一种时间校准方法和装置与流程

本公开涉及核医学成像技术，特别涉及一种时间校准方法和装置。

背景技术：

pet(positronemissioncomputedtomography，正电子发射型计算机断层显像)是当今最先进的大型医疗诊断成像技术之一，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，称为符合事件，pet系统通过晶体探测光子对重建出发射正电子的核素分布图。但是由于pet探测装置的性能不一致性等因素，导致各个晶体上对接收到伽马光子的时间判定精度不同，影响pet图像的重建，因此需要对晶体接收符合事件的时间进行校准。

现有的时间校准方案中，例如，可以在pet系统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偏差，这种方法通常都要求扫描的模体中心与pet系统的中心完全重合，但是实际中这种要求很难做到，模体中心与pet系统中心的偏移通常会导致时间偏差校准的精度大大降低，导致校正不准确。

技术实现要素：

有鉴于此，本公开提供一种时间校准方法和装置，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，提供一种时间校准方法，所述方法用于对正电子发射型计算机断层显像pet系统的晶体采集事件时间进行校正，所述方法包括：

获取每个晶体对探测到的符合事件，得到所述晶体对接收符合事件的时间差，所述符合事件产生于扫描pet系统中放置的模体；

根据所述符合事件重建模体图像；

根据所述模体图像，确定在所述晶体对的响应线上相对于晶体对其中一个晶体的源位置偏差，并根据源位置偏差得到对应所述晶体的时间偏差；

根据所述时间偏差，对所述晶体对的时间差进行预校正；

根据预校正后的时间差，迭代获得所述晶体的实际时间偏差校正量；

根据所述实际时间偏差校正量，校正所述晶体的符合事件采集时间。

第二方面，提供一种时间校准装置，所述装置用于对正电子发射型计算机断层显像pet系统的晶体采集事件时间进行校正，所述装置包括：

信息处理模块，用于获取每个晶体对探测到的符合事件，得到所述晶体对接收符合事件的时间差，所述符合事件产生于扫描pet系统中放置的模体；

图像重建模块，用于根据所述符合事件重建模体图像；

偏差确定模块，用于根据所述模体图像，确定在所述晶体对的响应线上相对于晶体对其中一个晶体的源位置偏差，并根据源位置偏差得到对应所述晶体的时间偏差；

预校正模块，用于根据所述时间偏差，对所述晶体对的时间差进行预校正；

迭代计算模块，用于根据预校正后的时间差，迭代获得所述晶体的实际时间偏差校正量；

校正处理模块，用于根据所述实际时间偏差校正量，校正所述晶体的符合事件采集时间。

第三方面，提供一种pet设备，所述设备包括：pet探测器、处理器和存储器；所述探测器中包括多个晶体，所述晶体用于探测源自被检体的符合事件；

所述处理器用于读取存储器上的时间校准控制逻辑对应的机器可读指令，并执行所述指令以实现如下操作：

获取每个晶体对探测到的符合事件，得到所述晶体对接收符合事件的时间差，所述符合事件产生于扫描pet系统中放置的模体；

根据所述符合事件重建模体图像；

根据所述模体图像，确定在所述晶体对的响应线上相对于晶体对其中一个晶体的源位置偏差，并根据源位置偏差得到对应所述晶体的时间偏差；

根据所述时间偏差，对所述晶体对的时间差进行预校正；

根据预校正后的时间差，迭代获得所述晶体的实际时间偏差校正量；

根据所述实际时间偏差校正量，校正所述晶体的符合事件采集时间。

第四方面，提供一种pet时间校准系统，所述系统包括：

处理设备；

计算机可读存储介质，所述介质上存储有时间校准控制逻辑对应的机器可读指令，所述指令能够被所述处理设备执行，所述指令用于实现如下操作：

获取每个晶体对探测到的符合事件，得到所述晶体对接收符合事件的时间差，所述符合事件产生于扫描pet系统中放置的模体；

根据所述符合事件重建模体图像；

根据所述模体图像，确定在所述晶体对的响应线上相对于晶体对其中一个晶体的源位置偏差，并根据源位置偏差得到对应所述晶体的时间偏差；

根据所述时间偏差，对所述晶体对的时间差进行预校正；

根据预校正后的时间差，迭代获得所述晶体的实际时间偏差校正量；

根据所述实际时间偏差校正量，校正所述晶体的符合事件采集时间。

本公开提供的时间校准方法和装置，通过根据放射源中心位置与响应线上的晶体对中心位置之间的源位置偏差，得到晶体对的时间差的校正量，进而据此迭代计算得到每个晶体的实际时间偏差校正量，使得晶体的采集时间更为准确。

附图说明

图1是本公开一示例性实施例示出的一种pet系统的结构示意图；

图2是本公开一示例性实施例示出的一种时间校准方法的流程图；

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晶体关联扇面的示意图；

图5是本公开一示例性实施例示出的单峰直方图；

图6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7是本公开一示例性实施例示出的一种时间校准装置的结构示意图。

