一种使用复数源的SPECT探测真实PSF函数获取方法与流程

本发明涉及spect技术中的psf函数获取的，具体为一种使用复数源的spect探测真实psf函数获取方法。

背景技术：

1、spect(single-photonemissioncomputedtomography，单光子发射计算机断层成像)是核医学影像两种ect(emissioncomputedtomography，发射型计算机断层成像技术)技术中的一种，其利用每次衰变仅发射单个光子的放射性药物进行断层成像，通过表现药物在生物体内的分布，反应生物体内的功能、代谢和生理学状况。spect相比pet而言，有优点也有缺点，总体而言是目前比较重要的核医学影响检测方法之一，广泛地用于临床检测。

2、除了用于临床之外，spect目前用在小动物药物研究上非常普遍，由于安全余量的提高，小动物研究中可以承受比人体医学更多的辐射/照射，spect用在小动物药物研究上受限更少。因此，小动物spect在临床上被广泛运用于新型药物的研究，经常用于实验动物的检测和研究。

3、spect技术要生成图像，必须通过迭代重建算法获取，这时有两种数据是必须的，一是迭代重建算法研究的投影图像，二是迭代重建算法所需的系统点扩散函数(pointspreadfunction，psf)，可参见参考文献1，基于gate程序的microspect成像系统并行化montecarlo模拟，清华大学学报(自然科学版)，2007年第47卷第s1期，直观而言，psf函数可以理解为，如图4的x轴上psf随点源x坐标的变化趋势，以及图5的y轴上psf随点源y坐标的变化趋势，再配合z轴方向上距离不同的变化(例如离得更近的一行电源位置，对应地强度更大，而远离一行的对应地强度更小)，就是psf函数。

4、但是目前的psf函数，均是通过模拟手段获得的，例如针对某公司的abc型spect，是根据设定，在计算中心中模拟计算得到这一型机器的psf函数，如参考文献1中就是，“在gate程序中，通过在视野中均匀放置64×64×64＝262144个点源，跟踪从各个点源发射的大量x光子并记录各个探测单元上接收到的x光子计数，可以模拟得到microspect系统的psf。”“由于gate程序的模拟速度较慢，需要在清华高性能集群(thpcc)上进行并行计算，以提高计算速度。又由于gate程序本身并不支持并行计算的功能，因此通过多任务同时运行gate程序，并为每个任务设置不同的初始随机数种子来实现模拟计算的并行化。”这正是模拟psf函数的获取方式，模拟psf函数的优点很突出，就是同一类设备都可以用一个模拟函数，比如市售的5689型(虚拟)，如果针对该型号的配置进行虚拟计算，得到的模拟psf函数可以用于所有机型，这样任何一台设备都不用获取实际psf函数，只要调取该模拟psf函数就能实现图像重建。

5、模拟手段获得psf函数有这样的问题，一是他不是依赖实测或者考虑仪器实际所处的环境而做出的，所以相较实测的psf函数而言，其用于重建图像的效果是不行的，而言存在由于系统误差导致的上限，因为有些实际因素在模拟生成psf函数的时候无法考虑到，或者无法引入函数的生成中。二是，他依赖计算资源，如此大的计算量，基本上都需要依赖清华高性能集群(thpcc)这样的大量计算中心完成，相较于此，如果是实测的psf函数，是需要在实测时存储器记录数据，在实测完毕后通过数据梳理和变换即可得到当前仪器的psf函数，并不需要太大的计算量。三是，最主要的是，现有的由于psf函数为预测函数，并不真实，因此可能会导致spect探测器的归一化出现问题，实际光子发射位置与探测位置出现偏差，举例而言，假设第9行的信号强度最高，但是实测中向第8、第7、第10、第11行衰减测信号非常陡峭(变化更突然)，但是这点在模拟信号中很难体现，则对于模拟psf的情况，将其套用在实际机器上，可能出现的情况例如是，部分图像区域在重建中行成的过于暗淡，难于识别或展示有效信息。而且实测psf函数还可以实际地接收仪器在现地出现的各种因素的影响，都能客观地体现在实测函数中，例如仪器使用当地的可能对辐射、电气的各种影响，甚至气压、温度、湿度可能导致的实际影响，也无法体现在模拟psf函数中。

