一种平板PET系统的在线预处理方法及装置与流程

本发明属于医学影像技术领域，具体涉及一种平板pet系统的在线预处理方法及装置。

背景技术

pet(positronemissiontomography，正电子发射断层成像)是一种无创的在体功能成像技术，广泛应用于临床检查及生物学研究中。pet成像原理的核心是，放射性化合物参与人体内的生理活动，放射性化合物发射出射线，利用分布在人体周围的探测装置检测这些射线，于是就可以追踪生物体内重要的基本物质的分布和流动。以pet中常见的¹⁸f显像为例，¹⁸f-fdg是葡萄糖的类似物，其被摄取进入细胞的方式与葡萄糖一样，注射进入人体内的¹⁸f所产生的影像就反映了人体内葡萄糖代谢的分布水平。由于恶性肿瘤细胞的葡萄糖代谢会远高于正常组织细胞，因此¹⁸f在临床上被广泛应用于恶性肿瘤的诊断。放射性示踪剂中的¹⁸f会发生衰变，释放出一个正电子和一个中微子。正电子在人体内最终会和一个电子结合，之后会发生湮灭。绝大多数情况下，湮灭之后会同时产生一对能量相同、飞行方向相反(夹角为180°)的γ光子。由于湮灭产生的光子能量非常高，因此可以非常容易地穿透人体，被围绕在人体周围的检测装置进行空间定位，而后利用图像重建算法复原出三维图像。

平板pet系统探测器之间间距可调，可以针对特定部位设置适合的探测视野，从而很大程度上提高pet系统的灵敏度，因此可以使用低活度的药品进行相关实验以获得理想的pet显像。pet数据预处理是在采集到的原始数据基础上，通过一系列的处理，得到lor(lineofresponse，响应线)上符合事件的计数，然后用此数据进行重建，得到实验物体的三维重建图像。

传统的平板pet预处理流程以离线数据为基础，对数据进行符合处理，获取符合事件对，从而获取lor信息。符合事件对的获取主要是通过时间符合和能量符合判定，即探测到的两个事件满足到达时间差小于一定时间且两者能量都在一定范围内，则认为这两个事件为真符合事件对。平板pet传统预处理方法基于保存到硬盘中的离线数据，当放射源活度较大时(约500uci)，存在大量单事件，数据通过以太网传输写到电脑硬盘时，硬盘的读写速度跟不上传输速度，可能导致部分的数据丢失，对于pet系统整体的成像质量造成较大的影响。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种平板pet系统的在线预处理方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明的一个方面提供了一种平板pet系统的在线预处理方法，包括：

s1：设置存储原始数据的内存空间以及采集原始数据的时间间隔和总采集时间；

s2：根据所述时间间隔和所述总采集时间采集原始数据；

s3：将所述原始数据存入所述内存空间并对所述原始数据进行在线预处理，生成预处理后的前向数据。

在本发明的一个实施例中，所述s1包括：

s11：设置用于存储原始数据的第一内存空间和第二内存空间；

s12：通过第一定时器设置采集原始数据的时间间隔，通过第二定时器设置采集原始数据的总采集时间；

s13：设置第一布尔型变量，以通过所述第一布尔型变量的值控制所述原始数据的存储位置并确定进行数据预处理的内存空间；

s14：设置第二布尔型变量，以通过所述第二布尔型变量的值控制是否对所述原始数据进行预处理。

在本发明的一个实施例中，所述s13包括：

设置第一布尔型变量，设定所述第一布尔型变量的初始值为真，并且设定当所述第一布尔型变量的值为真时，将所述原始数据存入所述第一内存空间并且设定进行预处理的原始数据所在位置为第二内存空间；设定当所述第一布尔型变量的值为假时，将所述原始数据存入所述第二内存空间并且设定进行预处理的原始数据所在位置为第一内存空间。

在本发明的一个实施例中，所述s14包括：

设置第二布尔型变量，设定所述第二布尔型变量的初始值为假，并且设定当所述第二布尔型变量的值为真时对所述原始数据进行预处理，当所述第二布尔型变量的值为假时不对所述原始数据进行预处理。

