一种智能校准的头颈PET成像方法及系统与流程

本发明涉及医学影像设备领域，更具体地涉及一种智能校准的头颈pet成像方法及系统。

背景技术：

正电子发射断层成像(positronemissiontomography,以下简称pet)设备作为一种临床诊断器械被广泛用于人体各种器官的代谢水平、生化反应和功能成像的评估中。pet在成像前需要先对研究对象注射一种被标记过的具有生物活性特征的示踪剂，这种示踪剂的空间分布状况能反映待研究对象的身体机能和代谢状况的相关信息，因此pet成像实际上就是对示踪剂在研究对象体内的空间分布进行成像。pet成像具有特异性强，成像清晰以及能够实现动态成像的特点，是目前医学影像学的重要成像手段之一。

传统的pet设备多为环状，探测器孔径大、轴向浅，在进行单个床位成像时通常需要耗费几分钟的时间，而且扫描区域有限。这种环状探测器的一个重大问题是灵敏度分布不均匀，在环状探测器中，轴线中心位置的灵敏度最高，而其余位置的灵敏度随着与轴线中心位置的距离的增大而减小，端点处的灵敏度几乎为0。这个问题是由数据的采集方式引起的。环状探测器使用符合探测的方式采集数据，即当探测器相对的两个位置同时探测到能量为511kev的光子时，此时的探测结果才算一个有效的正电子事例。每一个有效的正电子事例都发生在两个相对探测器之间的直线上，该直线又称为响应线(lineofresponse，以下简称lor)。

图1是现有技术中pet探测器的lor示意图，图中一共有三个研究目标，一个位于探测器轴线的中心，另外两个位于探测器轴线的边缘，显然，位于轴线边缘的目标产生的lor数量远低于位于轴线中心的目标。由于任意一点的灵敏度由穿过该点的所有lor的覆盖角度决定，所以，研究目标与探测器轴线的中心位置越近，灵敏度就越高。

临床的全身pet设备对单个床位的成像速度很慢，而且空间分辨率还受到伽马射线在研究对象体内非共线性的限制。同时，由于孔径较大的缘故，在检测头、颈部时只能得到很少的lor，灵敏度很低，最终重建出来的图像难以获得有效的头颈部信息，所以全身pet设备不适用于头颈部检测。专用的头颈pet设备的孔径比全身pet设备更小，能够降低伽马射线在研究对象体内的非共线性，提高空间分辨率，另外，人们还提出了两种提高pet设备灵敏度的方法，分别是增加探测器的厚度和增加探测器的立体角度。但由于增加探测器的厚度会降低研究对象的定位精度，使得设备的空间分辨率下降，因此人们主要通过增加探测器的立体角来提高设备的灵敏度。

目前头颈pet设备的开发正逐步深入，迄今已取得许多重要成果，较为典型的有：(1)头盔状脑pet的发明。这种pet的设计原理与全身pet类似，都采用了环状结构，区别在于这种pet孔径较小，比全身pet更加贴近头部，但其顶部没有添加探测器，只为配戴服务，最终能得到的lor数量很少，灵敏度很低，约30-40°左右。(2)在传统的探测器环上添加向内倾斜的顶部探测器阵列。改进以后的设备能够提高立体角的覆盖范围，但由于头顶和下颚以下的部位依然没有添加探测器，因此这种pet得到的lor数量依然受限严重，灵敏度只能得到部分提升，约80-120°左右。(3)添加下巴探测器。改进以后的设备分为头盔状pet和下巴pet两部分，提高了立体角的覆盖范围，但为了不让被测对象因为幽闭感影响其脑部功能，头盔状pet在被测对象的眼部及以下位置没有添加探测器，对设备整体而言，能够得到的lor数量仍受限制，灵敏度约160-180°左右。

综上，现有的头颈pet整体的覆盖面还很有限，而且在数据的校准方面也尚未进行研究。这使得在没有添加探测器的部位(如口腔、脑干等)很难实现清晰的动态成像，甚至即使得到了清晰的动态成像，也会因为数据未经校准难以断定其准确度。因此，有必要提出一种智能校准的头颈pet成像方法及系统，以克服上述基于现有头颈pet设备覆盖面有限以及数据准确度难以判定的缺陷。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能解决现有头颈pet设备中覆盖面有限以及数据准确度难以判定的智能校准的头颈pet成像方法及系统。

为实现上述目的，本发明提供的一种智能校准的头颈pet成像方法及系统，包括：供电模块100、支撑模块200、探测器模块300和pc模块400。

其中，所述供电模块100包括第一供电模块110和第二供电模块120，第一供电模块110输出给第一支撑模块210和探测前腔模块310，用于给第一支撑模块210和探测前腔模块310提供额定电压，第二供电模块120输出给第二支撑模块220和探测后腔模块320，用于给第二支撑模块220和探测后腔模块320提供额定电压；

