专利名称：Pet成像中单事件列表式数据的同步方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及辐射探测成像技术领域，尤其涉及一种正电子发射断层成像中单事件列表式数据的同步方法及系统。
背景技术：
正电子发射断层成像(Positron Emission Tomography,以下均简称PET)是一种非侵入式的造影方法。它成像的基本原理是将正电子放射性核素标记于分子探针上，当放射性核素衰变产生的正电子与生物体内的负电子碰撞湮灭后，发出一对能量为511 KeV，运动方向近似相反的Y光子。PET采用环绕生物体的环形位置灵敏辐射探测器将入射的Y光子转换为电信号，从而获得其能量、位置和时间信息。通过湮灭符合技术，得到湮灭事件所在响应线的位置，并通过二维或三维断层重建算法获得正电子核素在生物体中的分布，从而在体外观测生物体内的生理和生化过程[Michael E. Phelps, PET Physics, Instrument, and Scanners, Springer,2006]o符合探测是PET成像的一个关键环节。目前符合探测的实现方法主要有基于与逻辑和基于时间戳。与基于与逻辑的符合探测方法相比，基于时间戳的符合探测方法因具有实时性、可扩展性和适应性等优势而得到广泛使用[M. -A. Tetrault, J. Oliver,M. Bergeron, R.Lecomte and R. Fontaine, “Real Time coincidence detection enginefor high count rate timestamp based PET，，，IEEE Trans. Nucl. Sci, vol. 57, no. I,PP. 117_124，Feb，2010]。然而，对于这种基于时间戳的符合探测方法来说，时间同步是一个非常重要的问题。因为它的精度和稳定性直接影响到系统级时间分辨率的好坏。好的时间分辨率有助于设置更小的时间窗，剔除更多的随机事件，从而获得更好的NECR，提高成像质量和信噪比。传统的PET系统通常把所有的数据获取板连接到背板上面，然后由背板上的时钟分布网络来实现精确的时钟同步。这种方法虽然可以达到较小的时钟歪斜和抖动，但是它往往和探测器结构以及硬件符合电路紧密结合，灵活性、维护性和升级性等都受到极大的制约[D. P. McElroy, M. Hoose, ff. Pimpl, V. Spanoudaki, T. Schuler, and S. I. ZiefIer, “Atrue singles list-mode data acquisition system for a small animal PET scannerwith independent crystal readout”，Phys. Med. Biol. Vol. 50,pp.3323-3335,2005]。近年来，随着基于单事件列表式数据的软件式符合探测方法在PET成像中的广泛应用，多种可供选择的时间同步方法被相继报道出来。全局时钟方法通过线缆将高精度时钟参考源和同步信号传送到各个数据采集板来完成时间同步。但是这种方法由于采用线缆，时钟同步信号不可避免地会受到延时、衰减以及噪声干扰等的影响。因此，需要进行定期的时间校正。同步以太网方法通过以太网传输媒介和使用精密时间协议，能够得到较好的同步效果。但是这种方法对硬件有额外的要求，增加了系统设计的成本。因此，针对上述技术问题，有必要提供一种改良结构的PET成像中单事件列表式数据的同步方法及系统，以克服上述缺陷。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种PET成像中单事件列表式数据的同步方法及系统，用于PET成像中各基本探测模组工作在局部时钟参考源下，且无硬件同步信号参与下，对采集到的单事件列表式数据进行时间上的同步校正。