正电子发射断层成像系统探测效率检测、校正方法及装置与流程

本发明涉及正电子发射断层成像系统，尤其涉及正电子发射断层成像系统的校正技术领域。

背景技术：

正电子发射断层成像(Positron Emission Tomography，PET)已成为预临床研究和临床诊断的重要分子影像工具，其成像性能与图像重建之前数据预处理方法密切相关。数据预处理包括归一化校正，随机校正，散射校正，衰减校正等。其中，归一化校正为预处理的第一步，其准确性直接决定后续散射校正和随机校正的准确性，从而影响最终重建图像的性能，如均一性、噪声特性及伪影特性等。

受PET系统结构设计、前端晶体与光电转换器件的耦合方式、各电子学探测通道性能差异的影响，对于置中均匀分布的射源，PET晶体探测器所探测的计数却各不相同，因此需要通过该计数差异对各计数通道的探测效率进行校正，此即归一化校正。现有技术中，PET归一化校正方法分为三大类：直接归一化校正，自归一化校正及多因子归一化校正。

直接归一化校正方法采用置于PET中心的均匀分布的桶状射源(cylinder source，简称桶源，例如，对于临床PET，直径通常为20cm)，采集足够长的时间收集满足计数统计的数据量，然后将各探测晶体上计数值的倒数作为该晶体的探测效率系数用于校正。此方法所需的数据采集时间极长，而且系统状态变化后，需要重新从低活度到高活度进行数据采集，获得各活度对应的探测效率系数，例如，对于已经普及的3D PET系统而言，需要几个甚至十几个小时，这在实际应用中是不可接受的。

自归一化校正的校正系数是基于实际采集的模体或者临床数据获取的.该方法认为系统所接受的计数受射源几何分布和各探测器通道探测效率两部分的影响，其在频率分布上存在差异，由此提出通过滤波方法进行几何分布信息剔除，将剩余部分作为各通道探测效率。此方法无需事先采集置中桶源数据获取探测效率，实现简单，对活度相关的因素有较高的兼容性，只是系统计数分布包含的频率范围较广，滤波方法的低频滤波性能对探测效率的准确性有较大影响，导致成像均一性不佳或存在伪影。

多因子归一化方法将影响系统探测效率的物理因素分解为几何校正因子、随活度变化的因子和活度无关因子，通过采集少量的中心桶源数据进行统计分别计算各因素所对应的探测效率系数，可以避免直接归一化校正方法的缺陷，也可以避免自归一化校正受滤波方法的影响。此方法为当前广泛采用的归一化校正方法。其中，活度无关的因子与系统特性有关，主要是针对晶体特性，称为固有晶体探测效率。该方法假设系统电子学性能足够稳定时，该因子(固有晶体探测效率)与活度不相关。

然而，对于实际系统考虑节省光电转换器件数量的设计或者电子学设计本身并不完美的情况下，基本模块随活度变化的性能并不是稳定不变的，这使得固有晶体探测效率并非完全与活度无关，而是随活度增大呈现无规律的变化，因而，上述多因子校正方法依然存在准确性的问题。

因此，有必要提出一种新的正电子发射断层成像系统探测效率检测、校正方法及校正装置，以方便、准确地完成系统归一化校正。

技术实现要素：

本发明解决的是：现有的正电子发射断层成像系统多因子归一化校正方法因固有晶体探测效率随活度变化造成的准确性不理想及不易实现的问题。

为了解决所述问题，本发明提供一种正电子发射断层成像系统探测效率检测方法，包括：使用该正电子发射断层成像系统进行第一采集，获取影响探测效率的第一活度相关因子；使用该正电子发射断层成像系统进行第二采集，并根据第二采集所得数据及所述第一活度相关因子获取影响探测效率的第二活度相关因子；在所述第二采集所得数据中，去除受所述第二活度相关因子影响的信息，及去除受被采集物体的几何分布信息影响的信息，以获取探测器固有晶体探测效率。

