能量校正方法、装置、控制台设备及PET系统与流程

本说明书涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种能量校正方法、装置、控制台设备及pet系统。

背景技术：

pet(positronemissiontomography，正电子发射型断层显像)是当今最先进的大型医疗诊断成像技术之一。pet成像的原理是：在受检体中注射含有放射性核素的示踪剂，示踪剂衰变产生正电子，正电子与负电子湮灭发出两个方向相反且能量相等的光子对，pet系统的环形探测器探测到该光子对后，通过一系列处理，重建出具有临床诊断意义的pet图像。

pet成像的关键在于获取到脉冲信号准确的能量信息和时间信息。相关技术中，通常利用固定阈值滤除处理电路的基线对能量测量产生的影响。但由于在实际的系统中，受到探测器漏电流、温度变化、ac耦合电容上的电荷积累、噪声干扰等因素的影响，脉冲信号往往叠加在一个不稳定的基线上，通过固定阈值并无法消除不稳定的基线引起的测量误差，使得pet系统的能量分辨率恶化，从而导致基于上述能量信息重建出的pet图像的质量变差。

技术实现要素：

为克服相关技术中存在的问题，本说明书提供了一种能量校正方法、装置、控制台设备及pet系统。

具体地，本申请是通过如下技术方案实现的：

第一方面，提供一种能量校正方法，所述方法应用于正电子发射断层显像pet系统的控制台设备，所述pet系统还包括探测器，所述探测器包括多个闪烁晶体及相应的多个光电转换器件和处理电路，所述方法包括：

针对每个闪烁晶体，在所述pet系统扫描过程中，基于所述闪烁晶体单位时间探测到的光子信号的数量，确定处理电路的基线采样数目；

在利用闪烁晶体探测到光子信号能量结束到探测到下一个光子信号能量开始期间，对处理电路的基线进行采样；

在采集到基线信号的采样点数目达到所述基线采样数目时，对采样值进行均值处理得到平均基线值；

利用所述平均基线值对光子信号的能量值进行校正。

第二方面，提供一种能量校正装置，所述装置应用于pet系统的控制台设备，所述pet系统还包括探测器，所述探测器包括多个闪烁晶体及相应的多个光电转换器和处理电路，所述装置包括：

确定单元，用于针对每个闪烁晶体，在所述pet系统扫描过程中，基于闪烁晶体单位时间探测到的光子信号的数量，确定处理电路的基线采样数目；

采样单元，用于在利用闪烁晶体探测到光子信号能量结束到探测到下一个光子信号能量开始期间，对处理电路的基线进行采样；

获得单元，用于在采集到基线信号的采样点数目达到所述基线采样数目时，对采样值进行均值处理得到平均基线值；

校正单元，用于利用所述平均基线值对光子信号的能量值进行校正

第三方面，提供一种控制台设备，包括：内部总线，以及通过内部总线连接的存储器、处理器和外部接口；其中，

所述外部接口，用于连接pet系统的探测器，所述探测器包括多个闪烁晶体及相应的多个光电转换器和处理电路；

所述存储器，用于存储能量校正的控制逻辑对应的机器可读指令；

所述处理器，用于读取所述存储器上的所述机器可读指令，并执行如下操作：

针对每个闪烁晶体，在所述pet系统扫描过程中，基于闪烁晶体单位时间探测到的光子信号的数量，确定处理电路的基线采样数目；

在利用闪烁晶体探测到光子信号能量结束到探测到下一个光子信号能量开始期间，对处理电路的基线进行采样；

在采集到基线信号的采样点数目达到所述基线采样数目时，对采样值进行均值处理得到平均基线值；

利用所述平均基线值对光子信号的能量值进行校正。

第四方面，提供一种pet系统，包括：探测器、扫描床和控制台设备，所述探测器包括多个闪烁晶体及相应的多个光电转换器和处理电路；其中，

所述闪烁晶体，用于在所述pet系统扫描过程中，探测被检体内发出的高能光子，并将所述高能光子转换为光信号；

所述光电转换器件，用于将所述光信号转换成电信号；

所述处理电路，用于将所述电信号转换成脉冲信号，采集脉冲信号的能量信息；

所述控制台设备，用于针对每个闪烁晶体，在所述pet系统扫描过程中，基于闪烁晶体单位时间探测到的光子信号的数量，确定处理电路的基线采样数目；在利用闪烁晶体探测到光子信号能量结束到探测到下一个光子信号能量开始期间，对处理电路的基线进行采样；在采集到基线信号的采样点数目达到所述基线采样数目时，对采样值进行均值处理得到平均基线值；利用所述平均基线值对光子信号的能量值进行校正。

