专利名称：正电子发射断层扫描仪及其中的符合判选方法
技术领域：
本发明涉及核医学成像领域，尤其涉及ー种正电子发射断层扫描仪(PositronEmission Tomography, PET)及其中的符合判选方法。
背景技术：
PET的工作目的是显像，确定发射正电子核素所在的位置，从而得出示踪剂药物在体内的分布，达到对肿瘤等疾病进行诊断的目的。但是，PET并不是直接探测正电子，而是通过探测由电子对湮灭所产生的511KeV的Y光子对来反 映正电子核素的位置。接收到这两个Y光子的两个探测器晶体条之间的连线称为符合响应线(Line of Response, L0R)，代表反方向飞行的Y光子对所在的直线，湮没事例的位置就在这条直线上。用两个探测器晶体条间的连线来确定湮灭点位置的方法，被称为电子准直，这种探測的方式称为符合探測。图I所示为现有的一种用于探測Y光子的探测环9，该探测环9由多个模块(例如图3中的16个模块12a-12p)组成，每个模块包含两个组块7，每个组块7则由的条状晶体6(尺寸为，例如I. 9mmXl. 9mmX10mm)以阵列(例如16X16阵列)组成。如图2所示，其中2a和2b表示正电子湮没产生的两个能量相等，方向相反的Y光子，它们可能分别被两个探測器12a和12e探測到。图3表示根据不同的视野范围(Field Of View,F0V)(如图2中的虚线IlaUlb)进行各个探测器间的符合判选，探測器之间的符合探測由响应线10表示。符合探测技术利用了光子对的两个特性ー是这两个光子沿着直线方向飞行；ニ是它们都以光速向前传播，几乎同时到达在这条直线上的两个探測器。但事实上，由于物理上的测不准原理和仪器本身的测量误差的存在，致使来自同一个湮没事例的两个Y光子很难严格地被同时探测到，一般都有ー个时间间隔，该时间间隔称之为符合时间窗，一般在几纳秒到几十纳秒之间。只有在符合时间窗之内探测到的ー对511KeV的Y光子组合成的事例，才被称为符合事例。如图4所示，其中4a和4b表示图I中的两个Y光子2a和2b分别到达探測器12a和12e的时间tl和t2，如果tl和t2的差异小于预设的时间窗5，则认为这两个Y光子2a和2b是由同一湮没事件产生的。可见，对符合事例进行判选是确定灭点位置的关键，现有的ー种符合判选方法是先对载入的一批数据按时间进行排序，然后比较相邻数据的时间差看是否在符合时间窗以内，如果是，再进行空间符合，判定是否在视野范围以内(Field Of View, F0V)，如果也是，则将数据作为符合事例打包传输给后端计算机进行图像重建。该方法的符合判选思想直观，容易想到。但缺点是当同时參与符合的数据量很大时，在现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array, FPGA)内进行排序变得困难，资源消耗量大，占用时钟周期长，难以在实际工程应用中实现。因此该方法在小动物PET或乳腺专用PET等前端探测器模块少，同时參与符合的数据少时可行，但在人体PET中，探測器模块成倍増加，上述方法则行不通。
发明内容
在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。本发明的ー个主要目的在于克服传统符合判选方式的缺陷，提供ー种快速高效、应用范围广的正电子发射断层扫描仪以及其中的符合判选方法。为实现上述目的，本发明提供了一种正电子发射断层扫描仪中符合判选方法，所述正电子发射断层扫描仪包括探测环，所述探测环由多个探测器围成，所述符合判选方法包括对每个探測器与其对面的各个探测器是否为相关探测器进行判断以获得相关数据，其中如果两个探測器所探测的单事例的时间差在符合时间窗以内，则该两个探测器为相关探测器，其中，各探测器对面的探測器是指以该探测器为圆心的预定角度的扇形区中的探測器；以及根据所述相关数据来判断两个相关探测器之间是否唯一相关，并将唯一相关的两个探测器所探测的单事例判定为符合事例。