专利名称：一种获取pet系统几何校正参数的方法
技术领域：
本发明属于医学影像设备技术领域，涉及一种获取PET系统几何校正参数的方法。
背景技术：
正电子发射型计算机断层显像(Positron Emission Tomography,简称PET)系统，是一种放射性核素示踪造影系统。通常被探测物体内含有放射性核素标记的示踪物质。放射性核素经过衰变放射出正电子。正电子与邻近的电子发生湮灭作用，产生一对飞行方向相反的511KeV伽玛(Y)光子。Y光子由一对PET探测单元在确定时间窗内采集到时，产生一个事件标记，称为符合事件。该符合事件记录了这一对PET探测单元的空间位置等信息。由此可确定在该对PET探测单元之间连线上(简称符合线)的某个位置发生了湮灭作用。PET系统通过采集足够多的符合事件数据，再经过一定的重建算法，得到放射性核素示 踪剂在被探测物体内分布的影像，即PET影像。PET的这种探测方式称为符合探测(coincidence detection)。符合事件可分为3种，分别是真符合事件(true coincidence),散射符合事件(scatter coincidence)和随机符合事件(random coincidence),其中只有真符合事件含有准确的定位信息。在实际的PET系统中，通常无法区分上述3种符合事件。此外由于诸多因素影响，采集到的符合事件数据与实际发生的正负电子湮灭事件存在一定差异，因而在重建过程中，需要将符合事件数据经过校正补偿处理，才能获得正确的PET影像。这些校正补偿处理通常有散射校正、随机校正、衰减校正、归一化校正等。其中归一化校正中包含一种称为几何校正的方法。理论上，如果探测器受到同一辐射强度的Y光子源照射，探测器各条符合线上采集到的真符合事件(true coincidence)计数应该相同。但在实际PET系统中，由于各个PET探测单元在探测器中所处的空间位置和几何结构等的不同，例如立体角、共线性等，会造成各条符合线上采集到的真符合事件计数存在统计差异。这一差异反映了几何因素造成的符合线探测效率差异。对这种符合线探测效率差异的校正称为几何校正。几何校正时所需的校正参数有时也称为几何校正因子。目前公知的获取几何校正参数的方法通常是将特别设计的、含放射性核素的被测实物模型放入需要进行几何校正的实际PET系统中扫描，获取实测符合事件数据。由于该被测实物模型的放射性核素分布是已知的，因此将实测的符合事件数据与该模型的理想符合事件数据进行差异比较分析，从而得到因探测器几何结构造成的各条符合线上真符合事件计数之间的差异因子。该差异因子即所谓的几何校正时所需的几何校正参数。由于上述公知的几何校正参数的获取方法需要建立实测环境(如需要一套可正常工作的实际PET系统，需要定制特别的被测实物模型等)，导致测定数据时操作过程繁杂，经济费用、时间和人力消耗均较大，不够灵活。此外，实测数据包含散射事件和随机事件，实际系统无法准确区分这些事件，而几何校正仅仅是针对真实符合事件数据的，因而会造成得到的几何校正参数不够准确。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种获取PET系统几何校正参数的方法，该方法获取几何校正参数的过程简单，经济，快捷，且不受环境因素限制。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。一种获取PET系统几何校正参数的方法，包括以下步骤步骤一，利用计算机软件构建出虚拟的PET系统环境；步骤二，将被测真实PET系统的相关参数输入到虚拟的PET系统环境中；步骤三，在虚拟的PET系统环境中设计特定的虚拟被测物；
步骤四，在虚拟的PET系统环境中扫描所述特定的虚拟被测物，获取符合事件数据；步骤五，对符合事件数据进行差异性分析，获得几何校正参数。作为本发明的一种优选方案，步骤一中，所述计算机软件是一套基于蒙特卡罗模拟技术的计算机软件或开源的计算机软件。作为本发明的另一种优选方案，所述真实PET系统的相关参数包括探测器单元的几何尺寸、空间位置、基本材质、以及判断符合事件的基本策略等。作为本发明的再一种优选方案，所述特定的虚拟被测物为充满同一强度放射性核素物质的圆柱体。作为本发明的再一种优选方案，所述符合事件数据为真符合事件数据。如果Y光子被一对PET探测单元探测到之前没有发生康普顿散射、瑞利散射，则该符合事件为真符合事件。