CN112998737A - 一种扫描装置的时间偏移校正系统及其时间偏移校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种扫描装置的时间偏移校正系统及其时间偏移校正方法，包括：将模体放置在扫描视野的预设区域内，并获得所述模体与所述扫描视野中心的相对位置关系；定义响应线，并计算所述响应线与所述模体的相交长度；采集符合事件，并统计所述响应线包括的符合事件数，以计算所述响应线的飞行时间差的均值；对所述飞行时间差的均值进行修正，以获得飞行时间差的均值修正值；建立计算模型；利用所述计算模型，以获得每一所述探测器的时间偏移量；根据每一所述探测器的时间偏移量，以获取所述探测器环的时间偏移量的改变量；判断所述探测器环的时间偏移量的改变量是否小于阈值。该时间偏移校正方法可以简化对探测器环的校正过程。
Description
技术领域
本发明涉及医疗影像技术领域，特别涉及一种扫描装置的时间校正系统及其时间偏移校正方法。
背景技术
飞行时间正电子发射断层成像(TOF-PET)扫描仪是核医学成像中的一种先进的功能成像工具，其应用前景已经受到核医学成像研究者和设备制造厂商的高度重视，其成像原理是：通过对生物体进行扫描前，给生物体注射含有放射性核素的示踪剂，示踪剂在生物体内会发生β+衰变并产生正电子，衰变后产生的正电子与生物体内的电子相遇时会发生正负电子对湮灭反应，从而生成一对方向相反、能量相同的γ光子，环绕在被测生物体周围的探测器对这对光子进行探测，并将信息以符合事件的形式进行存储，经一系列的电子学响应，将所述电子学响应信号输入至计算机，以通过相应的图像重建算法生成能够反映示踪剂在生物体内分布的图像。TOF-PET具有时间测量功能，其可以在符合时间窗内确定放射性核素分布的位置和强度，利用正电子湮灭产生的两个51lkeV的γ光子到达探测器的时间差，根据光速定位湮灭事件在响应线(Line of Response，LOR)上的可能位置，其可以提高PET扫描仪的成像质量、减少用药量、及缩短扫描时间。
传统技术中，利用TOF-PET系统重建的图像可能会受到温度、湿度、TOF-PET系统设计、TOF-PET系统中元件的时钟特性等因素的影响，导致TOF-PET图像产生伪影和定量误差，因此，需要对TOF-PET系统的TOF数据进行校正。传统技术中，一般在每日清晨临床扫描开始前，使用旋转固体线源或者其他固体的模体进行校正，获取当前系统状态下各响应线晶体对或探测器的时间偏移量(可以称为TOF偏移量)，作为当日系统的TOF校正信息。
但是，上述进行TOF数据的校正，其需要专业技术人员利用旋转固体线源进行操作，操作比较复杂；或者使用固体桶源进行操作，但是目前该方法所获得的时间偏移量精度较差，在高时间测量精度的TOF-PET系统中应用很难；并且，原本经过校正的TOF偏移量，可能会由于探测器中某个晶体的状态改变造成实际的TOF偏移量发生改变，如果仍然使用清晨校正时获取的校正信息，极易导致重建的TOF-PET图像产生伪影，并伴随定量误差，使得重建的TOF-PET图像的精准性较低，需要再次校正。
发明内容
鉴于上述现有技术的缺陷，本发明提出一种扫描装置的时间偏移校正方法，以简化装置的时间偏移校正过程，提高TOF-PET图像的精准性，减少对技术人员的辐射风险。
为实现上述目的及其他目的，本发明提出一种扫描装置的时间偏移校正方法，包括：
将模体放置在扫描视野的预设区域内，并获得所述模体与所述扫描视野中心的相对位置关系，其中，所述模体位于所述扫描视野内的探测器环内，所述探测器环包括多个位置不同的探测器；
定义响应线，并计算所述响应线与所述模体的相交长度，其中将第一探测器和第二探测器之间的连线定义为一条所述响应线，所述响应线穿过所述模体；
采集符合事件，并统计所述响应线包括的符合事件数，以计算所述响应线的飞行时间差的均值，其中当所述模体发射方向相反的第一射线和第二射线，且所述第一射线和所述第二射线在预设的时间符合窗内被探测到时，则定义为所述符合事件；
根据所述第一探测器与所述模体的距离，以及所述第二探测器与所述模体的距离，对所述飞行时间差的均值进行修正，以获得飞行时间差的均值修正值；
根据所述飞行时间差的均值修正值，所述符合事件数，所述相交长度和所述响应线的时间分辨率建立计算模型；
利用所述计算模型，以获得每一所述探测器的时间偏移量；
根据每一所述探测器的时间偏移量，以获取所述探测器环的时间偏移量的改变量；
判断所述探测器环的时间偏移量的改变量是否小于阈值；
若否，则根据已有的每一所述探测器的时间偏移量更新所述符合事件的飞行时间差，以再次获得每一所述探测器的时间偏移量的改变量，直至所述探测器环的时间偏移量的改变量小于阈值；
若是，则表示每一所述探测器的时间偏移量正常，并输出每一所述探测器的时间偏移量。
进一步地，计算所述飞行时间差的均值的步骤包括：
定义所述第一探测器和所述第二探测器分别探测到所述第一射线和所述第二射线；
计算所述响应线对应的每一所述符合事件的飞行时间差，所述飞行时间差等于所述第一探测器探测到所述第一射线的时间与所述第二探测器探测到所述第二射线的时间的差值；
统计所述响应线包括的所述符合事件的数量，并定义为所述符合事件数；
根据所述符合事件数和每一所述符合事件的飞行时间差，以获得所述飞行时间差的均值。
进一步地，所述飞行时间差的标准差正相关于所述相交长度相关，所述飞行时间差的均值趋向于所述飞行时间差的期望。
进一步地，根据所述第一探测器与所述模体的距离，以及所述第二探测器与所述模体的距离，对所述飞行时间差的均值进行修正，以获得飞行时间差的均值修正值的步骤包括：
根据所述第一探测器与到所述模体的距离对所述第一探测器探测到所述第一射线的时间进行修正，以获得所述第一探测器探测到所述第一射线的时间修正值；
