PET系统校正方法、装置、电子装置和存储介质

技术领域

本申请涉及医疗图像技术领域，特别是涉及一种PET系统校正方法、装置、电子装置和存储介质。

背景技术

正电子发射计算机断层成像(Positron Emission Tomography，PET)系统是先进的大型医用科研和临床诊断系统。PET系统的探测器包括多个探测环，每个探测环包括多个探测器模块(Block)，每个探测器模块包括多个晶体。PET系统的工作原理为：将放射性核素注射到受检者体内，放射性核素发生衰变产生的正电子与受检者体内的负电子发生湮灭反应，放射出一对传播方向相反的γ光子，在探测器探测到该γ光子对后，可以根据γ光子对的时间差估算出湮灭点发生的位置，从而重建出放射性核素在受检者体内的分布图像。

PET系统由于元器件的老化，环境的变化，系统状态会发生较大变化，严重时会影响PET图像的质量。目前对于PET系统状态的校正和修正，一般采用放置额外的放射源的方式来进行，即在有源情况下进行定期校正，这种方法操作复杂并且耗时费力，增加了操作者的受辐射剂量，也增加医院系统的不可用时间。

针对相关技术中存在对PET系统的校正需要放射源，操作者会受到放射伤害同时成本较高的问题，目前还没有提出有效的解决方案。

发明内容

在本实施例中提供了一种PET系统校正方法、装置、电子装置和存储介质，以解决相关技术中对PET系统的校正需要放射源，操作者会受到放射伤害同时成本较高的问题。

第一个方面，在本实施例中提供了一种PET系统校正方法，包括：

获取基于探测器晶体的本底辐射形成的符合事件数据，所述符合事件数据包括第一时间信息以及第二时间信息；

基于所述第一时间信息以及第二时间信息获取第一飞行时间差；

基于探测到所述符合事件的晶体之间的距离获取第二飞行时间差；

基于所述第一飞行时间差以及第二飞行时间差对PET系统进行校正。

在其中的一些实施例中，述获取基于探测器晶体的本底辐射形成的符合事件数据包括：

获取γ粒子以及β粒子激发的光信号；

将所述光信号转换为电信号；

基于所述电信号获取第一时间信息以及第二时间信息。

在其中的一些实施例中，所述基于探测到所述符合事件的晶体之间的距离获取第二飞行时间差包括：

将接收β粒子的晶体确定为第一晶体；

将接收γ粒子的晶体确定为第二晶体；

基于第一晶体与第二晶体之间的距离确定第二飞行时间差。

在其中的一些实施例中，所述第一晶体所在的晶体模块与所述第二晶体所在的晶体模块为非相邻设置的晶体模块。

在其中的一些实施例中，所述基于所述第一飞行时间差以及第二飞行时间差对PET系统进行校正包括：

基于所述第一飞行时间差以及第二飞行时间差建立呈高斯分布的时间谱；

基于所述时间谱获取TOF偏差值；

基于所述TOF偏差值对所述PET系统进行校正。

在其中的一些实施例中，所述基于所述TOF偏差值对所述PET系统进行校正包括：

将所述TOF偏差值录入所述PET探测器的校正文件中，或者将所述TOF偏差值固化在所述PET探测器中。

在其中的一些实施例中，所述获取探测器晶体的本底辐射的符合事件数据包括：

基于预设的β粒子能窗、γ粒子能窗以及预设的时间窗采集基于探测器晶体的本底辐射形成的符合事件数据。

第二个方面，在本实施例中提供了一种PET系统校正装置，包括：

符合事件获取模块，用于获取探测器晶体的本底辐射的符合事件数据，所述符合事件数据包括第一时间信息以及第二时间信息；

第一时间差获取模块，用于基于所述第一时间信息以及第二时间信息获取第一飞行时间差；

第二时间差获取模块，用于基于所述探测器晶体之间的距离获取第二飞行时间差；

校正模块，用于基于所述第一飞行时间差以及第二飞行时间差对PET系统进行校正。

第三个方面，在本实施例中提供了一种电子装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一个方面所述的PET系统校正方法。

第四个方面，在本实施例中提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述第一个方面所述的PET系统校正方法。