6、综上，本技术要做的是与现有技术中的生成模拟psf函数的采集方式完全不同，针对具体的spect仪器进行实测，并使得后续的spect检测都以该真实采集的psf函数为依据，生成spect检测结果的重建图像。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种方法，主要针对现有的spect检测依赖模拟psf函数，而模拟psf函数生成不考虑仪器实际所处环境，占用大量计算资源，以及因为模拟函数和实际情况的差距产生的图像重建的效果不好等的一系列的问题，这种方式是本技术独创，没有现有技术启示。在精心设计下，本技术的方法优点较多，根据仪器的实测值，克服了模拟psf函数的不真实，不符合实际情况的问题，有效地保证了当前仪器的图像重建效果。另，相对于本司提交了另项申请“使用复数源的spect探测真实psf函数获取方法”，还有一个具体的问题需要解决，就是虽然使用单个源去执行全部扫描，得到的数据非常可靠，但是现实中确实有耗时过长的问题，例如在某些设备中，现场实测获取真实psf函数现场扫描的总体时间过长，而且这种长是单次时间过长，每次扫描都需要过夜，如果第二天来了感觉数据还不能使用，又调整参数进行检测，则又是一天过去了。这里也是需要加快速度，提高效率的，本技术额外地提出了解决方式，那就是将扫描区域分为n个区域，这样可以大大提高效率(用同一规格的方源分别扫描各个区域，扫描完成后当成同一个方源进行扫描的数据进行计算即可)，例如如果一个方源需要扫描4天，则用4个方源分区域扫描，1天就可以完成。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种真实psf函数获取方法，其特征在于：1)对于配有准直器的栅格式spect探测器，配置截面积不小于探测器晶体栅格的n个方源，n个方源规格相同，n≥2；栅格式spect探测器具有x*y个栅格。

3、2)保持spect探测器处于探测状态，使n个方源处于z轴方向的z个层之内的某层，设定其平移速度，保持平移速度在x-y平面内移动，将x*y个探测器栅格分为n个区域，设定n个方源分别对应n个区域内的探测器栅格，在每一个区域内，均以遍历每一个探测器栅格的至少一次的路径移动对应的方源并发出辐射，探测器记录所有辐射信息及其获取时间。

4、针对其他的z-1层，改变n个方源至对应高度，重复进行上述操作获取辐射信息及其获取时间。

5、3)针对使n个方源处于z轴方向的z个层之内的某层，针对步骤(2)获取的辐射信息及其获取时间，根据方源的运动路径和运动时移入或移出某探测器栅格的时间节点，切分辐射信息数据，对于每一个栅格，获取方源位于当前探测器栅格之上时，x轴方向的psf变化曲线，以及y轴方向的psf变化曲线。

6、针对当层之内的其他x*y-1个探测器栅格，进行同样操作，获取其对应的x轴方向以及y轴方向的psf变化曲线。

7、(4)针对其他的z-1层，重复步骤(3)同样的操作，得到每个层内对应每个探测器栅格的x轴方向的psf变化曲线，以及y轴方向的psf变化曲线。

8、5)合并步骤(3)和(4)的所有psf变化曲线数据，得到对应spect探测器的真实psf累积函数。

9、一种spect成像方法，其特征在于：针对当前spect检测设备，利用如权利要求1所述的真实psf函数获取方法，结合单次检测所得的投影数据，重建出原始放射性活度分布，并进而得到可供显示的图像。

10、一种真实psf函数获取方法，其特征在于：1)对于配有准直器的栅格式spect探测器，配置截面积不小于探测器晶体栅格的n个方源，n个方源规格相同，n≥2；栅格式spect探测器具有x*y个栅格。

11、2)保持spect探测器处于探测状态，使n个方源处于z轴方向的z个层之内的某层，设定其平移速度，保持平移速度在x-y平面内移动，将x*y个探测器栅格分为n个区域，设定n个方源分别对应n个区域内的探测器栅格，在每一个区域内，均以遍历每一个探测器栅格的至少一次的路径移动对应的方源并发出辐射，探测器记录所有辐射信息及其获取时间。