在本发明的一种实施方式中，所述第一采集为对置于该正电子发射断层成像系统采集视野中心的活度均匀分布的桶源进行的采集。

在本发明的一种实施方式中，所述第一采集包括对不同活度的桶源进行采集。

在本发明的一种实施方式中，所述“获取影响探测效率的第一活度相关因子”包括：分别计算不同活度下的轴向活度相关因子及径向活度相关因子。

在本发明的一种实施方式中，所述第二采集为模体数据采集或临床数据采集。

在本发明的一种实施方式中，所述“根据第二采集所得数据及所述第一活度相关因子获取影响探测效率的第二活度相关因子”包括：根据第一活度相关因子进行函数拟合，将第二采集数据代入该函数以计算获得第二活度相关因子。

在本发明的一种实施方式中，所述“去除受被采集物体的几何分布信息影响的信息”包括：对去除了第二活度相关因子的第二采集数据进行低频滤波处理。

进一步地，本发明还提供一种正电子发射断层成像系统探测效率校正方法，包括：获取影响该成像系统探测效率的几何结构因子；获取影响探测效率的活度相关因子；根据上述述检测方法获取探测器固有晶体探测效率；利用所述几何结构因子、活度相关因子及探测器固有晶体探测效率，对采集数据进行归一化校正。

在本发明的一种实施方式中，所述“获取影响该成像系统探测效率的几何结构因子”包括：对围绕系统采集视野中心轴旋转的均匀棒源进行数据采集，并分别计算其径向几何因子及晶体干涉因子，根据该径向几何因子及晶体干涉因子确定所述几何结构因子。

进一步地，本发明还提供一种正电子发射断层成像系统探测效率校正装置，包括：几何结构因子获取单元，用于获取影响该探测系统探测效率的几何结构因子；活度相关因子获取单元，用于获取影响探测效率的活度相关因子；探测器固有晶体探测效率获取单元，用于根据权利要求1至7任一项所述检测方法，获取探测器固有晶体探测效率；校正单元，用于利用所述几何结构因子、活度相关因子及探测器固有晶体探测效率，对采集数据进行归一化校正。

与现有技术相比，本发明提供的探测效率检测方法因为事先去除了采集数据中的活度相关因子，将射源(被采集物体)几何分布相关的信息剔除，可以更准确地得到正确的与当前活度条件相匹配的固有晶体探测效率。进一步地，本发明提供的探测效率校正方法及装置，既改善了归一化校正的成像均一性，又能解决固有晶体探测效率随活度不规律变化的难题，且易于实现。

附图说明

图1是本发明一实施例中正电子发射成像系统结构示意图；

图2是本发明一实施例中探测器环的示意性横断面图；

图3是本发明一实施例中探测效率检测方法流程示意图；

图4是本发明一实施例中探测效率校正方法流程示意图；

图5是本发明一实施例中活度相关因子拟合函数示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

在本发明的一个实施例中，如图1所示，PET装置1以控制部10为中枢，具有机架20、信号处理部30、同时计数部40、存储部50、重建部60、显示部70以及操作部80。

图2为配置在机架20上的探测器环100的示意性横断面图。机架20具有沿圆周的中心轴Z排列的多个探测器环100组成的探测器阵列。探测器环100具有排列在中心轴Z周围的圆周上的多个探测器200。探测器环100的开口部上形成有采集视野(Field Of View，FOV)。将载有被检体P的床板500插入探测器环100的开口部，以使得被检体P的摄像部位进入FOV。被检体P以使体轴与中心轴Z一致的方式被载置在床板500上。在被检体P内，为了PET摄影而注入利用放射性同位素标识的药剂。探测器200检测从被检体P内部放出的成对湮没γ射线，生成与检测出的成对湮没γ射线的光量相应的脉冲状电信号。