所述支撑模块200包括第一支撑模块210和第二支撑模块220，第一支撑模块210输出给探测前腔模块310，用于支撑探测前腔模块310在1-360°范围内的转动，第二支撑模块220输出给探测后腔模块320，用于支撑探测后腔模块310在1-360°范围内的转动；

所述探测器模块300包括探测前腔模块310和探测后腔模块320，探测前腔模块310包括第一数据采集模块311、第一压缩模块312和第一发送模块313，第一数据采集模块311用于采集头颈部正面的信号，输出给第一压缩模块312，第一压缩模块312用于以预设周期将来自第一数据采集模块311的信号压缩为数据包，输出给第一发送模块313，第一发送模块313用于将来自第一压缩模块312的压缩数据包发送到pc模块400，探测后腔模块320包括第二数据采集模块321、第二压缩模块322和第二发送模块323，第二数据采集模块321用于采集头颈部背面的信号，输出给第二压缩模块322，第二压缩模块322用于以预设周期将来自第二数据采集模块321的信号压缩为数据包，输出给第二发送模块323，第二发送模块323用于将来自第二压缩模块322的压缩数据包发送到pc模块400；

所述pc模块400包括解压缩模块410、符合模块420以及校准模块430，解压缩模块410用于以预设周期对压缩数据包进行解压并输出给符合模块420，符合模块420用于判断探测前腔和探测后腔的信号是否符合，并筛选出符合信号输出到校准模块430；校准模块430用于实现符合信号的智能校准。

优选的，所述探测前腔模块310和探测后腔模块320在使用过程中会拼合在一起，形成一个完整的探测腔。

优选的，所述探测腔是一个底部呈开口状态的半椭球体。

优选的，所述第一数据采集模块311和第二数据采集模块321都由多个探测单元组成，其中第一数据采集模块311的探测单元数n小于第二数据采集模块321的探测单元数m。

优选的，所述第一数据采集模块311在轴线2/3处有一个长条形空洞，便于被测对象开阔视野，以免影响脑部神经，进而影响脑部检测的准确度。长条形空洞原有的探测单元数a满足a＝m-n。

优选的，所述探测单元的大小等于现有头颈pet探测单元的一半，相比现有头颈pet设备，能够有效地提高灵敏度，灵活性强，且方便校准。

优选的，所述探测单元由闪烁晶体和光电转换器件组成，其中闪烁晶体用于将伽马光子转换成可见光，光电转换器件用于将光信号转换为模拟电信号。

优选的，所述闪烁晶体的材质为碘化钠晶体(nai)、碘化铯晶体(csi)、锗酸铋晶体(bgo)、硅酸镥晶体(lso)、硅酸钆晶体(gso)、铝酸钇晶体(yap)、硅酸钇镥晶体(lyso)、溴化镧晶体(labr3)中的任意一种或多种的组合。

优选的，所述成像方法包括以下步骤：

s1：通过供电模块分别设置好支撑模块和探测器模块的供电电压，使探测器模块和支撑模块开始工作；

s2：使用探测器模块下的压缩模块分别对第一数据采集模块和第二数据采集模块采集到的数据以预设周期进行压缩；

s3：把压缩后的数据包通过发送模块发送到pc模块；

s4：使用pc模块中的解压缩模块对s2中压缩后的数据包进行解压缩；

s5：在符合模块设置能量窗和时间窗对解压后的信号进行符合判定；

s6：将判定为符合的信号发送到校准模块，实现信号的智能校准。

所述符合信号智能校准的方法为稀疏量化电平(sparsequantizationlevel，简称sql)标记校准法或信号模型校准法。

优选的，所述符合信号智能校准的方法若为sql标记校准法，则步骤为：

(1)先将符合信号另存，求出每个探测单元上的平均符合信号，假设每个探测单元上探测到的符合信号为j组，则可以用计算出每个探测单元上的平均符合信号，其中，i表示探测单元的序数，1≤i≤m+n，j表示符合信号的序数，1≤j≤j，x表示符合信号的采样点序数，然后在平均符合信号的电压幅值内设置k个阈值，把每个探测单元的符合信号与阈值依次输入比较器，并记录二者第一次和最后一次相交时对应的阈值与时间组合vi，k-ti，k，j，其中，k表示阈值序数，1≤k≤k，vi，k表示在第i个探测单元上的第k个阈值，表示第i个探测单元的第j个符合信号与第k个阈值第一次相交对应的时间，表示第i个探测单元的第j个符合信号与第k个阈值最后一次相交对应的时间；