为实现上述目的，本发明还提供了ー种正电子发射断层扫描仪，包括探测环，所述探测环由多个探测器围成；数据处理板卡，用于对每个探测器与其对面的各个探测器是否为相关探测器进行判断，并根据各判断结果获得相关数据，其中如果两个探測器所探测的单事例的时间差在符合时间窗以内，则该两个探测器为相关探測器，其中，任一探测器对面的探測器是指以所述探测环中的该任ー探測器为圆心的预定角度的扇形区中的各探測器，所述数据处理板卡还用于判断两个相关探测器之间是否唯一相关，并将唯一相关的两个探测器所探测的单事例判定为符合事例。本发明的正电子发射断层扫描仪及其中的符合判选方法通过数据采集板卡同时采集探测环的各探測器的数据，数据处理板卡根据采集的数据对各探測器与对面的多个探测器探测的单事例的时间差与符合时间窗进行比较，并且判断相关探测器是否唯一相关，即使应用在探測器数量较多的人体PET中，这些比较和是否唯一相关的判断可通过并行数据处理的方式快速完成，以达到快速、高效和应用范围广的目的。
參照下面结合附图对本发明实施例的说明，会更加容易地理解本发明的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本发明的原理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。图I为现有技术中的探测环的结构示意图。图2为现有技术中两个能量相等，方向相反的Y光子分别被两个探测器探測示意图。图3为现有技术中根据不同的视野范围进行各个探测器间的符合判选的示意图。
图4为现有技术中两个能量相等，方向相反的Y光子分别被两个探测器探測到的时序图。图5为本发明的一种实施例中的探测环的结构示意图。图6为对应图5中的部分探測器的寄存器的数值示意图。图7为本发明的正电子发射断层扫描仪的ー种实施例的结构示意图。图8为本发明的正电子发射断层扫描仪中符合判选方法的一种实施例的流程图。
具体实施方式
下面參照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与ー个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。本发明的实施例提供了一种正电子发射断层扫描仪中的符合判选方法，所述正电子发射断层扫描仪包括探测环，所述探测环由多个探测器围成，所述符合判选方法包括对每个探測器与其对面的各个探测器是否为相关探测器进行判断，并根据各判断结果获得相关数据，其中如果两个探測器所探测的单事例的时间差在符合时间窗以内，则该两个探测器为相关探測器，其中，任一探测器对面的探測器是指以探测环中的该任ー探測器为圆心的预定角度的扇形区中的各探測器；以及根据所述相关数据来判断两个相关探测器之间是否唯一相关，并将唯一相关的两个探测器所探测的单事例判定为符合事例。可选地，在对每个探測器与其对面的各个探测器是否为相关探测器进行判断以获得相关数据的步骤中，一个探测器与另ー个探測器是否为相关探测器的判断结果用ー比特数据来表示，如果判断结果为相关探测器，则用该一比特数据的第一值来表示，否则用该一比特数据的第二值来表示。可选地，在所述对每个探测器与其对面的各个探测器是否为相关探测器进行判断以获得相关数据的步骤中，用于表示一个探测器与其对面的各个探测器是否为相关探测器的各个判断结果的数据构成该探测器的相关数据。可选地，所述判断两个相关探测器之间是否唯一相关的步骤包括判断所述两个相关探测器中的第一个相关探測器的相关数据是否只有与所述两个相关探测器中的第二个相关探測器对应的一比特数据的值为第一值；如果第一个相关探測器的相关数据中只有与第二个相关探測器对应的一比特数据的值为第一值，则判断第二个相关探測器的相关数据中是否只有与第一个相关探測器对应的一比特数据的值为第一值，如果第二个相关探測器的相关数据中也只有与第一个相关探測器对应的一比特数据的值为第一值，则判定所述第一个相关探測器和第二个探测器为唯一相关。