CN112415569A

CN112415569A - 能量校正方法、装置、设备、系统及计算机可读存储介质

Info

Publication number: CN112415569A
Application number: CN202011193243.3A
Authority: CN
Inventors: 房磊; 张博; 肖鹏
Original assignee: Hubei Ruishi Digital Medical Imaging Technology Co ltd
Current assignee: Hubei Ruishi Digital Medical Imaging Technology Co ltd
Priority date: 2020-10-30
Filing date: 2020-10-30
Publication date: 2021-02-26
Anticipated expiration: 2040-10-30
Also published as: CN112415569B

Abstract

本申请实施例公开了一种能量校正方法、装置、设备、系统及计算机可读存储介质，该方法包括以下步骤：采集目标探测器和参考探测器对一个特定放射源产生的粒子进行同步探测时在多个时间段内测得的多个探测结果；在所采集的每个所述探测结果中，选取所述粒子在所述目标探测器和所述参考探测器中的闪烁晶体内完全沉积的至少一对散射事件；根据在所选取的所有所述散射事件中所述目标探测器实际测得的粒子能量、所述参考探测器实际测得的粒子能量以及所述特定放射源产生的粒子的真实能量对所述目标探测器进行能量校正。通过利用本申请实施例提供的技术方案，可以降低成本以及简化探测器的能量校正的操作流程。

Description

能量校正方法、装置、设备、系统及计算机可读存储介质

技术领域

本申请涉及数据处理技术领域，特别涉及一种能量校正方法、装置、设备及计算机可读存储介质。

背景技术

本部分的描述仅提供与本申请公开相关的背景信息，而不构成现有技术。

硅光电器件是一种利用工作在盖革模式下的雪崩二极管(APD)进行光子计数的新型光电器件，其可用于多种光子计数级的极弱光探测领域。相对于传统光电倍增管，其具有尺寸小、工作电压低、对磁场不敏感等优点，因而被广泛应用于计算机断层成像(CT)、正电子发射型计算机断层成像(PET)、单光子发射型计算机断层成像(SPECT)等医学影像设备。

在利用含有硅光电器件和闪烁晶体的探测器进行光子探测时，由于硅光电器件中的APD数量有限，当用于较高能量的粒子探测时，闪烁晶体产生的可见光光子数量很大，可能会导致硅光电器件出现饱和，从而可能会导致探测到的粒子能量不够准确。而且，由于外界环境和使用寿命的影响，也可能会导致探测器输出的光子能量不够准确。

为了准确地获知探测到的光子能量，需要对探测器输出的能量进行校正。目前，现有技术中通常采用以下方式进行校正：利用探测器对多个已知能量的放射源产生的多个光子进行探测，在探测到放射源产生的光子之后，可以根据在探测器内发生能量沉积的闪烁晶体上测得的光子能量和入射光子的真实能量，并通过插值处理的方式，可以得到闪烁晶体内的每个晶体条上沉积的光子的测量能量与真实能量之间的对应关系，从而在对未知能量的光子进行探测时，可以根据测量能量和该对应关系来确定出所测得的光子的真实能量。

在实现本申请过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

现有技术中在探测器测得的能量进行校正时，需要利用多个已知能量的放射源，其成本较高，并且在对一个放射源产生的粒子进行测量后，需要更换放射源才能再次进行测量，其操作流程比较复杂。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种能量校正方法、装置、设备、系统及计算机可读存储介质，以解决现有技术中存在的至少一种问题。

为了解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种能量校正方法，所述方法可以包括以下步骤：

采集目标探测器和参考探测器对一个特定放射源产生的粒子进行同步探测时在多个时间段内测得的多个探测结果；

在所采集的每个所述探测结果中，选取所述粒子在所述目标探测器和所述参考探测器中的闪烁晶体内完全沉积的至少一对散射事件；

根据在所选取的所有所述散射事件中所述目标探测器实际测得的粒子能量、所述参考探测器实际测得的粒子能量以及所述特定放射源产生的粒子的真实能量对所述目标探测器进行能量校正。