根据所述第二探测器与到所述模体的距离对所述第二探测器探测到所述第二射线的时间进行修正，以获得所述第二探测器探测到所述第二射线的时间修正值；
计算每一所述符合事件的飞行时间差的修正值；
根据所述飞行时间差的修正值和所述符合事件数，以获得所述飞行时间差的均值修正值。
进一步地，根据所述第一探测器与到所述模体的距离对所述第一探测器探测到所述第一射线的时间进行修正，以获得所述第一探测器探测到所述第一射线的时间修正值，修正公式为：
T1c＝T1-d13/c
其中，T1c表示所述第一探测器探测到所述第一射线的时间的修正值，T1表示所述第一探测器探测到所述第一射线的时间，d13表示所述第一探测器与所述模体的距离，c为光速。
进一步地，所述飞行时间差的修正值与一个正态分布卷积一个均匀分布的结果同分布，所述正态分布的标准差正比于所述响应线的时间分辨率；所述均匀分布的长度正比于所述相交长度。
进一步地，所述飞行时间差的均值修正值满足以下公式：
其中，～表示
满足该正态分布(用Norm表示)，θ1和θ2分别表示所述第一探测器和所述第二探测器的时间偏移量，
表示所述飞行时间差的均值修正值，N表示所述符合事件数，R表示所相交长度，σ表示所述响应线的时间分辨率(标准差形式)，c表示光速。
进一步地，根据每一所述探测器的时间偏移量，以获取所述探测器环的时间偏移量的改变量的步骤包括：
将已根据所述计算模型获得的每一所述探测器的时间偏移量定义为第一时间偏移量，其中，若未根据所述计算模型获得每一所述探测器的时间偏移量，则将所述第一时间偏移量设置为零；
根据所述第一时间偏移量对所述每一符合事件的飞行时间差进行修正，以再次获得所述响应线的飞行时间差的均值修正值；
利用所述计算模型，再次获得每一所述探测器的时间偏移量，并定义为第二时间偏移量；
定义所述探测器环的时间偏移量的改变量，所述探测器环的时间偏移量的改变量正相关于所述第二时间偏移量与所述第一时间偏移量的差值。
进一步地，所述响应线的时间分辨率正相关于所述第一探测器的时间分辨率、第二探测器的时间分辨率，每一所述响应线的时间分辨率相同或不同，所述探测器环的时间分辨率正相关于每一所述响应线的时间分辨率。
进一步地，还包括根据每一所述探测器的时间偏移量对所述探测器环进行时间校正。
进一步地，本发明还提出一种扫描装置的时间偏移校正系统，包括：
模体位置获取单元，用于获得模体相对于扫描视野中心的相对位置关系，其中所述模体位于所述扫描视野内的探测器环内，所述探测器环包括多个位置不同的探测器；
响应线获取单元，用于获取响应线，并计算所述响应线与所述模体的相交长度，其中将第一探测器和第二探测器之间的连线定义为一条所述响应线，所述响应线穿过所述模体；
采集单元，用于采集符合事件，并统计所述响应线包括的符合事件数，以计算所述响应线的飞行时间差的均值，其中当所述模体发射方向相反的第一射线和第二射线，且所述第一射线和所述第二射线在预设的时间符合窗内被探测到时，则定义为所述符合事件；
修正单元，用于根据所述第一探测器与所述模体的距离，以及所述第二探测器与所述模体的距离，对所述飞行时间差的均值进行修正，以获得飞行时间差的均值修正值；
模型建立单元，用于根据所述飞行时间差的均值修正值，所述符合事件数，所述相交长度和所述响应线的时间分辨率建立计算模型；
模型处理单元，用于利用所述计算模型，以获得每一所述探测器的时间偏移量，并根据每一所述探测器的时间偏移量，以获取所述探测器环的时间偏移量的改变量；
判断单元，用于判断所述探测器环的时间偏移量的改变量是否小于阈值；
若否，则根据已有的每一所述探测器的时间偏移量更新所述符合事件的飞行时间差，以更新所述飞行时间差的均值修正值，以再次获得每一所述探测器的时间偏移量的改变量，直至所述探测器环的时间偏移量的改变量小于阈值；
若是，则表示每一所述探测器的时间偏移量正常，并输出每一所述探测器的时间偏移量。
综上所述，本发明提出一种扫描装置的时间偏移校正系统及其时间偏移校正方法，当对该扫描装置进行校正时，首先将模体放置在探测器环内，探测器环由多个位置不同的探测器组成，然后可以获得探测器环和模体的相对位置关系，然后定义响应线，并计算响应线与模体的相交长度，本申请将第一探测器和第二探测器之间的连线定义为响应线，且响应线穿过模体；如果响应线未与模体相交，则删除所述响应线，然后采集符合事件，并统计所述响应线包括的符合事件数，以计算所述响应线的飞行时间差的均值。然后根据所述第一探测器与所述模体的距离，以及所述第二探测器与所述模体的距离，对所述飞行时间差的均值进行修正，以获得飞行时间差的均值修正值；然后根据飞行时间差的均值修正值，所述符合事件数，所述相交长度和所述响应线的时间分辨率建立计算模型；然后利用该计算模型，来获得每一所述探测器的时间偏移量，然后根据每一所述探测器的时间偏移量，以获取所述探测器环的时间偏移量的改变量；然后判断所述探测器环的时间偏移量的改变量是否小于阈值；若否，则根据已有的每一所述探测器的时间偏移量更新所述符合事件的飞行时间差，以再次获得每一所述探测器的时间偏移量的改变量，直至所述探测器环的时间偏移量的改变量小于阈值；若是，则表示每一所述探测器的时间偏移量正常，并输出每一所述探测器的时间偏移量；然后可以根据每一探测器的时间偏移量来对探测器环进行时间修正。本发明提出的时间偏移校正方法可以简化扫描装置的校正过程，提高TOF-PET图像的精准性，减少对技术人员的辐射风险。
附图说明
图1：本发明中的TOF-PET装置结构的图。
图2：本发明中搭载在图1的机架(gantry)上的探测器环的示意性的横断面图。
图3：本发明图2的探测器环的示意性的纵断面图。
图4：本发明用于说明由图1的重建部所利用的TOF-PET重建法的原理的图。
图5：本发明中扫描装置的时间偏移校正方法流程图。
图6：本发明模体和探测器环的简要示意图。
图7：本发明中获取响应线的示意图。
图8：本发明中采集符合事件的示意图。
图9：本发明中扫描装置的时间偏移校正系统的示意图。