本说明书的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本说明书实施例中，通过基于闪烁晶体单位时间探测到的光子信号的数量，确定在光子信号能量结束到下一个光子信号能量开始期间对处理电路的基线进行采样的基线采样数目，并利用平均基线值对光子信号的能量值进行校正。通过动态地获取处理电路的基线值，能够消除基线不稳定引起的能量测量误差，提高pet系统的能量分辨率，从而提高了pet重建图像的质量。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本说明书。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本说明书的实施例，并与说明书一起用于解释本说明书的原理。

图1示出pet系统的应用场景示意图；

图2a是本申请一示例性实施例示出的一种能量校正方法的流程图；

图2b是本申请一示例性实施例示出的光子信号的脉冲示意图；

图3a是本申请一示例性实施例示出的闪烁晶体的计数一致性校正方法的流程图；

图3b是本申请一示例性实施例示出的闪烁晶体的能量分布曲线；

图4a是本申请一示例性实施例示出的一种能量校正控制装置的示意图；

图4b是本申请一示例性实施例示出的另一种能量校正控制装置的示意图；

图5是本申请一示例性实施例示出的一种控制台设备的结构示意图；

图6是本申请一示例性实施例示出的一种pet系统的结构示意图。

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说明书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、本说明书的一些方面相一致的装置和方法的例子。

参见图1，为pet系统的应用场景示意图。该pet系统可以包括pet设备10和控制台设备20。其中，pet设备10可以包括探测器11(petdetector)，以及扫描床12。探测器11如图1所示可以是一个环形探测器，该环形探测器11包括多个探测模块，每个探测模块可以包括依次连接的闪烁晶体、光电转换器件和处理电路。在一个可选的例子中，该处理电路可以为数据采集(daq，dataacquisition)系统电路，daq系统电路可以包括实现不同功能的子电路，例如，前端数据获取电路；扫描床12可以带动被检体至环形探测器11中进行扫描。

应用图1所示的pet系统，在扫描前，被检体可以注射含有放射性核素的示踪剂，在扫描过程中，放射性核素发生衰变产生正电子，正电子与被检体内周围的负电子湮灭产生一对背靠背的伽马光子，伽马光子作为一种高能光子，对可以被探测器11中的一对探测模块的闪烁晶体探测到，闪烁晶体将探测到的高能光子转换为光信号后，传输到光电转换器件，光电转换器件将该光信号转换成电信号后，传输到处理电路，由处理电路将电信号转换成脉冲信号，并可输出脉冲信号的信息，比如，能量信息、时间信息等。

上述探测模块探测到伽马光子的过程称为事件，属于同一个湮灭事件中的两个事件被称作符合事件，符合事件的信息可以用于重建pet图像。结合图1示出的系统，探测器11的每个探测模块的输出可以连接到探测器11的符合处理电路，通过设置合理的能量窗，符合处理电路根据脉冲信号的信息进行符合事件判定，可以剔除散射符合事件，从而能够在重建图像上抑制散射符合时间造成的背景噪声，有助于提高图像的信噪比。其中，散射符合事件是指伽马光子在飞行过程中由于产生康普顿散射，伽马光子与吸收物质的一个电子作用，改变了电子动能的同时使伽马光子改变飞行方向，使得与其他飞行的伽马光子同时进入两个相对的探测器，并发生符合探测。

pet系统的能量分辨率直接影响了能量窗的设置，系统的能量分辨率越高，在后续的散射校正中就能量设置更小的能量窗，更有利于剔除散射符合事件。而系统的能量分辨率往往受到处理电路的基线偏移的影响。