可选地，所述参考探测器为线性探测器，并且预先通过以下方式对所述参考探测器进行能量校正：

根据所述参考探测器单独对参考放射源发出的粒子进行探测后获得的粒子能量以及所述粒子的真实能量来确定校正参数，并且根据所述校正参数对所述参考探测器进行能量校正。

可选地，所述参考探测器为非线性探测器，并且预先通过以下方式先对所述参考探测器进行能量校正：

根据所述参考探测器单独对多个能量不同的参考放射源发出的粒子进行探测后获得的多个粒子能量以及每个所述粒子的真实能量来确定校正参数，并且根据所述校正参数对所述参考探测器进行能量校正。

可选地，针对每个所述探测结果，选取至少一对所述散射事件的步骤包括：

对所采集的所述目标探测器测得的目标探测数据和所述参考探测器测得的参考探测数据进行符合判断，以筛选出所述目标探测数据中的时间在预设时间窗内的第一符合事件和所述参考探测数据中的时间在所述预设时间窗内的第二符合事件，其中，所述探测结果包括所述目标探测数据和所述参考探测数据；

从筛选出的所述第一符合事件和所述第二符合事件中选取满足以下条件的所有符合事件：所述第一符合事件所对应的能量与所述第二符合事件所对应的能量之和与所述粒子的真实能量之差最小；

将所选取的每个所述第一符合事件与对应的一个所述第二符合事件确定为一对所述散射事件。

可选地，对所述目标探测器进行能量校正的步骤包括：

针对每对所述散射事件，计算所述粒子的真实能量与所述参考探测器实际测得的所述粒子能量之间的差值，并且将该差值作为所述目标探测器理应测得的粒子的真实能量；

确定所述目标探测器理应测得的粒子的真实能量与实际测得的所述粒子能量之间的对应关系，以根据所述对应关系对所述目标探测器进行能量校正。

本申请实施例还提供了一种能量校正装置，该能量校正装置可以包括：

采集单元，其被配置为采集目标探测器和参考探测器对一个特定放射源产生的粒子进行同步探测时在多个时间段内测得的多个探测结果；

选取单元，其被配置为在所采集的每个所述探测结果中，选取所述粒子在所述目标探测器和所述参考探测器中的闪烁晶体内完全沉积的至少一对散射事件；

校正单元，其被配置为根据在所选取的所有所述散射事件中所述目标探测器实际测得的粒子能量、所述参考探测器实际测得的粒子能量以及所述特定放射源产生的粒子的真实能量对所述目标探测器进行能量校正。

可选地，所述选取单元具体被配置为针对每个所述探测结果执行以下操作：

可选地，所述校正单元具体被配置为：

确定所述目标探测器理应测得的粒子的真实能量与实际测得的所述粒子能量之间的对饮关系，以根据所述对应关系对所述目标探测器进行能量校正。

本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时能够实现上述能量校正方法。

本申请实施例还提供了一种计算机设备，包括：存储器，其内存储有计算机程序；处理器，其被配置为在所述计算机程序被执行时执行上述能量校正方法。

本申请实施例还提供了一种能量校正系统，其特征在于，包括上述计算机设备以及与该计算机设备连接的辐射探测器。

可选地，所述辐射探测器包括CT设备、PET设备或SPECT设备。

由以上本申请实施例提供的技术方案可见，本申请实施例通过采集目标探测器和参考探测器对一个特定放射源产生的粒子进行同步探测时在多个时间段内测得的多个探测结果；在所采集的每个探测结果中，选择粒子在目标探测器和参考探测器中的闪烁晶体内完全沉积的至少一对散射事件；根据在所选择的所有散射事件中目标探测器实际测得的粒子能量、参考探测器实际测得的粒子能量以及特定放射源产出的粒子的真实能量来对目标探测器进行能量校正，而不需要多个放射源并对放射源进行更换，这可以降低成本，也可以简化探测器的能量校正的操作流程。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请的一实施例提供的能量校正方法的流程示意图；

图2是放射源与探测器之间的位置关系示意图；

图3是目标探测器和参考探测器测得的粒子能量的散点图；

图4是本申请的一实施例提供的能量校正装置的结构示意图；

图5是本申请的一实施例提供的计算机设备的结构示意图；

图6是本申请的另一实施例提供的计算机设备的结构示意图；

图7是本申请的一实施例提供的能量校正系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是用于解释说明本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例，并不希望限制本申请的范围或权利要求书。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置在”另一个元件上，它可以直接设置在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当元件被称为“连接/联接”至另一个元件，它可以是直接连接/联接至另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“连接/联接”可以包括电气和/或机械物理连接/联接。本文所使用的术语“包括/包含”指特征、步骤或元件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、步骤或元件的存在或添加。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任意的和所有的组合。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体实施例的目的，而并不是旨在限制本申请。