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系统100的结构示意图，如图1所示，该pet系统100可以包括探测器101(petdetector)，该探测器101可以是一个环形探测器，其中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中进行扫描。

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，正电子与被检体内周围的负电子湮灭产生一对背靠背的伽马光子，光子可以被探测器101中的闪烁晶体接收到。光电倍增管可以将晶体探测到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事件中哪些是来源于同一个湮灭事件，并将源自同一湮灭事件的两个光子称为符合事件。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，探测到符合事件的晶体对，每个晶体都可以记录探测到事件的时间即晶体采集事件时间，实际实施中，由于pet探测装置的性能不一致性等因素，导致各个晶体上对接收到伽马光子的时间判定精度不同，晶体采集事件的时间不太准确。然而，该时间在pet的信息处理中非常重要，例如，以tof-pet(timeofflight-pet)为例，pet系统可以根据上述晶体对接收到光子对的时间偏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湮灭位置确定的准确性以及图像重建的质量。有鉴于此，本公开提供的时间校准方法要对pet探测器中的各个晶体采集事件的时间进行校准。

pet晶体的时间校准，通常可以在pet正式使用前进行，并且，可以是在pet系统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系统的探测器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对晶体的采集时间偏差进行校正。

图2示例了本公开的时间校准方法的流程图，可以包括：

在步骤201中，扫描对称性放射源模体，得到每个晶体对探测到的符合事件，并获取到所述晶体对接收到所述符合事件的时间差。

本步骤中，以晶体a和晶体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湮灭事件，且该两个伽马光子分别被晶体a和晶体b接收到。假设晶体a接收到事件的时间是ta，晶体b接收到事件的时间是tb，那么这对晶体对应的时间差是ta-tb。

在步骤202中，根据符合事件重建模体图像。

本步骤中，可以根据符合事件重建模体图像。此外，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数据重建模体图像，对重建图像进行滤波平滑，利用质心法求出模体的每一层图像的对称中心，本例子可以求出每一层图像的模体对称中心位置(xp,yp)，质心法计算公式如下：

上述的公式1中，例如，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，最终得到模体在每一层图像上的中心为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。

在步骤203中，根据所述模体图像，确定在所述晶体对的响应线上相对于晶体对其中一个晶体的源位置偏差，并根据源位置偏差得到对应所述晶体的时间偏差。

本例子中，pet探测晶体采集事件时间的偏差，其中一个导致该偏差的原因即源位置偏差，如果模体的放射源中心位置正好是pet系统的中心位置，那么将不会再有源位置偏差导致的采集时间偏移。因此，本步骤将计算所述的源位置偏差导致的时间偏差。

结合图3所示，仍以晶体a和晶体b为例，晶体a、b可以是不同探测器环上的晶体，作为放射源的模体31是一个实心的圆柱模体，晶体a和晶体b轴向位置的中心位置对应的放射源中心位置是p(xp,yp,zp)，其中zp是a和b轴向上的中心z坐标。晶体a和晶体b是探测到符合事件的晶体对，该晶体对的连线即响应线lor32，点c是响应线上的晶体对中心位置。d(xd，yd，zd)，是晶体对a和b之间与模体相交部分的中心点。

理想状态下，d应与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，d与c之间存在偏移距离，导致晶体对a和b接收符合事件的时间差不为零。结合晶体对a和b的符合事件的光子可以是由响应线32与模体31交叠部分发射出来，那么d与c之间的距离偏移导致的晶体对a和b的实际时间差，即为源位置偏移导致的晶体采集时间偏差。

本步骤中，可以先计算d与晶体对中心位置c之间的距离偏差，假设a和b的坐标为a(xa,ya,za)和b(xb,yb,zb)，利用d在ab上且是ab与模体相交的中点(所述的ab是晶体a和晶体b之间的连线)，对于模体考虑到在较小的轴向范围内可以保证轴向偏差极小，这里假设轴向偏差为0，可以按照如下公式计算：

而|ac|＝0.5*|ab|，则上述d和c这两个位置点相对于晶体a的距离偏差为：

转变为d和c相对于晶体a的时间偏差为：

本例子中，是以计算晶体a的实际时间偏差校正量为例进行描述，其他各个晶体的时间偏差校正量可以按照同样的方法计算。当以晶体a的偏差计算为例时，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晶体a行进的路线中由于源位置偏差导致的行进距离偏差，并进而得到伽马光子的行进时间的偏移。在图3所示的本例子中，是以相对于晶体对中的晶体a的时间偏差计算为例。

在步骤204中，根据所述时间偏差，对所述晶体对的时间差进行预校正。

本步骤仍以校正tof-pet中的晶体a为例，tofa_ab＝ta-tb，其中，ta是晶体a接收符合事件的时间，tb是晶体b接收符合事件的时间。

请结合图4来看，图4所示为晶体a所关联的扇面，在pet探测器的各个晶体探测到的符合事件中，可能有多个符合事件都涉及到晶体a。例如，图4中的扇面上的晶体b的数量是多个，假设晶体b包括晶体b1、b2、b3等，晶体a和晶体b1是接收到符合事件的一个晶体对，晶体a和晶体b2是接收到另一符合事件的晶体对，晶体a和晶体b3是接收到又一符合事件的晶体对。