图10：本发明中电子设备的示意图。
图11：本发明中计算机可读存储介质的示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1所示，本实施例提出一种正电子发射计算机断层显像(Positron Emissioncomputed Tomography，PET)装置，该PET装置可以为TOF(Time Of Flight：飞行时间)-PET装置。该TOF-PET装置10包括控制部11、机架12、信号处理部13、同时计数部14、存储部15、重建部16、显示部17以及操作部18。
如图2-图3所示，图2显示为搭载在机架12上的探测器环100的示意性横断面图。图3显示为图2的A-A方向的断面图。机架12具有沿圆周的中心轴Z排列的多个探测器环100。探测器环100具有排列在中心轴Z周围的圆周上的多个探测器110。探测器环100的开口部上形成有图像视野(FOV：Field Of View)。将载置有被模体200的床板140插入探测器环100的开口部，以使得被模体200的射线部位进入FOV。被模体200以使体轴与中心轴Z一致的方式被载置在床板140上。在被模体200内，为了PET摄影而注入利用放射性同位素标识的药剂。探测器110检测从被模体200内部放出的成对湮没γ射线，生成与检测出的成对湮没γ射线的光量相应的脉冲状电信号。
如图2所示，探测器110具有多个闪烁器120与多个光电倍增管130。闪烁器120接受由来于被模体200内的放射性同位素的成对湮没γ射线，产生闪烁光。各闪烁器被配置为各闪烁器的长轴方向与检测器环的径向大致一致。光电倍增管130被设置在与正交于中心轴Z的径向有关的、闪烁器120的一端部上。在闪烁器120与光电倍增管130之间设置有或没有光波导(Light Guide)(未图示)。探测器环100中所包含的多个闪烁器120与多个光电倍增管130被排列成同心圆(同心圆筒)状。在闪烁器120中所产生的闪烁光在闪烁器120内传播，并朝向光电倍增管130。光电倍增管130产生与闪烁光的光量相应的脉冲状电信号。所产生的电信号如图1所示被供给至信号处理部13。
如图1所示，信号处理部13根据来自光电倍增管130的电信号生成单光子事件。具体情况是，信号处理部13实施检测时刻测量处理、位置计算处理以及能量计算处理。在检测时刻测量处理中，信号处理部13测量探测器110的γ射线的检测时刻。具体情况是，信号处理部13监视来自光电倍增管130的电信号的峰值。然后，信号处理部13测量电信号的峰值超过预先设定的阈值的时刻作为检测时刻。即，信号处理部13通过检出电信号的强度超过阈值这一情况，从而电检测湮没γ射线。在位置计算处理中，信号处理部13根据来自光电倍增管130的电信号，计算湮没γ射线的入射位置。湮没γ射线的入射位置与湮没γ射线入射到的闪烁器120的位置坐标对应。在能量计算处理中，信号处理部13根据来自光电倍增管130的电信号，计算入射至闪烁器120的湮没γ射线的能量值。与单光子事件有关的检测时刻数据、位置坐标数据以及能量值数据被关联在一起。与单光子事件有关的能量值数据、位置坐标数据以及检测时刻数据的组合被称为单光子事件数据。单光子事件数据每次检测出湮没γ射线就会依次生成。所生成的单光子事件数据被供给至同时计数部14，其中单光子事件数据的时刻数据被对应探测器的时间偏移量所修正。
如图1所示，同时计数部14对与多个单事件有关的单光子事件数据实施同时计数处理。具体情况是，同时计数部14从重复供给的单光子事件数据中重复确定容纳在与预先设定的时间范围内的2个单光子事件有关的事件数据。时间范围被设定为例如1ns-15ns左右。该成对的单光子事件被推测为由来于从同一成对湮没点产生的成对湮没γ射线。成对的单光子事件概括地被称为符合事件。连结检测出该成对湮没γ射线的成对的探测器110(更详细说是闪烁器120)的线被称为LOR(Line Of Response：响应线)。这样，同时计数部14针对每一LOR计数符合事件。与构成LOR的成对的事件有关的事件数据(以下，称为符合事件数据)被存储至存储部15。
如图1所示，重建部16根据与多个符合事件有关的符合事件数据，重建表现被检体内的放射性同位素的浓度的空间分布的图像数据。重建部16执行利用了一对湮没γ射线的检测时刻差的重建法(以下，称为TOF-PET重建法)。在TOF-PET重建法中，LOR上的各像素中的成对湮没点的存在概率根据符合事件的检测时刻差而不同。
图4为用于说明TOF-PET重建法的原理的图。如图4所示，设一对湮没γ射线在检测时刻t1通过第一检测器111被检测出，在检测时刻t2通过第二检测器112被检测出，则湮没位置距离第二探测器112和第一探测器111的距离差可以由如下公式算出：
重建部16利用(1)式，对每一符合事件计算LOR上的成对湮没点的位置。另外，LOR的位置根据构成LOR的2个事件的2个检测位置，通过重建部16来计算。当计算出成对湮没点的位置时，重建部16针对LOR上的每一像素设定与成对湮没点的存在概率相应的权重。对象像素的权重被设定为随着距离成对湮没点的距离离开而变小。时间分辨率越好，计算出的成对湮没点的分布的准确度越高。因此，时间分辨率越好，在计算出的成对湮没点的像素中越设定相对其他像素相对高的权重。重建部16利用这样设定的权重，根据符合事件数据来重建图像数据。例如，重建部16根据符合事件数据，生成表现LOR的位置与计数数的PET用投影数据。并且，重建部16根据所生成的投影数据，利用TOF-PET重建法生成图像数据。所重建的图像数据被供给至存储部15。这样，TOF-PET重建法利用符合事件的检测时刻差，与不利用检测时刻差的重建法相比可提高信噪比。即，在TOF-PET重建法中，时间分辨率为重要的参数。
