正电子发射断层扫描仪深度效应校正方法及其系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及核医学探测成像领域，具体而言，涉及一种正电子发射断层扫描仪深 度效应校正方法及其系统。
【背景技术】
[0002] 正电子发射断层扫描仪（positronemissiontomography，PET)在核医学领域是 重要的断层成像设备，现已广泛的应用于医学领域的诊断和研究。PET可以有效的探测到注 入生物体内的标记了放射性示踪原子药物的时空分布。
[0003] PET中的主要元件探测器由闪烁晶体，光电倍增管和前端电子学部分组成。在PET 中，将带有放射性核素的药物注入人体，带有放射性核素的药物在人体内发生衰变产生正 电子，正电子与人体中的负电子发生湮灭反应，产生两个背对背的γ光子。正负电子湮灭 产生的两个γ光子入射到探测器的晶体表面，由于γ光子具有较高能量，入射光子会穿过 晶体一定深度后，与晶体发生相互作用产生大量低能闪烁光子，pet探测器通过探测这些闪 烁光子来确定响应线（LineOfResponse,L0R)，然后通过数据处理得到重建图像。然而， 由于L0R定位的不准确，造成重建图像的分辨率降低，这就是PET中的深度效应（Depthof interaction,D0I)〇
[0004] 图1A所示为D0I产生的示意图。PET探测器通过探测入射光子与晶体相互作用产 生的大量闪烁光子来确定L0R，即由产生闪烁光子的两个晶体条的端面中心点的连线来确 定L0R，如图1A中所示的直线AB和EF。但这时L0R的定位实际上是错误的。由于γ光子 具有较高能量，入射光子是穿过晶体一定深度后，与晶体发生相互作用产生大量低能闪烁 光子，而非在晶体表面的中心点产生闪烁光子。如果放射源在视野（Fieldofview,F0V) 中心（如a点），正确的L0R应是直线⑶而不是直线AB;如果放射源在远离F0V中心的点 (如b点），正确的L0R应是直线GH而不是直线EF。从图1A中可以看出，偏离F0V中心越 远，D0I越严重。
[0005] D0I效应可以在各个方向上产生。以圆柱体为例，如图1B中的（a)和（b)所示， 一般可将其分为径向（圆柱上下底面的半径方向）、切向（圆柱上下底面的切线方向）、轴 向（圆柱的中心轴方向）三个方向进行研究。探测器的L0R是由产生闪烁光子的两个晶体 条的内表面中心点的连线来定位的，而实际γ光子与晶体相互作用的位置在径向上并不 是晶体内表面，在切向和轴向不一定是晶体表面中心点，这就分别产生了径向、切向和轴向 D0I效应。
[0006] 目前，D0I校正的方法主要分为硬件校正和软件校正两种。硬件校正是主要通过改 变探测器的设计来获得晶体条中射线入射的准确位置，包括：晶体条分层法和把两个不同 的光电转换装置耦合到晶体阵列两端的方法。尽管通过硬件设计可以较好的校正PET系统 的D0I效应，但这种方法增加了仪器的制造成本和复杂度。另外，当采用硬件设计获取D0I 信息时，图像重建遇到了一些新的问题。针对这些新问题，需要对传统的软件算法做一些改 进。因此，对于已经完成使用的仪器，软件系统和硬件系统都需要大幅度的修改，因此这种 方法就有很大的局限性。
[0007] 软件校正主要是通过对获得的投影数据在投影空间或者图像空间进行数据处理， 通过利用模拟和概率分布、系统响应函数等技术来获得较为准确的各个方向的深度信息。 它主要包括两种方法：基于模拟和概率分布的校正方法和利用点扩展函数（PointSpread Function,PSF)进行校正的方法。但是这些软件实现的方法也都存在诸如计算成本高、迭代 次数稳定性不好或对于切向分辨率改善差等缺点。
【发明内容】
[0008] 本发明提供一种正电子发射断层扫描仪深度效应校正方法及其系统，能够在不改 变探测器硬件结构的基础上，获得与晶体分层方法基本相同的校正效果。
[0009] 本发明的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本发明 的实践而习得。
[0010] 根据本发明的一方面，提供了一种正电子发射断层扫描仪深度效应校正方法，包 括：建立多层晶体响应线模型；获取PET探测器输出的实际符合事例数据；根据所述多层晶 体响应线模型，对所述实际符合事例数据进行扩展，生成扩展响应线数据；以及根据所述扩 展响应线数据，确定校正响应线数据。
[0011] 根据本发明的一实施方式，其中建立多层晶体响应线模型包括：获得多层晶体设 计下的模拟符合事例数据；以及根据所述模拟符合事例数据，建立所述多层晶体响应线模 型。