(2)在同一探测单元上对同一阈值的时间组合求均值，得到其中，可用计算得到，可用计算得到；

(3)用vi，k和ti，k拟合出第i个探测单元上的符合信号，并视为标准符合信号，然后将标准符合信号和阈值输入比较器，得到标准过阈值时间然后用计算求出同一探测单元上所有符合信号的ti，k，j与在同一阈值处的标准差σi，k。

(4)用计算每个探测单元上所有符合信号的ti，k，j与的差值δi，k，j，比较每一组符合信号的δi，k，j与σi，k的大小，如果δi，k，j≥3σi，k，就摒弃这组符合信号；如果3σi，k＞δi，k，j≥2σi，k，就用替代这组符合信号在第k个阈值处对应的时间真值；如果2σi，k＞δi，k，j，就保留这组符合信号在第k个阈值处对应的时间真值，完成信号的校准。

优选的，所述符合信号智能校准的方法若为信号模型校准法，则步骤为：

(1)先将符合信号另存，求出每个探测单元上的平均符合信号，假设每个探测单元上探测到的符合信号为j组，则可以用计算出每个探测单元上的平均符合信号，其中，i表示探测单元的序数，1≤i≤m+n，j表示符合信号的序数，1≤j≤j，x表示符合信号的采样点序数，然后对每个探测单元上的平均符合信号进行拟合，将拟合结果视为各个探测单元上的通用模型yi＝fi(t)；

(2)用求出每个探测单元上所有符合信号在各个采样点处与模型值yi，x的标准差σi，x，其中，i表示探测单元的序数，j表示符合信号的序数，x表示符合信号的采样点序数，用δi，j，x＝|pi，j，x-yi，x|计算每个探测单元上所有符合信号在各个采样点处的pi，j，x与yi，x的差值δi，j，x；

(3)比较每一组符合信号的δi，j，x与σi，x的大小，如果δi，j，x≥3σi，x，就摒弃这组符合信号；如果3σi，x＞δi，j，x≥2σi，x，就用yi，x替代这组符合信号在第x个采样点处对应的电压真值；如果2σi，x＞δi，j，x，就保留这组符合信号在第x个采样点处对应的电压真值，完成信号的校准。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的包裹性强，能够有效增加头颈pet探测的lor数量，提高整个系统的灵敏度；同时能够对符合信号进行校准，提高数据的准确度，实现人体头部和颈部更精确更全面的动态成像。

附图说明

图1为pet探测器的lor示意图。

图2为本发明提供的一种智能校准的头颈pet成像方法及系统的结构图。

图3为头颈pet的示意图，其中(a)为头颈pet正面的示意图，(b)为头颈pet反面示意图。

图4为校准前的符合信号示意图。

图5为校准后的符合信号示意图。

图6为第一个探测单元的平均符合信号。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图2所示，本发明公开的智能校准的头颈pet成像系统，包括供电模块100、支撑模块200、探测器模块300和pc模块400四个模块，其中，供电模块100输出给支撑模块200和探测器模块300，用于提供额定电压，支撑模块200输出给探测器模块，用于支撑探测腔在1-360°范围内的转动，探测器模块300输出给pc模块400，用于探测头颈部发出的信号，pc模块400用于判定符合事件并实现符合信号的校正。

现在结合具体实施例对本发明做进一步说明：

实施例1

使用f¹⁸-gdg作为辐射源，然后用图3所示的头颈pet探测信号，所述符合信号的校准用sql标记校准法实现。

(1)将f¹⁸-gdg辐射源放置在头颈pet设备内部的中央，然后将供电模块100给支撑模块200和探测腔提供额定电压设置为1500v，开始采集信号；

(2)在压缩模块以50us的预设周期将信号压缩为数据包，并通过发送模块发送到pc端；

(3)在pc端对数据进行解压并设置420～600kev的能量窗和4ns的时间窗筛选出符合信号，当每个探测单元筛选出的符合信号都有5000组时，停止信号的采集，然后用sql标记校准法实现符合信号的校准，图4为校准前第一个探测单元的前20组符合信号，图5为这20组符合信号校准后的结果。

使用sql标记校准法实现第一个探测单元的前20组符合信号的校准过程如下：

①已知在第一个探测单元上共采集到5000组符合信号，因此可用求出第一个探测单元的平均符合信号p1，x，p1，x的结果如图5所示，然后在p1，x的幅值范围内设置129个阈值电压，令阈值电压的大小从平均数据p1，x电压最大值的0.1倍到0.8倍逐渐递增，然后将5000组符合信号和阈值输入比较器，记录二者第一次和最后一次相交时对应的阈值与时间组合v1，k-t1，k，j；

②对t1，k，j按求出第一个探测单元的所有符合信号在每个阈值处对应的平均时间t1，k，再用v1，k和t1，k拟合出该探测单元上的标准符合信号，把标准符合信号和阈值输入比较器，得到标准过阈值时间