如图1所示，显示部17在显示设备上显示与图像数据对应的图像。作为显示设备，可适宜地利用CRT显示器、液晶显示器、有机EL显示器和等离子显示器等。操作部18受理操作者经由输入设备的各种指令和信息的输入。作为输入设备可适宜地利用键盘、鼠标、各种按钮和触摸屏等。
如图3所示，机架12具备沿Z轴排列的多个探测器环100。在图3中，为了例示而示出3个探测器环100。各探测器环100具有沿Z轴排列的多个闪烁器环121。闪烁器环121通过沿Z轴周围的大致圆周上排列的多个闪烁器120被构成。在图3中，为了例示而对各探测器环100示出3个闪烁器环121。以下，将沿中心轴Z排列的多个检测器环中所包含的所有闪烁器环121的数称为列数。在图3时，闪烁器环121的列数、即闪烁器120的列数为9。另外，将机架12内所包含的所有闪烁器120概括地称为闪烁器组360。另外，闪烁器环121的列数(闪烁器120的列数)、探测器环100内的探测器110的数量、探测器110内的闪烁器120的数量并不限定于图3所示的数量。
在探测器110中，多个闪烁器120被排列成例如二维状。本实施方式涉及的闪烁器120也可以通过现有的任何种类的闪烁器材料形成。例如，闪烁器120由NaI(碘化钠))或BGO(锗酸铋)、LSO(在硅酸镥中能够添加一定量铈)、LaBr3：Ce、LYSO(LSO与硅酸钇的混合晶体)等闪烁器材料形成。作为闪烁器120的材料，经常使用镥结晶。除上述材料以外，例如，闪烁器120例如也可以通过镓系结晶或石榴石系结晶形成。
在介绍具体的实施例之前，这里对本发明实施例中涉及的专业术语或者概念进行解释说明：
响应线：将探测器探测到的γ光子的两个晶体条之间的连线称为响应线(Line OfResponse，LOR)。
符合事件：当两个511keV的γ光子在预设的时间符合窗内(例如1ns-15ns左右)被探测到时，便认为发生了一对符合事件。
符合时间窗：是为两个γ光子到达探测器的时间差所设的时长。
散射符合：指湮没辐射产生的两个γ光子，如果一个到达之前与组织发生散射，但仍在符合时间窗内被探测到，则称为散射符合。
随机符合：是一种假符合，两个γ光子毫无时间和空间的相互关系，但在符合时间窗内被误探测到的符合事件。
在一些实施例中，需要每日清晨临床扫描开始前，使用带有旋转机械装置的固体线源进行校正，获取当前系统状态下各响应线的时间偏移量(可以称为TOF偏移量)，作为当日系统的TOF校正信息。可见，获取TOF偏移量的方式比较复杂；并且可能会由于探测器中某个晶体的状态改变造成实际的TOF偏移量发生改变，如果仍然使用清晨校正时获取的校正信息，极易导致TOF-PET重建的图像产生伪影，并伴随定量误差。
本实施例提出一种扫描装置的时间偏移校正方法，用于对TOF-PET装置进行校正，该校正方法的执行主体可以是TOF数据校正装置，该装置可以通过软件、硬件或者软硬件结合的方式实现成为计算机设备的部分或者全部。例如，该计算机设备可以为PC、便携式设备、服务器等具有数据处理功能的电子设备，本实施例对计算机设备的具体形式并不做限定。
如图5所示，本实施例提出一种扫描装置的时间偏移校正方法包括：
S1：将模体放置在扫描视野的预设区域内，并获得所述模体与所述扫描视野中心的相对位置关系，其中，所述模体位于所述扫描视野内的探测器环内，所述探测器环包括多个位置不同的探测器；
S2：定义响应线，并计算所述响应线与所述模体的相交长度，其中将第一探测器和第二探测器之间的连线定义为一条所述响应线，所述响应线穿过所述模体；
S3：采集符合事件，并统计所述响应线包括的符合事件数，以计算所述响应线的飞行时间差的均值，其中当所述模体发射方向相反的第一射线和第二射线，且所述第一射线和所述第二射线在预设的时间符合窗内被探测到时，则定义为所述符合事件；
S4：根据所述第一探测器与所述模体的距离，以及所述第二探测器与所述模体的距离，对所述飞行时间差的均值进行修正，以获得飞行时间差的均值修正值；
S5：根据所述飞行时间差的均值修正值，所述符合事件数，所述相交长度和所述响应线的时间分辨率建立计算模型；
S6：利用所述计算模型，以获得每一所述探测器的时间偏移量；
S7：根据每一所述探测器的时间偏移量，以获取所述探测器环的时间偏移量的改变量；
S8：判断所述探测器环的时间偏移量的改变量是否小于阈值；
S9：若否，则根据已有的每一所述探测器的时间偏移量更新所述符合事件的飞行时间差，以再次获得每一所述探测器的时间偏移量的改变量，直至所述探测器环的时间偏移量的改变量小于阈值；
S10：若是，则表示每一所述探测器的时间偏移量正常，并输出每一所述探测器的时间偏移量。
如图2和图6所示，在步骤S1中，在使用扫描装置10之前，首先对该扫描装置10进行校正，例如首先将模体200放置在探测器环100内，模体200可以为线状放射源、均匀桶装放射源、均匀空心桶状放射源中的任意一种。模体200位于扫描视野范围内且与圆筒形机架20的中心轴平行。在本实施例中，探测器环100的轴向视野长度大于模体200的轴向长度，因此可以采用连续或离散的方式在轴向位置上采集数据。又例如当模体200的横截面(或轴向长度)明显小于探测器环100的的横截面(或轴向长度)时，也可以采用连续或离散的方式在横截面位置上采集数据。在本实施例中，该探测器环100用于探测射线，因此每个探测器环100内的每个探测器都可以采集不少于10个符合事件，且当探测器的横截面尺寸扩大时，探测器采集的符合事件的数量也要增加。从图6中可以看出，探测器环100包括多个探测器，这些探测器的位置不同。
如图6所示，在本实施例中，该模体200位于探测器环100内的预设位置上，该预设位置可以和探测器环100的中心位置重合，当然，该预设位置可以和探测器环100的中心位置具有一定的距离。在模体200放置在探测器环100内后，还可以通过图像再现或外部测量的方式来确定模体200与探测器环100的相对位置关系，所述相对位置关系包括模体200的倾斜角度。在本实施例中，模体200的尺寸，模体200在探测器环100内的位置都可以作为后期建模的参数。需要说明的是，本实施例中，该模体200例如为桶状的固体均匀放射源，放射剂量分布均匀。
