CN113835113B - 一种pet中的模块间散射数据收集方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PET中的模块间散射数据收集方法，包括探测器模块、电子学测量模块、散射判断模块和信息重组模块，探测器模块被一个原初gamma射线大角度散射击中后经过SiPM光电转换后得到两个电信号，电子学测量模块对该两个电信号进行测量，得到各自模块产生散射光子的晶体像素点位置，以及散射光子的能量和到达时间信息，散射判断模块通过位置和能量信息进行判断该事件是否为同一次gamma射线散射，若是则通过信息重组模块进行事件重组为原初gamma射线事件。本发明通过两个相邻模块的本地位置信息，基于FPGA进行散射事件判断和能量加和等处理，将模块间的散射事件有效收集；基于FPGA还原出原初Gamma事件的能量、位置和时间信息，提高系统的有效计数率和灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及医学影像设备技术领域，更具体涉及一种PET中的模块间散射数据收集方法。
背景技术
目前基于硅光电倍增管 (Silicon Photomultiplier,SiPM)探测器件由于其良好的能量和时间分辨率以及磁兼容性能越来越多地应用在正电子发射计算机断层显像（Positron Emission Tomography，PET）系统中。其原理是利用探测器晶体模块捕获的高能Gamma光子转化成的低能可见光信号，然后通过SiPM转换为电信号，再利用能量测量装置和时间测量装置(Time-Digital Converter, TDC)得到该电信号的能量和达到时间信息，并且计算击中SiPM像素点的位置。其中，能量信息会通过能窗进行筛选，以减少噪声的干扰。对于在晶体中发生大角度散射的Gamma事件，可能会出现同时击中两个相邻的SiPM像素点的情况。而在PET探测器硬件设计中，往往以模块为单位，即一个模块输出一个时间和能量信息。因此如果散射事件发生在两个相邻模块时，若不加以特殊处理，则两个模块会各自输出一个能量较小的散射事件，进而被后端设置的能窗卡掉，导致模块边缘散射事件丢失，影响PET系统灵敏度，其示意图如图1所示。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种PET中的模块间散射数据收集方法，通过两个相邻模块的本地位置信息，将模块间的散射事件有效收集，提高系统的有效计数率和灵敏度。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种PET中的模块间散射数据收集方法，包括探测器模块、电子学测量模块、散射判断模块和信息重组模块，所述探测器模块被一个原初gamma射线大角度散射击中后经过SiPM光电转换后得到两个电信号，所述电子学测量模块对该两个电信号进行测量，得到各自模块产生散射光子的晶体像素点位置，以及散射光子的能量和到达时间信息，所述散射判断模块通过位置和能量信息进行判断该事件是否为同一次gamma射线散射，若是则通过所述信息重组模块进行事件重组为原初gamma射线事件。
进一步，所述散射判断模块的判断逻辑为如果两个事件的位置相邻，则表明该两个事件源自于同一个射线，所述散射判断模块的具体判断方法包括如下步骤，
（1）当一个所述探测器模块产生位置信息后，等待一段时间，判断相邻模块是否在这段时间内也产生位置信息，如果相邻模块没有产生位置信息，则将该事件视为单独的gamma击中事件，如果相邻模块产生了位置信息，则进入进行下一步判断；
（2）两个事件的所测得的位置信息，其中一个事件的x方向（或y方向）坐标为0，而另外一个事件的x方向（或y方向）坐标为7，并且其y方向（或x方向）的坐标相同或者相差±2，则认为gamma射线在两个相邻模块中发生了大角度散射，进行下一步判断，如果不满足条件，则对两个模块的事件视为独立的两个gamma击中事件，两个事件的数据分别输出；
（3）根据两个事件所测得的能量信息，如果两个事件能量之和小于或等于预设值，则认为这两个事件来自于同一gamma击中事件，进入数据重组，如果两个事件能量之和大于预设值，则将这两个事件的数据分别输出。
进一步，所述信息重组模块，将所述散射判断模块判断出的模块间散射的两个事件的信息进行整合，重组出原初gamma事件的能量、时间和位置信息，具体方法如包括如下步骤，
（a）将两个事件的能量信息加和，反推得到原初gamma事件的能量信息；
（b）比较两个事件的能量信息，将能量较小事件的时间信息作为原初gamma事件的时间信息，其对应的位置信息作为原初gamma事件的位置信息；
（c）将步骤（a）和步骤（b）得到的原初gamma事件的能量、时间和位置信息打包，上传给后端的数据获取系统。
综上所述，本发明通过两个相邻模块的本地位置信息，基于FPGA进行散射事件判断和能量加和等处理，将模块间的散射事件有效收集；基于FPGA还原出原初Gamma事件的能量、位置和时间信息，提高系统的有效计数率和灵敏度。
附图说明
图1为模块间大角度散射示意图；
图2本发明实施例散射判断逻辑示意图；
图3 本发明实施例数据重组逻辑示意图；
图4本发明实施例模块间散射收集初步测试结果。
具体实施方式
参照图1至图4对本发明一种PET中的模块间散射数据收集方法的具体实施方式作进一步的说明。
一种PET中的模块间散射事件收集方法，其基本步骤如下：一个原初gamma射线（能量为511 keV）在晶体中发生大角度散射，产生的两个散射光子分别击中两个相邻模块的相邻SiPM像素点中，经过SiPM光电转换后得到两个电信号。后端的电子学测量模块对该两个电信号进行测量，得到各自模块产生散射光子的晶体像素点位置，以及散射光子的能量和到达时间信息，其结果保存在FPGA中。然后，在FPGA中散射判断模块通过位置和能量信息进行判断，如果其位置是相邻的，且其能量和小于650keV时，那么可以认为该事件来自同一次gamma射线散射。信息重组模块通过将两个数据中的能量信息相加，还原出原初gamma射线的能量，通过比较两个数据中的能量信息，根据能量较小的数据得到原初gamma射线的到达时间和位置信息，通过上述过程，将两个散射的事件重组为原初gamma射线事件。
