CN106344060B - 用于pet探测器的死时间校正方法以及死时间检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种死时间校正方法以及死时间检测方法，包括：将一棒源放入多个所述探测器模块围绕的空间内；分别获得每个所述探测器模块与所述棒源的立体角；分别获得每个所述探测器模块所收到的单计数率；对多个所述探测器模块与所述棒源的立体角和所收到的单计数率进行归一化处理；得到一个或多个近端的所述探测器模块与所述棒源的立体角和所收到的单计数率的比值，所述近端的所述探测器模块为靠近所述棒源的所述探测器模块；根据一个或多个所述近端的所述探测器模块所收到的单计数率与立体角的比值，得到所述探测器模块的死时间因子。所述死时间校正方法以及死时间检测方法，可以方便地对死时间进行校正，避免使用高活度均匀水模衰变实验。
Description
技术领域
本发明涉及正电子发射断层摄影(PET)技术领域，特别是涉及一种死时间校正方法以及死时间检测方法。
背景技术
目前，PET(positron emission tomography，正电子发射断层摄影)技术广泛应用于医疗技术领域。通常，在PET产品使用前需要进行组分归一化校正，通过棒源在探测器内扫描，以实现对探测器的增益设置，从而使得探测器工作在最佳状态，降低因探测器制造和装配误差导致的图像伪影，进而提高探测器获取的图像质量。
在执行PET组分归一化校正时，由于探测器与电子学的时间特性以及数据处理器的速度、随机换存器的性能等因素，后一湮灭时间发生之前来不及处理完前一时间，这两个时间就会丢失，造成死时间损失。
在现有技术中，为了校正死时间效应对棒源产生的影响，需要进行高活度均匀水模衰变实验。然而，高活度均匀水模衰变实验的工作量大，且操作人员所受的辐射剂量大。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种死时间校正方法以及死时间检测方法，可以方便地对死时间进行校正，避免使用高活度均匀水模衰变实验。
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于PET探测器的死时间校正方法，所述PET探测器包括多个探测器模块，包括：
将一棒源放入多个所述探测器模块围绕的空间内；
分别获得每个所述探测器模块与所述棒源的立体角；
分别获得每个所述探测器模块所收到的单计数率；
对多个所述探测器模块与所述棒源的立体角和所收到的单计数率进行归一化处理；
得到一个或多个近端的所述探测器模块与所述棒源的立体角和所收到的单计数率的比值，所述近端的所述探测器模块为靠近所述棒源的所述探测器模块；
根据一个或多个所述近端的所述探测器模块所收到的单计数率与立体角的比值，得到所述探测器模块的死时间因子。
进一步的，在所述死时间校正方法中，将所述棒源置于所述PET探测器的成像空间的非中心位置，所述成像空间位于多个所述探测器模块围绕的空间内。
进一步的，在所述死时间校正方法中，所述棒源在多个所述探测器模块围绕的空间内匀速旋转，
分别获得每个所述探测器模块与所述棒源的立体角的步骤包括：
将所述棒源的扫描时间分为多个时间段；
在某一所述时间段内，获取所述棒源的运动轨迹对应的弧段的位置；
通过每个所述探测器模块对所述弧段的积分，获得在某一所述时间段内每个所述探测器模块与所述棒源的立体角。
进一步的，在所述死时间校正方法中，通过弦图定位所述棒源的运动轨迹对应的弧段的位置，或通过已知初始位置和旋转速度定位所述棒源的运动轨迹对应的弧段的位置。
进一步的，在所述死时间校正方法中，所述棒源的活度小于或等于2mCi。
进一步的，在所述死时间校正方法中，对多个所述探测器模块与所述棒源的立体角和所收到的单计数率进行归一化处理，使远端的所述探测器模块与所述棒源的立体角和所收到的单计数率相重合，所述远端的所述探测器模块为远离所述棒源的所述探测器模块。
进一步的，在所述死时间校正方法中，所述死时间校正方法还包括：
将所述棒源置于所述PET探测器的成像空间的中心位置，所述成像空间位于多个所述探测器模块围绕的空间内；
分别获得每个所述探测器模块在所述中心位置所收到的单计数率；
根据每个所述探测器模块在所述中心位置所收到的单计数率，得到每个所述探测器模块的灵敏度。