在pet系统中，数据的分析是以零基线为标尺。然而，在实际的系统中，由于受到探测器漏电流、温度变化、ac耦合电容上的电荷积累、噪声干扰等处理电路产生的因素的影响，脉冲信号往往叠加在一个不稳定的基线上，基线的偏移会极大程度恶化能量分辨率。相关技术中，通常利用固定阈值滤除处理电路的基线对能量测量产生的影响，但通过固定阈值并无法消除不稳定的基线引起的测量误差，使得pet系统的能量分辨率恶化，从而导致基于上述能量信息重建出的pet图像的质量变差。

基于上述情况，本申请实施例中，通过基于闪烁晶体单位时间探测到的光子信号的数量，确定在光子信号能量结束到下一个光子信号能量开始期间对处理电路的基线进行采样的基线采样数目，并利用平均基线值对光子信号的能量值进行校正。通过动态地获取处理电路的基线值，能够消除基线不稳定引起的能量测量误差，提高pet系统的能量分辨率，从而提高了pet重建图像的质量。

下面结合图1所示的pet系统对本申请的能量校正实施例进行详细描述。

参见图2a，为本申请能量校正方法的一个实施例流程图，该实施例可以包括以下步骤：

在步骤201中，针对每个闪烁晶体，在pet系统扫描过程中，基于所述闪烁晶体单位时间探测到的光子信号的数量，确定处理电路的基线采样数目。

在本步骤中，闪烁晶体单位时间探测到的光子信号的数量，即为闪烁晶体单位时间探测到的伽马光子的数量。

在一个示例中，通过以下方式对探测到的光子信号，也即伽马光子，进行计数：

在pet系统扫描过程中，湮灭事件产生的一对背靠背的伽马光子被一对相对设置的探测模块探测到，也即被一对相对设置的闪烁晶体探测到，闪烁晶体将探测到的高能光子转换为光信号后，传输到光电转换器件，光电转换器件将该光信号转换为电信号后，传输到处理电路，由处理电路将电信号转换为脉冲信号。在脉冲信号的能量信息符合能量窗的要求，并且在符合电路的时间分辨率范围内判定放射性时间同时发生的情况下，则确定闪烁晶体探测到符合事件的光子信号，对其进行计数。例如可以在系统内设置计数模块，对单位时间内探测到的光子信号的数量进行计数，并输出计数值。

在本步骤中，根据单位时间内的光子信号的计数值来确定处理电路的基线采样数目。

在一个示例中，首先确定闪烁晶体单位时间探测到的光子信号的数量所属的目标数值区间，通过查找预设的数值区间与基线采样数目的对应关系，获得与所述目标数值区间对应的基线采样数目。

数值区间与基线采样数目的对应关系是预先设置的，对应关系表可以存储在系统的存储器中。假设闪烁晶体单位时间探测到的光子信号的数量为n，根据n所属的目标数值区间，通过该对应关系表即可以确定所对应的基线采样数目k。

数值区间n与基线采样数目k的对应关系例如可以如下设置：

举例来说，当闪烁晶体单位时间内探测到的光子信号的数量是900，通过关系式(1)可知该计数值落入0～1000的数值区间，则所对应的基线采样数目k的范围是20～50之间，也即k可取20～50之间的任意值。

当计数值小于1000时，表示被检体内注入的药物较少，两个光子信号之间相差的距离较远，则可以选择较大数目的基线采样数目。基于相似的原理，当计数值较大时，表示被检体内注入的药物较多，则两个光子信号之间的距离较近，则可以选择较小数目的基线采样数目。

在步骤202中，在利用闪烁晶体探测到光子信号能量结束到探测到下一个光子信号能量开始期间，对处理电路的基线进行采样。

在理想情况下，光子信号能量结束到下一个光子信号能量开始期间，是无法探测到能量信号的。但是，由于处理电路基线的偏移，使得光子信号的能量区间外依然能够探测到基线的信号。本实施例正是利用在光子信号的能量区间外所探测到的基线信号，对光子信号的能量值进行校正，以消除基线的偏移对探测到的光子信号的能量值的影响。

