PET-CT扫描设备的运动信号分析方法、系统及计算机可读存储介质与流程

本发明涉及电子计算机断层扫描技术领域，尤其涉及一种pet-ct扫描设备的运动信号分析方法、系统及计算机可读存储介质。

背景技术：

呼吸或心脏运动伪影是petct扫描中常见的伪影形式。它的出现直接降低了病人肺部、肝部等多个重要部位的特性分析。为了消除这种伪影，一般都需要提取病人扫描时的呼吸状态，再进行门控、配准等处理，进而消除呼吸运动的影响。

由于pet系统的排数的增长，如目前商用的72排或96排机型，机器一次扫描的轴向长度可以到达300mm以上，在扫描范围内，运动部分可能只是轴向的部分区域而非运动区域的信号则会形成噪声。因此，如果使用常规的数据驱动方法进行运动分析，往往造成运动信号淹没在噪声之中，从而无法获取到合适的运动信息。

技术实现要素：

为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种可以在高排数探测器的数据中准确的提取出运动信号的pet-ct扫描设备的运动信号分析方法、系统及计算机可读存储介质。

本发明公开了一种pet-ct扫描设备的运动信号分析方法，包括如下步骤：对于一待评估扫描过程，预设若干个连续的时间范围阈值，并以探测器排号范围标定的轴向范围为目标识别区域，获取每个所述时间范围阈值的所有目标识别区域；获取符合事件的探测器排数，统计在每个所述时间阈值范围内落入所述目标识别区域的符合事件，记为识别符合事件；获取所述识别符合事件的特征参数；对所有所述时间阈值范围内的所述特征参数进行频域变换；设定一运动目标频率范围，获取所述特征参数在所述运动目标频率范围内的频谱功率的最大值vmax和平均值vave，最大值vmax和平均值vave的比值作为运动信号的评价参数s；遍历所有目标识别区域内的评价参数s，选取最大值smax获取其位置信息lv、时间谱和频率谱；对最大值smax对应的频率谱的位置信息lv进行带通滤波后进行时域变换获得运动信号。

优选地，所述以探测器排号范围标定的轴向范围为目标识别区域包括：遍历所述待评估扫描过程中所有可能的排数识别长度ld，0＜ld＜l；遍历所述待评估扫描过程中所有可能的偏移排数loff，0＜loff＜l-ld；则所有loff和ld的组合范围记为所述目标识别区域。

优选地，所述获取符合事件的探测器排数包括：从原始扫描数据中提取符合事件，获取每一个符合事件的探测器晶体序号，分析所述探测器晶体序号所位于的探测器排号；若一符合事件的起始排号为w0，结束排号为w1，则所述符合事件的排数为l＝w1-w0+1。

优选地，所述特征参数包括每个所述时间范围阈值内所有所述识别符合事件的轴向平均位置或者所有所述识别符合事件的总数。

本发明还公开了一种pet-ct扫描设备的运动信号分析系统，包括识别区域评估模块和识别区域划分模块；所述识别区域评估模块对于一待评估扫描过程，预设若干个连续的时间范围阈值，所述识别区域划分模块以探测器排号范围标定的轴向范围为目标识别区域，获取每个所述时间范围阈值的所有目标识别区域；所述识别区域划分模块获取符合事件的探测器排数，所述识别区域评估模块统计在每个所述时间阈值范围内落入所述目标识别区域的符合事件，记为识别符合事件；所述识别区域评估模块获取所述识别符合事件的特征参数；对所有所述时间阈值范围内的所述特征参数进行频域变换；设定一运动目标频率范围，获取所述特征参数在所述运动目标频率范围内的频谱功率的最大值vmax和平均值vave，最大值vmax和平均值vave的比值作为运动信号的评价参数s；所述识别区域评估模块遍历所有目标识别区域内的评价参数s，选取最大值smax获取其位置信息lv、时间谱和频率谱；所述识别区域划分模块对最大值smax对应的频率谱的位置信息lv进行带通滤波后进行时域变换获得运动信号。

优选地，所述识别区域划分模块包括排数识别单元和组合计算单元；所述排数识别单元遍历所述待评估扫描过程中所有可能的排数识别长度ld、和所述待评估扫描过程中所有可能的偏移排数loff，0＜ld＜l，0＜loff＜l-ld；所述组合计算单元将所有loff和ld的组合范围记为所述目标识别区域。