进一步的，在所述死时间校正方法中，根据一个或多个所述近端的所述探测器模块所收到的单计数率与立体角的比值，以及所述探测器模块的灵敏度，得到所述探测器模块的死时间因子。
根据本发明的另一面，还提供一种用于PET探测器的死时间检测方法，所述PET探测器包括多个探测器模块，所述死时间检测方法包括：
在第一时间点，将所述棒源置于多个所述探测器模块围绕的空间内的至少一个标准点；
根据如上任意一项所述死时间校正方法，得到在每一所述标准点时，所述探测器模块的死时间因子；
在第二时间点，将所述棒源置于多个所述探测器模块围绕的空间内的至少一个待测点，所述待测点与所述标准点相对应；
根据如上任意一项所述死时间校正方法，得到在每一所述待测点时，所述探测器模块的死时间因子；
比较所述探测器模块在所述第二时间点与第一时间点得到的死时间因子，判断所述PET探测器是否需要进行死时间校正。
进一步的，在所述死时间检测方法中，如果所述探测器模块在第二时间点与第一时间点得到的死时间因子的偏差在10％以内，则不更新所述PET探测器的死时间因子；如果所述探测器模块在第二时间点与第一时间点得到的死时间因子的偏差超过10％，则更新所述PET探测器的死时间因子。
在本发明提供一种死时间校正方法以及死时间检测方法中，所述PET探测器包括多个探测器模块，所述死时间校正方法包括：将一棒源放入多个所述探测器模块围绕的空间内；分别获得每个所述探测器模块与所述棒源的立体角；分别获得每个所述探测器模块所收到的单计数率；对多个所述探测器模块与所述棒源的立体角和所收到的单计数率进行归一化处理；得到一个或多个近端的所述探测器模块与所述棒源的立体角和所收到的单计数率的比值，所述近端的所述探测器模块为靠近所述棒源的所述探测器模块；根据一个或多个所述近端的所述探测器模块所收到的单计数率与立体角的比值，得到所述探测器模块的死时间因子。得到的所述死时间因子用于对各个所述探测器模块进行校正，所述死时间校正方法可以方便地对所述探测器的死时间进行校正，避免使用高活度均匀水模衰变实验，可以减少操作人员所受的辐射剂量，减少了工作量，提高了效率。
附图说明
图1为正电子发射断层摄影探测器无死时间时，各个探测器模块与棒源的立体角和所收到的单计数率的关系图；
图2为正电子发射断层摄影探测器有死时间时，各个探测器模块与棒源的立体角和所收到的单计数率的关系图；
图3为空心圆柱形的横截面示意图；
图4为本发明一实施例的死时间校正方法的流程示意图；
图5为本发明一实施例的死时间检测方法的流程示意图。
具体实施例
发明人对正电子发射断层摄影探测器的死时间效应研究发现，影响单个探测器模块死时间因子DTC的因素有：单个探测器模块所收到的单计数率(单事件计数率)C、扫描对象(即棒源)的活度Act，该探测器模块的灵敏度η，该探测器模块对扫描对象(即棒源)所形成的立体角Sa，其满足以下关系式：
C＝Act×η×Sa×DTC (1)
发明人经过深入研究发现，由光子入射角度造成的光子穿过探测器长度不同从而导致探测器捕获光子的能力不同造成的影响可以忽略，即不同探测器模块的灵敏度η可以忽略，而扫描对象(即棒源)的活度Act为固定的，则死时间因子DTC与探测器模块所收到的单计数率C和该探测器模块与棒源所形成的立体角Sa呈比例关系。探测器模块以module(电子学)为例(探测器模块也可为block等其他模块，可视情况而定)：
当正电子发射断层摄影探测器无死时间效应时，在忽略不同探测器模块的灵敏度η的前提下，每个探测器模块的单计数率与其立体角成正比，将单计数率的曲线和立体角的曲线进行归一化处理后，单计数率的曲线和立体角的曲线会发生重合，如图1所示。在图1中，横坐标表示探测器模块的序号；
当正电子发射断层摄影探测器发生死时间效应时，将单计数率的曲线和立体角的曲线进行归一化处理后，单计数率的曲线和立体角的曲线将无法重合。将所述棒源置于所述正电子发射断层摄影探测器的成像空间的非中心位置(中心位置指的是横向视野FOV的中心位置)，远离棒源(以下简称为远端)的探测器模块不易发生死时间。因此，将单计数率的曲线和立体角的曲线进行归一化处理后，远端探测器模块的单计数率和立体角会发生重合，如图2所示。在图2中，横坐标表示探测器模块的序号。如果近端探测器模块发生死时间效应，近端探测器模块的单计数率和立体角无法重合。
