本专利申请要求于2017年4月24日提交的、申请号为201710270179.6、发明名称为“一种时间校准方法和装置”的中国专利申请的优先权，该申请的全文以引用的方式并入本文中。
技术领域
本公开涉及涉及核医学成像技术，特别涉及图像重建方法和PET(Positron Emission Computed Tomography，正电子发射型计算机断层显像)设备。
背景技术：
PET除显示形态结构外，还能够利用活体代谢在分子水平上提供有关脏器及其病变的功能信息，在诊断肿瘤、心血管和神经系统等疾病中具有卓越性能。PET的工作原理是在受检对象中注射含有放射性核素的药物，放射性核素发生衰变产生正电子，正电子与周围的负电子湮灭产生一对背靠背的伽马光子。如果PET设备的探测器在给定的时间差内接收到这对背靠背的伽马光子，此为探测到符合事件。可以根据符合事件的信息重建出被检体的体内图像。探测器可包括多个闪烁晶体和光电倍增管。由于各个闪烁晶体的性能不一致性等因素，各个晶体上对探测到伽马光子的时间判定精度可能不同，从而影响PET图像的重建。
因此，需要对晶体探测到伽马光子的时间进行校准。例如，可以在PET设备中心放置注源的模体，获取响应线(1ine-of-response，LOR)上的单峰时间-符合事件曲线，通过迭代算法来校准晶体上的时间差。这种方法要求扫描的模体中心与PET设备的中心完全重合，但是实际中很难做到，从而影响时间差校准的精度。
技术实现要素：
有鉴于此，本公开提供一种图像重建方法和PET设备，以提高时间校正的准确性。
具体地，本公开是通过如下技术方案实现的：
第一方面，提供一种图像重建方法，所述方法包括：
通过扫描PET设备中放置的模体，获取晶体对探测到的符合事件以及每个所述晶体对探测到所述符合事件的时间差，其中
所述晶体对包括所述PET设备的探测器中的两个晶体；
所述晶体对探测到符合事件表示所述两个晶体探测到了源自同一正电子湮灭事件的两个光子；
所述晶体对探测到所述符合事件的时间差表示所述两个晶体之一探测到所述两个光子之一的第一时间与所述两个晶体之另一探测到所述两个光子之另一的第二时间之间的差；
根据所述符合事件重建模体图像；
针对所述探测器中的每个晶体，
根据所述模体图像确定基于所述晶体的晶体对的源位置偏差，其中所述源位置偏差表示所述晶体对的响应线的中点与所述响应线位于所述模体部分的中心位置之间的距离；
根据基于所述晶体的晶体对的所述源位置偏差得到基于所述晶体的晶体对的源时间差；
根据所述晶体对探测到所述符合事件的时间差确定所述晶体对的时间差；
根据基于所述晶体的晶体对的所述源时间差，对所述晶体对的时间差进行预校正，得到所述晶体对基于所述晶体的预校正后的时间差；
根据所述晶体对基于所述晶体的预校正后的时间差进行迭代，获得所述晶体的时间校正量；
通过利用所述PET设备扫描被检体，获得所述探测器中的所述晶体的事件采集时间，其中每个所述事件采集时间表示在所述扫描过程中所述晶体之一检测到伽马光子的时刻；
根据每个所述晶体的所述时间校正量，校正每个所述晶体的所述事件采集时间；
根据每个所述晶体的校正后的所述事件采集时间确定所述被检体的符合事件；以及
根据所述被检体的符合事件重建所述被检体的图像。
第二方面，提供一种PET设备，所述设备包括：含多个晶体的探测器、处理器和机器可读存储介质，各所述晶体用于探测伽马光子，所述处理器通过读取并执行所述机器可读存储介质上所存储的机器可执行指令，所述处理器被促使来执行第一方面所述的图像重建方法。
本公开提供的图像重建方法和PET设备，通过根据晶体对基于晶体的源位置偏差对晶体对的时间差进行预校正，进而根据晶体对基于晶体的预校正后的时间差迭代计算得到晶体的时间校正量。这样，PET设备的探测器中晶体的时间采集时间更为准确。