另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

下面结合附图来说明本申请实施例提供的能量校正方法、装置以及系统。

如图1所示，本申请实施例提供了一种能量校正方法，其可以包括以下步骤：

S1，采集目标探测器和参考探测器对一个特定放射源产生的粒子进行同步探测时在多个时间段内测得的多个探测结果。

目标探测器和参考探测器均可以是指能够探测放射性粒子(例如，γ射线、α射线、β射线或X射线等)的任意辐射探测器，例如，CT设备、PET设备或SPECT设备等。目标探测器和参考探测器均可以包括用于接收放射性粒子并发出光信号的闪烁晶体以及用于将闪烁晶体产生的光信号转换为电信号的光电转换器，其中，闪烁晶体可以包括一个或多个晶体条，光电转换器可以包括光电倍增管或硅光电倍增器等光电器件。然而，这两种探测器的类型可以相同或不同，例如，目标探测器为非线性探测器，而参考探测器为线性探测器。而且，目标探测器是需要能量校正的探测器，而参考探测器可以是能够准确探测粒子的真实能量或者已经预先进行了能量校正的探测器。

当参考探测器为线性探测器时，可以预先通过以下方式对参考探测器进行能量校正：由参考探测器单独对参考放射源发出的粒子进行探测，根据其测得的粒子能量以及该粒子的真实能量来确定其校正参数，并且根据该校正参数对参考探测器进行能量校正。该校正参数可以如下式(1)所示：

其中，k为校正参数；E_true表示粒子的真实能量；E_measure表示测得的粒子能量，其可以是参考探测器输出的脉冲能量的最大值，如果用直方图表达所采集的脉冲能量，则E_measure可以为该直方图的峰值。

当参考探测器为非线性探测器时，可以预先通过以下方式对参考探测器进行能量校正：由参考探测器单独对多个能量不同的参考放射源发出的粒子进行探测，获取其测得的多个粒子能量，根据其测得的多个粒子能量以及每个粒子的真实能量来确定其校正参数，并且根据该校正参数对参考探测器进行能量校正。具体地，可以按照以下公式(2)来确定其校正参数：

E_measure＝a*(1-exp(-b*E_true) (2)

上式(2)为理论上应测得的粒子能量与粒子的真实能量之间的对应关系，其中，a和b为校正参数。

根据校正参数对参考探测器进行能量校正可以是指将校正参数和参考探测器测得的粒子能量代入上述公式(1)或(2)中来计算参考探测器测得的粒子的真实能量。

特定放射源和参考放射源均可以是能够产生某一能量(例如，511keV)的放射性粒子的任意放射源，例如，正电子源或伽马源，并且二者可以相同或不同。也就是说，特定放射源和参考放射源均可以产生能量已知的粒子，并且特定放射源可以是多个参考放射源之一。

该步骤S1的具体执行过程如下：

在将特定放射源面对目标探测器和参考探测器放置(如图2所示)之后，可以打开该特定放射源和这两个探测器，使得这两个探测器可以同步探测该特定放射源产生的粒子，然后可以采集目标探测器在某个时间段内测得的目标探测数据和参考探测器在同一时间段内测得的参考探测数据，所采集的这两种探测数据构成探测结果。在一段时间之后，可以再次采集这两个探测器输出的探测结果，以此往复，由此可以采集到这两个探测器在多个时间段内测得的多个探测结果。而且，多个时间段的长度可以相同或不同，并且其具体长度和数量可以根据实际需求来设置。由于放射源随着时间的变化会产生衰变，因而采集到的多个探测结果有所不同，但每次采集的探测结果均可以包括闪烁晶体中的接收到特定放射源产生的粒子的晶体条的位置、接收到该粒子的时间以及该粒子的能量等信息。也就是说，每次采集的目标探测数据和参考探测数据均包括上述信息。

