基于多层闪烁晶体探测器的系统均匀性校正方法及装置与流程

本发明涉及基于闪烁晶体探测器的成像系统技术领域，特别涉及一种基于多层闪烁晶体探测器的系统均匀性校正方法及装置。

背景技术：

目前，闪烁晶体探测器是一种被广泛应用的伽马光子探测器，其原理是利用闪烁晶体将伽马光子的能量转换为闪烁光子，利用光子探测器探测闪烁光子从而间接地探测伽马光子作用的空间位置、时间和能量信息。闪烁晶体探测器被广泛应用于各类成像系统中，特别是pet(positronemissiontomography，正电子发射断层成像系统)和spect(singlephotonemissioncomputedtomography，单光子发射计算机断层成像系统)。pet和spect通过探测伽马光子重建出放射性核素示踪剂在生物体内的分布，从而获得生物体内的新陈代谢等信息，被广泛应用于医学、药物研究以及临床疾病的诊断。

相关技术中，具有探测作用doi(depthofinteraction，深度信息)能力的闪烁晶体探测器，因其所探测的doi信息能显著改善成像系统在成像视野边缘的空间分辨率而受到了广泛的关注。利用多层晶体的设计，闪烁探测器能够探测出伽马光子发生作用所处的晶体层，从而获得了一定的doi探测能力。与其他方法相比，这种设计方法的优点是避免了光电探测器件、通道数目和成本的增加，电子学硬件改动小。

然而，在pet和spect系统中，由于闪烁晶体、光电探测器、电子学通道以及探测器模块空间位置等诸多方面的影响，对于发生在不同闪烁晶体内的伽马事件的探测是不均匀的，而不均匀性会影响最终成像的图像质量，因此为了获得更好的成像性能，需要对整个系统的探测器进行均匀性校正。同时，多层晶体的设计中，多层晶体原生存在均匀性差异较大的问题，给均匀性校正带来了更大的问题。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种基于多层闪烁晶体探测器的系统均匀性校正方法，该方法可以对基于多层闪烁晶体探测器的成像系统的均匀性进行校正，从而提高成像系统的图像质量。

本发明的另一个目的在于提出一种基于多层闪烁晶体探测器的系统均匀性校正装置。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种基于多层闪烁晶体探测器的系统均匀性校正方法，包括以下步骤：根据晶体的排列信息和探测器系统的设计信息对多个系统均匀性的影响因素分别建立因素模型；利用所述探测器系统对用于均匀性矫正的实体模型进行数据采集，以得到实验数据；对所述实验数据进行重组和处理，以分别获取均匀性校正中每项因素模型的相关参数；整合所述每项因素模型的相关参数生成均匀性校正表，并根据所述均匀性校正表对所述探测器系统进行均匀性校正。

本发明实施例的基于多层闪烁晶体探测器的系统均匀性校正方法，通过建立多个影响系统均匀性的因素模型，并通过采集的实验数据得到每项因素模型的相关参数，然后得到均匀性校正表，可以对基于多层闪烁晶体探测器的成像系统的均匀性进行校正，从而提高成像系统的图像质量。

另外，根据本发明上述实施例的基于多层闪烁晶体探测器的系统均匀性校正方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述利用所述探测器系统对用于均匀性矫正的实体模型进行数据采集，以得到实验数据，进一步包括：在所述均匀性校正实体模型中加入预设活度的放射性核素，以通过所述预设活度的放射性核素获取所述实验数据。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述对所述实验数据进行重组和处理，以分别获取均匀性校正中每项因素模型的相关参数，进一步包括：对所述实验数据的能量和位置进行合理性判断，对于能量超出上下阈值和位置超出预定范围的事件进行剔除，以得到判断和剔除后的所述实验数据；对判断和剔除后的所述实验数据进行重组，以分别获取均匀性校正中每项因素模型的相关参数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述每项因素模型的相关参数包括探测效率因子、探测器模块因子、空间几何因子、时间校正因子和结构校正因子中的一种或多种，其中，

所述探测效率因子的计算公式为：

其中，i为所述探测器系统中每一根晶体，ni为所有晶体参与的事件总数，为所述ni的平均值；

所述探测器模块因子的计算公式为：

其中，u为探测器模块编号，k为所述探测器模块中的晶体层数，nuk为所有探测器模块的所有层晶体总数，为所述nuk的平均值；

所述空间几何因子的计算公式为：

其中，nv为v环上所有闪烁晶体参与事件总数，nv为探环，为所述nv的平均值，v1和v2为参与同一事件的两个晶体所属环的编号组合，nv1v2为所有事件的总计数，为所述nv1v2的平均值；