作为本发明的再一种优选方案，所述几何校正参数的获取过程为首先对已知形状、材质和几何尺寸的特定的虚拟被测物进行衰减校正，衰减校正后，所有由符合事件数据构成的符合线的平均值与所述符合线的计数值之比即为所述几何校正参数。作为本发明的再一种优选方案，所述几何校正参数的获取过程为首先对已知形状、材质和几何尺寸的特定的虚拟被测物进行衰减校正，衰减校正后，所有由符合事件数据构成的符合线的平均值与所述符合线的计数值之比的倒数即为所述几何校正参数。本发明的有益效果在于本发明所述的获取PET系统几何校正参数的方法省去了实物PET设备和被测实物模型的准备，因而获取几何校正参数的过程简单，经济，快捷，且不受环境因素限制；此外，计算机模拟时，可以准确地区分真实、散射和随机事件，从而保证了几何校正参数的准确性；另外该方法在PET系统研制和生产的前期或后期均可实施，可加快PET系统设计、研发和生产周期。
图I为本发明所述的获取PET系统几何校正参数的方法的流程示意图；图2a为PET系统未进行几何校正处理的重建影像示意图；图2b为图2a的虚线所示位置的灰度值曲线示意图；图3a为PET系统经本发明所述方法进行几何校正处理的重建影像示意图；图3b为图3a的虚线所示位置的灰度值曲线示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细说明。实施例一本实施例提供一种获取PET系统几何校正参数的方法，该方法是基于计算机模拟，通过软件构建一个与实际PET系统相同的虚拟PET系统，在虚拟PET系统中对专门设计的虚拟被测物进行扫描，得到相关符合事件数据后，再经过差异对比分析，从而获取几何校正参数。所述获取PET系统几何校正参数的方法的流程如图I所示，包括以下步骤步骤102，通过编写一套基于蒙特卡罗模拟技术的计算机软件构建出虚拟的PET 系统环境。蒙特卡罗模拟技术原理是公知的，其准确性和可靠性也被诸多科研文献所证实。本实施例中编写的计算机软件精确地模拟了 PET系统成像过程可能发生的多种物理作用，光电吸收、康普顿散射、汤普森散射等等。将特定探测环的几何结构和物理参数输入该模拟软件，就构建了一个虚拟的PET系统环境。在该虚拟的PET系统环境中，对特殊形状的虚拟被探测物进行扫描，获取虚拟的探测数据。在可接受的精度误差下，虚拟的探测数据与实际PET系统所探测的数据是一致的，因而可以通过分析虚拟的被探测数据准确地得到实际PET系统的几何校正参数。步骤104，将需测定几何校正参数的真实PET系统的相关参数输入到虚拟的PET系统环境中。其中，真实PET系统的相关参数包括探测器单元的几何尺寸、空间位置、基本材质、以及判断符合事件的基本策略等。步骤106，在虚拟的PET系统环境中设计特定的虚拟被测物。所述特定的虚拟被测物可设计为充满同一强度放射性核素物质的圆柱体，该圆柱体放置在虚拟PET系统的扫描视野中心。放射性核素物质强度均匀的圆柱体的好处在于它有比较好的空间对称性，可缩减模拟计算时间。特定的虚拟被测物不仅限于圆柱体，可根据实际需求任意设计，只要能方便符合事件数据的差异对比分析。例如可为放射性核素物质强度均匀的长方体、薄板、或者旋转移动的线源等。步骤108，在虚拟的PET系统环境中扫描所述特定的虚拟被测物，获取符合事件数据。在扫描过程中，可只收集真符合事件数据用于分析。如果Y光子被一对PET探测单元探测到之前没有发生康普顿散射、瑞利散射，则该符合事件为真符合事件。几何校正仅仅是针对真实符合事件数据进行的。计算机模拟的这一优势，保证了测定的几何校正参数的准确性。步骤110，对符合事件数据进行差异性分析，获得几何校正参数。在进行符合事件数据的差异性分析时，需要先进行衰减校正后再进行差异性分析。由于特定的虚拟被测物的形状、材质和几何尺寸是已知的，因此可以进行准确的衰减校正。衰减校正后，所有由符合事件数据构成的符合线的平均值与该符合线计数值之比即为所需的几何校正参数。需要指出的是，这里只是对符合事件数据的差异性分析进行了简略原理描述，实际的差异性分析可能还需考虑其它干扰因素，分析过程将复杂得多。另外数学上讲，由于几何校正时所用公式不同，几何校正参数也可能是上述所有符合线的平均值与该符合线计数值之比的倒数。本发明所述方法的一个优点是省去了实物PET设备和被测实物模型的准备，因而获取几何校正参数的过程简单，经济，快捷，且不受环境因素限制；这一优点也使得该方法在PET设备研制和生产的前期或后期均可实施，对PET系统的设计和开发十分有利。本发明所述方法的另一个优点是计算机模拟时，可以准确地区分真实、散射和随机事件，从而保证了几何校正参数的准确性。