如图7所示，在步骤S2中，本实施例将第一探测器111和第二探测器112之间的连线定义为响应线，例如图7中显示出第一响应线101，第二响应线102和第三响应线103。第一响应线101未与模体200相交，第二响应线102和第三响应线103与模体200相交，也就是说第二响应线102和第三响应线103可以是真实符合事件获得的，第一响应线101可以是随机符合事件或者散射符合事件获得的，因此本实施例将第二响应线102和第三响应线103作为研究的对象，第一响应线101不作为研究的对象，因此可以提高建模的有效性。需要说明的是，当使用桶源等具有一定体积的体模时，本实施例还将剔除与模体200相切或相交很短(例如相交长度小于2cm)的响应线。由于已经获得模体200与探测器环100的相对位置关系，因此可以计算出第二响应线102和第三响应线103与模体200的相交长度。
如图8所示，在步骤S3中，本实施例以第二响应线102为例进行说明，也就是获取第二响应线102包括的符合事件数。当模体200内的第一放射点201发出一个正电子，正电子与周围的电子相遇时会发生正负电子对湮灭反应，从而生成一对方向相反、能量相同的γ光子，γ光子能够被探测器环100探测到。在本实施例中，第一放射点201发射一对方向相反，能量相同的第一射线L1和第二射线L2。在预设的符合时间窗内第一射线L1被第一探测器111探测到，第二射线L2被第二探测器112探测到，例如第一射线L1和第二射线L2在10ns内被探测到，即可认为发生一对符合事件。同理，第二放射点202同样发射一对方向相反，能量相同的第一射线L1和第二射线L2，且在预设的符合时间窗内第一射线L1被第一探测器111探测到，第二射线L2被第二探测器112探测到，因此又可以定义出一对符合事件。由于在线段A3A4之间可以包括多个放射点，因此可以获得对个符合事件，也就是可以获得该响应线包括的符合事件的数量，并定义为符合事件数。
如图8所示，本实施例以第一放射点210发射的第一射线L1和第二射线L2为例进行说明。当第一探测器111探测到第一射线L1时，第二探测器112探测到第二射线L2时，即可获得第一射线L1到达第一探测器111的时间，第二射线L2到达第二探测器112的时间，本实施例将第一射线L1到达第一探测器111的时间定义为第一时间T1，将第二射线L2到达第二探测器112的时间定义为第二时间T2，从而可以获取该符合事件的飞行时间差，该符合事件的飞行时间差可以为第一时间T1与第二时间T2的差值。根据上述描述，可以获得该响应线包括的每个符合事件的飞行时间差，同时根据符合事件数，即可获得响应线的飞行时间差的均值。例如假设符合事件数为N，每个符合事件的飞行时间差为T1,T2,T3,...,TN，那么该响应线的飞行时间差的均值为(T1+T2+T3+...+TN)/N。在本实施例中，该飞行时间的差的标准差正相关于相交长度，飞行时间差的均值趋向于飞行时间差的期望。
如图8所示，在步骤S4中，第一射线L1与第一探测器111交于第一交点A1，第一射线L1与模体200的边界交于第三交点A3。第二射线L2与第二探测器112交于第二交点A2，第二射线L2与模体200的边界交于第四交点A4。因此可以根据第一探测器111与模体200的距离，以及第二探测器112与模体200的距离来对飞行时间差的均值进行修正，从而可以获得飞行时间差的均值修正值。本实施例以根据第一探测器111与模体200的距离来对第一时间T1修正为例进行说明。由于已经获得模体200与探测器环100相对位置关系，因此可以获得线段A1A3之间的距离，从而可以根据线段A1A3的距离来对第一时间T1进行修正。本实施例中对第一时间T1的修正公式为
T1c＝T1-d13/c
其中，T1c表示第一探测器111探测到第一射线L1的时间的修正值(第一时间修正值)，T1表示第一探测器111探测到第一射线L1的时间，d13表示第一探测器111与模体200的距离(线段A1A3的长度)，c为光速。
同理可以获得第二探测器112探测到第二射线L1的时间的修正值T2c(第二时间修正值)，因此可以获得该符合事件的飞行时间差的修正值，也就是等于第一时间修正值与第二时间修正值的差值，也就是
Tc＝T1c-T2c
其中，Tc为所述符合事件的飞行时间差的修正值；
因此本实施例可以根据符合事件数和每个符合事件的飞行时间的修正值，从而可以获得飞行时间差的均值修正值，也就是响应线的飞行时间差的均值修正值，即
其中
为所述响应线的飞行时间差的均值修正值，N为符合事件数，Σ表示对所述响应线所对应的每一所述符合事件的飞行时间差的修正值求和。
需要说明的是，所述飞行时间差的修正值与一个正态分布卷积一个均匀分布的结果同分布，所述正态分布的标准差正比于所述响应线的时间分辨率；所述均匀分布的长度正比于所述相交长度。
本实施例对第一时间T1和第二时间T2进行修正，则可以忽略不同探测器与模体200之间的距离关系，从而可以提高本实施例的适用性，即可适用于不同形状的模体200或探测器，同时可以降低后续模型的复杂程度。
如图8所示，在步骤S5中，在获得飞行时间差的均值修正之后，则可以建立关于探测器的时间偏移量的计算模型。即根据所述飞行时间差的均值修正值，所述符合事件数，所述相交长度和所述响应线的时间分辨率建立计算模型。该计算模型可以为
其中，～表示
满足该正态分布(用Norm表示)，θ1和θ2分别表示第一探测器和第二探测器的时间偏移量，
表示该响应线的飞行时间差的均值修正值，N表示符合事件数，R表示响应线与模体的相交长度，σ表示响应线的时间分辨率(标准差形式)，c表示光速。上述模型可以看作响应线飞行时间差的均值修正值关于响应线的符合事件数N，响应线与模体200的相交长度，响应线A1A2的时间分辨率，以及第一探测器和第二探测器的时间偏移量的模型。