该方法能够有效、准确地完成单事件列表式数据的同步，精确地提取符合事件，同时大大简化系统硬件设计的复杂度，增加系统的灵活性，扩展性和可维护性。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案一种PET成像中单事件列表式数据的同步方法，所述 同步方法步骤如下(I)获取及存储各基本探测模组工作在局部时钟参考源下的单事件列表式数据，并对这些单事件数据进行频率差异补偿；(2)计算各探测模组所获单事件数据集内单事件发生时间间隔的概率密度，并设定各初始参数；(3)根据步骤(2)设定的参数，采用迭代寻峰对各探测模组所获单事件数据集进行同步校准及符合寻峰，确定各探测模组起始探测时间差异的粗略估计值；(4)根据步骤(3)获取的起始探测时间差异粗略估计值，采用分级时间窗对各探测模组所获单事件数据集进行同步校准及符合寻峰，确定各探测模组起始探测时间差异的精确估计值；(5)对步骤(3)和步骤(4)获取的起始探测时间差异粗略估计值和精细估计值进行权重累加，确定各探测模组起始探测时间差异值，并对各探测模组所获单事件数据集进行同步校正和符合甄别，获取符合事件。优选的，在上述PET成像中单事件列表式数据的同步方法中，所述步骤(I)中各基本探测模组生成包含事件时间信息、能量信息和位置信息的单事件列表式数据，传送并存储到计算机中。优选的，在上述PET成像中单事件列表式数据的同步方法中，所述步骤(I)中频率差异补偿由各探测模组依照各自内部计数器值周期性的在数据传输通道上发出频率同步请求，接收装置测量出各探测器模组两次同步请求的时间差异，并根据此差异生成探测模组频率差异查找表，实时补偿由局部参考时钟源引进的频率差异。优选的，在上述PET成像中单事件列表式数据的同步方法中，所述步骤(2)中各探测模组所获单事件数据集内单事件发生时间间隔TIi的概率密度fi(x)通过对这些单事件数据集进行后向差分，并对所获取的差分数据进行统计分析获得，其中，i为探测模组编号，X为单事件发生时间间隔。优选的，在上述PET成像中单事件列表式数据的同步方法中，所述步骤(2)中初始化参数包括初始迭代空间参数TRini、初始时间间隔参数ATini和初始时间窗参数TWini。优选的，在上述PET成像中单事件列表式数据的同步方法中，所述步骤(2)中初始化参数的设定均需由各探测模组所获单事件数据集内单事件发生时间间隔的概率密度计算得出，具体步骤如下(2. I)初始化迭代空间参数TRini对各探测模组内单事件数据集进行归并排序，在所得序列中查找第i号探测模组起始探测时间T1对应的位置M，同时读取序列中位置M-N对应的事件时间Tcd，其中，N为连
续出现源于同一探测模组的事件个数，N G [I, M-1]，通过如下公式计算Tcd出现的概率
权利要求
1.一种PET成像中单事件列表式数据的同步方法，其特征在于所述同步方法步骤如下 (1)获取及存储各基本探测模组工作在局部时钟参考源下的单事件列表式数据，并对这些单事件数据进行频率差异补偿； (2)计算各探测模组所获单事件数据集内单事件发生时间间隔的概率密度，并设定各初始参数； (3)根据步骤(2)设定的参数，采用迭代寻峰对各探测模组所获单事件数据集进行同步校准及符合寻峰，确定各探测模组起始探测时间差异的粗略估计值； (4)根据步骤(3)获取的起始探测时间差异粗略估计值，采用分级时间窗对各探测模组所获单事件数据集进行同步校准及符合寻峰，确定各探测模组起始探测时间差异的精确估计值； (5)对步骤(3)和步骤⑷获取的起始探测时间差异粗略估计值和精细估计值进行权重累加，确定各探测模组起始探测时间差异值，并对各探测模组所获单事件数据集进行同步校正和符合甄别，获取符合事件。
2.根据权利要求I所述的PET成像中单事件列表式数据的同步方法，其特征在于所述步骤(I)中各基本探测模组生成包含事件时间信息、能量信息和位置信息的单事件列表式数据，传送并存储到计算机中。