可选地，在所述对每个探测器与其对面的各个探测器是否为相关探测器进行判断以获得相关数据步骤中，各个探测器的相关数据被分别存储在对应的寄存器中。可选地，任一探测器对面的探測器是指以探测环中的该任ー探測器为圆心、与所述正电子发射断层扫描仪的视野范围相切的两条线为半径构成的扇形区中的各探測器。本发明的实施例还提供了ー种正电子发射断层扫描仪，包括探测环，所述探测环由多个探测器围成；数据处理板卡，用于对每个探测器与其对面的各个探测器是否为相关探测器进行判断，并根据判断结果获得相关数据，其中如果两个探測器所探测的单事例的时间差在符合时间窗以内，则该两个探测器为相关探測器，其中，任一探测器对面的探測器是指以探测环中的该任ー探測器为圆心的预定角度的扇形区中的各探測器，所述数据处理板卡还用于判断两个相关探测器之间是否唯一相关，并将唯一相关的两个探测器所探測的单事例判定为符合事例。
可选地，所述数据处理板卡将ー个探测器与另ー个探測器是否为相关探测器的判断结果用一比特数据来表示，如果判断结果为相关探测器，则用该一比特数据的第一值来表示，否则用该一比特数据的第二值来表示。可选地，在所述数据处理卡中，用于表示一个探测器与其对面的各个探测器是否为相关探測器的各个判断结果的数据构成该探测器的相关数据。可选地，数据处理卡判断两个相关探测器中的第一个相关探測器的相关数据是否只有与两个相关探测器中的第二个相关探測器对应的一比特数据的值为第一值；如果第一个相关探測器的相关数据中只有与第二个相关探测器对应的一比特数据的值为第一值，则判断第二个相关探測器的相关数据中是否只有与第一个相关探測器对应的一比特数据的值为第一值，如果第二个相关探測器的相关数据中也只有与第一个相关探測器对应的一比特数据的值为第一值，则判定所述第一个相关探測器和第二个探测器为唯一相关。可选地，数据处理卡中包括分别与各个探测器相对应的寄存器，各个探测器的相关数据被分别存储在对应的寄存器中。可选地，任一探测器对面的探測器是指以探测环中的该任ー探測器为圆心、与所述正电子发射断层扫描仪的视野范围相切的两条线为半径构成的扇形区中的探測器。下面结合附图，对本发明的实施例进行个具体的介绍。參考图5至图7，本发明提供了ー种正电子发射断层扫描仪，其一种实施方式包括探测环10、数据处理板卡40。探测环10由多个探测器围成。例如，探测环10由32个探测器0-31围成如图6中所示的环状正多边形。各探測器用于探测由电子对湮灭所产生的Y光子，电子对湮灭产生的单个Y光子称为单事例。数据处理板卡40用于对每个探测器与其对面的各个探测器是否为相关探测器进行判断以获得相关数据，其中如果两个探測器所探测的单事例的时间差在符合时间窗以内，则该两个探测器为相关探測器，其中，各探测器对面的探測器是指以该探测器为圆心的预定角度的扇形区中的探測器，所述数据处理板卡还用于判断两个相关探测器之间是否唯ー相关，并将唯一相关的两个探测器所探测的单事例判定为符合事例。在一个实例中，各个探测器包括数据采集模块，用于获取探測器的时间数据。该探测器的时间数据包括探測器探測到Y光子的时间。数据处理板卡40可以从探測器的数据采集模块获取探測器的时间数据以用于对每个探测器与其对面的各个探测器是否为相关探测器进行判断，并根据判断结果获得相关数据。其中，各探测器对面的探測器是指以该探测器为圆心的预定角度的扇形区中的探测器。在ー个实例中，各探测器对面的探測器是指以该探测器为圆心、与所述正电子发射断层扫描仪的视野范围(FOV)相切的两条线为半径构成的扇形区中的探測器。因此，对于不同的视野范围F0V，判断的次数也不一样。对于图6中的视野范围F0V，每个探測器的数据需要与其对面的17个探测器的数据进行比较，例如，探測器O需要与探測器8-24进行数据比较，因此需要比较的次数为282 ((32 X 17) /2)次，这282次判断可通过并行数据处理的方式在一个时钟周期内完成。