即获取第二方向的轮廓曲线),具体地,继续如图5所示,在该实施例中,取反投影图像适当的列c到d,将c~d之间所有列灰度值进行相应的叠加得到一维数据,并绘制一维曲线。将绘制的曲线半高宽的中心位置作为圆柱模体在系统坐标中的Y坐标。取其中心作为有源圆柱模体圆心的Y坐标(即根据第二方向的轮廓曲线获取有源模体在第二方向的中心位置点坐标)。
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,可进一步地逐环(或选取任意环差)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。
进一步地,在本发明的一些实施例中,根据绘制出的轮廓曲线确定圆柱模型的X-Y平面,除了可以使用半高宽中心位置作为圆柱模型中心位置以外,还可以使用十分之一高宽的中心进行定位,或者采用高斯拟合曲线的中心位置进行定位。
在本发明的一些实施例中,可以用具有任意环差的LOR数据进行投影,也可以将所有环差LOR数据进行投影叠加获得轮廓曲线进行定位。例如,图6即示出了本发明一实施例中根据任意环差投影数据获取轮廓曲线的过程,图6中,横轴代表一维轮廓曲线的空间位置,纵轴代表一维曲线的像素累加值,依然选取曲线半高宽的中心位置作为X轴或Y轴的坐标位置。
本发明所提供方法对系统采集有源模体的数据量并没有很强的依赖性,当数据量较少时可以通过适当叠加层数进行快速准确的定位。在本发明的一些实施例中,可以对采集数据进行归一化校正等预处理后进行反投影及定位。同时,通过该采集获取的投影数据,可以包括TOF(time of flight飞行时间)信息,也可以不包括TOF信息,在本发明的一些实施例中,如图7所示,即可选择对包含TOF信息的投影数据进行处理以获得轮廓曲线,图7中,横轴代表一维轮廓曲线的空间位置,纵轴代表一维曲线的像素累加值。
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,获取该有源模体的投影数据;
沿第一方向进行反投影操作,获取第一方向的轮廓曲线;
沿基本垂直于第一方向的第二方向进行反投影操作,获取第二方向的轮廓曲线;
根据所述第一方向及第二方向的轮廓曲线,获取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,所述有源模体为均匀桶源或棒源。
4.根据权利要求1所述的有源模体定位方法,其特征在于,所述根据第一方向及第二方向的轮廓曲线,获取有源模体的中心位置包括:获取第一方向轮廓曲线的中心点,将其作为有源模体中心位置第一方向的坐标;获取第二方向轮廓曲线的中心点,将其作为有源模体中心位置第二方向的坐标。
5.根据权利要求4所述的有源模体定位方法,其特征在于,使用所述轮廓曲线的半宽高或十分之一宽高进行定位。
6.根据权利要求1所述的有源模体定位方法,其特征在于,选择任意环差的LOR数据获取轮廓曲线。
7.根据权利要求1所述的有源模体定位方法,其特征在于,所述轮廓曲线通过反投影数据的灰度值叠加获得一维图像生成。
8.根据权利要求1所述的有源模体定位方法,其特征在于,还包括第三方向的定位,所述第三方向垂直于第一方向及第二方向。
9.根据权利要求1所述的有源模体定位方法,其特征在于,所述投影数据包含飞行时间信息。
10.根据权利要求1所述的有源模体定位方法,其特征在于,还包括:对投影数据进行归一化校正。
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