具体情况可以是，探测器200具有多个闪烁体器件300与多个光电转换器件400。闪烁体器件300接收来自被检体P内的放射性同位素的成对湮没γ射线，产生闪烁光。各闪烁体器件被配置为各闪烁体器件的长轴方向与探测器环100的径向大致一致。光电转换器件400被设置在与正交于中心轴Z的径向有关的、闪烁体器件300的一端部上。典型情况可以是，探测器环100中所包含的多个闪烁体器件300与多个光电转换器件400被排列成同心圆筒状。在闪烁体器件300中所产生的闪烁光在闪烁体器件300内传播，并朝向光电转换器件400。光电转换器件400产生与闪烁光的光量相应的脉冲状电信号。所产生的电信号，如图1所示，被供给信号处理部30。

信号处理部30根据来自光电转换器件400的电信号生成单事件数据(Single Event Data)。具体情况可以是，信号处理部30实施检测时刻测量处理、位置计算处理以及能量计算处理。在检测时刻测量处理中，信号处理部30测量探测器200的γ射线的检测时刻。具体情况可以是，信号处理部30监视来自光电倍增管400的电信号的峰值。然后，信号处理部30测量电信号的峰值超过预先设定的阈值的时刻作为检测时刻。即，信号处理部30通过检出电信号的强度超过阈值这一情况，从而电检测湮没γ射线。在位置计算处理中，信号处理部30根据来自光电转换器件400的电信号，计算湮没γ射线的入射位置。湮没γ射线的入射位置与湮没γ射线入射到的闪烁体器件300的位置坐标对应。在能量计算处理中，信号处理部30根据来自光电转换器件400的电信号，计算入射至闪烁体器件300的湮没γ射线的能量值。所生成的单事件数据被供给至同时计数部40。

同时计数部40对与多个单事件有关的单事件数据实施同时计数处理。具体情况可以是，同时计数部40从重复供给的单事件数据中重复确定容纳在与预先设定的时间范围内的2个单事件有关的事件数据。时间范围被设定为例如6ns～18ns左右。该成对的单事件被推测为由来于从同一成对湮没点产生的成对湮没γ射线。成对的单事件概括地被称为符合事件。连结检测出该成对湮没γ射线的成对的探测器200(更详细说是闪烁体器件300)的线被称为响应线(Line OfResponse，LOR)。这样，同时计数部40针对每一LOR计数符合事件。与构成LOR的成对的事件有关的事件数据(以下，称为符合事件数据)被存储至存储部50。重建部60根据与多个符合事件有关的符合事件数据，重建表现被检体内的放射性同位素的浓度的空间分布的图像数据。

在采集数据并重建图像过程中，受PET系统结构设计、前端晶体与光电转换器件的耦合方式、各电子学探测通道性能差异的影响，对于置中均匀分布的射源，PET晶体探测器所探测的计数却各不相同(理论上此种情况计数应相同)，因此需要通过该计数差异对各计数通道的探测效率进行检测及校正，以获得更高质量的成像，此过程即归一化校正。

多因子归一化方法将影响系统探测效率的因素分解为几何校正因子、随活度变化的因子和活度无关因子，采集少量的中心桶源数据进行统计分别计算各因素所对应的探测效率系数，可以避免直接归一化校正方法的缺陷，也可以避免自归一化校正受滤波方法的影响。几何校正因子受限于系统几何结构设计，在系统出厂前测量一次即可；考虑光电转换器件的探测效率和系统电子学设计随射源活度增大呈现规律性的变化，随活度变化的因子基于系统基本结构单元被单独计算，称为活度相关因子，将其随活度变化规律通过曲线拟合得到，从而在应用中仅测量低活度的因子，高活度因子通过拟合的参数计算即可；活度无关的因子与系统特性有关，主要是针对晶体特性，称为固有晶体探测效率，并认为系统电子学性能足够稳定时，该因子与活度不相关。该方法存在的缺陷如背景技术部分所述，固有晶体探测效率并非完全与活度无关，而是随活度增大呈现无规律的变化，因而该方法存在准确性的问题。

不同于现有方案，本发明利用事先已获取的活度相关因子，在采集过程中事先去除了采集数据中的活度相关因子的影响，将射源(被采集物体)几何分布相关的信息剔除，可以更准确地得到正确的与当前活度条件相匹配的固有晶体探测效率。