可选地，数据处理板卡40上设有对应各探測器的多个寄存器(可针对图6中的32个探测器设置对应的32个寄存器Flag00-Flag31，如图7中的寄存器FlagOO、Flag02、Flagll、Flag03、Flag20分别对应图6中的探测器0、2、11、3、20，各寄存器包括多个存储位，分别用于存储对应的探測器与其对面的探測器所探测的单事例的时间差是否在符合时间窗以内的判断结果，因此，各寄存器具有17个存储位。在各存储位中，用“I”表示对应的判断结果为“是”，用“O”表示对应的判断结果为“否”。由于在任何ー个符合时间窗内有且只有两个单事例，也就是说，例如，如果采集的探測器O的数据中的时间信息仅与采集的探測器11的数据中的时间信息符合，且采集的探测器11的数据中的时间信息也仅与采集的探測 器O的数据中的时间信息符合，则这两个数据才真正符合。数据处理板卡40可判断对应第一个相关探測器的寄存器中是否只有与第二个相关探测器对应的存储位的值为“I”。如果对应第一个相关探測器的寄存器中只有与第二个相关探测器对应的存储位的值为“1”，判断对应第二个相关探測器的寄存器中是否只有与第一个相关探測器对应的存储位的值为“1”，如果对应第二个相关探測器的寄存器中也只有与第一个相关探測器对应的存储位的值为“1”，则判定第一个相关探測器和第二个探测器为唯一相关。分别判断相关探测器之间是否唯一相关也可在一个时钟周期内完成。在图7中，FlagOO[3] = 1，FlagOO其余位均为0，表示第O路数据仅与第11路数据中的时间信息符合；Flagll[13] = I表示第11路数据与第O路数据的时间信息符合，但同时发现Flagll [15]也等于1，这意味着第11路数据同时与第2路数据的时间信息符合，显然这不符合符合判选条件，相当于在ー个时间窗内出现了 3个事例，这种属于多事例符合的情况在实际操作中是应该丢弃的。因此，从图6所示可得出，探測器O和11、探測器2和11、探測器3和20为相关探测器，但是由于探测器11和探測器0、2不是唯一相关，因此探测器11、0、2探测的单事例不属于符合事例，只有探測器3和20探测的单事例为符合事例。可选地，如图7所示，本发明的实施例的正电子发射断层扫描仪还可包括后端计算机50，用于从数据处理板卡40接收判定为符合事例的两个相关探测器的数据以进行图像重建。可选地，数据处理板卡40可通过设置在其上的现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)器件(图中未不出)进行符合事例的判选，各寄存器设置在FPGA器件中。数据处理板卡40上还可设置网络单元、时钟调理单元等(图中未示出)。其中FPGA器件接收数据采集板卡20采集的多路数据，并将判定为符合事例的两个相关探測器的数据经网络单元传输至后端计算机。时钟调理单元用于接收參考时钟并进行调整后供FPGA器件使用。參考图8，本发明还提供了一种正电子发射断层扫描仪中符合判选方法，其可应用上述正电子发射断层扫描仪进行符合判选，该方法的一种实施方式包括步骤SI :对探测环中的每个探測器与其对面的各个探测器是否为相关探测器进行判断，并根据判断结果获得相关数据；步骤S2 :判断两个相关探测器之间是否唯一相关，并将唯一相关的两个探测器所探測的单事例判定为符合事例。
