CN110559008B - 一种正电子断层扫描及重建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种正电子断层扫描方法及重建方法，涉及X射线计算机断层扫描成像技术领域，扫描方法包括PET装置定位到预定轴向感兴趣区；将轴向感兴趣区前移1/4个轴向探测器晶体宽度；PET装置开始静态采集数据，持续采集时间为预设单床位扫描时长的一半；将感兴趣区后移半个轴向探测器晶体宽度；完成余下单床位扫描时间的静态数据采集任务。重建方法包括两次扫描数据的在符合事件上合并或在正弦图上合并。本发明的扫描方法是在不改变原有轴向扫描感兴趣区的定位长度下，通过控制扫描床的微小偏移，在感兴趣区内进行两次子扫描，单次扫描的时间是原来扫描的一半，可以获得轴向更精细的空间分布信息，从而提高了PET系统的轴向成像分辨率。
Description
技术领域
本发明涉及X射线计算机断层扫描成像（PET/CT、PET/MRI），尤其涉及一种正电子断层扫描及重建方法。
背景技术
PET（正电子发射断层）的设备，它是核医学成像中一种先进的功能成像工具，其工作原理是：在对生物体扫描前，给生物体注射含放射性核素的示踪剂，放射性核素在生物体内衰变，并发射出正电子，其与附近物质的电子发生湮灭作用，产生一对能量相等、方向相反的光子；PET装置的探测器捕获到这对高能光子，称为一次符合事件，在扫描空间中形成一条响应线（LOR），将这对光子的空间、时间信号转换成电子信息，保存到存储介质中。经过一段时间的累积采集，获得足够多的符合事件后，利用重建算法重建出放射性物质在生物体内的空间分布情况。注射的示踪剂在生物体内的分布与新陈代谢强弱呈正相关，因此，在临床上可以直观表征生物体潜在的病变和血管血流的生理特征。
PET装置的设计通常是探测器呈筒状紧密分布，探测器在轴向的分布密度低于切向的。这就导致了在实际的扫描过程中，轴向的有效采样的空间响应线数量相对偏低，重建出来的三维图像在轴向的实际分辨率也低于切向方向。因此在扫描比较小的精细物体时，在轴向分辨率上PET设备会存在着瓶颈效应。
基于此，做出本申请。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种正电子断层扫描及重建方法，以提高PET系统的轴向成像分辨率。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种正电子断层扫描方法，其特征在于包括如下步骤：
PET装置定位到预定轴向感兴趣区；
将轴向感兴趣区前移1/4个轴向探测器晶体宽度；
PET装置开始静态采集数据，持续采集时间为预设单床位扫描时长的一半；
将感兴趣区后移半个轴向探测器晶体宽度；
完成余下单床位扫描时间的静态数据采集任务作为优选，每次静态采集数据输出格式为正弦图或列表模式。
作为优选，PET装置做多床位全身扫描时，根据上述单个的感兴趣区的扫描方式，重复所有多床位感兴趣区的扫描任务，完成PET数据采集工作。
一种正电子断层扫描方法获取的数据的重建方法，包括两次扫描数据的在符合事件上合并或在正弦图上合并；
其中在符合事件上合并，包括以下步骤：
获得两次扫描的两组符合数据，PET装置收集到一对成对出现高能光子后，会形成一次符合计数，每一个扫描位置，在偏移前后各自进行符合计数，得到两组符合数据；
根据切向距离、角度方向、起始层标号、结束层标号四个基本维度分别定义两组符合数据，得到 CoinA和CoinB；其中的CoinB是病床偏移D/2后采集，D为探测晶体在轴向的长度；
根据定义后的两组符合数据的第三维度和第四维度的维度分别计算更新的坐标，得到CoinA2和CoinB2；
将CoinA2 和CoinB2两组数据合并，得到CoinC；
按照列表模式对CoinC进行迭代重建或将CoinC转化为正弦图的形式重建，重建过程中，数据实际的轴向宽度为D/2。
其中在正弦图上合并，包括以下步骤：
将CoinA，CoinB通过位置坐标识别，在对应位置累积计数和，转化为正弦图形，并根据径向、角向和起始轴向位置和重点轴向位置四个维度进行定义获得SinoA和SinoB两组数据；