一般的，n个所述探测器模块围绕呈一个空间，所述空间为空心圆柱形，如图3所示。在图3中，示意出了26个所述探测器模块，分别为M1、M2、...M26，26个所述探测器模块在图1-图2中分别对应序号1～26。所述中心位置为所述空心圆柱形的中心轴101，当所述棒源110置于所述成像空间的中心位置时，所述棒源距所有所述探测器模块M1、M2、...M26的距离均相等；当所述棒源置于所述成像空间的非中心位置(偏心位置)时，所述棒源位于非中心轴的位置，例如，所述棒源110位于图3所示的偏心位置，所述棒源110距顶部的所述探测器模块(M1、M26等等)较近，距底部的所述探测器模块(M13、M14等等)较远，远离所述棒源的所述探测器模块为远端，靠近为所述棒源的所述探测器模块近端。当图3中的棒源110进行扫描时，形成的各个探测器模块与棒源的立体角和所收到的单计数率的关系图如图2所示。
发明人研究发现，如果近端探测器模块发生死时间效应，则可以根据近端探测器模块的单计数率和立体角，得到死时间因子DTC，以对不同的探测器模块进行校正。
根据上述研究，发明人提出一种用于正电子发射断层摄影探测器的死时间校正方法，所述正电子发射断层摄影探测器包括多个探测器模块，包括：
将一棒源放入多个所述探测器模块围绕的空间内；
分别获得每个所述探测器模块与所述棒源的立体角；
分别获得每个所述探测器模块所收到的单计数率；
对多个所述探测器模块与所述棒源的立体角和所收到的单计数率进行归一化处理；
得到一个或多个近端的所述探测器模块与所述棒源的立体角和所收到的单计数率的比值，所述近端的所述探测器模块为靠近所述棒源的所述探测器模块；
根据一个或多个所述近端的所述探测器模块所收到的单计数率与立体角的比值，得到所述探测器模块的死时间因子。
得到的所述死时间因子用于对各个所述探测器模块进行校正，所述死时间校正方法可以方便地对所述探测器的死时间进行校正，避免使用高活度均匀水模衰变实验，可以减少操作人员所受的辐射剂量，减少了工作量，提高了效率。
当PET经过一定时间使用后，可能会出现部分硬件老化、能量漂移等问题，往往需要判断所述探测器是否需要进行死时间的校正。
进一步的，为了解决如何判断是否需要进行死时间的校正的问题，发明人还提出一种用于正电子发射断层摄影探测器的死时间检测方法，所述正电子发射断层摄影探测器包括多个探测器模块，所述死时间检测方法包括：
在第一时间点，将所述棒源置于多个所述探测器模块围绕的空间内的至少一个标准点；
根据所述死时间校正方法，得到在每一所述标准点时，所述探测器模块的死时间因子；
在第二时间点，将所述棒源置于多个所述探测器模块围绕的空间内的至少一个待测点，所述待测点与所述标准点相对应；
根据所述死时间校正方法，得到在每一所述待测点时，所述探测器模块的死时间因子；
比较所述探测器模块在所述第二时间点与第一时间点得到的死时间因子，判断所述正电子发射断层摄影探测器是否需要进行死时间校正。
采用使用所述死时间检测方法判断所述探测器是否需要进行死时间的校正，可以节约成本，提高效率，降低操作人员的辐射剂量。
下面将结合示意图对本发明的死时间校正方法以及死时间检测方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
以下请参阅图4具体说明本发明一实施例的死时间校正方法。
所述死时间校正方法用于对正电子发射断层摄影探测器的死时间进行校正，其中，所述正电子发射断层摄影探测器包括多个探测器模块Mi，i＝1、2、...n，多个所述探测器模块围绕成一空间。
为了测量不同所述探测器模块之间的灵敏度的差异，使得校正更加准确，较佳的，先进行以下步骤a1、a2、a3：
a1、将一棒源置于所述正电子发射断层摄影探测器的成像空间的中心位置(中心位置指的是横向视野FOV的中心位置)，所述成像空间位于多个所述探测器模块围绕的空间内，一般的，所述空间为圆柱形空间，所述棒源与圆柱形空间的轴向平行，扫描足够长时间使统计误差忽略。其中，所述棒源的活度小于或等于2mCi，以保证在测量灵敏度时无死时间发生；
a2、分别获得每个所述探测器模块Mi在所述中心位置所收到的单计数率CCi，所述探测器模块M1在所述中心位置所收到的单计数率CC1，所述探测器模块M2在所述中心位置所收到的单计数率CC2，...所述探测器模块Mn在所述中心位置所收到的单计数率CCn；