S2，在所采集的每个探测结果中，选取粒子在目标探测器和参考探测器中的闪烁晶体内完全沉积的至少一对散射事件。

每次在采集目标探测器和参考探测器输出的探测结果之后，可以从采集的探测结果中选择粒子在目标探测器和参考探测器中的闪烁晶体内完全沉积的至少一对散射事件。具体地：

针对所采集的每个探测结果，可以对目标探测器测得的目标探测数据和参考探测器测得的参考探测数据进行符合判断，以筛选出目标探测数据中的时间在预设时间窗TW(一般TW<5ns)内的第一符合事件和参考探测数据中的时间在该预设时间窗TW内的第二符合事件，然后从筛选出的第一符合事件和第二符合事件中选取满足以下条件的所有符合事件：第一符合事件对应的能量与第二符合事件对应的能量之和与特定放射源发出的粒子的真实能量之差最小，优选地，第一符合事件对应的能量与第二符合事件对应的能量之和等于特定放射源发出的粒子的真实能量，最后可以将所选取的每个第一符合事件与对应的一个第二符合事件确定为一对散射事件，以获得至少一对散射事件。

可以通过计算的形式从第一符合事件和第二符合事件中直接选取满足以上条件的所有符合事件，也可以绘制目标探测器和参考探测器测得的粒子能量的散点图并且从所绘制的散点图中选取满足以上条件的所有符合事件。如图3所示，图中中间最聚集的点所代表的符合事件即为粒子在闪烁晶体内完全沉积的散射事件。

S3，根据在所选取的所有对散射事件中目标探测器实际测得的粒子能量、参考探测器实际测得的粒子能量以及粒子的真实能量对目标探测器进行能量校正。

在从每个探测结果中选择出至少一对散射事件之后，可以根据在所选择的所有对散射事件中目标探测器实际测得的粒子能量、参考探测器实际测得的粒子能量以及该粒子的真实能量来对目标探测器进行能量校正。

具体地，针对每对散射事件，可以计算粒子的真实能量与参考探测器实际测得的粒子能量之间的差值，并且将该差值作为目标探测器理应测得的粒子的真实能量，然后将目标探测器理应测得的真实能量与实际测得的粒子能量相关联，以确定出目标探测器理应测得的真实能量与实际测得的粒子能量之间的对应关系，从而实现对该目标探测器的能量校正。

在该确定出该对应关系之后，在下次利用目标探测器探测能量未知的放射源时，可以根据该对应关系来确定与目标探测器测得的粒子能量对应的真实能量，从而可以实现准确地探测粒子能量的目的。

通过上述描述可以看出，本申请实施例通过采集目标探测器和参考探测器对一个特定放射源产生的粒子进行同步探测时在多个时间段内测得的多个探测结果，在所采集的每个探测结果中，选取粒子在目标探测器和参考探测器中的闪烁晶体内完全沉积的至少一对散射事件；根据在所选取的散射事件中目标探测器实际测得的粒子能量、参考探测器实际测得的粒子能量以及该粒子的真实能量来实现对探测器的能量校正，而不需要多个放射源并对放射源进行更换，这可以降低成本，也可以简化探测器的能量校正的操作流程。

如图4所示，本申请实施例还提供了一种能量校正装置，其可以用于对各种辐射探测器进行能量校正。该能量校正装置可以包括：

采集单元410，其可以用于采集目标探测器和参考探测器对一个特定放射源产生的粒子进行同步探测时在多个时间段内测得的多个探测结果；

选取单元420，其可以用于在所采集的每个所述探测结果中，选取粒子在目标探测器和参考探测器中的闪烁晶体内完全沉积的至少一对散射事件；

校正单元430，其可以用于根据在选择的所有对散射事件中目标探测器实际测得的粒子能量、参考探测器实际测得的粒子能量以及该粒子的真实能量来对目标探测器进行能量校正。

其中，选取单元420具体可以被配置为针对每个探测结果，对所采集的目标探测器测得的目标探测数据和参考探测器测得的参考探测数据进行符合判断，以筛选出目标探测数据中的时间在预设时间窗内的第一符合事件和参考探测数据中的时间在预设时间窗内的第二符合事件，从筛选出的第一符合事件和所第二符合事件中选取满足以下条件的所有符合事件：第一符合事件所对应的能量与第二符合事件所对应的能量之和与该粒子的真实能量之差最小；将所选取的每个第一符合事件与对应的一个第二符合事件确定为一对散射事件，从而针对所选取的多个第一符合事件和第二符合事件，可以获得多对散射事件。