在一个示例中，设定系统的低能门限值，当光子信号的能量开始低于该低能门限值，表示光子信号能量结束；当光子信号的能量开始高于该低能门限值，表示光子信号能量开始。本领域技术人员应当理解，光子信号能量开始和能量结束的判断方式并不限于以上所述，也可以设置不同的低能门限值来分别判定光子信号的能量开始和能量结束。

如图2b所示，为某一探测模块输出的光子信号的脉冲示意图。其中，从a点开始，光子信号的能量开始低于低能门限值，表示图2b中第一个光子信号能量结束；从b点开始，光子信号的能量开始高于低能门限值，表示第二个光子信号能量开始。在区间ab内对处理电路的基线进行采样，也即，在光子信号的能量区间外进行基线采样。

在区间ab内，由于基线的偏移使得信号值可能高于低能门限值，在信号值高于低能门限值时，探测模块则能够采集到基线的信号值。图2b中的c点和d点则表示区间ab内采集到基线信号的采样点。

为了示例方便，图2b中仅对其中一个采样区间进行了示意，对于后续的光子信号，基于相似的方法对基线进行采样，图2b中不再一一示出。

在一个示例中，该低能门限值被设置为高于平均信号值，该平均信号值是在pet系统开始扫描之前，关闭所述处理电路、在设定时间所采集到的信号的平均值。

也即，在pet系统开始工作之前，通过关闭处理电路使得采集到的平均信号值为闪烁晶体、光电转换器件自身所产生的噪声，也即系统噪声。通过将低能门限值设置为高于上述平均信号值，避免了系统噪声对基线信号探测的影响。

在步骤203中，在采集到基线信号的采样点数目达到所述基线采样数目时，对采样值进行均值处理得到平均基线值。

在各个光子信号能量结束到下一个光子信号能量开始的区间内，以步骤202中所述的方式对处理电路的基线进行采样。当采集到基线信号的采样点数目达到步骤201中所确定的基线采样数目时，对各个采样点的采样值进行均值处理，得到平均基线值。

以图2b所示的脉冲信号为例，当以箭头表示的采集到基线信号的采样点数目达到基线采样数目时，对各个采样值进行均值处理以得到平均基线值。

在步骤204中，利用所述平均基线值对光子信号的能量值进行校正。

将所探测到的光子信号的能量值减去步骤203中得到的平均基线值，得到校正后的光子信号的能量值。

在本实施例中，通过在光子信号的能量区间外对处理电路的基线信号进行采样，能够获得该处理电路的基线偏移趋势，通过消除基线偏移引起的能量测量误差，能够提高pet系统的能量分辨率，从而提高了pet重建图像的质量。

由于闪烁晶体物理位置的差异，不同的闪烁晶体的计数值是存在一定差异的。在pet系统开始扫描之前，可以通过以下步骤对各个闪烁晶体的计数一致性进行校正：

在步骤301中，利用均匀分布的放射源发射光子，获得探探测器中所有闪烁晶体的能量分布信息；

其中，该能量分布信息包括：闪烁晶体探测到的各个光子能量以及对应各个光子能量的计数。

在步骤302中，基于所述能量分布信息，获得每个闪烁晶体的能量分布曲线；

对于不同的闪烁晶体，其晶体能量分布的曲线是不一致的，这也是系统中各个闪烁晶体计数性能差异产生的原因。基于能量分布信息中，各个光子能量和对应的计数，能够获得每个闪烁晶体的能量分布曲线，如图3b所示。

在步骤303中，调整每个晶体的高能门限值和低能门限值，使所有闪烁晶体能量分布曲线的峰值所对应的能量之差小于设定值。

通过将所有闪烁晶体的能量分布曲线的峰值校正到基本上相同的位置，使得各个闪烁晶体的计数一致性满足需求。

上述图2a和图3a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计算机可执行指令。当其以软件的方式实现时，所述的可执行指令可以存储在存储器中，并被系统中的处理器执行。

