CN109077748B - 一种精准的pet归一化校正方法 - Google Patents

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

一种精准的PET归一化校正方法

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A_i，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M_i；

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＝A_i，j×M_i。

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(P_x,P_y)：超过阈值的图像的第k个像素的坐标为(X_k,Y_k)，利用重心法计算得到均匀源的中心坐标(P_x,P_y)：

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M_i，包括以下步骤：

a)均匀源的中心坐标为(P_x,P_y)，计算得到第i探测器的坐标(X_i,Y_i)：

其中，R为探测器环的半径；

b)根据第i探测器的坐标(X_i,Y_i)，得到第i探测器的中心偏差修正因子M_i：

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M_i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A_i，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(P_x,P_y)：

超过阈值的图像的第k个像素的坐标为(X_k,Y_k)，利用重心法计算得到均匀源的中心坐标(P_x,P_y)：

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M_i：

a)均匀源的中心坐标为(P_x,P_y)，计算得到第i探测器的坐标(X_i,Y_i)：

其中，R为探测器环的半径；

b)根据第i探测器的坐标(X_i,Y_i)，得到第i探测器的中心偏差修正因子M_i：

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＝A_i，j×M_i。

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于轴的直线上，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A_i,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探测器与均匀源的中心偏差的中心偏差修正因子M_i；

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＝A_i,j×M_i。

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(P_x,P_y)：

超过阈值的图像的第k个像素的坐标为(X_k,Y_k)，利用重心法计算得到均匀源的中心坐标(P_x,P_y)：

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探测器与均匀源的中心偏差的中心偏差修正因子M_i，包括以下步骤：

a)均匀源的中心坐标为(P_x,P_y)，计算得到第i探测器的坐标(X_i,Y_i)：

其中，R为探测器环的半径；

b)根据第i探测器的坐标(X_i,Y_i)，得到第i探测器与均匀源的中心偏差的中心偏差修正因子M_i：

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