12、针对其他的z-1层，改变n个方源至对应高度，重复进行上述操作获取辐射信息及其获取时间。

13、3)针对使n个方源处于z轴方向的z个层之内的某层，针对步骤(2)获取的辐射信息及其获取时间，根据方源的运动路径和运动时移入或移出某探测器栅格的时间节点，切分辐射信息数据，对于每一个栅格，获取方源位于当前探测器栅格之上时，x轴方向的psf变化曲线，以及y轴方向的psf变化曲线。

14、针对当层之内的其他x*y-1个探测器栅格，进行同样操作，获取其对应的x轴方向以及y轴方向的psf变化曲线。

15、4)针对其他的z-1层，重复步骤(3)同样的操作，得到每个层内对应每个探测器栅格的x轴方向的psf变化曲线，以及y轴方向的psf变化曲线。

16、5)集齐步骤(3)和(4)的所有psf变化曲线数据，对于其中的一个或多个不合理的psf变化曲线数据，用模拟psf变化曲线数据予以替换。

17、6)合并步骤(5)集齐后并替换完毕的所有psf变化曲线数据，得到对应spect探测器的真实psf累积函数。

18、进一步地，所述模拟psf变化曲线数据，为以下数据的择一选用：针对该位置进行数据采集的psf变化曲线数据的数学期望值、依据相邻的4-16组位置的数据的推测计算值、某个前次针对该位置进行数据采集的psf变化曲线数据的的实测值。

19、不合理的psf变化曲线数据判定规则如下：对于某一个psf变化曲线，根据其相邻的4-16个位置的psf变化曲线的实测数据，得到其数学期望值，针对该位置进行数据采集的psf变化曲线数据相对该数学期望值的对比，总体偏低a％或偏高a％以上，认为不合理，a∈[1，10]。

20、一种spect成像方法，其特征在于：针对当前spect检测设备，利用如权利要求3或4所述的真实psf函数获取方法，结合单次检测所得的投影数据，重建出原始放射性活度分布，并进而得到可供显示的图像。

21、本技术相较现有技术，有诸多非显而易见的优点：一是，本技术获取psf真实函数是完全依赖实测进行的，得到的是真实psf函数，其包含的从对应的源接收到的信号强度，完全是真实情况，如果真实的信号强度比推测的强或者不强，这种情况也都会体现在真实函数中，这样能够使得据此重建的图像更好地反应真实情况；二是，相较于模拟psf函数如此大的计算量基本上都需要依赖清华高性能集群(thpcc)这样的大量计算中心完成，真实psf函数只需要进行实际采集，而无需很大量的计算需求，这样就避免了资源浪费，大型计算资源无论买还是租用，都非常昂贵，是对设备成本的极大增加，本技术的实际增加的只是设备安装调试的时间，一般spect设备调试也要半个月，在此基础上延长7-10天，以及例如1个工作人员的数据梳理和审核时间，就可以完成真实psf函数的处理，节约资源。三是，真实psf能够实际捕捉设备的实际情况的数据，例如实际spect设备的实际光子发射位置与探测位置出现偏差，举例而言，假设第9行的信号强度最高，但是实测中向第8、第7、第10、第11行衰减测信号非常陡峭(变化更突然)，但是这点在模拟信号中很难体现，但是真实psf则没有问题，这种趋势完全体现在真实psf中，这就避免了模拟psf换算后的失真问题，真实psf是真实采集的，完全对应设备(源、闪烁晶体阵列、晶体阵列的晶体块有时性质有差别)的实际情况。四是，实测psf函数还可以实际地接收仪器在现地出现的各种因素的影响，都能客观地体现在实测函数中，例如仪器使用当地的可能对辐射、电气的各种影响，甚至气压、温度、湿度可能导致的实际影响，都是在一般spect设备调试也要半个月，在此基础上延长7-10天就可以得到并拥有的，这种消除可能得系统误差的能力，更好地保证图像重建的质量，也是模拟psf所无法拥有的。第五点是，本技术的用多个方源分区扫描，归总数据使用的方式，进一步地提高了效率，相较于只使用一个方源的情况，可以将扫描时间降到原来的1/3-1/16等，根据使用多少个具体的方源来共同扫描而决定。