a3、根据每个所述探测器模块Mi在所述中心位置所收到的单计数率CCi，得到每个所述探测器模块Mi的灵敏度ηi，所述探测器模块M1的灵敏度η1，所述探测器模块M2的灵敏度η2，...所述探测器模块Mn的灵敏度ηn。由于所述棒源置于所述中心位置，每个所述探测器模块Mi对棒源的立体角Sa相等。
然后，将一棒源放入多个所述探测器模块围绕的空间内，所述棒源置于所述正电子发射断层摄影探测器的成像空间的非中心位置。较佳的，所述棒源的活度小于或等于2mCi，以保证远端的所述探测器模块与所述棒源之间无死时间，其中，所述远端的所述探测器模块为远离所述棒源的所述探测器模块，同理，近端的所述探测器模块为靠近所述棒源的所述探测器模块。在此步骤中，所述棒源可以静置于所述成像空间的非中心位置(如图3中所述棒源110的位置)；或者，所述棒源围绕成像空间的中心位置匀速旋转(如图3中的虚线轨迹)，即所述棒源做偏心旋转。
接着，在每一偏心位置下，分别获得每个所述探测器模块Mi与所述棒源的立体角Sai，并分别获得每个所述探测器模块Mi所收到的单计数率Cpi，其中，获得立体角Sai和单计数率Cpi的顺序并不做限定。所述立体角Sai通过计算得到，所述立体角的计算公式为本领域的公知常识，在此不作赘述。所述单计数率可以直接测量得到。其中，还可以绘制如图1和图2所示的立体角曲线和单计数率曲线。
需注意，当所述棒源可以静置于所述成像空间的非中心位置时，计算的立体角为当前位置的立体角。
当所述棒源围绕成像空间的中心位置匀速旋转时，获得每个所述探测器模块与所述棒源的立体角Sai的步骤包括b1、b2、b3：
b1、将所述棒源的扫描时间分为多个时间段；
b2、在某一所述时间段内，获取所述棒源的运动轨迹对应的弧段的位置，其中，可以通过弦图定位所述棒源的运动轨迹对应的弧段的位置，或通过已知初始位置和旋转速度定位所述棒源的运动轨迹对应的弧段的位置；
b3、通过每个所述探测器模块对所述弧段的积分，获得在某一所述时间段内每个所述探测器模块与所述棒源的立体角Sai。
之后，对多个所述探测器模块与所述棒源的立体角Sai和所收到的单计数率Cpi进行归一化处理，使远端的所述探测器模块与所述棒源的立体角和所收到的单计数率相重合(类似于图2)。
随后，得到一个或多个近端的所述探测器模块所收到的单计数率Cpi与立体角Sai比值Cpi/Sai。
接着，根据一个或多个所述近端的所述探测器模块所收到的单计数率与立体角的比值Cpi/Sai，得到近端的所述探测器模块的死时间因子DTC。
当忽略所述探测器模块的灵敏度时，比值Cpi/Sai直接作为近端的所述探测器模块的死时间因子DTC。当不忽略所述探测器模块的灵敏度时，根据比值Cpi/Sai以及所述探测器模块的灵敏度ηi，得到所述探测器模块的死时间因子DTC，即DTC为Cpi/(Sai×ηi)。
在本实施例中，可以将所述棒源放置于不同的偏心位置，以分别测得所有所述探测器模块Mi的死时间因子DTC。根据死时间因子DTC，可以对所述探测器模块Mi的死时间进行校正，例如，每个所述探测器模块Mi分别乘所对应的死时间因子DTC的倒数(死时间因子DTC的倒数为校正因子)。
以下请参阅图5具体说明本发明一实施例的死时间检测方法。
首先，在第一时间点(例如出厂前)，将所述棒源置于多个所述探测器模块围绕的空间内的至少一个标准点(例如FOV的(0，0)点、(0，15)点、(0，25)点、(0，35)点)；
根据所述死时间校正方法，得到在每一所述标准点时，一个或多个所述探测器模块的死时间因子，并存储到查找表中；
然后，在第二时间点(例如出厂后经过一段时间的使用)，将所述棒源置于多个所述探测器模块围绕的空间内的至少一个待测点(例如FOV的(0，0)点、(0，15)点、(0，25)点、(0，35)点)，所述待测点与所述标准点相对应；
根据所述死时间校正方法，得到在每一所述待测点时，一个或多个所述探测器模块的死时间因子；
比较所述探测器模块在所述第二时间点与第一时间点得到的死时间因子，判断所述正电子发射断层摄影探测器是否需要进行死时间校正。如果一个或多个所述探测器模块在第二时间点与第一时间点得到的死时间因子的偏差在10％以内，则不更新所述正电子发射断层摄影探测器的死时间因子；如果一个或多个所述探测器模块在第二时间点与第一时间点得到的死时间因子的偏差超过10％，则更新所述正电子发射断层摄影探测器的死时间因子。
