CN109077748A - 一种精准的pet归一化校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种精准的PET归一化校正方法。本发明利用PET设备对均匀源进行数据采集,获取归一化数据,得到探测器的效率因子,然后对归一化数据进行处理,获取均匀源的中心,再根据探测器的位置,计算得到中心偏差修正因子,并对现有的探测器的效率因子进行修正,对可能的均匀源的中心与探测器环的中心的不一致性进行修正,从而克服均匀源的中心与探测器环的中心不一致的问题,减少了操作人员的操作难度和照射时间,同时提高了探测单元的效率因子的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械领域,具体涉及一种精准的PET归一化校正方法。
背景技术
正电子发射断层成像(Positron Emssion Tomography,PET)是医学分子成像方式中一种。它由一个PET设备和注射到病人血液中的放射性示踪剂组成。一种经常使用的放射性示踪剂是氟代脱氧葡萄糖(Fluoro-deoxy-glucose,FDG),它是一种由一个简单的糖和少量的放射性氟合成的化合物,人体注射FDG后,其会在体内的组织和器官中蓄积,与此同时,18F会进行衰变,发射出一个正电子,正电子发生湮灭反应,产生一对反向运动的光子,通过PET检测到后,称为一个符合事例,其能量为511KEV。PET设备能够检测到这些光子,并记录下这一对光子的信息,通过这些信息的图像重建,从而得到FDG在人体内的分布图。使用这些图像,医生可以评估器官和组织的代谢显像以检测异常。
PET探测器是PET设备中的组要组成部分,由晶体、光导、光电倍增管(Photomultiplier Tube,PMT)和前放电路组成。每一个晶体又切割成若干个晶体条,形成一个个独立的探测单元。当光子进入到晶体条内时,产生荧光,荧光经过光导进入到光电倍增管,经过其放大形成电信号,从而被检测到,且记录下光子进入的晶体条编号。
PET探测器最常见的结构为环形探测器结构,扫描物体位于探测器环中央。正电子湮灭发射的两个伽马光子被探测器接收到,收到光子的两个探测器之间就可以形成一条连线,在PET探测中称为符合线LOR。当有很多个光子射到同一个探测器上时,通过一个时间窗为判断接收到的光子是否来源于同一个湮灭事件。这个时间窗一般为6ns~20ns。
PET设备中,有上万个探测单元,有的探测效率高,有的则差一些,做不到完成一致,这样在成像中会存在贯穿图像的热线或冷线,即或亮或暗的线状伪像,影响PET探测单元探测效率的因素有探测单元的位置、晶体条的物理差异性、光导的物理差异性和光电倍增的差异性等。
在PET成像中,由于系统误差的影响,最后重建的图像会出现伪影,破坏图像的真实信息,因此需要采取一些措施消除伪影。除了探测器,电子学以及图像重建方法的优化外,归一化校正过程对最后图像伪影的消除起到至关重要的作用。
通常在对PET做归一化的时候,利用PET设备,对一个均匀源进行采集,采集到足够量的数据后,对数据进行统计分析,形成探测器单元的效率因子。然后在PET数据采集时,探测器采集的数据乘以探测器单元的效率因子,实现归一化校正。
在制作探测器效率因子的过程中,要求均匀的源的中心与PET设备的中心一致,以达到各个探测单元的相对于均匀源的位置是一致的,从而保证探测单元探测到均匀源的发出射线的概率是一致,而在实际的操作的过程中,源中心与PET中心存在偏差,这样就造成有一些探测器单元离均匀源近,有一些距离就远,距离近的探测到的射线就高,相反距离远的就低,最终导致计算所得的探测器效率因子存在偏差,进而导致PET影像不均匀和伪影。
如图1所示,分别表示探测器环上的其中四个探测器,探测器分布在整个探测器环1上面,四个探测器D1、D2、D3和D4与其它探测器是没有区别的,当均匀源2不在探测器环中心时,探测器环上探测器与均匀源上的相对位置是不一致的,导致探测器检测到射线的效率发生偏差,3表示均匀源的中心。
发明内容
为了解决均匀源不在探测器环中心,探测器环上探测器与均匀源上的相对位置是不一致的,导致探测器检测到射线的效率发生偏差的问题,本发明提出了一种精准的PET归一化校正方法。
