CN107569249A

CN107569249A - 一种晶体能量校正方法和装置

Info

Publication number: CN107569249A
Application number: CN201710741305.1A
Authority: CN
Inventors: 高鹏; 杨龙; 宁鹏; 梁国栋; 张军
Original assignee: Neusoft Medical Systems Co Ltd
Current assignee: Neusoft Medical Systems Co Ltd
Priority date: 2017-08-25
Filing date: 2017-08-25
Publication date: 2018-01-12

Abstract

本公开提供一种晶体能量校正方法和装置，其中，该方法可以由主机设备中的控制器执行，所述主机设备还包括探测器模块，该方法可以包括：控制器获取所述探测器模块中的各个晶体的能量分布信息，每个晶体的所述能量分布信息包括：所述晶体探测到的各个光子能量、以及分别对应各光子能量的计数；控制器根据理想能量分布信息和各个晶体的所述能量分布信息，分别获取对应各个晶体的能量校正参数；控制器根据所述能量校正参数，对所述探测器模块中的各个晶体进行能量一致性校正。

Description

一种晶体能量校正方法和装置

技术领域

本公开涉及医疗成像技术，特别涉及一种晶体能量校正方法和装置。

背景技术

正电子发射断层扫描装置(Positron Emission Tomograph，PET)是根据注入体内的放射性核素在衰变过程中产生的正电子湮灭辐射和符合探测原理构成的计算机断层装置。常规的PET系统可以包括主机设备和上位机，其中，主机设备可以包括由晶体和光电倍增管组成的探测器模块，通过探测器模块采集正电子湮灭辐射产生的γ光子及光子能量。上位机可以根据光子能量及其他信息进行处理，获得最终的图像。但是，由于γ光子击中晶体位置的不同、以及光电倍增管的个体差异等因素，造成即使是相同能量的γ光子，同一个探测器模块中的各个晶体输出的探测到的光子能量也不一致。由此需要对探测器模块中的各个晶体输出的能量进行校正，保证能量输出一致性，才能达到理想的图像质量。

现有技术中，可以由上位机根据主机设备采集到的γ光子能量进行处理，得到用于能量校正的校正信息，并将校正信息传输至主机设备，以使得主机设备据此对光子能量进行校正。但是，这种方式操作繁琐，需要人工在上位机侧触发校正开始执行，使得能量校正的效率较低。

发明内容

有鉴于此，本公开提供一种晶体能量校正方法和装置，以通过简洁的方式快速有效的提高晶体能量一致性的校正效果。

具体地，本公开是通过如下技术方案实现的：

第一方面，提供一种晶体能量校正方法，所述方法由主机设备中的控制器执行，所述主机设备还包括探测器模块，所述方法包括：

所述控制器获取所述探测器模块中的各个晶体的能量分布信息，每个晶体的所述能量分布信息包括：所述晶体探测到的各个光子能量、以及分别对应各光子能量的计数；

所述控制器根据理想能量分布信息和各个晶体的所述能量分布信息，分别获取对应各个晶体的能量校正参数；

所述控制器根据所述能量校正参数，对所述探测器模块中的各个晶体进行能量一致性校正。

第二方面，提供一种医疗扫描设备，所述设备包括：多个探测器模块，每个探测器模块包括多个晶体；还包括与所述探测器模块连接的控制器；

所述探测器模块，用于通过所述各个晶体探测γ光子的光子能量；

所述控制器，用于采集探测器模块中的各个晶体的能量分布信息，每个晶体的所述能量分布信息包括：所述晶体探测到的各个光子能量、以及分别对应各光子能量的计数；根据理想能量分布信息和各个晶体的所述能量分布信息，分别获取对应各个晶体的能量校正参数；根据所述能量校正参数，对所述探测器模块中的各个晶体进行能量一致性校正。