本发明的所述死时间校正方法和死时间检测方法可以方便地对所述探测器的死时间进行校正和检测，避免使用高活度均匀水模衰变实验，可以减少操作人员所受的辐射剂量，减少了工作量，提高了效率。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种用于PET探测器的死时间校正方法，所述PET探测器包括多个探测器模块，其特征在于，包括：
将一棒源放入多个所述探测器模块围绕的空间内；
分别获得每个所述探测器模块与所述棒源的立体角；
分别获得每个所述探测器模块所收到的单计数率，所述单计数率为单事件计数率；
对多个所述探测器模块与所述棒源的立体角和所收到的单计数率进行归一化处理；
得到一个或多个近端的探测器模块所收到的单计数率与立体角的比值，所述近端的所述探测器模块为靠近所述棒源的所述探测器模块；
根据一个或多个所述近端的所述探测器模块所收到的单计数率与立体角的比值，得到所述近端的所述探测器模块的死时间因子。
2.如权利要求1所述死时间校正方法，其特征在于，将所述棒源置于所述PET探测器的成像空间的非中心位置，所述成像空间位于多个所述探测器模块围绕的空间内。
3.如权利要求1所述死时间校正方法，其特征在于，所述棒源在多个所述探测器模块围绕的空间内围绕所述PET探测器的成像空间的中心位置匀速旋转，所述成像空间位于多个所述探测器模块围绕的空间内，
分别获得每个所述探测器模块与所述棒源的立体角的步骤包括：
将所述棒源的扫描时间分为多个时间段；
在某一所述时间段内，获取所述棒源的运动轨迹对应的弧段的位置；
通过每个所述探测器模块对所述弧段的积分，获得在某一所述时间段内每个所述探测器模块与所述棒源的立体角。
4.如权利要求3所述死时间校正方法，其特征在于，通过弦图定位所述棒源的运动轨迹对应的弧段的位置，或通过已知初始位置和旋转速度定位所述棒源的运动轨迹对应的弧段的位置。
5.如权利要求1所述死时间校正方法，其特征在于，所述棒源的活度小于或等于2mCi。
6.如权利要求1所述死时间校正方法，其特征在于，对多个所述探测器模块与所述棒源的立体角和所收到的单计数率进行归一化处理，使远端的所述探测器模块与所述棒源的立体角和所收到的单计数率相重合，所述远端的所述探测器模块为远离所述棒源的所述探测器模块。
7.如权利要求1所述死时间校正方法，其特征在于，所述死时间校正方法还包括：
将所述棒源置于所述PET探测器的成像空间的中心位置，所述成像空间位于多个所述探测器模块围绕的空间内；
分别获得每个所述探测器模块在所述中心位置所收到的单计数率；
根据每个所述探测器模块在所述中心位置所收到的单计数率，得到每个所述探测器模块的灵敏度。
8.如权利要求7所述死时间校正方法，其特征在于，根据一个或多个所述近端的所述探测器模块所收到的单计数率与立体角的比值，以及所述探测器模块的灵敏度，得到所述探测器模块的死时间因子。
9.一种用于PET探测器的死时间检测方法，所述PET探测器包括多个探测器模块，其特征在于，所述死时间检测方法包括：
在第一时间点，将一棒源置于多个所述探测器模块围绕的空间内的至少一个标准点；
根据如权利要求1-8中任意一项所述死时间校正方法，得到在每一所述标准点时，所述探测器模块的死时间因子；
在第二时间点，将所述棒源置于多个所述探测器模块围绕的空间内的至少一个待测点，所述待测点与所述标准点相对应；
根据如权利要求1-8中任意一项所述死时间校正方法，得到在每一所述待测点时，所述探测器模块的死时间因子；
比较所述探测器模块在所述第二时间点与第一时间点得到的死时间因子，判断所述PET探测器是否需要进行死时间校正。
10.如权利要求9所述死时间检测方法，其特征在于，如果所述探测器模块在第二时间点与第一时间点得到的死时间因子的偏差在10％以内，则不更新所述PET探测器的死时间因子；如果所述探测器模块在第二时间点与第一时间点得到的死时间因子的偏差超过10％，则更新所述PET探测器的死时间因子。
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