优选地，所述识别区域划分模块还包括数据采集单元；所述数据采集单元从原始扫描数据中提取符合事件，获取每一个符合事件的探测器晶体序号，并分析所述探测器晶体序号所位于的探测器排号；所述排数识别单元判断若一符合事件的起始排号为w0，结束排号为w1，则所述符合事件的排数为l＝w1-w0+1。

优选地，所述识别区域评估模块包括数据处理单元；所述数据处理单元在每个所述时间范围阈值内获取所有所述识别符合事件的轴向平均位置或者所有所述识别符合事件的总数。

本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一所述的运动信号分析方法得到步骤。

采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.将原始数据分割为多个目标识别区域，并定量统计各个识别区域的运动信号的强度，从而在高排数的计算机断层扫描设备采集的数据中准确的提取出运动信号。

附图说明

图1为计算机断层扫描范围图；

图2为本发明提供的pet-ct扫描设备的运动信号分析方法的流程图；

图3为现有技术的时间谱；

图4为现有技术的频率谱；

图5为本发明提供的pet-ct扫描设备的运动信号分析方法计算的时间谱；

图6为本发明提供的pet-ct扫描设备的运动信号分析方法计算的频率谱。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。

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。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。

计算机断层扫描诊断成像装置，包括成像区域外部的多个辐射探测器的环状结构，用来采集到发出的辐射事件的信息。探测器具有不同的定时延迟。校准体模用于发射辐射事件对(即符合事件)的辐射源，辐射事件对的时间为同时、但方向为相反方向，辐射事件对与辐射探测器的相互作用路径是lor，当检测器环确定后，每一条lor的几何位置则是已知的。

计算机断层扫描探测系统：由外罩，机架及探测器组成。探测器包括晶体、光电放大和电子处理电路。探测器检测从被检体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。后端信号处理器根据来自光电转换器件的电信号生成单事件数据(single)。计数部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。符合事件被收集到后，事件相关的时间空间信息进行组合封装，并在磁盘或者其他数据存储介质上保存，形成了重建程序可以读取并使用的pet符合数据。

listmode数据：是pet机器扫描过程中，记录符合事件的数据，它的特征是：其中的每一个符合事件至少包括以下信息：位置信息(即探测到γ光子符合事件的两个检测器序号，或者是这两个检测器组成的lor序号)，时间信息(即两个光子被探测到的时间差)。

参见附图1，实线框为扫描范围，虚线框为运动识别区域，计算机断层扫描设备的扫描范围通常远远大于运动识别区域，需要通过信号分析提取运动信号。

本发明在计算机断层扫描设备的某一个床位完成扫描时，获得当前床位的扫描数据。根据每一个符合事件所发生的时间，按照特定的时间间隔，对符合事件进行时间归类。归类结束后，符合事件在每一个时间间隔内组成子数据集，最后从子数据集中准确的提取出运动信号。

参见附图2，本发明公开了一种pet-ct扫描设备的运动信号分析方法，包括如下步骤：

s1、对于一待评估扫描过程，预设若干个连续的时间范围阈值，并以探测器排号范围标定的轴向范围为目标识别区域，获取每个所述时间范围阈值的所有目标识别区域；

s2、获取符合事件的探测器排数，统计在每个时间阈值范围内落入目标识别区域的符合事件，记为识别符合事件；

s3、获取识别符合事件的特征参数；

s4、对所有时间阈值范围内的特征参数进行频域变换；

s5、设定一运动目标频率范围，获取所述特征参数在所述运动目标频率范围内的频谱功率的最大值vmax和平均值vave，最大值vmax和平均值vave的比值作为运动信号的评价参数s；

s6、遍历所有目标识别区域内的评价参数s，选取最大值smax获取其位置信息lv、时间谱和频率谱；

s7、对最大值smax对应的频率谱的位置信息lv进行带通滤波后进行时域变换获得运动信号。

步骤s1中标定目标识别区域的具体步骤为：遍历待评估扫描过程中所有可能的排数识别长度ld，0＜ld＜l；遍历待评估扫描过程中所有可能的偏移排数loff，0＜loff＜l-ld；标定所有loff和ld的组合范围记为目标识别区域，如范围[loff,loff+ld]，的评估值为v[loff，ld]。获取所有可能的loff和ld组合的目标识别区域的评估值v，取最大值，记为vmax[loffn，ldn]。