③用计算出第一个探测单元上所有符合信号的t1，k，j与在同一阈值处的标准差σ1，k，再用其中1≤j≤20，计算出前20组符合信号的t1，k，j与的差值δ1，k，j，比较每一组符合信号的δi，k，j与σi，k的大小，如果δi，k，j≥3σi，k，就摒弃这组符合信号；如果3σi，k＞δi，k，j≥2σi，k，就用替代这组符合信号在第k个阈值处对应的时间真值；如果2σi，k＞δi，k，j，就保留这组符合信号在第k个阈值处对应的时间真值，完成信号的校准。

实施例2

使用f¹⁸-gdg作为辐射源，然后用图3所示的头颈pet探测信号，所述符合信号的校准用sql标记校准法实现。

(1)将f¹⁸-gdg辐射源放置在头颈pet设备内部的中央，然后将供电模块100给支撑模块200和探测腔提供额定电压设置为1500v，开始采集信号；

(2)在压缩模块以50us的预设周期将信号压缩为数据包，并通过发送模块发送到pc端；

(3)在pc端对数据进行解压并设置420～600kev的能量窗和4ns的时间窗筛选出符合信号，当每个探测单元筛选出的符合信号都有5000组时，停止信号的采集，然后用sql标记校准法实现符合信号的校准，图4为第一个探测单元的前50组符合信号校准后的结果。

使用sql标记校准法实现第一个探测单元的前50组符合信号的校准过程如下：

①已知在第一个探测单元上共采集到5000组符合信号，因此可用求出第一个探测单元的平均符合信号p1，x，然后在p1，x的幅值范围内设置129个阈值电压，令阈值电压的大小从平均数据p1，x电压最大值的0.1倍到0.8倍逐渐递增，然后将5000组符合信号和阈值输入比较器，记录二者第一次和最后一次相交时对应的阈值与时间组合v1，k-t1，k，j；

②对t1，k，j按求出第一个探测单元的所有符合信号在每个阈值处对应的平均时间t1，k，再用v1，k和t1，k拟合出该探测单元上的标准符合信号，把标准符合信号和阈值输入比较器，得到标准过阈值时间

③用计算出第一个探测单元上所有符合信号的t1，k，j与在同一阈值处的标准差σ1，k，再用其中1≤j≤50，计算出前50组符合信号的t1，k，j与t1，k的差值δ1，k，j，比较每一组符合信号的δi，k，j与σi，k的大小，如果δi，k，j≥3σi，k，就摒弃这组符合信号；如果3σi，k＞δi，k，j≥2σi，k，就用替代这组符合信号在第k个阈值处对应的时间真值；如果2σi，k＞δi，k，j，就保留这组符合信号在第k个阈值处对应的时间真值，完成信号的校准。

实施例3

使用f¹⁸-gdg作为辐射源，然后用图3所示的头颈pet探测信号，所述符合信号的校准用信号模型校准法实现。

(1)将f¹⁸-gdg辐射源放置在头颈pet设备内部的中央，然后将供电模块100给支撑模块200和探测腔提供额定电压设置为1500v，开始采集信号；

(2)在压缩模块以50us的预设周期将信号压缩为数据包，并通过发送模块发送到pc端；

(3)在pc端对数据进行解压并设置420～600kev的能量窗和4ns的时间窗筛选出符合信号，当每个探测单元筛选出的符合信号都有5000组时，停止信号的采集，然后用信号模型校准法实现符合信号的校准。

使用信号模型校准法实现第一个探测单元的前20组符合信号的校准过程如下：

(1)先为第一个探测单元上的符合信号确定一个通用模型y1＝f1(t)，该模型用第一个探测单元上所有符合信号求平均后的拟合结果确定，其中符合信号求平均的结果p1，x可用计算求出，然后用直线-指数模型对p1，x进行拟合，即上升沿的拟合方程为yl＝kxl+b，下降沿的拟合方程为拟合后再联立两个方程求出交点，最终结果就是y1；

(2)用求出第一个探测单元上所有符合信号在各个采样点处与模型值y1，x的标准差σ1，x，再用δ1，j，x＝|p1，j，x-y1，x|，其中1≤j≤20，计算出前20组符合信号的p1，j，x与y1，x的差值δ1，j，x；

比较每一组符合信号的p1，j，x与y1，x的大小，如果δ1，j，x≥3σ1，x，就摒弃这组符合信号；如果3σ1，x＞δ1，j，x≥2σ1，x，就用y1，x替代这组符合信号在第x个采样点处对应的电压真值；如果2σ1，x＞δ1，j，x，就保留这组符合信号在第x个采样点处对应的电压真值，完成信号的校准。

本发明是通过优选实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，其他落入本申请的权利要求内的实施例都属于本发明保护的范围。