与相关技术相比，在本实施例中提供的PET系统校正方法、装置、电子装置和存储介质，通过获取探测器晶体的本底辐射的符合事件数据，所述符合事件数据包括第一时间信息以及第二时间信息；基于所述第一时间信息以及第二时间信息获取第一飞行时间差；基于所述探测器晶体之间的距离获取第二飞行时间差；基于所述第一飞行时间差以及第二飞行时间差对PET系统进行校正的方式，基于本底固有的放射性现象，在没有额外放射源的情况下对PET系统的状态进行校正，减少了医师受到辐射的剂量，减少了医院的使用成本。

本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明一实施例的PET系统校正方法的终端的硬件结构框图；

图2为本发明一实施例的PET系统校正方法的流程示意图；

图3为本发明一实施例的PET系统校正方法的时间谱的示意图；

图4为本发明一实施例的PET系统校正装置的结构框图。

具体实施方式

为更清楚地理解本申请的目的、技术方案和优点，下面结合附图和实施例，对本申请进行了描述和说明。

除另作定义外，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应具有本申请所属技术领域具备一般技能的人所理解的一般含义。在本申请中的“一”、“一个”、“一种”、“该”、“这些”等类似的词并不表示数量上的限制，它们可以是单数或者复数。在本申请中所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”及其任何变体，其目的是涵盖不排他的包含；例如，包含一系列步骤或模块(单元)的过程、方法和系统、产品或设备并未限定于列出的步骤或模块(单元)，而可包括未列出的步骤或模块(单元)，或者可包括这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或模块(单元)。在本申请中所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并不限定于物理的或机械连接，而可以包括电气连接，无论是直接连接还是间接连接。在本申请中所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。通常情况下，字符“/”表示前后关联的对象是一种“或”的关系。在本申请中所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等，只是对相似对象进行区分，并不代表针对对象的特定排序。

在本实施例中提供的方法实施例可以在终端、计算机或者类似的运算装置中执行。比如在终端上运行，图1是本实施例的PET系统校正方法的终端的硬件结构框图。如图1所示，终端可以包括一个或多个(图1中仅示出一个)处理器102和用于存储数据的存储器104，其中，处理器102可以包括但不限于微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置。上述终端还可以包括用于通信功能的传输设备106以及输入输出设备108。本领域普通技术人员可以理解，图1所示的结构仅为示意，其并不对上述终端的结构造成限制。例如，终端还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示出的不同配置。

存储器104可用于存储计算机程序，例如，应用软件的软件程序以及模块，如在本实施例中的PET系统校正方法对应的计算机程序，处理器102通过运行存储在存储器104内的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的方法。存储器104可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器104可进一步包括相对于处理器102远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至终端。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

传输设备106用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络包括终端的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输设备106包括一个网络适配器(NetworkInterface Controller，简称为NIC)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输设备106可以为射频(Radio Frequency，简称为RF)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。

正电子发射断层扫描成像仪(PET)是一种核医学影像设备。一般PET系统主要由探测器系统，电子学系统，数据校正系统和重建系统组成。其中电子学系统是整个PET硬件部分最重要的组成部分，作为硬件主体直接决定PET的基本性能参数。PET信号的处理过程大致如下，探测器系统中的晶体主要收集放射性示踪剂产生的伽马光子的信息，将其转换成大量的可见光，再由光电转换器件将可见光转化成大量的电子形成电流信号，输入到前端电子学模块进行波形的放大成形，噪声滤波和甄别逻辑判选等处理，再输出到后端电子学进行数字化处理，最终得到入射光子的位置，时间和能量物理信息等，再由能量时间校正系统进行刻度和修正得出符合事例信息，传送至后端进行数据处理和图像重建等。

请参阅图2，图2为本发明一实施例的PET系统校正方法的流程示意图。

在本实施例中，PET系统校正方法包括：

S201，获取基于探测器晶体的本底辐射形成的符合事件数据，符合事件数据包括第一时间信息以及第二时间信息。

常见的PET系统采用LSO或者LYSO晶体作为闪烁晶体，其中含有同位素Lu-176，能够产生自发本底辐射。其衰变包括同时发生的β衰变和级联γ衰变，β粒子的能量范围为0kev-593kev，γ粒子的能量为307keV、202keV和88keV。利用β衰变和γ衰变确定的能量和同时性，可在PET系统中甄别出本底辐射事件。其中，第一时间信息以及第二时间信息可以为β粒子以及γ粒子击中探测器晶体的时间信息。