校正单元430具体可以被配置为针对每对散射事件，计算粒子的真实能量与参考探测器实际测得的粒子能量之间的差值，并且将该差值作为目标探测器理应测得的粒子的真实能量，将目标探测器理应测得的粒子的真实能量与实际测得的粒子能量相关联，以确定出目标探测器理应测得的真实能量与实际测得的粒子能量之间的对应关系，以根据该对应关系对目标探测器进行能量校正。

关于该能量校正装置中的各个单元的详细描述，可以参照上述实施例中描述的能量校正方法，在此不再赘叙。

通过利用上述能量校正装置，可以仅需要一个放射源就可以实现对辐射探测器的能量校正，这可以降低成本并且简化校正操作流程。

图5示出了一个实施例中的计算机设备的结构示意图。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、输入装置和显示器。其中，存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该计算机设备的非易失性存储介质可以存储有操作系统，还可以存储有计算机程序，在该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器执行上述实施例中描述的能量校正方法。该内存储器中也可储存有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，执行上述实施例中描述的能量校正方法。

图6示出了另一个实施例中的计算机设备的结构示意图。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器以及网络接口。其中，存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该计算机设备的非易失性存储介质存储有操作系统，还可存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器执行上述实施例中描述的能量校正方法。该内存储器中也可储存有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，执行上述实施例中描述的能量校正方法。

本领域技术人员可以理解，图5和图6中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件配置。

在一个实施例中，如图7所示，本申请还提供了一种能量校正系统，其可以包括图5或图6中的计算机设备以及与该计算机设备连接的辐射探测器。该辐射探测器可以是CT设备、PET设备或SPECT设备等，但不限于此。

在一个实施例中，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有计算机程序，该计算机程序被执行时能够实现上述方法实施例中描述对应的功能。该计算机程序还可在如图5或图6所示的计算机设备上运行。该计算机设备的存储器包含组成该装置的各个程序模块，各个程序模块构成的计算机程序被执行时能够实现与上述实施例中描述的图像分割方法中的各个步骤所对应的功能。

上述实施例阐明的系统、设备、装置、单元等，具体可以由半导体芯片、计算机芯片和/或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请的实施例时可以把各单元的功能集成在同一个或多个芯片中实现。

虽然本申请提供了如上述实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无需创造性的劳动在所述方法中可以包括更多或者更少的操作步骤。在逻辑性上不存在必要因果关系的步骤中，这些步骤的执行顺序不限于本申请实施例提供的执行顺序。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。

上述实施例是为便于该技术领域的普通技术人员能够理解和使用本申请而描述的。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本申请不限于上述实施例，本领域技术人员根据本申请的揭示，不脱离本申请范畴所做出的改进和修改都应该在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种能量校正方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据在所选取的所有对所述散射事件中所述目标探测器实际测得的粒子能量、所述参考探测器实际测得的粒子能量以及所述粒子的真实能量对所述目标探测器进行能量校正。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参考探测器为线性探测器，并且预先通过以下方式对所述参考探测器进行能量校正：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参考探测器为非线性探测器，并且预先通过以下方式先对所述参考探测器进行能量校正：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，针对每个所述探测结果，选取至少一对所述散射事件的步骤包括：

5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，对所述目标探测器进行能量校正的步骤包括：

针对每对所述散射事件，计算所述粒子的真实能量与所述参考探测器实际测得的所述粒子能量之间的差值，并且将所述差值作为所述目标探测器理应测得的粒子的真实能量；

6.一种能量校正装置，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述选取单元具体被配置为针对每个所述探测结果执行以下操作：

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述校正单元具体被配置为：

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被执行时能够实现如权利要求1-5中任一项所述的方法。

10.一种计算机设备，其特征在于，包括：

存储器，其内存储有计算机程序；

处理器，其被配置为在所述计算机程序被执行时执行如权利要求1-5中任一项所述的方法。

11.一种能量校正系统，其特征在于，包括权利要求10所述的计算机设备以及与所述计算机设备连接的辐射探测器。

12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述辐射探测器包括CT设备、PET设备或SPECT设备。