附图说明
图1是本公开一示例性实施例示出的一种PET设备的结构示意图；
图2是本公开一示例性实施例示出的一种图像重建方法的流程图；
图3是本公开一示例性实施例示出的一种位置偏差示意图；
图4是本公开一示例性实施例示出的单峰直方图；
图5是本公开一示例性实施例示出的晶体关联扇形面的示意图；
图6是本公开一示例性实施例示出的一种PET设备的硬件结构示意图；
图7是本公开一示例性实施例示出的一种图像重建控制逻辑的功能模块图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
图1是一个例子中的PET设备100的结构示意图，如图1所示，该PET设备100可以包括探测器101，该探测器101可以是一个环形探测器，其包括很多的闪烁晶体和光电倍增管。当扫描被检体时，被检体可以被放置在扫描床102上，由扫描床102带动至环形的探测器101中。
被检体在被扫描前可以注射了含有放射性核素的药物，放射性核素发生衰变产生正电子，正电子与被检体内的负电子湮灭产生一对背靠背的伽马光子。以下，可将源自同一个电子湮灭的两个光子称为光子对。光子可以被探测器101中的闪烁晶体探测到。以下，可将晶体探测到光子称为事件。光电倍增管可以将晶体探测到光子的事件信息传输至处理单元103，处理单元103可以判定各个晶体探测到的光子中哪些是来源于同一个电子湮灭，并将探测到源自同一个电子湮灭的两个光子称为符合事件，将探测到符合事件的两个晶体称为晶体对。符合事件的信息可以被送往图像重建单元104，用于重建PET图像。
其中，每个晶体都可以记录探测到事件的时间即晶体的事件采集时间。实际实施中，由于各个晶体的性能不一致性等因素，导致各个晶体上对探测到伽马光子的时间判定精度可能不同，从而使得晶体的事件采集时间不太准确。然而，该时间在PET的信息处理中非常重要。例如，以TOF-PET(Time of flight-PET)为例，PET设备可以根据上述晶体对探测到光子对的时间差，估算出正电子发生湮灭的大体位置，然后用于图像重建。因而，时间准确性关系到所估算出的湮灭位置的准确性以及图像重建的质量。有鉴于此，本公开提供的图像重建方法要对PET探测器中的各个晶体的事件采集时间进行校准。
PET探测器中晶体的事件采集时间的校准，可以在PET设备正式使用前进行，并且，可以是在PET设备中心附近放置一个作为放射源的对称性模体，该模体可以是实心的棒源、注源的实心圆柱模体或者圆筒状模体。当扫描该模体时，PET设备的探测器101就可以获得到伽马光子，并通过信息处理得到各个符合事件。通过扫描模体得到的符合事件的信息就可以用于对晶体的事件采集时间进行校正。
图2是本申请一实施例示出的图像重建方法的流程图，可以包括：
在步骤201中，扫描放置在PET设备中的对称性放射源模体，得到每个晶体对探测到的符合事件，并获取到所述晶体对探测到所述符合事件的时间差。
以第一晶体A和第二晶体B这一晶体对接收到一个符合事件为例，该符合事件中的两个伽马光子源自扫描模体时的同一个电子湮灭事件，且该两个伽马光子分别被第一晶体A和第二晶体B探测到。假设第一晶体A探测到第一事件的第一时间是TA，第二晶体B探测到第二事件的第二时间是TB，那么这个晶体对探测到符合事件的时间差是TA-TB。以下，晶体对中的两个晶体之间的事件采集时间差也可称为晶体对接收到符合事件的时间差。可以理解的是，晶体对A，B可以检测到多个符合事件。
在步骤202中，根据符合事件重建模体图像。
可以根据符合事件重建模体图像。还可以计算模体的中心位置在哪里。例如，可以利用扫描得到的符合事件重建模体图像，对重建的模体图像进行滤波平滑，并利用质心法求出每一层重建的模体图像的对称中心(xp,yp)。每一层重建的模体图像的对称中心表示放射源在该层上的中心位置。其中，质心法计算公式可如下：