在本实施例中，在公式(2)中，响应线的时间差的均值修正值
符合事件数N，响应线与模体的相交长度R均可以测量到，响应线的标准差形式的时间分辨率σ可以为固定值，也可以为变量。响应线的时间分辨率正相关于第一探测器111和第二探测器112的时间分辨率。在本实施例中，响应线A1A2的时间分辨率
其中，σ表示响应线A1A2的时间分辨率，σ1表示第一探测器111的时间分辨率，σ2表示的第二探测器112的时间分辨率。当然，在一些实施例中，响应线A1A2的时间分辨率σ还可以和第一探测器111的时间分辨率σ1和第二探测器112的时间分辨率σ2有其他的正相关关系，例如σ＝f(σ1,σ2)。需要说明的是，该部分仅作为响应线A1A2和探测器的时间分辨率的关系。此外，探测器环100的时间分辨率可以和所有的探测器时间分辨率有关，不同响应线的时间分辨率可以相同或不同。
在本实施例中，该计算模型可以说明模体与响应线相交长度不为零时的情形，当使用诸如(旋转)线源或点源等作为模体200时，模体200与响应线的相交长度可以忽略不计，应视为本实施例的简化表示。
如图8所示，在步骤S6中，根据上述模型(2)可以建立第一探测器111和第二探测器112的时间偏移量关于响应线的飞行时间差的均值修正值
对数似然函数为
其中Σi表示关于所有的响应线求和，每一条响应线均可根据其符合事件数N和与模体200的相交长度定义
为了求解探测器需要计算l关于每一个探测器时间偏移量的导数为零的解，即求解线性方程组
AΘ＝b
其中Θ代表所有探测器的时间偏移量，A和b分别为矩阵和向量，形状分别为n×n和n，n为探测器数量，A和b的元素用如下方式构建：
1)A的对角线
2)A的非对角线元素
3)b的元素
其中δ(j,i)定义为
考虑到矩阵A中元素Ajj′仅在探测器j和探测器j′之间有符合事件时非零，即在响应线与模体相交时非零，因此在模体和PET探测器几何下是稀疏的，因此在实现时为了效率考虑可以将矩阵A实现为稀疏矩阵。
此外，本实施例中建立的矩阵A的所有元素个数为探测器数量的平方，因此在大型PET探测器条件下，探测器/晶体数量会达到数万个甚至数十万个，可以分批估计所有探测器的事件偏移参数。
如图8所示，在步骤S7-S10中，经过求解该计算模型，因此可以获得每个探测器的时间偏移量，然后根据每个探测器的时间偏移量，来获得该探测器环的时间偏移量的改变量。本实施例将已根据该计算模型获得每一探测器的时间偏移量定义为第一时间偏移量，如果未根据该计算模型获得每一探测器的时间偏移量，则将第一时间偏移量设置为零；然后可以根据第一时间偏移量对每一符合事件的飞行时间差进行修正，从而可以再次获得响应线的飞行时间差的均值修正值；然后根据最新的飞行时间差的均值修正值来更新计算模型，然后再利用计算模型；再次获得每个探测器的时间偏移量，并定义为第二时间偏移量，然后计算第二时间偏移量与第一时间偏移的差值，探测器环的时间偏移量的改变量可以正相关于第二时间偏移量与第一时间偏移量的差值；例如
其中Δ表示探测器环的时间偏移量的改变量，Σi表示对所有探测器求和，Δi1和Δi2分别表示探测器i的第一时间偏移量和第二时间偏移量。
如图8所示，在本实施例中，通过判断探测器环200的时间分辨率的改变量是否小于阈值，如果小于阈值，那么就表示每个探测器的时间偏移量正常，可以输出每个探测器的时间偏移量，然后就可以根据每个探测器的时间偏移量来对探测器环进行时间校正。如果探测器环200的时间偏移量的改变量大于阈值，那么则需要将第一探测器111的第二时间偏移量，第二探测器112的第二时间偏移量再次对飞行时间差进行修正，从而再次获得响应线的飞行时间差的均值修正值，然后更新并求解该计算模型，并将每一探测器的第二时间偏移量更新为原有的第一时间偏移量，并可以获得第一探测器111的新的第二时间偏移量，第二探测器112的新的第二时间偏移量，然后再次计算探测器环的时间偏移量的改变量，然后再判断探测器环的时间偏移量的改变量是否小于阈值，如果小于阈值，则输出每个探测器的时间偏移量，如果大于阈值，则重复上述步骤，直至探测器环的时间偏移量的改变量小于阈值。
在一些实施例中，还可以使用探测器基于能量的时间偏移(time-walk)参数来校正飞行时间差参数：在获取每个探测器的基于能量的时间偏移量后，可以在原始符合事件数据中去除该参数的影响，例如，修正后的第一时间T1′＝T1-f(E)，其中f表示第一探测器111关于能量的反应时间修正参数，E表示第一探测器111接收到的光子反应沉积能量。
需要说明的是，该时间偏移校正方法还可推广于探测器的时间分辨率，探测器固有时间位移参数，不同入射角，能量，入射位置等因素对飞行时间差测量的影响。
如图9所示，本实施例还提出一种扫描装置的时间校正系统300，该扫描装置的时间校正系统300包括模体位置获取单元301，响应线获取单元302，采集单元303，修正单元304，模型建立单元305，模型处理单元306和判断单元307。该扫描装置300例如为TOF-PET装置。该扫描装置300的时间偏移校正方法可以参阅图5。
如图6-图8所示，在本实施例中，该模体位置获取单元301用于获取模体200与探测器环100的相对位置关系，模体200位于探测器环100内。响应线获取单元302用于获取响应线，并计算响应线与模体的相交长度。采集单元303用于采集符合事件，并统计响应线包括的符合事件数，从而可以获得飞行时间差的均值。修正单元304用于对飞行时间差的均值进行修正，从而获得飞行时间差的均值修正值，模型建立单元305用于根据所述飞行时间差的均值修正值，所述符合事件数，所述相交长度和所述响应线的时间分辨率建立计算模型；模型处理单元306用于利用所述计算模型，以获得每一所述探测器的时间偏移量，并根据每一所述探测器的时间偏移量，以获取所述探测器环的时间偏移量的改变量；判断单元307用于判断所述探测器环的时间偏移量的改变量是否小于阈值；