所述时间校正因子和所述结构校正因子的计算公式为：

其中，nij为所有参与事件的闪烁晶体组合的计数，为所述nij的平均值。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述整合所述每项因素模型的相关参数生成均匀性校正表，其中，整合公式为：ηij＝εi·εj·buk·gv1v2·tsij。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种基于多层闪烁晶体探测器的系统均匀性校正装置，包括：建模模块，用于根据晶体的排列信息和探测器系统的设计信息对多个系统均匀性的影响因素分别建立因素模型；数据采集模块，用于利用所述探测器系统对用于均匀性矫正的实体模型进行数据采集，以得到实验数据；重组和处理模块，用于对所述实验数据进行重组和处理，以分别获取均匀性校正中每项因素模型的相关参数；整合模块，用于整合所述每项因素模型的相关参数生成均匀性校正表，并根据所述均匀性校正表对基于探测器的系统进行均匀性校正。

本发明实施例的基于多层闪烁晶体探测器的系统均匀性校正装置，通过建立多个影响系统均匀性的因素模型，并通过采集的实验数据得到每项因素模型的相关参数，然后得到均匀性校正表，可以对基于多层闪烁晶体探测器的成像系统的均匀性进行校正，从而提高成像系统的图像质量。

另外，根据本发明上述实施例的基于多层闪烁晶体探测器的系统均匀性校正装置还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述数据采集模块进一步用于在所述均匀性校正实体模型中加入预设活度的放射性核素，以通过所述预设活度的放射性核素获取所述实验数据。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述重组和处理模块进一步用于对所述实验数据的能量和位置进行合理性判断，对于能量超出上下阈值和位置超出预定范围的事件进行剔除，以得到判断和剔除后的所述实验数据，并对判断和剔除后的所述实验数据进行重组，以分别获取均匀性校正中每项因素模型的相关参数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述每项因素模型的相关参数包括探测效率因子、探测器模块因子、空间几何因子、时间校正因子和结构校正因子中的一种或多种，其中，

所述探测效率因子的计算公式为：

其中，i为所述探测器系统中每一根晶体，ni为所有晶体参与的事件总数，为所述ni的平均值；

所述探测器模块因子的计算公式为：

其中，u为探测器模块编号，k为所述探测器模块中的晶体层数，nuk为所有探测器模块的所有层晶体总数，为所述nuk的平均值；

所述空间几何因子的计算公式为：

其中，nv为v环上所有闪烁晶体参与事件总数，nv为探环，为所述nv的平均值，v1和v2为参与同一事件的两个晶体所属环的编号组合，nv1v2为所有事件的总计数，为所述nv1v2的平均值；

所述时间校正因子和所述结构校正因子的计算公式为：

其中，nij为所有参与事件的闪烁晶体组合的计数，为所述nij的平均值。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述整合所述每项因素模型的相关参数生成均匀性校正表，其中，整合公式为：ηij＝εi·εj·buk·gv1v2·tsij。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的基于多层闪烁晶体探测器的系统均匀性校正方法的流程图；

图2为根据本发明一个实施例的探测器系统的结构示意图；

图3为根据本发明一个实施例的双层晶体的设计示意图；

图4为根据本发明一个实施例的用于均匀性校正的实体模型设计图；

图5为根据本发明一个实施例的基于多层闪烁晶体探测器的系统均匀性校正装置的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于多层闪烁晶体探测器的系统均匀性校正方法及装置，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的基于多层闪烁晶体探测器的系统均匀性校正方法。

图1是本发明一个实施例的基于多层闪烁晶体探测器的系统均匀性校正方法的流程图。

如图1所示，该基于多层闪烁晶体探测器的系统均匀性校正方法包括以下步骤：

在步骤s101中，根据晶体的排列信息和探测器系统的设计信息对多个系统均匀性的影响因素分别建立因素模型。

可以理解的是，本发明实施例根据晶体排列方式及探测器系统设计，对影响系统均匀性的各项因素分别进行数学模型的建立，得到因素模型。其中，如图2所示，在探测器系统的设计中，闪烁体部分由双层或更多层闪烁晶体排列构成，双层晶体的设计如图3所示。

在步骤s102中，利用探测器系统对用于均匀性矫正的实体模型进行数据采集，以得到实验数据。

可以理解的是，本发明实施例利用探测器系统对用于均匀性校正的实体模型进行实验数据采集，其中，如图4所示，用于均匀性校正的实体模型可以采用一个内部充满水的圆柱体模型，当然，均匀性校正的实体模型也可以为其他方式的模型，本领域技术人员可以根据实际情况进行设置，在此不做具体限定。