实施例二本实施例与实施例一的区别在于，在步骤102中，通过开源的计算机软件构建出虚拟的 PET 系统环境，例如 GATE (Geant4 Application for Tomographic Emission)。实施例三 本实施例对实施例一所述的获取PET系统几何校正参数的方法的效果进行验证，验证过程为在一个实际PET系统中，首先扫描均匀圆柱体被测物，得到实测的符合事件数据；然后根据实测的符合事件数据进行重建影像，可得到被测均匀圆柱体的PET影像图。图中的灰度值代表放射性强度。区域灰度值越大(图像白亮)，表示该区域放射性强度越强；区域灰度值越小(图像黑暗)，表示该区域放射性强度越弱。理论上讲，均匀圆柱体PET影像的横截面图中灰度值，在一个圆形区域内是几乎相等的。换句话说，横截面图中一个圆形区域的亮暗是均匀的。如图2a所示的是PET系统未进行几何校正处理的重建影像的横截面图。可以看到，横截面图中圆形的边缘区域稍亮，中间区域稍暗。图2b为图2a的虚线所示位置的灰度值曲线示意图。可明显看到边缘灰度值比中间区域高。对上述实测的符合事件数据利用本发明所述的几何校正方法进行几何校正参数处理，经几何校正后得到的重建影像如图3a所示。图中圆形区域内灰度明暗基本均匀。图3b为图3a的虚线所示位置的灰度值曲线示意图。可见边缘和中间区域灰度值基本相同。由此可知，本发明所述几何校正方法是正确有效的。本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件来实现。
权利要求
1.一种获取PET系统几何校正参数的方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤一，利用计算机软件构建出虚拟的PET系统环境； 步骤二，将被测真实PET系统的相关参数输入到虚拟的PET系统环境中； 步骤三，在虚拟的PET系统环境中设计特定的虚拟被测物； 步骤四，在虚拟的PET系统环境中扫描所述特定的虚拟被测物，获取符合事件数据； 步骤五，对符合事件数据进行差异性分析，获得几何校正参数。
2.根据权利要求I所述的获取PET系统几何校正参数的方法，其特征在于步骤一中，所述计算机软件是一套基于蒙特卡罗模拟技术的计算机软件或开源的计算机软件。
3.根据权利要求I所述的获取PET系统几何校正参数的方法，其特征在于所述真实PET系统的相关参数包括探测器单元的几何尺寸、空间位置、基本材质、以及判断符合事件的基本策略。
4.根据权利要求I所述的获取PET系统几何校正参数的方法，其特征在于所述特定的虚拟被测物根据实际需求任意设计，只需方便符合事件数据的差异对比分析；所述特定的虚拟被测物为放射性核素物质强度均匀的圆柱体、长方体、薄板、或者旋转移动的线源。
5.根据权利要求I所述的获取PET系统几何校正参数的方法，其特征在于所述符合事件数据为真符合事件数据。
6.根据权利要求I所述的PET系统中对符合线LOR探测效率差异的几何校正方法，其特征在于，所述几何校正因子的获取过程为首先对已知形状、材质和几何尺寸的特定的虚拟被测物进行衰减校正，衰减校正后，所有由符合事件数据构成的符合线的平均值与所述符合线的计数值之比即为所述几何校正因子。
7.根据权利要求I所述的PET系统中对符合线LOR探测效率差异的几何校正方法，其特征在于，所述几何校正因子的获取过程为首先对已知形状、材质和几何尺寸的特定的虚拟被测物进行衰减校正，衰减校正后，所有由符合事件数据构成的符合线的平均值与所述符合线的计数值之比的倒数即为所述几何校正因子。
全文摘要
本发明公开了一种获取PET系统几何校正参数的方法，包括步骤一，利用计算机软件构建出虚拟的PET系统环境；步骤二，将需测定几何校正参数的真实PET系统的相关参数输入到虚拟的PET系统环境中；步骤三，在虚拟的PET系统环境中设计特定的虚拟被测物；步骤四，在虚拟的PET系统环境中扫描所述特定的虚拟被测物，获取符合事件数据；步骤五，对符合事件数据进行差异性分析，获得几何校正参数。本发明所述方法省去了实物PET设备和被测实物模型的准备，获取几何校正参数的过程简单，经济，快捷，不受环境因素限制，从而保证了几何校正参数的准确性；另外，该方法在PET系统研制和生产的前期或后期均可实施，可加快PET系统设计、研发和生产周期。
文档编号G06F17/50GK102789510SQ20111012963
公开日2012年11月21日 申请日期2011年5月18日 优先权日2011年5月18日
发明者俞王新, 张晓 , 谢舒平 申请人:上海生物医学工程研究中心