3.根据权利要求I所述的PET成像中单事件列表式数据的同步方法，其特征在于所述步骤(I)中频率差异补偿由各探测模组依照各自内部计数器值周期性的在数据传输通道上发出频率同步请求，接收装置测量出各探测器模组两次同步请求的时间差异，并根据此差异生成探测模组频率差异查找表，实时补偿由局部参考时钟源引进的频率差异。
4.根据权利要求I所述的PET成像中单事件列表式数据的同步方法，其特征在于所述步骤(2)中各探测模组所获单事件数据集内单事件发生时间间隔TIi的概率密度fi(x)通过对这些单事件数据集进行后向差分，并对所获取的差分数据进行统计分析获得，其中，i为探测模组编号，X为单事件发生时间间隔。
5.根据权利要求I所述的PET成像中单事件列表式数据的同步方法，其特征在于所述步骤(2)中初始化参数包括初始迭代空间参数TRini、初始时间间隔参数ATini和初始时间窗参数Tffini o
6.根据权利要求4或5所述的PET成像中单事件列表式数据的同步方法，其特征在于所述步骤(2)中初始化参数的设定均需由各探测模组所获单事件数据集内单事件发生时间间隔的概率密度计算得出，具体步骤如下 (2. I)初始化迭代空间参数TRini 对各探测模组内单事件数据集进行归并排序，在所得序列中查找第i号探测模组起始探测时间Ti对应的位置M，同时读取序列中位置M-N对应的事件时间Tcd，其中，N为连续出现源于同一探测模组的事件个数，N G [I, M-1]，通过如下公式计算Tcd出现的概率
7.根据权利要求I所述的PET成像中单事件列表式数据的同步方法，其特征在于所述步骤(3)通过粗时间尺度符合获取各探测模组起始探测时间差异的粗略估计值AIcts,具体过程包括 (3. I)利用步骤(2)设定的初始参数，对各探测模组内单事件数据集进行同步校准和符合寻峰； (3. 2)分析步骤(3. I)得到的符合结果，若能够获取符合事件统计直方图的光峰，则停止迭代，否则，重新调整时间间隔参数A Tini进行符合寻峰，重复步骤(3.2)； (3. 3)根据步骤(3. 2)获取的符合事件统计直方图的中心偏移量AIrffsrt，设定探测模组起始探测时间差异的粗略估计值ATras。
8.根据权利要求7所述的PET成像中单事件列表式数据的同步方法，其特征在于所述步骤(3. I)中同步校准是指将各探测模组内单事件发生的时间按照各探测模组所计算得出的时间间隔参数进行调整。
9.根据权利要求7所述的PET成像中单事件列表式数据的同步方法，其特征在于所述步骤(3. I)中符合寻峰是根据PET成像中事件的统计特性进行的，即符合事件的统计特性呈高斯分布，随机事件的统计特性呈随机均匀分布。
10.根据权利要求I所述的PET成像中单事件列表式数据的同步方法，其特征在于所述步骤(4)通过细时间尺度符合获取各探测模组起始探测时间差异的精细估计值ATfim,具体过程为 (4. I)利用步骤(3. 2)获取的各探测模组起始探测时间差异的粗略估计值ATras，对各探测模组内单事件数据集进行同步校准和初始时间窗TWini下的符合寻峰；(4. 2)分析所获取的符合事件统计直方图的中心偏移值ATi,若其满足精度指标要求，则停止迭代，否则，使用分级时间窗进行符合寻峰，重复步骤(4.2)； (4. 3)对所获取的中心偏移值DTi进行权重比累加，得到精细估计值ATfine，其中，i表示迭代次数。
11.根据权利要求10所述的PET成像中单事件列表式数据的同步方法，其特征在于所述步骤(4.2)中分级时间窗法是通过分级设置不同大小的符合时间窗，使所获取的符合事件统计直方图的精度逐次逼近精度指标。
12.根据权利要求10或11所述的PET成像中单事件列表式数据的同步方法，其特征在于所述精度指标是指符合时间分辨率的精度，根据应用需求进行灵活设置。