在本发明提供探测效率检测方法的一个实施例中，获取影响探测效率的第一活度相关因子；使用该正电子发射断层成像系统进行第二采集，并根据第二采集所得数据及所述第一活度相关因子获取影响探测效率的第二活度相关因子；在所述第二采集所得数据中，去除受所述第二活度相关因子影响的信息，及去除受被采集物体的几何分布信息影响的信息，以获取探测器固有晶体探测效率。

以下结合图3，对该实施例的实现细节做进一步说明。

首先执行步骤S101，使用该正电子发射断层成像系统进行第一采集，获取探测效率的第一活度相关因子。第一采集的目的在于获取系统的活度相关因子的变化曲线(规律)，以在后续的实际采集过程中，根据该变化规律进行实际采集数据活度相关因子的获取。在本实施例中，第一采集的方式可以为对置于成像系统采集视野中心的活度均匀分布(如局部均匀分布、及整体均匀分布)的放射源(例如桶源)进行的采集，采集的内容可为对不同活度的桶源进行的采集，亦可为对多个相同活度的桶源(桶源之间活度不相同)进行的采集。此处活度相关的因子是指影响探测系统效率的物理因素中和活度相关的因素，可分解成轴向(即图2中平行于中心轴Z的方向)和径向(即沿图2中探测器环100的半径方向)两部分，例如，以系统电子学结构为一个模组为例，分别称为该模组的轴向活度相关因子(axial profile)和径向活度相关因子(transaxial profile)。在本实施例中，采集不同活度的置中桶源数据，针对各活度分别计算轴向活度因子和径向活度因子，以获得第一活度相关因子。

执行步骤S102，使用该正电子发射断层成像系统进行第二采集，并根据第二采集所得数据及所述第一活度相关因子获取探测效率的第二活度相关因子。第二采集对被扫描物体的形状、活度分布、扫描视野的位置等没有限制，例如，可以为对模体数据进行的采集，或者在临床成像时对受检者的临床数据进行的采集。此处，可根据S1步骤中第一采集数据所获取的第一活度相关因子(径向及轴向活度相关因子)进行函数拟合，其中“根据第二采集所得数据及所述第一活度相关因子获取探测效率的第二活度相关因子”可包括：根据第一活度相关因子进行函数拟合，将第二采集数据代入该函数以计算获得第二活度相关因子。具体地，如图5所示，可将第一活度相关因子(如图5中a区域对应的轴向/径向活度相关因子)作为各活度计数率的函数进行拟合，给出相应的多项式参数，进行多项式拟合获得一定规律的函数(如图中曲线所示)，并将第二采集数据(如b区所对应的活度计数信息)代入该函数，用于按计数率查找对应的值，以获得第二活度相关因子(如b区所对应的轴向/径向活度相关因子)。

执行步骤S103，在所述第二采集所得数据中去除所述第二活度相关因子的信息，并去除第二采集中被采集物体的几何分布信息，以获取探测器固有晶体探测效率。此处，所述去除第二采集数据中的第二活度相关因子信息，即利用第二活度相关因子对第二采集数据进行校正，以去除该部分因子对数据的影响，所得数据为计算活度相关因子校正后的各探测通道的计数分布。进一步地，并去除第二采集中被采集物体的几何分布信息，即消除因射源几何分布对探测数据的影响。理论上可认为，系统所接受的计数受射源几何分布和各探测器通道探测效率两部分因素的影响，前者在接收计数分布上表现为低频分布，后者在接收计数分布上表现为高频分布，因此对此计数分布进行滤波处理(低频滤波)，即可剔除射源几何分布对第二采集数据带来的影响，生成最终的固有晶体探测效率。此固有晶体探测效率是从实际的模体或者受检体数据获得，因而是与实际射源的活度相匹配的，进一步地，可以较好地实现实际数据(第二采集数据)的校正。此方法因为事先剔除了实际数据(第二采集数据)中的活度相关因子，减少了计数分布中的居于中间的频率分布信息，使得低频滤波方法可以更准确地将射源几何分布相关的信息剔除，得到正确的与当前活度条件相匹配的固有晶体探测效率。此方法既改善了自归一化校正的成像均一性，又能解决固有晶体探测效率随活度不规律变化的难题。