若否，则根据已有的每一所述探测器的时间偏移量更新所述符合事件的飞行时间差，以再次获得每一所述探测器的时间偏移量的改变量，直至所述探测器环的时间偏移量的改变量小于阈值；若是，则表示每一所述探测器的时间偏移量正常，并输出每一所述探测器的时间偏移量。
如图10所示，本实施例还提出一种电子设备，所述电子设备包括处理器50和存储器60，所述存储器60存储有程序指令，所述处理器50运行程序指令实现扫描装置的时间偏移校正方法。所述处理器50可以是通用处理器，包括中央处理器(Central ProcessingUnit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件；所述存储器60可能包含随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，也可能还包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory)，例如至少一个磁盘存储器。所述存储器60也可以为随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)类型的内部存储器，所述处理器50、存储器60可以集成为一个或多个独立的电路或硬件，如：专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)。需要说明的是，上述的存储器60中的计算机程序可以通过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存储介质中。基于这样的理解，本发明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计算机设备(可以是个人计算机，电子设备，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。
如图11所示，本实施例还提出一种计算机可读存储介质701，所述计算机可读存储介质701存储有计算机指令70，所述计算机指令70用于使所述计算机执行上述实现扫描装置的时间偏移校正方法。计算机可读存储介质701可以是，电子介质、磁介质、光介质、电磁介质、红外介质或半导体系统或传播介质。计算机可读存储介质701还可以包括半导体或固态存储器、磁带、可移动计算机磁盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬磁盘和光盘。光盘可以包括光盘-只读存储器(CD-ROM)、光盘-读/写(CD-RW)和DVD。
综上所述，本发明提出一种扫描装置的时间偏移校正系统及其时间偏移校正方法，当对该扫描装置进行校正时，首先将模体放置在探测器环内，探测器环由多个位置不同的探测器组成，然后可以获得探测器环和模体的相对位置关系，然后定义响应线，并计算响应线与模体的相交长度，本申请将第一探测器和第二探测器之间的连线定义为响应线，且响应线穿过模体；如果响应线未与模体相交，则删除所述响应线，然后采集符合事件，并统计所述响应线包括的符合事件数，以计算所述响应线的飞行时间差的均值。然后根据所述第一探测器与所述模体的距离，以及所述第二探测器与所述模体的距离，对所述飞行时间差的均值进行修正，以获得飞行时间差的均值修正值；然后根据飞行时间差的均值修正值，所述符合事件数，所述相交长度和所述响应线的时间分辨率建立计算模型；然后利用该计算模型，来获得每一所述探测器的时间偏移量，然后根据每一所述探测器的时间偏移量，以获取所述探测器环的时间偏移量的改变量；然后判断所述探测器环的时间偏移量的改变量是否小于阈值；若否，则根据已有的每一所述探测器的时间偏移量更新所述符合事件的飞行时间差，以再次获得每一所述探测器的时间偏移量的改变量，直至所述探测器环的时间偏移量的改变量小于阈值；若是，则表示每一所述探测器的时间偏移量正常，并输出每一所述探测器的时间偏移量；然后可以根据每一探测器的时间偏移量来对探测器环进行时间修正。本发明提出的时间偏移校正方法可以简化扫描装置的校正过程，提高TOF-PET图像的精准性，减少对技术人员的辐射风险。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明，本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案，例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
除说明书所述的技术特征外，其余技术特征为本领域技术人员的已知技术，为突出本发明的创新特点，其余技术特征在此不再赘述。
Claims (11)
1.一种扫描装置的时间偏移校正方法，其特征在于，包括：
将模体放置在扫描视野的预设区域内，并获得所述模体与所述扫描视野中心的相对位置关系，其中，所述模体位于所述扫描视野内的探测器环内，所述探测器环包括多个位置不同的探测器；
定义响应线，并计算所述响应线与所述模体的相交长度，其中将第一探测器和第二探测器之间的连线定义为一条所述响应线，所述响应线穿过所述模体；
采集符合事件，并统计所述响应线包括的符合事件数，以计算所述响应线的飞行时间差的均值，其中当所述模体发射方向相反的第一射线和第二射线，且所述第一射线和所述第二射线在预设的时间符合窗内被探测到时，则定义为所述符合事件；
根据所述第一探测器与所述模体的距离，以及所述第二探测器与所述模体的距离，对所述飞行时间差的均值进行修正，以获得飞行时间差的均值修正值；
根据所述飞行时间差的均值修正值，所述符合事件数，所述相交长度和所述响应线的时间分辨率建立计算模型；
利用所述计算模型，以获得每一所述探测器的时间偏移量；