在本发明的一个实施例中，所述s3包括：

s31：将采集到的原始数据存入所述第一内存空间；

s32：判断是否到达第一次时间间隔，若否，返回步骤s31，若是，将所述第一布尔型变量的值设置为假，将所述第二布尔型变量的值设置为真；

s33：将原始数据存入所述第二内存空间，并对所述第一内存空间中的原始数据进行在线预处理；

s34：在线预处理完成后，清空所述第一内存空间，并将所述第二布尔型变量的值设置为假；

s35：将原始数据存入所述第二内存空间；

s36：判断是否到达第二次时间间隔，若否，返回步骤s35，若是，将所述第一布尔型变量设置为真，将所述第二布尔型变量的值设置为真；

s37：将采集到的原始数据存入所述第一内存空间，并对所述第二内存空间中的原始数据进行预处理；

s38：第二次预处理完成后，清空所述第二内存空间，并将所述第二布尔型变量的值设置为假；

s39：重复s31-s38，直至达到总采集时间。

本发明的另一方面提供了一种平板pet系统的在线预处理装置，包括：

参数设定模块，用于设置数据采集的时间间隔和总采集时间；

数据采集模块，用于根据所述时间间隔和所述总采集时间采集数据；

数据预处理模块，用于将所述数据存入所述内存空间并进行在线预处理，生成预处理后的前向数据。

在本发明的一个实施例中，所述参数设定模块包括第一定时器和第二定时器，其中，所述第一定时器用于设定所述时间间隔；所述第二定时器用于设定所述总采集时间。

在本发明的一个实施例中，所述时间间隔为10s-5min、所述总采集时间为5min-5h。

在本发明的一个实施例中，所述参数设定模块还包括变量控制单元，所述变量控制单元包括第一变量控制子单元和第二变量控制子单元，其中，所述第一变量控制子单元用于设定控制原始数据存储位置以及预处理数据位置的第一布尔型变量，所述第二变量控制子单元用于设定控制是否对所述原始数据进行预处理的第二布尔型变量。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明的平板pet系统在线预处理方法将探测器接收到的原始数据读入计算机内存，在计算机上完成在线预处理，由于内存随时读写，读写速度远快于硬盘，因此对于高活度源，确保能采集到尽可能完整的信息，解决了离线方法采集过程中程序卡顿、采集数据存在大量丢失的问题，能够获得更真实的重建图像。

2、在使用内存代替硬盘的过程中，由于最大内存通常远小于总数据大小，本发明的在线预处理方法和装置在采集和预处理过程中对采集到的原始数据进行分块存储，实时预处理，处理完成后清空内存，在清空的内存中读入下一时间段数据，从而直接生成预处理后的数据，提高了预处理的效率，解决数据量过大的问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种平板pet系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种平板pet系统的在线预处理方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的一种平板pet系统的在线预处理方法的详细流程图；

图4是本发明实施例提供的在线预处理方法与离线预处理方法的采集数据量对比图；

图5是本发明实施例提供的一种平板pet系统的在线预处理装置的模块示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明内容做进一步的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种平板pet系统的结构示意图。本实施例的平板pet系统包括依次连接的探测器模块1、在线预处理模块2和图像重建模块3。探测器模块1用于接收γ光子，并产生和发送包含γ光子信息的原始数据，这里的原始数据是一组16个字节的数据，包括γ光子的入射时间、位置和能量等信息。在本实施例中，探测器模块1包括四个探测器，四个探测器组成长方形结构，每个探测器分别放置在长方形结构的一个角上。在线预处理模块2用于接收原始数据并将其分块保存到pc(个人计算机)的内存空间中，而后对内存空间中的数据进行实时预处理，最终得到预处理后的数据。在本实施例中，在线预处理过程中，数据采集和数据预处理同时分块进行。所述图像重建模块3通过重建算法，将预处理得到的数据进行三维重建，生成三维可视化图像。

请参见图2，图2是本发明实施例提供的一种平板pet系统的在线预处理方法的流程图。本实施例的在线预处理方法包括：

s1：设置存储原始数据的内存空间以及采集原始数据的时间间隔和总采集时间；

s2：根据所述时间间隔和所述总采集时间采集原始数据；

s3：将所述原始数据存入所述内存空间并对所述原始数据进行在线预处理，生成预处理后的前向数据。

具体地，所述s1包括：

s11：设置用于存储原始数据的第一内存空间和第二内存空间；

如上所述，在本实施例中，所述平板pet系统包括四个探测器，每个探测器均设置有两个内存空间，总共包括八个内存空间，所述内存空间的大小范围为100mb-2gb。

s12：通过第一定时器设置采集原始数据的时间间隔，通过第二定时器设置采集原始数据的总采集时间；

在本实施例中，所述时间间隔为10秒-5分钟、所述总采集时间为5分钟-5小时。

s13：设置第一布尔型变量，以通过所述第一布尔型变量的值控制所述原始数据的存储位置并确定进行数据预处理的内存空间；

具体地，设置第一布尔型变量c1，使得所述第一布尔型变量c1的初始值为真，并且设定当所述第一布尔型变量c1的值为真时将所述原始数据存入所述第一内存空间并且设定进行预处理的原始数据所在位置为第二内存空间，当所述第一布尔型变量c1的值为假时将采集的原始数据存入所述第二内存空间并且设定进行预处理的原始数据所在位置为第一内存空间。