上述的公式1中，i表示像素序号，xi表示像素i对应的x坐标，yi表示像素i对应的y坐标，Ii表示像素i对应的像素值，最终得到每一层重建的模体图像(后文被称为图像层)的中心为P(xP,yP,zp)，其中，Zp是所计算的图像层的Z坐标值，即所述图像层在轴向上的坐标值，xp是所计算的图像层的对称中心的x坐标，yp是所计算的图像层的对称中心的y坐标。
在步骤203中，根据所述模体图像确定所述晶体对基于第一晶体的源位置偏差，并根据所述晶体对基于第一晶体的源位置偏差得到所述晶体对基于第一晶体的源时间差。
本例子中，导致PET探测晶体对中的两个晶体之间的事件采集时间差的原因之一即源位置偏差。这是因为，如果模体的中心位置正好是PET设备的中心位置，那么将不会有源位置偏差导致的事件采集时间差。因此，本步骤将计算所述源位置偏差导致的事件采集时间差。
结合图3所示，作为放射源的模体31是一个实心的圆柱模体，放射源在一层图像中的中心位置是P(xP,yP,zp)，其中zp是模体31轴向上的中心Z坐标。第一晶体A和第二晶体B是探测到符合事件的晶体对，该晶体对的两个晶体之间的连线AB即为响应线32，点C是响应线32上的中心位置。点D(xD，yD，zD)是响应线32与模体31相交部分的中心点。
理想状态下，点D应与点C重合，此时晶体对A和B接收符合事件的时间差是零，但是如图3所示的状态，点D与点C之间可能存在距离，导致晶体对接收符合事件的时间差不为零。由于晶体对A和B探测到的符合事件的光子可以是从响应线32与模体31交叠的部分发射出来，点D与点C之间的距离可导致晶体对A和B探测符合事件的光子的时间差，即为源位置偏移导致的晶体采集事件的时间差，又可简称为源时间差。
本步骤203中，可以先计算点D与点C之间的距离。考虑到模体31在较小的轴向范围内可以保证轴向偏差极小，这里假设模体31的轴向偏差为0，并假设晶体A和B的坐标为A(xA,yA,zA)和B(xB,yB,zB)，利用点D在直线AB上且是直线AB与模体31相交的中点，可以按照如下公式计算：
而|AC|＝0.5*|AB|，则上述点D和点C相对于第一晶体A的距离可表示为：
转变为点D和点C相对于第一晶体A的伽马光子行进时间差为：
本例子中，是以针对第一晶体A计算时间校正量为例进行描述，针对其他各个晶体计算时间校正量可以按照同样的方法计算。如上述的公式2至公式4所示，可以计算得到伽马光子在由湮灭位置向第一晶体A行进的路线中由于源位置偏差导致的行进距离差，并进而得到伽马光子的行进时间差。在一实施例中，伽马光子的行进时间差可被称为晶体对A，B基于第一晶体的源时间差。在图3所示的本例子中，计算得到晶体对A，B基于第一晶体的源时间差。
在步骤204中，根据所述晶体对探测符合事件的各个时间差，确定所述晶体对的时间差，并根据所述晶体对基于第一晶体的源时间差，对所述晶体对的时间差进行预校正，得到所述晶体对基于所述第一晶体的预校正后的时间差。
以针对TOF-PET的晶体对中的第一晶体A的事件采集时间进行校正为例。在晶体对包括第一晶体和第二晶体的情况下，若要对第一晶体和/或第二晶体的事件采集时间进行校正，则需计算晶体对的时间差。
下面描述如何确定晶体对的时间差。可以理解的是，晶体对A，B可以检测到多个符合事件。晶体对探测到的各个符合事件的时间差可以确定。晶体对探测到各个符合事件的时间差可以确定。晶体对探测到各个符合事件的时间差对应的计数可以确定。可以根据晶体对探测到各个符合事件的时间差及对应的计数可以绘制直方图。图4是本申请一实施例示出的单峰直方图，其中横轴是各个符合事件的时间差，纵轴是时间差对应的计数。可以通过高斯函数拟合确定峰值位置。直方图的峰值位置对应的时间差可被确定为晶体对的时间差。