进一步地，在本发明的一个实施例中，利用探测器系统对用于均匀性矫正的实体模型进行数据采集，以得到实验数据，进一步包括：在均匀性校正实体模型中加入预设活度的放射性核素，以通过预设活度的放射性核素获取实验数据。

可以理解的是，本发明实施例在均匀性校正的实体模型中加入一定活度的放射性核素，并采集足够多的实验数据。具体地，本发明实施例在均匀性校正的实体模型内部的水中加入一定活度的放射性核素，并将模型放到探测器系统的成像视野中，且利用探测器系统进行较长时间的数据采集，以获得足够数量的实验数据。

在步骤s103中，对实验数据进行重组和处理，以分别获取均匀性校正中每项因素模型的相关参数。

可以理解的是，对采集到的数据进行重组和处理，以便分别计算均匀性校正中各项因素模型的相关参数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，对实验数据进行重组和处理，以分别获取均匀性校正中每项因素模型的相关参数，进一步包括：对实验数据的能量和位置进行合理性判断，对于能量超出上下阈值和位置超出预定范围的事件进行剔除，以得到判断和剔除后的实验数据；对判断和剔除后的实验数据进行重组，以分别获取均匀性校正中每项因素模型的相关参数。

可以理解的是，本发明实施例对采集的实验数据的能量、位置等进行合理性判断和事件剔除；根据影响系统均匀性各项因素的数学模型对实验数据进行重组和分别处理，计算得到相应数学模型的参数。

具体而言，首先采用合适的能窗将采集的实验数据中能量位于能窗之外的事件剔除，并对实验数据的事件合理性进行判断和剔除。将实验数据进行重组，并分别计算影响系统均匀性的各项因素的数学模型参数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，每项因素模型的相关参数包括探测效率因子、探测器模块因子、空间几何因子、时间校正因子和结构校正因子中的一种或多种，其中，探测效率因子的计算公式为：

其中，i为探测器系统中每一根晶体，ni为所有晶体参与的事件总数，为ni的平均值；探测器模块因子的计算公式为：

其中，u为探测器模块编号，k为探测器模块中的晶体层数，nuk为所有探测器模块的所有层晶体总数，为nuk的平均值；空间几何因子的计算公式为：

其中，nv为v环上所有闪烁晶体参与事件总数，nv为探环，为nv的平均值，v1和v2为参与同一事件的两个晶体所属环的编号组合，nv1v2为所有事件的总计数，为nv1v2的平均值；时间校正因子和结构校正因子的计算公式为：

其中，nij为所有参与事件的闪烁晶体组合的计数，为nij的平均值。

具体而言，每项因素模型的相关参数具体包括：(1)表征探测器中每根闪烁晶体探测效率不同的探测效率因子；(2)表征不同探测器模块之间因电子学增益等方面不同的探测器模块因子；(3)表征不同探测器模块中不同闪烁晶体的空间几何位置不同的空间几何因子；(4)表征不同探测器模块之间时间信号偏差的时间校正因子；表征系统实际结构装配与设计之间偏差的结构校正因子。下面对每项因素模型的相关参数的计算方法进行详细阐述。

(1)探测效率因子

对于探测器系统中每一根晶体i,统计其参与的事件总数ni，统计所有晶体的ni的平均值则第i根闪烁晶体的探测效率因子计算公式为：

(2)探测器模块因子

探测器模块中不同层的闪烁晶体，因上层晶体的阻挡而造成的不均匀，对于编号为u的探测器模块中的第k层晶体，统计其参与的事件总数nuk，统计所有探测器模块的所有层晶体的nuk的平均值则探测器模块因子计算公式为：

(3)空间几何因子

空间几何因子主要包括轴向上处于不同环的闪烁晶体之间的总体差异和参与同一事件的不同环之间距离不同造成的不均匀，而切向上空间几何位置造成的不均匀原生被包含在了探测效率因子计算的过程中，因此此处不再进行重复计算。

对于第v环上所有闪烁晶体，统计其参与的事件总数为nv，统计所有探环的nv的平均值对于参与同一事件的两个晶体所属环的编号组合(v1,v2)，统计(v1,v2)参与的所有事件的总计数nv1v2，统计所有环编号组合的nv1v2的平均值则空间几何因子计算公式为：

(4)时间校正因子与结构校正因子

为了便于计算，时间校正因子与结构校正因子合并计算，在将上述几种校正因子计算完成，并对实验数据进行校正后，统计所有参与事件的闪烁晶体组合的计数nij及其平均值则时间与结构校正因子的计算公式为：