s14：设置第二布尔型变量，以通过所述第二布尔型变量的值控制是否对所述原始数据进行预处理。

具体地，设置第二布尔型变量c2，使得所述第二布尔型变量c2的初始值为假，并且设定当所述第二布尔型变量c2的值为真时对所述原始数据进行预处理，当所述第二布尔型变量c2的值为假时不对所述原始数据进行预处理。

进一步地，在本实施例中，步骤s3包括：

s31：根据c1的初始值为真，将采集到的原始数据存储到所述第一内存空间；

s32：判断是否到达第一次时间间隔，若否，返回步骤s21，若是，将所述第一布尔型变量c1的值设置为假，将所述第二布尔型变量c2的值设置为真；

s33：根据c1的值为假，将采集到的原始数据存入所述第二内存空间，根据c2的值为真以及c1的值为假，对所述第一内存空间中的原始数据进行预处理；

s34：第一次预处理完成后，清空所述第一内存空间，将所述第二布尔型变量c2的值设置为假；

通常情况下，预处理时间小于采集时间，预处理完成后，清除预处理内存中的数据，以免下次写入数据时出现错误，同时改变c2的值，关闭预处理过程。

s35：将原始数据存入所述第二内存空间，不进行预处理操作；

s36：判断是否到达第二次时间间隔，若否，返回步骤s35，若是，则将所述第一布尔型变量c1设置为真，将所述第二布尔型变量c2的值设置为真；

s37：根据c1的值为真将采集到的原始数据存入所述第一内存空间，根据c2的值为真以及c1的值为真对所述第二内存空间中的原始数据进行预处理；

s38：第二次预处理完成后，清空所述第二内存空间，并将所述第二布尔型变量c2的值设置为假。

s39：重复s31-s38，直至达到总采集时间。

具体地，重复步骤s31-s38，继续将采集到的原始数据存入所述第一内存空间，同时对所述第二内存空间中的原始数据进行预处理并清空，以此类推，在所述第一内存空间和所述第二内存空间中交替地进行数据存储、预处理、清除；待最后一组数据采集完毕并进行预处理后，形成最终的前向数据。

本实施例平板pet系统的在线预处理方法首先将接收到的原始数据读入pc(个人电脑)内存，在pc上完成平板pet的在线预处理，由于内存随时读写，读写速度远快于硬盘，因此对于高活度源，确保能采集到尽可能完整的信息，解决了离线方法采集过程中程序卡顿、采集数据存在大量丢失的问题，从而能够获得更真实的重建图像。

实施例二

请参见图3，图3是本发明实施例提供的一种平板pet系统的在线预处理方法的详细流程图。

在本实施例中，使用含有放射性核素¹⁸f-fdg的ep管(微型离心管)进行扫描，扫描时活度为500uci。使用四个探测器，两两相对排列，将ep管放置于一对探测器视野中央。

本实施例的在线预处理方法的具体步骤如下：

步骤1：设定相关参数；

具体地，设置两个定时器t1和t2，分别用于控制采集原始数据的时间间隔tg和总采集时间tc，其中，设定采集时间间隔tg为60秒，总采集时间tc为10分钟。在本实施例中，所述平板pet系统包括四个探测器，每个探测器均设置有两个内存空间，总共包括八个内存空间，对每个探测器开辟500m的第一内存空间m1i和500m的第二内存空间m2i(i为探测器编号，i＝1,2,3,4)，总开辟4g内存空间。进一步地，设置第一布尔型变量c1，使得c1值为真时将采集的数据存入所述第一内存空间并且设定进行预处理的原始数据所在位置为第二内存空间，c1值为假时将采集的数据存入所述第二内存空间并且设定进行预处理的原始数据所在位置为第一内存空间，其中，所述第一布尔型变量c1的初始值为真；设置第二布尔型变量c2，使得c2值为真时对所述数据进行预处理，c2值为假时不对所述数据进行预处理，其中，所述第二布尔型变量c2的初始值为假。