13.—种PET成像中单事件列表式数据的同步系统，其特征在于包括数据获取和频率补偿模块(100)、初始参数设定模块(200)、粗时间尺度符合模块(300)、细时间尺度符合模块(400)、数据同步校正和符合甄别模块(500)， 所述数据获取和频率补偿模块(100)用于获取及存储各基本探测模组工作在各自局部时钟参考源下的单事件列表式数据，并对这些单事件数据进行频率差异补偿； 所述初始同步参数设定模块(200)用于计算各探测模组所获单事件数据集内单事件发生时间间隔的概率密度，并设定初始参数； 所述粗时间尺度符合模块(300)用于获取各探测模组起始探测时间差异的粗略估计值； 所述细时间尺度符合模块(400)用于获取各探测模组起始探测时间差异的精细估计值； 所述数据同步校正和符合甄别模块(500)用于确定各探测模组起始探测时间差异值，并对各单事件数据集进行同步校正和符合甄别，获取符合事件。
14.根据权利要求13所述的PET成像中单事件列表式数据的同步系统，其特征在于所述数据获取和频率补偿模块(100)包括数据获取模块(110)和频率补偿模块(120)， 所述数据获取模块(110)用于将各基本探测模组生成的包含事件时间信息、能量信息和位置信息的单事件列表式数据，传送并存储到计算机中； 所述频率补偿模块(120)用于补偿各探测模组内使用的局部参考时钟源的频率差异，并将补偿后的单事件列表式数据传送到初始参数设定模块(200)。
15.根据权利要求13所述的PET成像中单事件列表式数据的同步系统，其特征在于所述初始参数设定模块(200)包括单事件发生时间间隔概率密度计算模块(210)和初始迭代参数设定模块(220)， 所述单事件发生时间间隔概率密度计算模块(210)用于计算各探测模组所获单事件数据集内单事件发生时间间隔的概率密度； 所述初始迭代参数设定模块(220)用于设定初始参数，并将这些参数传递到粗时间尺度符合模块(300)和细时间尺度符合模块(400)中。
16.根据权利要求15所述的PET成像中单事件列表式数据的同步系统，其特征在于所述单事件发生时间间隔概率密度计算模块(210)通过对各探测模组内单事件数据集进行后向差分，并对所获取的差分数据进行统计分析而获得。
17.根据权利要求15或16所述的PET成像中单事件列表式数据的同步系统，其特征在于所述初始迭代参数设定模块(220)中初始参数包括初始迭代空间参数、初始时间间隔参数和初始时间窗参数。
18.根据权利要求13所述的PET成像中单事件列表式数据的同步系统，其特征在于所述粗时间尺度符合模块(300)中的符合寻峰是根据PET成像中事件的统计特性进行的。
19.根据权利要求13所述的PET成像中单事件列表式数据的同步系统，其特征在于所述细时间尺度符合模块(400)中分级时间窗是通过设置不同大小的符合时间窗，使所获取的符合事件统计直方图的精度逐次逼近精度指标。
全文摘要
本发明公开了一种PET成像中单事件列表式数据的同步方法及其系统。该方法首先获取各独立工作探测模组的单事件列表式数据，计算各探测模组内单事件发生时间间隔的概率密度，设定初始参数；然后使用迭代寻峰和分级时间窗寻峰确定各探测模组间的起始探测时间差异值；最后利用这些差异值对各探测模组内的单事件数据进行同步校正和符合甄别。本发明还公开了一种PET成像中单事件列表式数据的同步系统，包括数据获取和频率差异补偿模块、初始参数设定模块、粗时间尺度符合模块、细时间尺度符合模块、数据同步校正和符合甄别模块。本发明能有效、准确地完成单事件列表式数据的同步，同时大大简化系统硬件设计的复杂度，增加系统的灵活性，扩展性和适应性。
文档编号A61B6/03GK102783964SQ20121022217
公开日2012年11月21日 申请日期2012年7月2日 优先权日2012年7月2日
发明者吴中毅, 朱俊, 王璐瑶, 谢庆国, 陈忻, 陈源宝 申请人:苏州瑞派宁科技有限公司