在步骤s104中，整合每项因素模型的相关参数生成均匀性校正表，并根据均匀性校正表对基于探测器的系统进行均匀性校正。

在本发明的一个实施例中，整合每项因素模型的相关参数生成均匀性校正表，其中，整合公式为：ηij＝εi·εj·buk·gv1v2·tsij。

可以理解的是，整合均匀性校正各项因素模型生成完整的均匀性校正表。具体地，将步骤s103计算得到的各种校正因子整合，公式如下：

ηij＝εi·εj·buk·gv1v2·tsij

根据公式即可计算出完整的均匀性校正表，从而实现了均匀性校正。

综上，本发明实施例可以实现对多层晶体设计的探测器系统进行准确的均匀性校正，可以应用于各类闪烁探测器系统，例如单光子发射计算机断层成像系统(即spect)、正电子发射断层成像系统(即pet)等，对系统均匀性进行精确校正，消除系统不均匀对采集数据的影响，从而提高系统的成像质量。

根据本发明实施例提出的基于多层闪烁晶体探测器的系统均匀性校正方法，通过建立多个影响系统均匀性的因素模型，并通过采集的实验数据得到每项因素模型的相关参数，然后得到均匀性校正表，可以对基于多层闪烁晶体探测器的成像系统的均匀性进行校正，从而提高成像系统的图像质量。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的基于多层闪烁晶体探测器的系统均匀性校正装置。

图5是本发明一个实施例的基于多层闪烁晶体探测器的系统均匀性校正装置的结构示意图。

如图5所示，该基于多层闪烁晶体探测器的系统均匀性校正装置10包括：建模模块100、数据采集模块200、重组和处理模块300和整合模块400。

其中，建模模块100用于根据晶体的排列信息和探测器系统的设计信息对多个系统均匀性的影响因素分别建立因素模型。数据采集模块200用于利用探测器系统对用于均匀性矫正的实体模型进行数据采集，以得到实验数据。重组和处理模块300用于对实验数据进行重组和处理，以分别获取均匀性校正中每项因素模型的相关参数。整合模块400用于整合每项因素模型的相关参数生成均匀性校正表，并根据均匀性校正表对基于探测器的系统进行均匀性校正。本发明实施例的装置10可以对基于多层闪烁晶体探测器的成像系统的均匀性进行校正，从而提高成像系统的图像质量。

进一步地，在本发明的一个实施例中，数据采集模块200进一步用于在均匀性校正实体模型中加入预设活度的放射性核素，以通过预设活度的放射性核素获取实验数据。

进一步地，在本发明的一个实施例中，重组和处理模块300进一步用于对实验数据的能量和位置进行合理性判断，对于能量超出上下阈值和位置超出预定范围的事件进行剔除，以得到判断和剔除后的实验数据，并对判断和剔除后的实验数据进行重组，以分别获取均匀性校正中每项因素模型的相关参数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，每项因素模型的相关参数包括探测效率因子、探测器模块因子、空间几何因子、时间校正因子和结构校正因子中的一种或多种，其中，探测效率因子的计算公式为：

其中，i为探测器系统中每一根晶体，ni为所有晶体参与的事件总数，为ni的平均值；探测器模块因子的计算公式为：

其中，u为探测器模块编号，k为探测器模块中的晶体层数，nuk为所有探测器模块的所有层晶体总数，为nuk的平均值；空间几何因子的计算公式为：

其中，nv为v环上所有闪烁晶体参与事件总数，nv为探环，为nv的平均值，v1和v2为参与同一事件的两个晶体所属环的编号组合，nv1v2为所有事件的总计数，为nv1v2的平均值；时间校正因子和结构校正因子的计算公式为：

其中，nij为所有参与事件的闪烁晶体组合的计数，为nij的平均值。

进一步地，在本发明的一个实施例中，整合每项因素模型的相关参数生成均匀性校正表，其中，整合公式为：ηij＝εi·εj·buk·gv1v2·tsij。

需要说明的是，前述对基于多层闪烁晶体探测器的系统均匀性校正方法实施例的解释说明也适用于该实施例的基于多层闪烁晶体探测器的系统均匀性校正装置，此处不再赘述。

根据本发明实施例提出的基于多层闪烁晶体探测器的系统均匀性校正装置，通过建立多个影响系统均匀性的因素模型，并通过采集的实验数据得到每项因素模型的相关参数，然后得到均匀性校正表，可以对基于多层闪烁晶体探测器的成像系统的均匀性进行校正，从而提高成像系统的图像质量。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。