步骤s2中获取符合事件的探测器排数包括：从原始扫描数据中提取符合事件，获取每一个符合事件的探测器晶体序号，分析探测器晶体序号所位于的探测器排号；若一符合事件的起始排号为w0，结束排号为w1，则符合事件的排数为l＝w1-w0+1。

较佳地，特征参数包括每个所述时间范围阈值内所有识别符合事件的轴向平均位置或者所有识别符合事件的总数。

较佳地，由于ld和loff的排列组合形成了多个时间信号谱，例如：加入pet机器采集了180秒信号，以0.1秒为一个间隔，则在每一个0.1秒内，计算符合事件总数作为该0.1秒内的特征，则会有180/0.1＝1800个数值，这1800个数共同构成了一组时间谱。

而对于给定不同的ld和不同的loff，时间谱会变化，故需要对运动特性进行评价。即在设定一运动目标频率范围，获取特征参数在运动目标频率范围内的频谱功率的最大值后还需获取特征参数在运动目标频率范围内的频谱功率的平均值，以最大值vmax和平均值vave的比值作为运动信号的评价参数s，评价参数s越大，则运动信号的可靠性越大，选取目标识别区域内评价参数s最大值所对应的频率谱进行带通滤波后进行时域变换来获得运动信号。

具体的，给定不同的ld和不同的loff，计算获取了n组时间信号谱，经过频域变换后，n组时间信号谱的最大值和平均值的比值记为[k1,k2,...,kn]，找到最大值km，则认为第m组运动信号是最可信的，把第m组运动信号作为目标信号，将目标信号经过带通滤波后获得运动信号。

本发明还提供了一种pet-ct扫描设备的运动信号分析系统，包括：

-识别区域划分模块，用于对原始数据进行区域分割标定目标识别区域；

-识别区域评估模块，用于获取符合事件的排数信息，计算获取位于目标识别区域的符合事件的时间谱和频率谱。

具体一种优选的，识别区域划分模块包括排数识别单元和组合计算单元。排数识别单元遍历待评估扫描过程中所有可能的排数识别长度ld、和待评估扫描过程中所有可能的偏移排数loff，0＜ld＜l，0＜loff＜l-ld；组合计算单元将所有loff和ld的组合范围记为目标识别区域。

识别区域划分模块还包括数据采集单元；数据采集单元从原始扫描数据中提取符合事件，获取每一个符合事件的探测器晶体序号，并分析探测器晶体序号所位于的探测器排号；排数识别单元判断若一符合事件的起始排号为w0，结束排号为w1，则符合事件的排数为l＝w1-w0+1。

识别区域划分模块将标定的目标识别区域和符合事件的排数传输至识别区域评估模块，识别区域评估模块根据目标识别区域和符合事件的排数计算出评价参数s最大值后再传回至识别区域划分模块，由识别区域划分模块对在频率谱的位置信息lv进行带通滤波后获得运动信号。

具体一种优选的，识别区域评估模块对于一待评估扫描过程，预设若干个时间范围阈值，结合从识别区域划分模块计算出的目标识别区域和符合事件的排数，统计在每个时间阈值范围内落入目标识别区域的符合事件，记为识别符合事件。

识别区域评估模块包括数据处理单元，数据处理单元获取所有识别符合事件的特征参数，特征参数包括每个所述时间范围阈值内所有识别符合事件的轴向平均位置或者所有识别符合事件的总数。对所有时间阈值范围内的特征参数进行频域变换，并设定一运动目标频率范围，获取特征参数在运动目标频率范围内的频谱功率的最大值vmax、平均值vave，进而计算出评价参数s最大值所对应的频率谱，并保存传输至识别区域划分模块进行带通滤波后获得运动信号。

参见附图3-6，对比现有技术的时间谱和频率谱，本发明计算分析的时间谱和频率谱明显更具备特征性。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述任一的运动信号分析方法得到步骤。

应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。