可选地，步骤SI包括步骤ー获取每个探测器与其对面的各个探测器所探测的单事例的时间差是否在符合时间窗的多个判断结果；步骤ニ将多个判断结果按顺序暂存在对应的寄存器中，每个探測器的每个判断结果占用对应的寄存器的一个存储位，在各存储位中，用“ I”表示对应的判断结果为“是”，用“O”表示对应的判断结果为“否”。例如，图7中所示，探測器O与其对面的探測器8-24的判断结果按逆时针顺序存储在寄存器FlagOO中。可选地，步骤S3包括步骤三，判断对应两个相关探測器中的第一个相关探測器的寄存器中是否只有与两个相关探测器中的第二个相关探測器对应的存储位的值为“ I”。步骤四，如果对应第一个相关探測器的寄存器中只有与第二个相关探測器对应的存储位的值为“1”，判断对应第二个相关探測器的寄存器中是否只有与第一个相关探測器对应的存储位的值为“1”，如果对应第二个相关探測器的寄存器中也只有与第一个相关探测器对应的存储位的值为“1”，则判定第一个相关探測器和第二个探测器为唯一相关。可选地，本发明的正电子发射断层扫描仪中符合判选方法还包括步骤五，将判定为符合事例的两个相关探测器的时间数据发送至后端计算机进行图像重建。步骤五可在步骤S3之后执行。可选地，本发明的正电子发射断层扫描仪中符合判选方法还包括步骤六，如果判断两个相关探测器之间不是唯一相关的，则丢弃所采集的两个相关探测器的时间数据。本发明的正电子发射断层扫描仪及其中的符合判选方法通过数据采集板卡同时采集探测环的各探測器的数据，数据处理板卡根据采集的数据对各探測器与对面的多个探测器探测的单事例的时间差与符合时间窗进行比较，并且判断相关探测器是否唯一相关，即使应用在探測器数量较多的人体PET中，这些比较和是否唯一相关的判断可通过并行数据处理的方式快速完成，以达到快速、高效和应用范围广的目的。在本发明的系统和方法中，显然，各部件或各步骤是可以分解、组合和/或分解后重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方案。同时，在上面对本发明具体实施例的描述中，针对ー种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。虽然已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本发明的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实 施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求g在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。
权利要求
1.一种正电子发射断层扫描仪中的符合判选方法，所述正电子发射断层扫描仪包括探测环，所述探测环由多个探测器围成，所述符合判选方法包括 对每个探測器与其对面的各个探测器是否为相关探测器进行判断，并根据各判断结果获得相关数据，其中如果两个探測器所探测的单事例的时间差在符合时间窗以内，则该两个探测器为相关探測器，其中，任一探测器对面的探测器是指所述探测环中以该任ー探測器为圆心的预定角度的扇形区中的各探測器；以及 根据所述相关数据来判断两个相关探测器之间是否唯一相关，并将唯一相关的两个探测器所探测的单事例判定为符合事例。
2.如权利要求I所述的正电子发射断层扫描仪中的符合判选方法，其特征在于，在对每个探測器与其对面的各个探测器是否为相关探测器进行判断以获得相关数据的步骤中，一个探测器与另ー个探測器是否为相关探测器的判断结果用一比特数据来表示，如果判断结果为相关探测器，则用该一比特数据的第一值来表示，否则用该一比特数据的第二值来表不。
3.如权利要求2所述的正电子发射断层扫描仪中的符合判选方法，其特征在于，在所述对每个探测器与其对面的各个探测器是否为相关探测器进行判断以获得相关数据的步骤中，用于表示一个探测器与其对面的各个探测器是否为相关探测器的各个判断结果的数据构成该探测器的相关数据。
4.如权利要求3所述的正电子发射断层扫描仪中的符合判选方法，其特征在于，所述判断两个相关探测器之间是否唯一相关的步骤包括 判断所述两个相关探测器中的第一个相关探測器的相关数据是否只有与所述两个相关探测器中的第二个相关探測器对应的一比特数据的值为第一值； 如果第一个相关探測器的相关数据中只有与第二个相关探測器对应的一比特数据的值为第一值，则判断第二个相关探測器的相关数据中是否只有与第一个相关探測器对应的一比特数据的值为第一值，如果第二个相关探測器的相关数据中也只有与第一个相关探測器对应的一比特数据的值为第一值，则判定所述第一个相关探測器和第二个探测器为唯一相关。