本公开提供的晶体能量校正方法和装置，通过由主机设备内的控制器执行，可以实现控制器根据采集到的能量信息自动执行能量校正过程，不再需要人工触发，也不需要传输至上位机处理，主机设备自身进行能量校正即可，从而校正实现方式更加简洁，而且控制器执行处理比较快速。此外，直接由主机自身进行能量校正的处理，不再需要在上位机和主机之间的传输过程，也减少了传输过程因素对传输数据造成的影响。

附图说明

图1是本公开一示例性实施例示出的一种PET系统的结构示意图；

图2a是本公开一示例性实施例示出的一种能量分布曲线图；

图2b是本公开一示例性实施例示出的一种能量分布曲线图；

图3是本公开一示例性实施例示出的一种能量校正方法的流程示意图；

图4是本公开一示例性实施例示出的一种能量校正方法的流程示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

如图1的示意，PET系统可以包括主机设备11和上位机12。其中，主机设备11中可以包括多个探测器模块111，图1只示例了两个探测器模块，实际实施中的数量更多。每个探测器模块中可以包括晶体13和PMT(photomultiplier tube，光电倍增管)14(图1仅示例了一个晶体和PMT，实际中可以包括多个)。

正电子湮灭事件释放出的γ光子，可以被晶体13探测到，转换为可见光，PMT14可以将可见光转换为电信号，并获取到光子能量。在实际应用中，同一探测器模块中包括的各个晶体-PMT的组合，对于探测到的相同能量的光子，输出的光子能量可以是一致的，即“能量一致性”。

这种能量一致性可以是各个晶体的能量分布曲线的峰值能量的一致。示例性的，如图2a和图2b的示意，图2a示意了其中一个晶体输出能量的能量分布曲线，该曲线的横轴可以表示能量(图2a中是以一个与能量具有映射关系的关系量代替)，纵轴可以表示该能量的计数，曲线的峰值表示晶体探测到的诸多事件中，具有峰值对应的能量的事件的计数数量最多，比如图2a的晶体的峰值能量是L1。图2b示意了另一个晶体输出能量的能量分布曲线，同理，该曲线的峰值能量是L2。能量一致性指的是，L1和L2相同或者差异在预设范围内。同一探测器模块中的各个晶体的能量分布曲线的峰值能量可以一致，即满足能量一致性，在各个晶体满足能量一致性的基础上，后续的数据处理中可以依据同一能量窗筛选有效事件。而如果各个晶体不满足能量一致性，可能是由于温度、PMT特性、晶体位置等各种因素造成的，需要对各个晶体进行能量一致性校正。

请继续参见图1，本例子可以通过控制器112执行对同一个探测器模块中的各个晶体的能量校正。该控制器112例如可以是FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)、MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)、CPLD(Complex ProgrammableLogic Device，复杂可编程逻辑器件)等。一个控制器112可以连接至少一个探测器模块111，但是在能量校正时，各个探测器模块可以分别校正，校正后保证同一个探测器模块中的各个晶体能量一致即可。校正后的光子能量和其他信息，比如探测到光子的时间，可以输出至上位机12用于图像重建。

图3示例了本例子的能量校正方法，该方法可以由主机设备中的控制器执行，如图3所示，该方法可以包括：

在步骤301中，控制器采集所述探测器模块中的各个晶体的能量分布信息，每个晶体的所述能量分布信息包括：所述晶体探测到的各个光子能量、以及分别对应各光子能量的计数。

如上提到的，主机设备的探测器模块111，可以通过各个晶体-PMT单元探测γ光子的光子能量，并将能量输出至控制器112。

控制器112可以采集到光子能量，可以包括不同的能量，比如，晶体可以探测到很多光子，不同的光子可以具有不同的能量。控制器112可以对不同能量进行计数，各个光子能量及对应的计数可以称为能量分布信息。