在本发明提供的探测效率检测方法基础上，本发明还提供一种探测效率校正方法，以下结合图4进行进一步说明。

执行步骤S201，获取影响该成像系统探测效率的几何结构因子。该步骤可具体为，对围绕系统采集视野中心轴旋转的均匀棒源进行数据采集(亦可采用平板源，或采用平扫的棒源的方式进行)，并分别计算其径向几何因子及晶体干涉因子，根据该径向几何因子(radial geometrical factor)及晶体干涉因子(Crystal interference)确定所述几何结构因子。值得一提的是，此两个因子仅与系统结构相关，对一固定的系统结构，仅测量一次即可。因此，此步骤对于几何结构因子的获取，可以是实时进行的测量获得的，亦可以是通过读取或输入已存储的几何结构因子的方式进行的获取，本发明对该因子的获取方式不做限定。

执行步骤S202，获取探测效率的第一活度相关因子。该步骤的实现过程可类似于S102步骤内容，其方式可以为对置于成像系统采集视野中心的活度均匀分布的放射源(例如桶源)进行的采集，采集的内容可为对不同活度的桶源进行的采集，针对各活度分别计算轴向活度因子和径向活度因子，以获得第一活度相关因子。此处，对于固定的系统而言，其影响探测效率的活度相关因子在一定时期内对采集数据的影响也是保持相对稳定的(即活度相关因子根据采集数据的变化在一定时间内遵循误差可接受范围的规律变化)，因而该第一采集也并非每次临床扫描均需执行，所述的第一活度相关因子，可以是通过实时采集放射源数据的方式获取的，亦可以是通过读取或输入已存储的活度相关因子的方式进行的获取。

执行步骤S203，获取探测器固有晶体探测效率。具体地，可根据上述图3所示的S101至S103步骤方法获取探测器固有晶体探测效率，在此不予赘述。

继续如图4所示，执行步骤S204，利用所述几何结构因子、第一活度相关因子及探测器固有晶体探测效率，对采集数据进行归一化校正。具体地，可首先利用几何结构因子对采集数据进行校正，再利用活度相关因子(第一活度相关因子)对校正后的采集数据进行活度相关因子的校正，例如，将第一活度相关因子作为各活度计数率的函数进行拟合，给出相应的多项式参数，并将第二采集数据代入该函数，用于按计数率查找对应的值，以获得第二活度相关因子，并利用第二活度相关因子对利用几何结构因子校正后的采集数据进行校正，再利用步骤S203所提供的根据采集数据自适应的探测器固有晶体探测效率进行校正，以获得校正后数据。本领域技术人员理解，上述校正步骤也可根据实际采集需求进行顺序的变更，如先进行探测器固有晶体效率的校正，再进行活度相关因子的校正，最后进行几何结构因子的校正等。

随后再校正后数据进行包括随机校正、散射校正、衰减校正等至少一种的其他种类校正，进行数据重建以获得图像。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于计算机可读存储介质中，存储介质可以包括但不限于：软盘、光盘、CD-ROM、磁光盘、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)、EPROM(可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、磁卡或光卡、闪存、或适于存储机器可执行指令的其他类型的介质/机器可读介质。

例如，进一步地，本发明还提供一种正电子发射断层成像系统探测效率校正装置包括：几何结构因子获取单元，用于获取影响该探测系统探测效率的几何结构因子；第一活度相关因子获取单元，用于获取所述第一活度相关因子；探测器固有晶体探测效率获取单元，用于根据前述实施例提供的检测方法，获取探测器固有晶体探测效率；校正单元，用于利用所述几何结构因子、第一活度相关因子及探测器固有晶体探测效率，对采集数据进行归一化校正。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。