当模体为实心棒源或者注源的实心圆柱模体时，直方图的峰值位置可以如图4所示。当模体是圆筒状模体时，得到的直方图可以是双峰直方图。对于双峰直方图，可以先通过高斯函数拟合计算两个单峰位置的峰值对应的两个时间差，这两个时间差的平均值可作为晶体对的时间差TOFA_AB。
在一实施例中，可以判断第一晶体的事件采集时间是否延迟。当第一晶体的事件采集时间延迟时，从晶体对的时间差减去晶体对基于第一晶体的源时间差可以得到晶体对基于第一晶体的预校正后的时间差。在步骤203，获取晶体对基于第一晶体的源时间差。结合图3，由于放射源中心D在晶体对的响应线中心C的右侧，更靠近第二晶体B，所以实际上第一晶体A的事件采集时间相对于第二晶体B的事件采集时间是延迟的。晶体对基于第一晶体的预校正后的时间差可以根据下面的公式5获得：
在步骤205中，根据晶体对基于该第一晶体的预校正后的时间差，迭代获得所述第一晶体的时间校正量。
利用步骤204中计算得到的晶体对基于该第一晶体的预校正后的时间差，可根据第一晶体A关联的扇形区域，迭代估计第一晶体A的时间校正量。第一晶体的时间校正量用于校正第一晶体A的事件采集时间。
图5本申请一实施例示出的第一晶体所关联的扇面的示意图。如图5所示，第一晶体A关联的扇面表示PET设备中检测器的部位，多个第二晶体位于该部位上并且与第一晶体A配对以检测符合事件。例如，如图5所示，扇面上可能有多个第二晶体B与第一晶体A相对。假设第二晶体包括晶体B1、B2、B3等，晶体A和晶体B1是接收到第一符合事件的晶体对，晶体A和晶体B2是接收到第二符合事件的晶体对，晶体A和晶体B3是接收到第三符合事件的晶体对。
设定第一晶体A的时间校正量的初始值晶体对A和B基于第一晶体A的时间差的初始值是晶体对基于该第一晶体的预校正后的时间差可按照如下公式6-8迭代：
其中，表示第i次迭代第一晶体A的时间校正量，是第i次迭代的第一变量，是第i次迭代的第二变量，FanA是晶体A关联的扇形区域，n是第一晶体A的关联扇形区域FanA上的第二晶体的个数，是指晶体对A和B基于第一晶体A第i次迭代的时间差，其初始值可为步骤204中所计算出的晶体对基于第一晶体A的预校正后的时间差。迭代可以在迭代次数i达到预设的最大迭代次数时终止，或者在第i+1次迭代得到的晶体对A和B基于第一晶体A的时间差小于预设的一个阈值时终止。
最后获得晶体A的时间校正量即最后第N次迭代得到的晶体A的时间校正量，N表示最大迭代次数。
在步骤206中，根据对应所述时间校正量，通过用PET设备扫描被检体获取探测器中各个晶体的事件采集时间，并校正所述晶体的事件采集时间。
本步骤中，在用PET设备扫描被检体的情况下，获取第一晶体的事件采集时间，随后根据步骤205中得到的时间校正量校正第一晶体A的事件采集时间，例如，可以按照如下公式校正：
在步骤207，基于各个晶体的校正后的事件采集时间确定被检体的符合事件，并基于被检体的符合事件重建被检体的图像。
此外，本例子还可以根据获得的每个晶体的时间校正量建立时间校正表，表中值为各个晶体及其对应的时间校正量当PET设备正式用来扫描被检体时，可获取到各个晶体的事件采集时间。这时，可以通过查找该时间校正表，得到晶体对应的时间校正量并据此对晶体采集事件的时间信息进行校正。
通过根据晶体对基于第一晶体的源位置偏差对晶体对的时间差进行预校正，进而根据晶体对基于第一晶体的预校正后的时间差迭代计算得到第一晶体的时间校正量。这样，PET设备的探测器中的第一晶体的时间采集时间更为准确。
上述图2所示流程中的各个步骤，其执行顺序不限制于流程图中的顺序。此外，各个步骤的描述，可以实现为软件、硬件或者其结合的形式，例如，本领域技术人员可以将其实现为软件代码的形式，可以为能够实现所述步骤对应的逻辑功能的机器可执行指令。当其以软件的方式实现时，所述机器可执行指令可以存储在机器可读存储介质中，并被设备中的处理器执行。