与前述能量校正方法的实施例相对应，本申请还提供了能够校正装置、控制台设备及pet系统的实施例。

参见图4a，为本申请能量校正装置的一个实施例框图，该装置应用于pet系统的控制台设备，可以包括：确定单元410、采样单元420、获得单元430和校正单元440。

其中，确定单元410，用于针对每个闪烁晶体，在pet系统扫描过程中，基于闪烁晶体单位时间探测到的光子信号的数量，确定处理电路的基线采样数目；

采样单元420，用于在利用闪烁晶体探测到光子信号能量结束到探测到下一个光子信号能量开始期间，对处理电路的基线进行采样；

获得单元430，用于在采集到基线信号的采样点数目达到所述基线采样数目时，对采样值进行均值处理得到平均基线值；

校正单元440，用于利用所述平均基线值对光子信号的能量值进行校正。

在该能量校正装置中，光子信号能量结束指所述光子信号的能量开始低于低能门限值，光子信号能量开始指所述光子信号的能量开始高于低能门限值。

参见图4b，为本申请能量校正装置的一个实施例框图，该实施例中的能量校正装置在前述图4a所示实施例的基础上，还可以包括：

计数一致性校正单元450，其用于在pet系统开始扫描之前，对各个闪烁晶体的计数一致性进行校正，具体用于：

利用均匀分布的放射源发射光子，获得探测器中所有闪烁晶体的能量分布信息，所述能量分布信息包括所述闪烁晶体探测到的各个光子能量以及对应各个光子能量的计数；

基于所述能量分布信息，获得每个闪烁晶体的能量分布曲线；

调整每个晶体的高能门限值和低能门限值，使所有闪烁晶体能量分布曲线的峰值所对应的能量之差小于设定值。

参见图5，为本申请控制台设备的一个实施例示意图，该控制台设备可以包括：通过内部总线510连接的存储器520、处理器530和外部接口540。

其中，所述外部接口540，用于连接pet系统的探测器，所述探测器包括多个闪烁晶体及相应的多个光电转换器和处理电路；

存储器520，用于存储能量校正的控制逻辑对应的机器可读指令；

处理器530，用于读取存储器520上的所述机器可读指令，并执行所述指令以实现如下操作：

针对每个闪烁晶体，在所述pet系统扫描过程中，基于闪烁晶体单位时间探测到的光子信号的数量，确定处理电路的基线采样数目；

在利用闪烁晶体探测到光子信号能量结束到探测到下一个光子信号能量开始期间，对处理电路的基线进行采样；

在采集到基线信号的采样点数目达到所述基线采样数目时，对采样值进行均值处理得到平均基线值；

利用所述平均基线值对光子信号的能量值进行校正。

参见图6，为本申请pet系统的一个实施例示意图，该pet系统可以包括：探测器610、扫描床620和控制台设备630，探测器610包括多个探测模块611，每个探测模块611包括闪烁晶体6111、光电转换器件6112和处理电路6113，为了示例方便，图6中对于示出的n个探测模块611，仅对其中一个探测模块1的结构进行了示意，其他探测模块的结构与其相同，图6中不再一一示出。

其中，所述闪烁晶体6111，用于在所述pet系统扫描过程中，探测被检体内发出的高能光子，并将所述高能光子转换为光信号；

光电转换器件6112，用于将所述光信号转换成电信号；

处理电路6113，用于将所述电信号转换成脉冲信号，采集脉冲信号的能量信息；

控制台设备630，用于针对每个闪烁晶体，在所述pet系统扫描过程中，基于闪烁晶体单位时间探测到的光子信号的数量，确定处理电路的基线采样数目；在利用闪烁晶体探测到光子信号能量结束到探测到下一个光子信号能量开始期间，对处理电路的基线进行采样；在采集到基线信号的采样点数目达到所述基线采样数目时，对采样值进行均值处理得到平均基线值；利用所述平均基线值对光子信号的能量值进行校正。

在本申请实施例中，计算机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(radomaccessmemory，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。特殊的，所述的计算机可读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，然后可以被存储到计算机介质中。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。