具体实施方式如下：
1、所述探测器模块，由一个8x8的晶体阵列和一个8x8的SiPM阵列耦合形成，gamma射线在晶体中发生散射和能量沉积，转换为SiPM可以探测的可见光，SiPM接收该可见光然后转换为电信号；
2、所述电子学测量模块，对一个所述探测器模块产生的电信号进行能量和到达时间测量，并且得出发生散射的晶体位置信息，测量信息保存在FPGA之中；
3、所述散射判断模块，是利用FPGA代码，根据所述电子学测量模块得到的两个相邻所述探测器模块发生散射事件的位置、能量和时间信息进行判断。如果两个事件的位置相邻，则表明该两个事件源自于同一个gamma射线，判断逻辑示意图如图2所示，具体判断方法如下：
3.1、当一个所述探测器模块产生位置信息后，等待一段时间（10 ns），判断相邻模块是否在这段时间内也产生位置信息，如果相邻模块没有产生位置信息，则将该事件视为单独的gamma击中事件；如果相邻模块产生了位置信息，则进入（3.2）进行下一步判断；
3.2、两个事件的所测得的位置信息，其中一个事件的x方向（或y方向）坐标为0，而另外一个事件的x方向（或y方向）坐标为7，并且其y方向（或x方向）的坐标相同或者相差±2，则认为gamma射线在两个相邻模块中发生了大角度散射，进入（3.3）进行下一步判断。如果不满足条件，则对两个模块的事件视为独立的两个gamma击中事件，两个事件的数据分别输出；
3.3、根据两个事件所测得的能量信息，如果两个事件能量之和小于或等于650keV，则认为这两个事件来自于同一gamma击中事件，进入（4）中进行数据重组。如果两个事件能量之和大于650keV，则将这两个事件的数据分别输出；
4、所述信息重组模块，是利用FPGA代码，将（3）中判断出的模块间散射的两个事件的信息进行整合，重组出原初gamma事件的能量、时间和位置信息。逻辑示意图如图3所示，具体方法如下：
4.1、将两个事件的能量信息加和，反推得到原初gamma事件的能量信息；
4.2、比较两个事件的能量信息，将能量较小事件的时间信息作为原初gamma事件的时间信息，其对应的位置信息作为原初gamma事件的位置信息；
4.3、将（4.1）和（4.2）得到的原初gamma事件的能量、时间和位置信息打包，上传给后端的数据获取系统。
在实际的探测器中，一个大的探测器模块由很多小模块组成，因此，需要根据探测器模块的编号和所测位置进行运算处理。首先根据其编号和相邻的模块编号，判断需要根据x方向还是y方向的来进行散射判断。然后在根据上述中的散射判断逻辑和数据重组逻辑进行散射还原。本发明以12个8×8 SiPM阵列1:1耦合Lyso晶体（4 mm×4 mm×15 mm）为例进行了初步测试。将点源(22Na，~60 uCi)放置于探测器10 cm处，测得使能和关闭模块边缘散射收集功能的能谱如图4所示，其中1表示使能边缘散射收集曲线，2为关闭边缘散射收集曲线，初步测试结果表明，使能边缘散射收集功能后，singles在425-650 keV能窗中的计数率提高了2%。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种PET中的模块间散射数据收集方法，其特征在于：包括探测器模块、电子学测量模块、散射判断模块和信息重组模块，所述探测器模块被一个原初gamma射线大角度散射击中后经过SiPM光电转换后得到两个电信号，所述电子学测量模块对该两个电信号进行测量，得到各自模块产生散射光子的晶体像素点位置，以及散射光子的能量和到达时间信息，所述散射判断模块通过位置和能量信息进行判断该事件是否为同一次gamma射线散射，若是则通过所述信息重组模块进行事件重组为原初gamma射线事件；
所述散射判断模块的判断逻辑为如果两个事件的位置相邻，则表明该两个事件源自于同一个射线，所述散射判断模块的具体判断方法包括如下步骤，
(1)当一个所述探测器模块产生位置信息后，等待一段时间，判断相邻模块是否在这段时间内也产生位置信息，如果相邻模块没有产生位置信息，则将该事件视为单独的gamma击中事件，如果相邻模块产生了位置信息，则进入进行下一步判断；
(2)两个事件的所测得的位置信息，其中一个事件的x方向或y方向坐标为0，而另外一个事件的x方向或y方向坐标为7，并且其y方向或x方向的坐标相同或者相差±2，则认为gamma射线在两个相邻模块中发生了大角度散射，进行下一步判断，如果不满足条件，则对两个模块的事件视为独立的两个gamma击中事件，两个事件的数据分别输出，
(3)根据两个事件所测得的能量信息，如果两个事件能量之和小于或等于预设值，则认为这两个事件来自于同一gamma击中事件，进入数据重组，如果两个事件能量之和大于预设值，则将这两个事件的数据分别输出。
2.根据权利要求1所述的PET中的模块间散射数据收集方法，其特征在于：所述信息重组模块，将所述散射判断模块判断出的模块间散射的两个事件的信息进行整合，重组出原初gamma事件的能量、时间和位置信息，具体方法如包括如下步骤，
(a)将两个事件的能量信息加和，反推得到原初gamma事件的能量信息；
(b)比较两个事件的能量信息，将能量较小事件的时间信息作为原初gamma事件的时间信息，其对应的位置信息作为原初gamma事件的位置信息；
(c)将步骤(a)和步骤(b)得到的原初gamma事件的能量、时间和位置信息打包，上传给后端的数据获取系统。
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