5.如权利要求3所述的正电子发射断层扫描仪中的符合判选方法，其特征在于，在所述对每个探测器与其对面的各个探测器是否为相关探测器进行判断以获得相关数据步骤中， 各个探测器的相关数据被分别存储在对应的寄存器中。
6.如权利要求1-5任一项所述的正电子发射断层扫描仪中的符合判选方法,其特征在于，任一探测器对面的探测器是指所述探测环中以该任ー探測器为圆心、与所述正电子发射断层扫描仪的视野范围相切的两条线为半径构成的扇形区中的各探測器。
7.—种正电子发射断层扫描仪，包括 探测环，所述探测环由多个探测器围成； 数据处理板卡，用于对每个探测器与其对面的各个探测器是否为相关探测器进行判断，根据各判断结果获得相关数据，其中如果两个探測器所探测的单事例的时间差在符合时间窗以内，则该两个探测器为相关探測器，其中，任一探测器对面的探测器是指以所述探测环中的该探测器为圆心的预定角度的扇形区中的各探測器，所述数据处理板卡还用于判断两个相关探测器之间是否唯一相关，并将唯一相关的两个探测器所探测的单事例判定为符合事例。
8.如权利要求7所述的正电子发射断层扫描仪，其特征在于，所述数据处理板卡将ー个探测器与另ー个探測器是否为相关探测器的判断结果用一比特数据来表示，如果判断结果为相关探测器，则用该一比特数据的第一值来表示，否则用该一比特数据的第二值来表示。
9.如权利要求7所述的正电子发射断层扫描仪，其特征在于，在所述数据处理卡中，用于表示一个探测器与其对面的各个探测器是否为相关探测器的各个判断结果的数据构成该探测器的相关数据。
10.如权利要求9所述的正电子发射断层扫描仪，其中所述数据处理卡判断所述两个相关探测器中的第一个相关探測器的相关数据是否只有与所述两个相关探测器中的第二个相关探測器对应的一比特数据的值为第一值；如果第一个相关探測器的相关数据中只有与第二个相关探測器对应的一比特数据的值为第一值，则判断第二个相关探測器的相关数据中是否只有与第一个相关探測器对应的一比特数据的值为第一值，如果第二个相关探測器的相关数据中也只有与第一个相关探測器对应的一比特数据的值为第一值，则判定所述第一个相关探測器和第二个探测器为唯一相关。
11.如权利要求10所述的正电子发射断层扫描仪，其特征在于，所述数据处理卡中包括分别与各个探测器相对应的寄存器，各个探测器的相关数据被分别存储在对应的寄存器中。
12.如权利要求7-11之一所述的正电子发射断层扫描仪，其特征在于，任一探测器对面的探测器是指所述探测环中以该任ー探測器为圆心、与所述正电子发射断层扫描仪的视野范围相切的两条线为半径构成的扇形区中的探測器。
全文摘要
本发明涉及一种正电子发射断层扫描仪及其中的符合判选方法。正电子发射断层扫描仪包括探测环，探测环由多个探测器围成，该符合判选方法包括对每个探测器与其对面的各个探测器是否为相关探测器进行判断，并根据各判断结果获得相关数据，其中如果两个探测器所探测的单事例的时间差在符合时间窗以内，则该两个探测器为相关探测器，其中，任一探测器对面的探测器是指所述探测环中以该任一探测器为圆心的预定角度的扇形区中的各探测器；以及根据相关数据来判断两个相关探测器之间是否唯一相关，并将唯一相关的两个探测器所探测的单事例判定为符合事例。本发明具有符合判选快速、高效和应用范围广的优点。
文档编号A61B6/02GK102648856SQ20121013204
公开日2012年8月29日 申请日期2012年4月28日 优先权日2012年4月28日
发明者丰宝桐, 孙芸华, 李可, 李国仁, 李晓辉, 杜垚垚, 燕新强, 王培林, 胡婷婷, 胡选侯, 马创新, 魏书军, 魏龙 申请人:中国科学院高能物理研究所