在步骤302中，控制器根据理想能量分布信息和各个晶体的所述能量分布信息，分别获取对应各个晶体的能量校正参数。

例如，根据能量分布信息可以得到一个晶体的能量分布曲线，并得到峰值能量，即计数最多的能量。可以设定一个理想能量分布信息，比如，理想的能量分布曲线的峰值能量可以是511kev。通过将理想能量分布信息与各个晶体的能量分布信息比较，就可以得到各个晶体的峰值能量与理想峰值能量之间的差异，从而获知对应晶体的能量校正参数。比如，该能量校正参数可以是1.2，即将初始采集到的能量进行放大，乘以1.2倍，得到校正后的能量。

在步骤303中，控制器根据所述能量校正参数，对所述探测器模块中的各个晶体进行能量一致性校正。

例如，不同晶体对应的能量校正参数可以是不同的，控制器可以根据步骤302中获得的对应各个晶体的能量校正参数，分别对各个晶体进行能量校正。校正后的各个晶体可以满足能量一致性。

本例子的能量校正方法，通过由主机设备内的控制器执行，可以实现控制器根据采集到的能量信息自动执行能量校正过程，不再需要人工触发，也不需要传输至上位机处理，主机设备自身进行能量校正即可，从而校正实现方式更加简洁，而且控制器执行处理比较快速。此外，直接由主机自身进行能量校正的处理，不再需要在上位机和主机之间的传输过程，也减少了传输过程因素对传输数据造成的影响。

此外，由于主机设备内的控制器可以快速的获知晶体能量一致性的变化，因此当各个晶体的能量输出产生变化时，控制器可以及时的调整，保证一致性的校正效果，而原有方式中的上位机处理由于与主机设备独立分开，无法感知主机设备侧的环境变化，不能及时的校正晶体的能量一致性。

如下描述控制器112如何对晶体进行能量一致性校正，以FPGA的描述为例，但实际实施中并不限于此。此外，一个FPGA可以连接多个探测器模块，对于其中的每个探测器模块，都可以按照如下描述的方法进行能量校正。

在一个例子中，探测器模块中的晶体以阵列的形式体现，例如，一个探测器模块包括的晶体数量可以是M(行晶体数目)*N(列晶体数目)。假设探测器模块中M＝6，N＝6，那么总晶体数目是36个。当进行校正时，可以对每个晶体进行能量校正，以达到更好的性能。

在FPGA的内部，可以包括与探测器模块对应的阵列结构，如下表所示：

表1阵列结构表

M0N0	M0N1	M0N2	M0N3	M0N4	M0N5
						M1N0	M1N1	M1N2	M1N3	M1N4	M1N5
M2N0	M2N1	M2N2	M2N3	M2N4	M2N5
						M3N0	M3N1	M3N2	M3N3	M3N4	M3N5
M4N0	M4N1	M4N2	M4N3	M4N4	M4N5
						M5N0	M5N1	M5N2	M5N3	M5N4	M5N5

如上表1所示的阵列结构，可以包括分别与探测器模块中的各个晶体一一对应的处理单元。例如，M0N0对应该探测器模块的其中一个位置的晶体，该处理单元可以是FPGA电路板上的一个单元，可以采集对应的晶体的能量分布信息，包括该晶体探测到的能量及对应的能量计数。又例如，M1N1对应该探测器模块的另一个位置的晶体，同样可以采集对应的晶体的能量分布信息。各个处理单元可以将采集到的能量分布信息存储至FPGA的存储器中，各个晶体的能量分布信息在存储器中的存储方式不进行限制，比如，可以将存储器再划分为多个存储单元，分别与上述的各个处理单元对应，那么处理单元可以将采集到的能量分布信息存储至对应的存储单元存储。或者也可以不划分存储单元，能够区分各个晶体的能量分布信息与晶体的对应关系即可。