S202，基于第一时间信息以及第二时间信息获取第一飞行时间差。

示例性地，第一飞行时间差即第一时间信息以及第二时间信息的差，也即β粒子以及γ粒子击中探测器晶体的时间差。可以理解的，根据第一时间信息以及第二时间信息得到的飞行时间差为间接得到的数据，若PET系统的任意部件，如光电转换器件或后端电路出现故障，均有可能影响第一时间信息以及第二时间信息的准确性，因此，第一飞行时间差为基于其他参数获得的，体现PET系统状态的理论飞行时间差。

S203，基于探测到符合事件的晶体之间的距离获取第二飞行时间差。

可以理解的，闪烁晶体中Lu-176发生衰变时，只有γ粒子会逸出衰变发生晶体，飞行到其他探测器位置，并被其他探测器的晶体吸收，而β粒子则被衰变发生晶体自身吸收，因此，实际上的飞行时间差即为γ粒子从衰变发生晶体飞行到其他探测器晶体的时间，γ粒子的飞行速度为光速，则从衰变发生晶体飞行到其他探测器晶体的时间仅取决于衰变发生晶体与其他探测器晶体之间的距离。其中，衰变发生晶体与其他探测器晶体之间的距离为实际测量得到，粒子飞行速度为光速也为恒定值，不受其他参数影响，因此第二飞行时间差为物理意义上的实际飞行时间差。

S204，基于第一飞行时间差以及第二飞行时间差对PET系统进行校正。

在本实施例中，第一飞行时间差为理论飞行时间差，第二飞行时间差为实际飞行时间差，基于两个飞行时间差的比对，即可得到PET系统的偏差数值，并进行相应校正。

上述PET系统校正方法，通过获取探测器晶体的本底辐射的符合事件数据，符合事件数据包括第一时间信息以及第二时间信息；基于第一时间信息以及第二时间信息获取第一飞行时间差；基于探测器晶体之间的距离获取第二飞行时间差；基于第一飞行时间差以及第二飞行时间差对PET系统进行校正的方式，基于本底固有的放射性现象，在没有额外放射源的情况下对PET系统的状态进行校正，减少了医师受到辐射的剂量，减少了医院的使用成本。

在另一个实施例中，获取基于探测器晶体的本底辐射形成的符合事件数据包括如下步骤：

步骤1，获取γ粒子以及β粒子激发的光信号；

步骤2，将光信号转换为电信号；

步骤3，基于电信号获取第一时间信息以及第二时间信息。

示例性地，β粒子被衰变发生晶体吸收以及γ粒子被探测器晶体吸收时，均会产生光信号，晶体中耦合的光电转换器件采集到光信号，并将光信号转换为电信号，由后端电路根据电信号的触发时间分别得到β粒子的飞行时间信息Ta和γ粒子的飞行时间信息Tb。

在另一个实施例中，基于探测到符合事件的晶体之间的距离获取第二飞行时间差包括如下步骤：

步骤1，将接收β粒子的晶体确定为第一晶体；

步骤2，将接收γ粒子的晶体确定为第二晶体；

步骤3，基于第一晶体与第二晶体之间的距离确定第二飞行时间差。

在本实施例中，β粒子被衰变发生晶体自身吸收，因此第一晶体即为衰变发生晶体；γ粒子会逸出衰变发生晶体，飞行到其他探测器位置，并被其他探测器的晶体吸收，因此第二晶体为其他探测器晶体。其中，第一晶体与第二晶体之间的距离即为飞行距离差L，γ粒子的飞行速度为光速c，因此第二飞行时间差为L/c。在其他实施例中，第一晶体以及第二晶体可以为衰变发生晶体或其他探测器晶体，此处不做具体限定。