PET设备的探测器组成的圆环,简称探测器环,探测器环的半径为R,探测器环的数量为C2,分别为第一至第C2探测器环,每一个探测器环的半径是一致的,且按轴向叠加的方式进行排列,在每一个探测器环上的探测器的数量均为C1,分别为第一至第C1探测器,在各个探测器环上,各个第i探测器位于同一条平行与轴的直线上。
本发明的精准的PET归一化校正方法,包括以下步骤:
1)PET设备对均匀源进行数据采集,获取归一化数据;
2)对采集到的归一化数据进行统计分析,获取每一个探测器上检测到的光子的符合事例,形成位于第j探测器环上的第i探测器的效率因子Ai,j,i=1,2,3....C1,j=1,2,3...C2;
3)对归一化数据进行处理,获取均匀源的中心;
4)根据探测器的位置,计算得到第i探测器的中心偏差修正因子Mi;
5)对探测器效率因子进行修正,得到修正后的第j探测器环上的第i探测器的效率因子A’i,j=Ai,j×Mi。
其中,在步骤1)中,采集归一化数据,包括以下步骤:
a)将均匀源摆放在治疗床或是支架上;
b)调整均匀源的位置,尽量使其位于PET设备的中心,此过程中,允许均匀源位的中心偏离PET设备的中心;
c)采集足够量的符合事例的数据,并存储在PET设备的指定位置上,存储下来的符合事例的数据即为归一化数据。
其中,在步骤c)中,足够量的符合事例的数据为1G以上的符合事例的数据。
在步骤3)中,对归一化数据进行处理,获取均匀源的中心,包括以下方法:
a)利用有序子集最大期望值方法(ORDERED SUBSET EXPECTATION MAXIMIZATION,OSEM)对归一化数据进行重建,获得源图像;
b)对重建后的源图像进行处理,获取图像中的最大值,并根据最大值设定阈值,超过阈值部分认为均匀源分布的位置;
c)利用重心法,求取均匀源的中心坐标(Px,Py):超过阈值的图像的第k个像素的坐标为(Xk,Yk),利用重心法计算得到均匀源的中心坐标(Px,Py):
其中,k=1,2,3……,N,N为图像中超过阈值的像素的个数。
在步骤b)中,阈值为图像中最大值的10%~20%。
在步骤4)中,计算得到第i探测器的中心偏差修正因子Mi,包括以下步骤:
a)均匀源的中心坐标为(Px,Py),计算得到第i探测器的坐标(Xi,Yi):
其中,R为探测器环的半径;
b)根据第i探测器的坐标(Xi,Yi),得到第i探测器的中心偏差修正因子Mi:
在步骤5)中,对每一个探测器效率因子进行修正,需要先查找到每一个探测器修正前的效率因子,然后查找到对应的探测器的中心偏差修正因子,两因子相乘得到修正后的探测器效率因子。
本发明的优点:
本发明利用PET设备对均匀源进行数据采集,获取归一化数据,得到探测器的效率因子,然后对归一化数据进行处理,获取均匀源的中心,再根据探测器的位置,计算得到中心偏差修正因子,并对现有的探测器的效率因子进行修正,对可能的均匀源的中心与探测器环的中心的不一致性进行修正,从而克服均匀源的中心与探测器环的中心不一致的问题,减少了操作人员的操作难度和照射时间,同时提高了探测单元的效率因子的准确性。
附图说明
图1为探测器环上设置探测器的正视图;
图2为本发明的PET设备的探测器组成探测器环的侧视图;
图3为本发明的精准的PET归一化校正方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图,通过具体实施例,进一步阐述本发明。
如图2所示,PET设备的探测器组成的圆环,简称探测器环,探测器环的半径为R,探测器环的数量为C2,分别为第一至第C2探测器环R1~Rc2,每一个探测器环的半径是一致的,且按轴向叠加的方式进行排列,在每一个探测器环上的探测器的数量为C1,分别为第一至第C1探测器,在各个探测器环上,各个第i探测器Di位于同一条平行与轴的直线上,i=1,2,3....C1,各个探测器环上,第i探测器的中心偏差修正因子Mi是一致的。
如图3所示,本实施例的精准的PET归一化校正方法,包括以下步骤:
1)PET设备对均匀源进行数据采集,获取归一化数据:
a)将均匀源摆放在治疗床或是支架上;
b)调整均匀源的位置,尽量使其位于PET设备的中心,此过程中,允许均匀源位的中心偏离PET设备的中心;
c)采集1G以上的符合事例的数据,并存储在PET设备的指定位置上,存储下来的符合事例的数据即为归一化数据。
2)对采集到的归一化数据进行统计分析,获取每一个探测器上的检测到光子的符合事例,形成位于第j探测器环上的第i探测器的效率因子Ai,j,i=1,2,3....C1,j=1,2,3...C2。