在通过阵列结构采集和存储各个晶体的能量分布信息后，FPGA可以继续执行图4所示的处理：

在步骤401中，根据各个晶体的所述能量分布信息，分别得到对应每个晶体的能量分布曲线。

对于不同的晶体，其晶体能量分布曲线可能不一致，本步骤可以根据采集到的晶体的能量分布信息，得到每一个晶体对应的能量分布曲线。例如，图2a和图2b所示例的两个晶体的能量分布曲线。

在步骤402中，将所述能量分布曲线与理想能量分布信息对应的标准分布曲线比较，得到用于能量校正的所述能量校正参数。

例如，可以在FPGA内部设定一个理想能量分布信息对应的标准分布曲线，并将各个晶体的能量分布曲线分别与此比较，获取曲线的峰值能量的差异，进而得到用于调整能量的能量校正参数。

比如，可以求出每个晶体的能量分布曲线的峰值能量，即曲线的极值对应的能量数值，并获取标准分布曲线的峰值能量，计算每个晶体的峰值能量与标准分布曲线的峰值能量之间的差异。结合两者的差异以及允许的差异范围，确定对应晶体的能量校正参数，以使得通过该校正参数校正将晶体的峰值能量调整到允许的差异范围内，比如，将初始采集能量放大1.2倍就可以与标准分布曲线的峰值能量相差较小，落入允许差异范围。

此外，为了确定能量校正参数的快速方便，还可以预先计算能量校正参数与光子能量的映射关系，比如，若某个晶体的峰值能量是L1，根据映射关系可以直接确定对应采用的能量校正参数。该映射关系可以根据理想的峰值能量和允许的差异范围，计算每一个超出差异范围的能量需要采用何种校正参数以使得能量重新回到差异范围内。

在步骤403中，根据校正后的参数，进行实时采集所述探测器模块中的各个晶体的能量分布信息。

本步骤中，在确定各个晶体的能量校正参数后，FPGA在后续接收到探测器模块传输的光子能量后，可以使用该参数进行校正，得到校正后的能量。并且，FPGA可以一边接收采集一边计算晶体对应的峰值能量，比如，当接收到一个晶体探测到的光子能量后，利用能量校正参数进行校正，并将校正后的能量对应的计数数量加一，并更新该晶体对应的能量分布曲线，即FPGA可以实时采集并实时更新能量分布曲线。

在步骤404中，若所述实时的能量分布信息与理想能量分布信息的差异超出预设范围，则所述控制器调整所述能量分布信息对应的晶体的能量校正参数。

若在实时采集和观察的过程中，FPGA发现某个晶体的曲线峰值发生了偏移，使得峰值能量距离理想的标准峰值能量差异较大，超出了允许的差异预设范围，则表示需要对该晶体进行能量校正，原来确定的能量校正参数已经不足以将晶体校正到能量一致的较好效果。

FPGA可以按照前述的方法重新确定该晶体的能量校正参数，比如，求取新的峰值能量与标准峰值能量的差异，并据此确定能量校正参数，或者，根据预设的映射关系，由新的峰值能量直接获得对应的新的能量校正参数。

在步骤405中，差异在预设范围内，则调整结束。

例如，在调整新的能量校正参数后，FPGA可以重新进行能量分布信息的采集和比较。比如，当下一次获取到晶体的光子能量后，可以利用调整后的新能量校正参数进行校正，并将校正后的能量对应的计数数量加一，并更新该晶体对应的能量分布曲线，观察利用新参数校正后的峰值能量与标准峰值能量的差异是否在预设范围内。若在预设范围则调整结束，使用新参数校正，但是后续过程中依然会实时采集并实时更新和比较；如果仍未到达差异预设范围，则按照上述方法继续调整。

本例子的能量校正方法，通过采用主机设备内的控制器进行能量校正，可以不依托于上位机，而是由主机设备自动完成校正，实现了晶体-PMT能量的自动校准；并且，控制器可以实时采集晶体的能量分布信息，并实时的比较和调整校正参数，使得当主机设备侧的探测环境、光子数量等因素发生变化时，可以适应性实时调整参数，以保证晶体一致性的满足，避免各个晶体已形成的校正效果又会变差，造成系统性能的降低，从而提高了晶体一致性的校正效果。此外，控制器直接计算和处理，速度更快，计算结果更加精确。