上述的每一个晶体对都对应一个接收符合事件的时间差，如果根据上述的晶体a及其关联扇面上的各个晶体之间的时间差，做成直方图，将得到图5所示的形式。图5是模体为实心棒源或者注源的实心圆柱模体时，对应的单峰直方图，横轴是时间差，纵轴是计数。晶体a对应的晶体对的时间差，可以是图5所示的直方图的峰值位置，比如，可以通过高斯函数拟合确定峰值位置，所述的时间差峰值位置即tofa_ab。此外，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，可以先计算两个单峰的峰值，再求峰值的平均值作为晶体对中相对于晶体a的时间差tofa_ab。

本步骤中，可以根据步骤203中得到的时间偏差，对晶体对的时间差进行预校正。如下的公式5所示，由于放射源中心d在晶体对中心c的右侧，更靠近晶体b，所以实际上晶体a采集的时间是延迟的。

tofa_ab＝tofa_ab-δa_ab.......(公式5)

在步骤205中，根据预校正后的时间差，迭代获得所述晶体的实际时间偏差校正量。

利用步骤(三)中计算的晶体对上的预校正的时间偏差峰值位置，例如晶体对a和b相对于晶体a的时间偏差峰值位置tofa_ab，根据选择的晶体a关联的扇形区域，迭代估计晶体a的偏移量。

设定晶体a的时间偏差初始值按照如下公式迭代：

其中，是晶体a的时间偏差，biasa是一个时间偏差临时变量，n是关联扇形面上的晶体个数，tofa_ab是指预校正后的时间偏差，fana是晶体a关联的扇形区域。迭代可以根据达到预设的最大迭代次数终止，或者根据满足都小于预设的一个阈值终止。

最后获得每个晶体的时间偏差校正量即最后迭代时间偏移校正量，n为迭代次数。

在步骤206中，根据所述实际时间偏差校正量，校正所述晶体的符合事件采集时间。

本步骤中，可以根据步骤205中得到的实际时间偏差校正量校正晶体a的符合事件采集时间，例如，可以按照如下公式校正：

此外，本例子还可以根据获得的每个晶体的实际时间偏差校正量建立时间偏差校正表，表中值为各个晶体及其对应的当pet正式使用时，再次获取到各个晶体的符合事件采集时间时，可以查找该时间偏差校正表，得到晶体对应的实际时间偏差校正量，据此对晶体采集的事件时间信息上延迟

本例子的时间校准方法，通过根据放射源中心位置与响应线上的晶体对中心位置之间的源位置偏差，得到晶体对的时间差的校正量，进而据此迭代计算得到每个晶体的实际时间偏差校正量，使得晶体的采集时间更为准确。

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以及存储器1703，其中，探测器中包括多个晶体，所述晶体用于探测源自被检体的符合事件。处理器1702和存储器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，存储器1703上存储有时间校准的控制逻辑1706，该控制逻辑1706从功能上划分的逻辑模块，可以是图7所示的时间校准装置的结构。

如图7所示，该时间校准装置可以包括：信息处理模块71、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和校正处理模块76。

信息处理模块71，用于获取每个晶体对探测到的符合事件，得到所述晶体对接收符合事件的时间差，所述符合事件产生于扫描pet系统中放置的模体；

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，确定在所述晶体对的响应线上相对于晶体对其中一个晶体的源位置偏差，并根据源位置偏差得到对应所述晶体的时间偏差；

预校正模块74，用于根据所述时间偏差，对晶体对的时间差进行预校正；

迭代计算模块75，用于根据预校正后的时间差，迭代获得所述晶体的实际时间偏差校正量；

校正处理模块76，用于根据所述实际时间偏差校正量，校正所述晶体的符合事件采集时间。

此外，图2所示的时间校准流程还可以被包括在计算机可读存储介质中，所述介质上存储有时间校准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设备连接，介质上存储的所述指令能够被处理设备执行。例如，本公开还可以提供一种pet时间校准系统，该系统可以包括处理设备和计算机可读存储介质，所述介质上存储的时间校准控制逻辑对应的机器可读指令用于实现如下操作：

获取每个晶体对探测到的符合事件，得到所述晶体对接收符合事件的时间差，所述符合事件产生于扫描pet系统中放置的模体；

根据所述符合事件重建模体图像；

根据所述模体图像，确定在所述晶体对的响应线上相对于晶体对其中一个晶体的源位置偏差，并根据源位置偏差得到对应所述晶体的时间偏差；

根据所述时间偏差，对所述晶体对的时间差进行预校正；

根据预校正后的时间差，迭代获得所述晶体的实际时间偏差校正量；

根据所述实际时间偏差校正量，校正所述晶体的符合事件采集时间。

在本公开中，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。