定义SinoC并赋值，SinoC的第三、四维度同时为奇数标号时，填入SinoA；SinoC的第三、四维度同时为偶数标号时，填入SinoB；
数据重建，采用滤波反投影重建或最大似然估计的迭代重建，在重建过程中，数据实际的轴向宽度为D/2。
作为优选，为了提高运行效率，所述定义SinoC并赋值步骤与数据重建步骤之间还包括数据压缩步骤，定义SinoC第三、四维度的标号不同时为奇数或者不同时为偶数的数据为无效数据，不参与重建，剔除无效数据后重新定义SinoC为SinoD。
本发明的工作原理：本发明的扫描方法是在不改变原有轴向扫描感兴趣区的定位长度下，通过控制扫描床的微小偏移，在感兴趣区内进行两次子扫描，单次扫描的时间是原来扫描的一半。如此，在总扫描时间不变的情况下，获得轴向更精细的空间分布信息，从而提高了PET系统的轴向成像分辨率。
本发明能实现如下技术效果：
（1）在扫描方面：提出两段式定轴扫描，在扫描时间相同的条件下，得到更多空间信息。
（2）在数据处理方面：提出虚拟检测器概念。对数据进行合并，使重建能够快速有效进行。如图4所示，PET机器在轴向的排数Z时，数据范围(rad,angle,Zs,Ze)，通过本发明的采集方法，提高了机器的空间采样率到(rad,angle,Zs*2,Ze*2)，即相当于检测的排数从Z变成了2*Z。这样的新数据所体现出的检测器就是虚拟检测器，虚拟检测器的轴向尺寸是原检测器的二分之一，轴向分布密度是原检测器的两倍。
附图说明
图1为本发明中PET装置及扫描床结构示意图；
图2为本发明扫描过程图；
图3为本发明扫描过程中PET装置与扫描床的相对位置示意图；
图4为实施例2正弦数据合并的示意图；
图5为实施例1采用普通扫描方法得到的点源PET成像图；
图6为实施例1采用本发明扫描方法得到的点源PET成像图；
图7为实施例1采用普通扫描方法得到的轴向点扩散函数图；
图8为实施例1采用本发明扫描方法得到的点扩散函数图；
图9为实施例2采用普通扫描方法得到的轴向点扩散函数图；
图10为实施例2采用本发明扫描方法得到的轴向点扩散函数图；
图11为实施例2采用普通扫描方法得到的IEC模体成像图；
图12为实施例2采用本发明扫描方法得到的IEC模体成像图。
标注说明：PET装置1，探测器2，扫描床3。
具体实施方式
为了使本发明的技术手段及其所能达到的技术效果，能够更清楚更完善的披露，兹提供了2个实施例，并结合附图作如下详细说明：
实施例1
如图1至图3所示，本实施例正电子断层扫描方法为以下步骤：
S101：在PET扫描过程中，扫描床往PET装置移动为前移方向。通过扫描床移动人体，PPET装置定位到预定轴向感兴趣区，即扫描床定位人体轴向扫描感兴趣区；
S102：将轴向感兴趣区前移1/4个轴向探测器晶体宽度；
S103：PET装置开始静态采集数据，持续采集时间为预设单床位扫描时长的一半；
S104：将感兴趣区后移半个轴向探测器晶体宽度；
S105：完成余下单床位扫描时间的静态数据采集任务。
每次静态采集数据输出格式可以是正弦图，也可以是list-mode。PET装置做多床位全身扫描时，根据上述单个感兴趣区的扫描方式，重复所有多床位感兴趣区的扫描任务，完成PET数据采集工作。
本实施例的数据处理方法采用在符合事件上合并，包括以下步骤：
S201：获得两次扫描的两组符合数据，PET装置收集到一对成对出现高能光子后，会形成一次符合计数，在同一时间段内的多次计数，将它们汇总成为符合数据。因此每一个扫描位置，在偏移前后各自进行符合计数，得到两组符合数据，定义为CoinA，CoinB。
S202：根据切向距离、角度方向、起始层标号、结束层标号四个基本维度分别定义两组符合数据，得到CoinA(rad,angle,Zs,Ze)，CoinB(rad,angle,Zs,Ze)；rad是符合数据的基本维度是切向距离，angle是角度方向，Zs是起始层标号，Ze是结束层标号，其中的CoinB是病床偏移D/2后采集，D为探测晶体在轴向的长度。如数据切向有300个最大采样，角度方向200个最大采样。共用40层数据，那么Coin的取值范围是[300,200,40,40]。