本公开的例子还提供一种医疗扫描设备，该设备可以是上述的主机设备。该设备可以包括：多个探测器模块，每个探测器模块包括多个晶体；还包括与所述探测器模块连接的控制器。

在一个例子中，所述控制器包括：与所述探测器模块对应的阵列结构，所述阵列结构包括分别与所述探测器模块中的各个晶体一一对应的处理单元，所述控制器还包括存储单元。所述处理单元，用于采集对应的晶体的能量分布信息，并将所述能量分布信息存储至所述存储单元。

在一个例子中，所述控制器，在用于获取能量校正参数时，包括：根据各个晶体的所述能量分布信息，分别得到对应每个晶体的能量分布曲线；将所述能量分布曲线与理想能量分布信息对应的标准分布曲线比较，得到用于能量校正的所述能量校正参数。

在一个例子中，所述控制器，还用于：实时采集所述探测器模块中的各个晶体的能量分布信息；若所述实时的能量分布信息与理想能量分布信息的差异超出预设范围，则调整所述能量分布信息对应的晶体的能量校正参数。

本公开的数据处理方法的功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本公开的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台控制和处理设备执行本公开各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本例子提供的一种计算机可读存储介质，其具有存储在其上的指令，当由一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器执行数据处理方法，该方法包括：。

以上所述仅为本公开的较佳实施例而已，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开保护的范围之内。

Claims

1.一种晶体能量校正方法，其特征在于，所述方法由主机设备中的控制器执行，所述主机设备还包括探测器模块，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制器是现场可编程门阵列FPGA。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制器采集所述探测器模块中的各个晶体的能量分布信息，包括：

所述控制器通过与所述探测器模块对应的阵列结构，采集所述探测器模块中的各个晶体的能量分布信息；

所述阵列结构中包括分别与所述各个晶体一一对应的处理单元；

所述处理单元，采集对应的晶体的能量分布信息，并将所述能量分布信息存储至所述控制器中的存储单元。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制器根据理想能量分布信息和各个晶体的能量分布信息，分别获取对应各个晶体的能量校正参数，包括：

所述控制器根据各个晶体的所述能量分布信息，分别得到对应每个晶体的能量分布曲线；

将所述能量分布曲线与理想能量分布信息对应的标准分布曲线比较，得到用于能量校正的所述能量校正参数。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述控制器实时采集所述探测器模块中的各个晶体的能量分布信息；

若所述实时的能量分布信息与理想能量分布信息的差异超出预设范围，则所述控制器调整所述能量分布信息对应的晶体的能量校正参数。

6.一种医疗扫描设备，其特征在于，所述设备包括：多个探测器模块，每个探测器模块包括多个晶体；还包括与所述探测器模块连接的控制器；

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述控制器是现场可编程门阵列FPGA。

8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述控制器包括：与所述探测器模块对应的阵列结构，所述阵列结构包括分别与所述探测器模块中的各个晶体一一对应的处理单元，所述控制器还包括存储单元；

所述处理单元，用于采集对应的晶体的能量分布信息，并将所述能量分布信息存储至所述存储单元。

9.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述控制器，在用于获取能量校正参数时，包括：根据各个晶体的所述能量分布信息，分别得到对应每个晶体的能量分布曲线；将所述能量分布曲线与理想能量分布信息对应的标准分布曲线比较，得到用于能量校正的所述能量校正参数。

10.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，

所述控制器，还用于：实时采集所述探测器模块中的各个晶体的能量分布信息；若所述实时的能量分布信息与理想能量分布信息的差异超出预设范围，则调整所述能量分布信息对应的晶体的能量校正参数。