3)对归一化数据进行处理,获取均匀源的中心:
a)利用有序子集最大期望值方法OSEM对归一化数据进行重建,获得源图像;
b)对重建后的源图像进行处理,获取图像中的最大值,并根据最大值设定阈值为20%,超过20%部分认为均匀源分布的位置;
c)利用重心法,求取均匀源的中心坐标(Px,Py):
超过阈值的图像的第k个像素的坐标为(Xk,Yk),利用重心法计算得到均匀源的中心坐标(Px,Py):
其中,k=1,2,3……,N,N为图像中超过阈值的像素的个数。
4)根据探测器的位置,计算得到第i探测器的中心偏差修正因子Mi:
a)均匀源的中心坐标为(Px,Py),计算得到第i探测器的坐标(Xi,Yi):
其中,R为探测器环的半径;
b)根据第i探测器的坐标(Xi,Yi),得到第i探测器的中心偏差修正因子Mi:
5)对探测器效率因子进行修正,得到修正后的第j探测器环上的第i探测器的效率因子Ai,j=Ai,j×Mi。
最后需要注意的是,公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明,但是本领域的技术人员可以理解:在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内,各种替换和修改都是可能的。因此,本发明不应局限于实施例所公开的内容,本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。
Claims (6)
1.一种精准的PET归一化校正方法,PET设备的探测器组成的圆环,简称探测器环,探测器环的半径为R,探测器环的数量为C2,分别为第一至第C2探测器环,每一个探测器环的半径是一致的,且按轴向叠加的方式进行排列,在每一个探测器环上的探测器的数量均为C1,分别为第一至第C1探测器,在各个探测器环上,各个第i探测器位于同一条平行与轴的直线上,其特征在于,所述校正方法包括以下步骤:
1)PET设备对均匀源进行数据采集,获取归一化数据;
2)对采集到的归一化数据进行统计分析,获取每一个探测器上检测到的光子的符合事例,形成位于第j探测器环上的第i探测器的效率因子Ai,j,i=1,2,3....C1,j=1,2,3...C2;
3)对归一化数据进行处理,获取均匀源的中心;
4)根据探测器的位置,计算得到第i探测器的中心偏差修正因子Mi;
5)对探测器效率因子进行修正,得到修正后的第j探测器环上的第i探测器的效率因子A’i,j=Ai,j×Mi。
2.如权利要求1所述的校正方法,其特征在于,在步骤1)中,采集归一化数据,包括以下步骤:
a)将均匀源摆放在治疗床或是支架上;
b)调整均匀源的位置,尽量使其位于PET设备的中心,此过程中,允许均匀源位的中心偏离PET设备的中心;
c)采集足够量的符合事例的数据,并存储在PET设备的指定位置上,存储下来的符合事例的数据即为归一化数据。
3.如权利要求2所述的校正方法,其特征在于,在步骤c)中,足够量的符合事例的数据为1G以上的符合事例的数据。
4.如权利要求1所述的校正方法,其特征在于,在步骤3)中,对归一化数据进行处理,获取均匀源的中心,包括以下方法:
a)利用有序子集最大期望值方法OSEM对归一化数据进行重建,获得源图像;
b)对重建后的源图像进行处理,获取图像中的最大值,并根据最大值设定阈值,超过阈值部分认为均匀源分布的位置;
c)利用重心法,求取均匀源的中心坐标(Px,Py):
超过阈值的图像的第k个像素的坐标为(Xk,Yk),利用重心法计算得到均匀源的中心坐标(Px,Py):
其中,k=1,2,3……,N,N为图像中超过阈值的像素的个数。
5.如权利要求4所述的校正方法,其特征在于,在步骤b)中,阈值为图像中最大值的10%~20%。
6.如权利要求1所述的校正方法,其特征在于,在步骤4)中,计算得到第i探测器的中心偏差修正因子Mi,包括以下步骤:
a)均匀源的中心坐标为(Px,Py),计算得到第i探测器的坐标(Xi,Yi):
其中,R为探测器环的半径;
b)根据第i探测器的坐标(Xi,Yi),得到第i探测器的中心偏差修正因子Mi:
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