根据每一所述探测器的时间偏移量，以获取所述探测器环的时间偏移量的改变量；
判断所述探测器环的时间偏移量的改变量是否小于阈值；
若否，则根据已有的每一所述探测器的时间偏移量更新所述符合事件的飞行时间差，以再次获得每一所述探测器的时间偏移量的改变量，直至所述探测器环的时间偏移量的改变量小于阈值；
若是，则表示每一所述探测器的时间偏移量正常，并输出每一所述探测器的时间偏移量。
2.根据权利要求1所述的时间偏移校正方法，其特征在于，计算所述飞行时间差的均值的步骤包括：
定义所述第一探测器和所述第二探测器分别探测到所述第一射线和所述第二射线；
计算所述响应线对应的每一所述符合事件的飞行时间差，所述飞行时间差等于所述第一探测器探测到所述第一射线的时间与所述第二探测器探测到所述第二射线的时间的差值；
统计所述响应线包括的所述符合事件的数量，并定义为所述符合事件数；
根据所述符合事件数和每一所述符合事件的飞行时间差，以获得所述飞行时间差的均值。
3.根据权利要求2所述的时间偏移校正方法，其特征在于，所述飞行时间差的标准差正相关于所述相交长度，所述飞行时间差的均值趋向于所述飞行时间差的期望。
4.根据权利要求1所述的时间偏移校正方法，其特征在于，根据所述第一探测器与所述模体的距离，以及所述第二探测器与所述模体的距离，对所述飞行时间差的均值进行修正，以获得飞行时间差的均值修正值的步骤包括：
根据所述第一探测器与到所述模体的距离对所述第一探测器探测到所述第一射线的时间进行修正，以获得所述第一探测器探测到所述第一射线的时间修正值；
根据所述第二探测器与到所述模体的距离对所述第二探测器探测到所述第二射线的时间进行修正，以获得所述第二探测器探测到所述第二射线的时间修正值；
计算每一所述符合事件的飞行时间差的修正值；
根据所述飞行时间差的修正值和所述符合事件数，以获得所述飞行时间差的均值的修正值。
5.根据权利要求4所述的时间偏移校正方法，其特征在于，根据所述第一探测器与到所述模体的距离对所述第一探测器探测到所述第一射线的时间进行修正，以获得所述第一探测器探测到所述第一射线的时间修正值的公式为：
T1c＝T1-d13/c
其中，T1c表示所述第一探测器探测到所述第一射线的时间的修正值，T1表示所述第一探测器探测到所述第一射线的时间，d13表示所述第一探测器与所述模体的距离，c为光速。
6.根据权利要求4所述的时间偏移校正方法，其特征在于，所述飞行时间差的修正值与一个正态分布卷积一个均匀分布的结果同分布，所述正态分布的标准差正比于所述响应线的时间分辨率；所述均匀分布的长度正比于所述相交长度。
7.根据权利要求1所述的时间偏移校正方法，其特征在于，所述飞行时间差的均值修正值满足以下公式：
其中，～表示
满足该正态分布(用Norm表示)，θ1和θ2分别表示所述第一探测器和所述第二探测器的时间偏移量，
表示所述飞行时间差的均值修正值，N表示所述符合事件数，R表示所相交长度，σ表示所述响应线的时间分辨率(标准差形式)，c表示光速。
8.根据权利要求1所述的时间偏移校正方法，其特征在于，根据每一所述探测器的时间偏移量，以获取所述探测器环的时间偏移量的改变量的步骤包括：
将已根据所述计算模型获得的每一所述探测器的时间偏移量定义为第一时间偏移量，其中，若未根据所述计算模型获得每一所述探测器的时间偏移量，则将所述第一时间偏移量设置为零；
根据所述第一时间偏移量对所述每一符合事件的飞行时间差进行修正，以再次获得所述响应线的飞行时间差的均值修正值；
利用所述计算模型，再次获得每一所述探测器的时间偏移量，并定义为第二时间偏移量；
定义所述探测器环的时间偏移量的改变量，所述探测器环的时间偏移量的改变量正相关于所述第一时间偏移量与所述第二时间偏移量的差值。
9.根据权利要求1所述的时间偏移校正方法，其特征在于，所述响应线的时间分辨率正相关于所述第一探测器的时间分辨率、第二探测器的时间分辨率，每一所述响应线的时间分辨率相同或不同，所述探测器环的时间分辨率正相关于每一所述响应线的时间分辨率。
10.根据权利要求1所述的时间偏移校正方法，其特征在于，还包括根据每一所述探测器的时间偏移量对所述探测器环进行时间校正。
11.一种扫描装置的时间偏移校正系统，其特征在于，包括：
模体位置获取单元，用于获得模体相对于扫描视野中心的相对位置关系，其中所述模体位于所述扫描视野内的探测器环内，所述探测器环包括多个位置不同的探测器；
响应线获取单元，用于获取响应线，并计算所述响应线与所述模体的相交长度，其中将第一探测器和第二探测器之间的连线定义为一条所述响应线，所述响应线穿过所述模体；
采集单元，用于采集符合事件，并统计所述响应线包括的符合事件数，以计算所述响应线的飞行时间差的均值，其中当所述模体发射方向相反的第一射线和第二射线，且所述第一射线和所述第二射线在预设的时间符合窗内被探测到时，则定义为所述符合事件；
修正单元，用于根据所述第一探测器与所述模体的距离，以及所述第二探测器与所述模体的距离，对所述飞行时间差的均值进行修正，以获得飞行时间差的均值修正值；
模型建立单元，用于根据所述飞行时间差的均值修正值，所述符合事件数，所述相交长度和所述响应线的时间分辨率建立计算模型；
模型处理单元，用于利用所述计算模型，以获得每一所述探测器的时间偏移量，并根据每一所述探测器的时间偏移量，以获取所述探测器环的时间偏移量的改变量；
判断单元，用于判断所述探测器环的时间偏移量的改变量是否小于阈值；
若否，则根据已有的每一所述探测器的时间偏移量更新所述符合事件的飞行时间差，以更新所述飞行时间差的均值修正值，以再次获得每一所述探测器的时间偏移量的改变量，直至所述探测器环的时间偏移量的改变量小于阈值；
若是，则表示每一所述探测器的时间偏移量正常，并输出每一所述探测器的时间偏移量。
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