[0012] 根据本发明的一实施方式，其中根据模拟符合事例数据，建立所述多层晶体响应 线模型包括：对所述模拟符合事例数据中的模拟符合事例进行统计，获得所述两个晶体的 m*m种模拟响应线各自的计数；计算m*m种所述模拟响应线的计数的加和总数；以及分别计 算每种模拟响应线的计数占所述加和总数的比例；其中m为所述多层晶体响应线模型中的 晶体层数，且m为大于1的正整数。
[0013] 根据本发明的一实施方式，其中生成扩展响应线数据包括：对所述实际符合事例 数据中的实际符合事例进行统计，获得所述两个晶体的实际响应线数目；以及根据所述多 层晶体响应线模型，对所述实际响应线数目进行分解，获得m*m种所述模拟响应线各自的 统计数目，从而生成所述扩展响应线数据。
[0014] 根据本发明的一实施方式，其中所述校正响应线数据为正弦直方图数据。
[0015] 根据本发明的一实施方式，其中根据所述扩展响应线数据，确定校正响应线数据 包括：获取所述PET探测器输出的实际正弦直方图数据；以及使用线性插值法将所述扩展 响应线数据插入到所述实际正弦直方图数据中最邻近的响应线中，以获得所述校正响应线 数据；其中所述扩展响应线数据为正弦直方图数据。
[0016] 根据本发明的一实施方式，其中获取PET探测器输出的实际符合事例数据包括： 获取所述PET探测器的输出数据；以及对所述输出数据进行格式转换，以获取所述实际符 合事例。
[0017] 根据本发明的一实施方式，上述校正方法还包括：根据所述校正响应线数据，进行 图像重建。
[0018] 根据本发明的另一方面，提供了一种正电子发射断层扫描仪深度效应校正系统， 包括：模型建立模块，用于建立多层晶体响应线模型；实际数据获取模块，用于获取PET探 测器输出的实际符合事例数据；扩展数据生成模块，用于根据所述多层晶体响应线模型，对 所述实际符合事例数据进行扩展，生成扩展响应线数据；以及校正数据生成模块，用于根据 所述扩展响应线数据，确定校正响应线数据。
[0019] 根据本发明的一实施方式，上述校正系统还包括：图像重建模块，用于根据所述校 正响应线数据，进行图像重建。
[0020] 通过本发明的深度效应校正方法，对探测器为单层晶体或较少晶体层数的PET数 据进行深度效应校正后，重建出的图像空间位置定位更准确，图像径向和切向空间分辨率 都有了很大提高，图像质量明显改善，并且可以达到与硬件上为多层晶体的PET数据基本 相同的重建效果。
[0021] 应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本 发明。
【附图说明】
[0022] 通过参照附图详细描述其示例实施例，本发明的上述和其它目标、特征及优点将 变得更加显而易见。
[0023] 图1A示出深度效应的示意图。
[0024] 图1B示出圆柱形探测器的径向、切向和轴向示意图。
[0025] 图2示出根据一示例实施方式的PET深度效应校正方法的流程图。
[0026] 图3示出根据另一示例实施方式的PET深度效应校正方法的流程图。
[0027] 图4A示出模拟径向上采用双层晶体PET探测器的结构示意图。
[0028] 图4B示出模拟径向上采用三层晶体PET探测器的结构示意图。
[0029] 图4C示出实际单层晶体PET探测器的结构示意图。
[0030] 图4D示出模拟切向上采用三层晶体PET探测器的结构示意图。
[0031] 图4E示出模拟轴向上采用三层晶体PET探测器的结构示意图。
[0032] 图5示出根据一示例实施方式的PET深度效应校正系统的结构图。
[0033] 图6A示出根据一示例实施方式的模型建立模块的结构图。
[0034] 图6B示出根据一示例实施方式的实际数据获取模块的结构图。
[0035] 图6C示出根据一示例实施方式的扩展数据生产模块的结构图。
[0036] 图6D示出根据一示例性方式的校正数据生成模块的结构图。
[0037] 图7A和图7B分别示出了采用本发明校正方法前后的重建图像。
【具体实施方式】
[0038] 现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形 式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加 全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。附图仅为本发明 的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的