在另一个实施例中，第一晶体所在的晶体模块与第二晶体所在的晶体模块为非相邻设置的晶体模块。

在本实施例中，PET系统包括8个晶体模块，每个晶体模块中设置有探测器晶体，多个晶体模块沿环形设置，晶体模块按顺序进行标号，序号分别为1-8，具体的，若衰变发生晶体为1号晶体模块，则该衰变事件对应的逸散γ粒子不被2号晶体模块或8号晶体模块吸收，仅会被3号、4号、5号、6号或7号晶体模块吸收，即1号晶体模块不与2号晶体模块或8号晶体模块进行符合，其他晶体模块以此类推。在其他实施例中，PET系统的晶体模块数量以及设置方式可以根据实际情况进行调整，此处不做具体限定。

上述实施例中，衰变发生晶体对应的晶体模块不与相邻设置的晶体模块进行符合，则γ粒子的飞行时间较长，符合时间也较长，在PET系统的对应参数数量级极小的情况下，增大符合事件的数值，降低了PET系统相关参数的计算难度，提高了计算准确度。

在另一个实施例中，基于第一飞行时间差以及第二飞行时间差对PET系统进行校正包括如下步骤：

步骤1，基于第一飞行时间差以及第二飞行时间差建立呈高斯分布的时间谱；

步骤2，基于时间谱获取TOF偏差值；

步骤3，基于TOF偏差值对PET系统进行校正。

示例性地，第一飞行时间差以及第二飞行时间差的差异值为δ

在另一个实施例中，基于TOF偏差值对PET系统进行校正包括如下步骤：

将TOF偏差值录入PET探测器的校正文件中，或者将TOF偏差值固化在PET探测器中。

可以理解的，将TOF偏差值录入PET探测器的校正文件属于离线校正，较轻微的TOF漂移可以采用这种方式进行校正，离线修改较为便携，且时间短，效率高；将TOF偏差值固化在PET探测器中属于在线校正，适用于比较严重的TOF漂移，能够起到良好的校正效果。在其他实施例中，用户可以根据实际情况和需求采取离线校正或在线校正，此处不作具体限定。

在本实施例中，若基于时间谱得到PET系统存在正50单位时间的TOF偏差，则将这一偏差值录入PET探测器的校正文件中，PET探测器会默认存在正50时间单位的偏差，在计算或统计各个PET数据时，会自动基于这一偏差值进行校正。例如，若将正50时间单位的TOF偏差值录入PET探测器的校正文件中，则PET探测器在输出对应PET数据前，会先将统计结果减去50时间单位，再进行计算、统计并输出，则输出的PET数据结果为校正后的PET数据，实现了数据校正的效果。可以理解的，可以采用将TOF偏差值烧录入探测器前端的方式将TOF偏差值固化在PET探测器中。在其他实施例中，还可以采取其他方式，只需使PET系统可基于TOF偏差值自身完成校正即可。

可以理解的，PET系统的偏差可能是由于PET系统中的任一部件的故障导致的，仅基于TOF偏差值，无法准确获知故障位置，也就无法通过修复故障位置以完成校正，因此，将偏差值录入PET系统中，使PET系统基于该偏差值在输出PET数据前进行校正，无需寻找故障位置，也无需对硬件进行调整，校正准确度以及效率更高。

在另一个实施例中，获取探测器晶体的本底辐射的符合事件数据包括如下步骤：

基于预设的β粒子能窗、γ光子能窗以及预设的时间窗采集基于探测器晶体的本底辐射形成的符合事件数据。

在本实施例中，选用大于等于临床能窗的β粒子能窗、γ光子能窗以及大于临床时间窗的探测时间窗对符合事件数据进行采集，以采集足够数量的符合事件数据。在其他实施例中，可以根据实际情况对β粒子能窗、γ光子能窗以及时间窗进行设置。

在另一个实施例中，可以对第一飞行时间差采取基于时间游走效应的修正、位置修正等修正方式，以获得更准确的第一飞行时间差，提升TOF偏差值的准确度，从而使校正效果更好。具体修正方式此处不作具体限定，只需使第一飞行时间差的获取更加准确即可。

需要说明的是，在上述流程中或者附图的流程图中示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

在本实施例中还提供了一种PET系统校正装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。以下所使用的术语“模块”、“单元”、“子单元”等可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管在以下实施例中所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图4是本实施例的PET系统校正装置的结构框图，如图4所示，该装置包括：