步骤2：数据采集和预处理；

(a)通过探测器采集原始数据，根据c1值为真将采集到的原始数据存入第一内存空间m1i(i＝1,2,3,4)，同时根据c2值为假不进行预处理；

(b)判断定时器t1的时间是否达到60秒，当未到达时，返回步骤(a)，当达到时，改变c1和c2的值，即c1的值变为假，而c2的值变为真；

(c)根据c1值为假将采集到的原始数据存入第二内存区域m2i(i＝1,2,3,4)，同时根据c2的值为真进行预处理，c1值为假则对第一内存空间m1i(i＝1,2,3,4)进行预处理，预处理完成后将第一内存空间m1i清空，c2的值变为假；

(d)在此判断定时器t1的时间是否达到60秒，当未到达时，继续将采集到的原始数据存入第二内存区域m2i并且不进行预处理，当达到时，改变c1和c2的值，即c1的值变为真，而c2的值变为真；

(e)根据c1值为真将采集到的原始数据存入第一块内存区域m1i，同时根据c2的值为真进行预处理，c1的值为真则对第二内存区域m2i进行预处理，预处理完成后将第二内存区域m2i清空，c2的值变为假；

(f)重复步骤(a)-(e)，直至定时器t2的时间达到10分钟，采集和预处理结束，生成预处理后的前向数据。

如上所述，采集到的原始数据继续存储到第一块内存区域m1i中，同时对第二内存区域m2i中的数据进行预处理，以此类推，不断地在第一块内存区域m1i和第二内存区域m2i中交替地进行数据写入、预处理、清除数据的工作。待到最后一组数据采集完毕，对其进行预处理，最终得到前向数据。

进一步地，在本实施例中，通过重建图像的定性和定量分析，可以用于评判在线预处理模块的正确性和有效性。pet图像重建中经常使用的算法有fbp(filtered-backprojection，滤波反投影)算法、mlem(maximumlikelihoodexpectationmaximization，期望最大的最大似然)算法和osem(orderedsubsetexpectationmaximization，有序子集期望最大化)算法等，在本实施例中可以选取mlem算法对图像进行重建。

请参见图4，图4是本发明实施例提供的在线预处理方法与离线预处理方法的采集数据量对比图。如图可知，当注射活度为45μci、50μci和85μci时，离线方法采集的数据量与本实施例中在线预处理方法采集的数据量大致相同，然而，当注射药品的活度较高(500μci)时，本实施例中在线预处理方法采集的数据量显著大于离线方法采集的数据量，这是因为在将数据写入到硬盘的过程中，由于硬盘的读写速度等原因，会有一部分的数据丢失，而将数据直接写入到内存中就可以避免这个问题。

实施例三

在上述实施例的基础上，本实施例提供了一种平板pet系统的在线预处理装置，请参见图5，图5是本发明实施例提供的一种平板pet系统的在线预处理装置的模块示意图。该在线预处理装置包括：

参数设定模块101，用于设置数据采集的时间间隔和总采集时间；

数据采集模块102，用于根据所述时间间隔和所述总采集时间采集数据；

数据预处理模块103，用于将所述数据存入所述内存空间并进行在线预处理，生成预处理后的前向数据。

进一步地，所述参数设定模块101包括第一定时器和第二定时器，其中，所述第一定时器用于设定所述时间间隔；所述第二定时器用于设定所述总采集时间。在本实施例中，所述时间间隔为10s-5min、所述总采集时间为5min-5h。

进一步地，所述参数设定模块还包括变量控制单元，所述变量控制单元包括第一变量控制子单元和第二变量控制子单元，其中，所述第一变量控制子单元用于设定控制原始数据存储位置以及预处理数据位置的第一布尔型变量，所述第二变量控制子单元用于设定控制是否对所述原始数据进行预处理的第二布尔型变量。在本实施例中，所述参数设定模块可以是pc。此外，所述pc还用于提供存储采集数据所需的内存空间。在本实施例中，为每个探测器均设置有两个内存空间，用于对数据进行分块存储和预处理。

在使用内存代替硬盘的过程中，由于最大内存通常远小于总数据大小，本实施例的在线预处理方法在采集和预处理过程中对数据进行分块存储，实时预处理，处理完成后清空内存，在清空的内存中读入下一时间段数据，从而直接生成预处理后的数据，提高了预处理的效率。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。