S203：根据定义后的两组符合数据的第三维度和第四维度的维度分别计算更新的坐标，得到CoinA2和CoinB2；具体为：
定义在数据CoinA中，第三维度维度zas∈Zs，计算更新的坐标zas2=zas*2；
第四维度维度zae∈Ze，计算更新的坐标zes2=zes*2. 在新坐标下的CoinA可以写为CoinA2(rad,angle,Zs*2,Ze*2)；
定义在数据CoinB中，第三维度维度zbs∈Zs，计算更新的坐标zbs2=zbs*2-1；
第四维度维度zbe∈Ze，计算更新的坐标zbs2=zbs*2-1；
在新坐标下的CoinB可以写为CoinB2(rad,angle,Zs*2-1,Ze*2-1)；
S204：将CoinA2 和CoinB2两组数据合并，得到CoinC；即计CoinC直接存放CoinA2和CoinB2，则CoinC的取值范围是(rad,angle,Zs*2,Ze*2)。
S205：按照列表模式对CoinC进行迭代重建或将CoinC转化为正弦图的形式重建，重建过程中，数据实际的轴向宽度为D/2。
本实例扫描3个放置在Z坐标为0mm（轴向中心位置）、25mm、50mm的小尺寸点源，点源宽度可以不计，每个点源的活度为1MBq。检测器的轴向宽度为4.2mm，单床位扫描时长10分钟，分别进行了普通扫描，和本发明的两段式定轴扫描。
采用普通扫描方法得到的点源PET成像图（图5）和轴向点扩散函数图（图7）、采用本发明扫描方法得到的点源PET成像图（图6）和轴向点扩散函数图（图8）。
从图中对比可见，本发明扫描结果的点扩散函数半高宽度低于常规扫描方式，即空间分辨率较高。
实施例2
如图1至图3所示，本实施例正电子断层扫描方法为以下步骤：
S101：在PET扫描过程中，扫描床往PET装置移动为前移方向。通过扫描床移动人体，PPET装置定位到预定轴向感兴趣区，即扫描床定位人体轴向扫描感兴趣区；
S102：将轴向感兴趣区前移1/4个轴向探测器晶体宽度；
S103：PET装置开始静态采集数据，持续采集时间为预设单床位扫描时长的一半；
S104：将感兴趣区后移半个轴向探测器晶体宽度；
S105：完成余下单床位扫描时间的静态数据采集任务。
每次静态采集数据输出格式可以是正弦图，也可以是list-mode。PET装置做多床位全身扫描时，根据上述单个感兴趣区的扫描方式，重复所有多床位感兴趣区的扫描任务，完成PET数据采集工作。
本实施例的数据处理方法采用在正弦图上进行合并，包括以下步骤：
S301：将CoinA，CoinB通过位置坐标识别，在对应位置累积计数和，转化为正弦图形SinoA 和SinoB ，SinoA 和SinoB 的四个维度是径向、角向和起始轴向位置和重点轴向位置，大小为[Rad* Angle*Z*Z]，其中Rad、Angle和Z分别为径向、角向和轴向的总刻度数。即SinoA (rad,angle,Zs,Ze), SinoB (rad,angle,Zs,Ze)， rad,angle,Zs,Ze的取值范围为不大于Rad、Angle、Z、Z的正整数。
S302：定义SinoC并赋值，其大小为[Rad* Angle*Z*Z*4]；赋值过程如下，
SinoC [rad,angle, Zs*2-1, Ze*2-1]= SinoA[rad,angle, Zs, Ze]，即将SinoC的第三、四维度同时为奇数标号时，填入SinoA；
SinoC [rad,angle, Zs*2, Ze*2]= SinoB[rad,angle, Zs, Ze]，即将SinoC的第三、四维度同时为偶数标号时，填入SinoB。
S303：数据压缩，SinoC第三、四维度的标号如果不同时为奇数或者不同时为偶数，则这样的数据是无效数据，不参与重建。因此，可以重新定义SinoC为SinoD[rad,angle,Zs,Zdiff],其中Ze=Zs+Zdiff，Zdiff取值范围为[-Zs,Z-Zs]之间的所有偶数。如此，SinoC的数据量为Rad*Angle*Z*Z*2。