符合事件获取模块10，用于获取探测器晶体的本底辐射的符合事件数据，符合事件数据包括第一时间信息以及第二时间信息。

符合事件获取模块10，还用于：

获取γ粒子以及β粒子激发的光信号；

将光信号转换为电信号；

基于电信号获取第一时间信息以及第二时间信息。

符合事件获取模块10，还用于基于预设的β粒子能窗、γ粒子能窗以及预设的时间窗采集基于探测器晶体的本底辐射形成的符合事件数据。

第一时间差获取模块20，用于基于第一时间信息以及第二时间信息获取第一飞行时间差。

第二时间差获取模块30，用于基于探测器晶体之间的距离获取第二飞行时间差。

第二时间差获取模块30，还用于：

将接收β粒子的晶体确定为第一晶体；

将接收γ粒子的晶体确定为第二晶体；

基于第一晶体与第二晶体之间的距离确定第二飞行时间差。

校正模块40，用于基于第一飞行时间差以及第二飞行时间差对PET系统进行校正。

校正模块40，还用于：

基于第一飞行时间差以及第二飞行时间差建立呈高斯分布的时间谱；

基于时间谱获取TOF偏差值；

基于TOF偏差值对PET系统进行校正。

校正模块40，还用于将TOF偏差值录入PET探测器的校正文件中，或者将TOF偏差值固化在PET探测器中。

需要说明的是，上述各个模块可以是功能模块也可以是程序模块，既可以通过软件来实现，也可以通过硬件来实现。对于通过硬件来实现的模块而言，上述各个模块可以位于同一处理器中；或者上述各个模块还可以按照任意组合的形式分别位于不同的处理器中。

在本实施例中还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，该存储器中存储有计算机程序，该处理器被设置为运行计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。

可选地，上述电子装置还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。

可选地，在本实施例中，上述处理器可以被设置为通过计算机程序执行以下步骤：

获取基于探测器晶体的本底辐射形成的符合事件数据，符合事件数据包括第一时间信息以及第二时间信息；

基于第一时间信息以及第二时间信息获取第一飞行时间差；

基于探测到符合事件的晶体之间的距离获取第二飞行时间差；

基于第一飞行时间差以及第二飞行时间差对PET系统进行校正。

需要说明的是，在本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，在本实施例中不再赘述。

此外，结合上述实施例中提供的PET系统校正方法，在本实施例中还可以提供一种存储介质来实现。该存储介质上存储有计算机程序；该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种PET系统校正方法。

上述PET系统校正方法、装置、电子装置和存储介质，通过获取探测器晶体的本底辐射的符合事件数据，符合事件数据包括第一时间信息以及第二时间信息；基于第一时间信息以及第二时间信息获取第一飞行时间差；基于探测器晶体之间的距离获取第二飞行时间差；基于第一飞行时间差以及第二飞行时间差对PET系统进行校正的方式，基于本底固有的放射性现象，在没有额外放射源的情况下对PET系统的状态进行校正，减少了医师受到辐射的剂量，减少了医院的使用成本。

应该明白的是，这里描述的具体实施例只是用来解释这个应用，而不是用来对它进行限定。根据本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在不进行创造性劳动的情况下得到的所有其它实施例，均属本申请保护范围。

显然，附图只是本申请的一些例子或实施例，对本领域的普通技术人员来说，也可以根据这些附图将本申请适用于其他类似情况，但无需付出创造性劳动。另外，可以理解的是，尽管在此开发过程中所做的工作可能是复杂和漫长的，但是，对于本领域的普通技术人员来说，根据本申请披露的技术内容进行的某些设计、制造或生产等更改仅是常规的技术手段，不应被视为本申请公开的内容不足。

“实施例”一词在本申请中指的是结合实施例描述的具体特征、结构或特性可以包括在本申请的至少一个实施例中。该短语出现在说明书中的各个位置并不一定意味着相同的实施例，也不意味着与其它实施例相互排斥而具有独立性或可供选择。本领域的普通技术人员能够清楚或隐含地理解的是，本申请中描述的实施例在没有冲突的情况下，可以与其它实施例结合。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。