例如，参见图6所示，对应于上述方法，本公开同时提供一种PET设备，该设备可以包括PET探测器1701、处理器1702以及机器可读存储介质1703，其中，探测器中包括多个晶体，所述晶体用于探测来自正电子湮灭事件的伽马光子。处理器1702和机器可读存储介质1703通常借由内部总线1704相互连接。在其他可能的实现方式中，所述设备还可能包括外部接口1705，以能够与其他设备或者部件进行通信。进一步地，机器可读存储介质1703上存储有图像重建控制逻辑1706，该控制逻辑1706可以是从功能上划分的逻辑模块。
图7是本公开一示例性实施例示出的一种图像重建控制逻辑的功能模块示意图。如图7所示，该图像重建控制逻辑1706可以包括：信息处理模块71、第一图像重建模块72、偏差确定模块73、预校正模块74、迭代计算模块75、校正处理模块76和第二图像重建模块77。
信息处理模块71，用于通过扫描PET设备中放置的模体，获取晶体对探测到的符合事件以及每个所述晶体对探测到所述符合事件的时间差；
第一图像重建模块72，用于根据所述符合事件重建模体图像；
偏差确定模块73，用于根据所述模体图像确定基于所述晶体的晶体对的源位置偏差，并根据基于所述晶体的晶体对的所述源位置偏差得到基于所述晶体的晶体对的源时间差，其中所述源位置偏差表示所述晶体对的响应线的中点与所述响应线位于所述模体部分的中心位置之间的距离；
预校正模块74，用于根据所述晶体对探测到所述符合事件的时间差确定所述晶体对的时间差，并根据基于所述晶体的晶体对的所述源时间差，对所述晶体对的时间差进行预校正，得到所述晶体对基于所述晶体的预校正后的时间差；
迭代计算模块75，用于根据所述晶体对基于所述晶体的预校正后的时间差进行迭代，获得所述晶体的时间校正量；
校正处理模块76，用于通过利用所述PET设备扫描被检体，获得所述探测器中的所述晶体的事件采集时间，并根据每个所述晶体的所述时间校正量，校正每个所述晶体的所述事件采集时间，其中每个所述事件采集时间表示在所述扫描过程中所述晶体之一检测到伽马光子的时刻。
第二图像重建模块77，用于根据每个所述晶体的校正后的所述事件采集时间确定所述被检体的符合事件，并根据所述被检体的符合事件重建所述被检体的图像。
此外，图2所示的流程还可以被包括在机器可读存储介质1703中，所述介质上存储有图像重建控制逻辑对应的机器可读指令，并且这些介质可以与执行指令的处理器1702连接，介质上存储的所述指令能够被处理器1702执行上述图像重建方法。
下面以软件实现为例，进一步描述PET设备如何执行该图像重建控制逻辑。在该例子中，本公开控制逻辑应理解为存储在机器可读存储介质1703中的机器可执行指令。当本公开的PET设备上的处理器1702执行该控制逻辑时，该处理器1702通过调用机器可读存储介质1703上保存的机器可执行指令来执行上述图像重建方法。
在本公开中，机器可读存储介质可以是多种形式，比如，在不同的例子中，所述机器可读存储介质可以是：RAM(Radom Access Memory，随机存取存储器)、易失存储器、非易失性存储器、闪存、存储驱动器(如硬盘驱动器)、固态硬盘、任何类型的存储盘(如光盘、dvd等)，或者类似的存储介质，或者它们的组合。在某些实施例中，所述机器可读存储介质还可以是纸张或者其他合适的能够打印程序的介质。使用这些介质，这些程序可以被通过电学的方式获取到(例如，光学扫描)、可以被以合适的方式编译、解释和处理，然后可以被存储到机器可读存储介质中。
以上所述仅为本公开的较佳实施例而已，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开保护的范围之内。