S304：数据重建，采用滤波反投影重建或最大似然估计的迭代重建，在迭代过程中可以指定Zdiff为偶数，提高运行效率。重建过程中，可以认为数据实际的轴向宽度为D/2。
本实施例进行IEC模体扫描，IEC模型的本底活度浓度为5.3kBq/ml，六个小球灌满放射性溶液，活度浓度为本底的4倍；置于PET装置的轴向FOV中心位置，单床位扫描时长为5分钟；分别进行了普通扫描，和本发明的两段式定轴扫描。
采用普通扫描方法得到的IEC模体成像图（图11）和轴向点扩散函数图（图9）、采用本发明扫描方法得到的IEC模体成像图（图12）和轴向点扩散函数图（图10）。
扫描结果显示本发明对10mm直径病灶的探测能力有显著的提高。
以上内容是结合本发明的优选实施方式对所提供技术方案所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于上述这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种正电子断层扫描的数据重建方法，其特征在于，
其中正电子断层扫描的方法包括如下步骤：
PET装置定位到预定轴向感兴趣区；
将轴向感兴趣区前移1/4个轴向探测器晶体宽度；
PET装置开始静态采集数据，持续采集时间为预设单床位扫描时长的一半；
将感兴趣区后移半个轴向探测器晶体宽度；
完成余下单床位扫描时间的静态数据采集任务；
数据重建方法包括两次扫描数据的在符合事件上合并或在正弦图上合并；
其中在符合事件上合并，包括以下步骤：
获得两次扫描的两组符合数据，PET装置收集到一对成对出现高能光子后，会形成一次符合计数，每一个扫描位置，在偏移前后各自进行符合计数，得到两组符合数据；根据切向距离、角度方向、起始层标号、结束层标号四个基本维度分别定义两组符合数据，得到CoinA和CoinB；其中的CoinB是病床偏移D/2后采集，CoinA是病床偏移D/4后采集，D为探测晶体在轴向的长度；
根据定义后的两组符合数据的第三维度和第四维度的维度分别计算更新的坐标，得到CoinA2和CoinB2；
将CoinA2 和CoinB2两组数据合并，得到CoinC，定义CoinC并赋值，CoinC的第三、四维度同时为奇数标号时，填入CoinB2；CoinC的第三、四维度同时为偶数标号时，填入CoinA2；
按照列表模式对CoinC进行迭代重建或将CoinC转化为正弦图的形式重建，重建过程中，数据实际的轴向宽度为D/2；
其中在正弦图上合并，包括以下步骤：
将CoinA，CoinB通过位置坐标识别，在对应位置累积计数和，转化为正弦图形，并根据径向、角向和起始轴向位置和重点轴向位置四个维度进行定义获得SinoA和SinoB两组数据；
定义SinoC并赋值，SinoC的第三、四维度同时为奇数标号时，填入SinoA；SinoC的第三、四维度同时为偶数标号时，填入SinoB；
数据重建，采用滤波反投影重建或最大似然估计的迭代重建，在重建过程中，数据实际的轴向宽度为D/2。
2.如权利要求1所述的正电子断层扫描的数据重建方法，其特征在于：每次静态采集数据输出格式为正弦图或列表模式。
3.如权利要求1所述的正电子断层扫描的数据重建方法，其特征在于：PET装置做多床位全身扫描时，根据单个的 上述感兴趣区的扫描方式，重复所有多床位感兴趣区的扫描任务，完成PET数据采集工作。
4.如权利要求1所述的正电子断层扫描的数据重建方法，其特征在于：所述定义SinoC并赋值步骤与数据重建步骤之间还包括数据压缩步骤，定义SinoC第三、四维度的标号不同时为奇数或者不同时为偶数的数据为无效数据，不参与重建，剔除无效数据后重新定义SinoC为SinoD。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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