行與列都進(jìn)行相同分割數(shù)e的分割，如圖2所示。 具體的分割數(shù)取決于探測器總數(shù)、數(shù)據(jù)采集總時(shí)間和計(jì)算使用的電腦內(nèi)存的大小。之后，按 照分割從新記錄每一條L0R上對應(yīng)的新的時(shí)間，探測器對和計(jì)數(shù)率信息。
[0041] (3)對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，將每一條L0R上記錄的事件數(shù)按探測時(shí)間做成直方圖，求 出直方圖的均值，將計(jì)數(shù)率小于均值的數(shù)據(jù)剔除，把直方圖峰值處所對應(yīng)的時(shí)間記作運(yùn)條L0R所對應(yīng)的時(shí)間。運(yùn)樣變換可W剔除時(shí)間信息有極大偏差的噪聲數(shù)據(jù)，獲取每一條L0R上 真實(shí)的時(shí)間，探測器對和計(jì)數(shù)率信息。
[00創(chuàng) （4)將陽T系統(tǒng)時(shí)間修正過程轉(zhuǎn)化為線性過程，運(yùn)個線性過程可表達(dá)為：
[0043] A.Tcai=AT W44] 其中：Ttgi為所求的時(shí)間修正序列，其維數(shù)為系統(tǒng)中最小探測單元的總數(shù)；AT為 探測單元的延時(shí)序列，其具體表達(dá)式為AT=Ti-Tk，運(yùn)里Ti和Tk分別代表對于某一特定事 件探測單元1和k分別記錄的時(shí)間信息，其維數(shù)為系統(tǒng)中記錄的L0R的總數(shù)；A為系統(tǒng)矩陣， 用于表示系統(tǒng)中每一條L0R對應(yīng)的探測器單元對信息，其具體形式如下：
[0045]
[0046] 其中：un('）為算法中最小的探測單元，n為系統(tǒng)中最小探測單元的總數(shù)，m為PET 系統(tǒng)中記錄的LOR的總數(shù)，理論上m的大小受到n大小的約束，可W表達(dá)為m= (n-l)n/2。
[0047] 為了獲取精確的時(shí)間修正序列估計(jì)值，將LI范數(shù)約束加在線性方程中，則其表達(dá) 式變?yōu)椋?br>[0048]
[0049] 其中：IIII為L2范數(shù)，III|i為L1范數(shù)，A為權(quán)重系數(shù)，用于平衡式中第一項(xiàng) 和第二項(xiàng)的估計(jì)精度。
[0050] (5)使用迭代收縮闊值法1ST求解L1范數(shù)約束后的線性方程，得到所求時(shí)間修正 序列。運(yùn)里使用1ST方法的目的在于避免在求解過程中設(shè)及矩陣求逆問題，其具體求解過 程如下：
[0051]
陽0巧其中：為第k+1次迭代后的陽T時(shí)間修正序列估計(jì)值，巧，為第k次迭代后的 PET時(shí)間修正序列估計(jì)值，t為1ST方法的收斂步長，其具體的表達(dá)式為t=u/IIATAII，運(yùn) 里u為0到1之間的常數(shù)。為收縮操作，其具體表達(dá)式如下：
[0053]
[0054] 運(yùn)里經(jīng)過多次迭代之后，獲取PET時(shí)間修正序列。迭代次數(shù)達(dá)到1000次或滿足迭 代停止判斷是迭代結(jié)束，迭代停止判斷的表達(dá)式如下： 陽化引
[0056] W下我們通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證本實(shí)施方式的實(shí)用性和可靠性，圖3所示了實(shí)驗(yàn)的基本 流程。
[0057] 實(shí)驗(yàn)中，我們使用的PET系統(tǒng)是日本濱松光電子有限公司的大腦PET系統(tǒng) 化ITS-655000)，其包含5個探測器環(huán)，每個探測器環(huán)分為4的探測深度，每個探測深度由32 個探測器單元組成，而每個探測器單元又和一個的32X32的晶體陣列禪合。運(yùn)一系統(tǒng)總共 包括655, 360枚晶體。
[0058] 我們所使用的切Under化antom的尺寸為直徑200毫米，長度220毫米。所注射 的18F-FDG的放射性濃度為7. 82MBq，整體掃描時(shí)間為60分鐘。
[0059] 在實(shí)驗(yàn)中，選取的次晶體分割數(shù)為2,其具體分割方式如圖2所示。運(yùn)個值得選擇 是由于我們的電腦的內(nèi)存為8G，掃描時(shí)間總長為60分鐘，更大的分割數(shù)將使計(jì)算內(nèi)存大于 我們電腦的內(nèi)存，并出現(xiàn)每條L0R計(jì)數(shù)率不足的現(xiàn)象。所W為了方便驗(yàn)證，我們的晶體分割 數(shù)只選2。
[0060] 為了檢驗(yàn)時(shí)間修正序列的準(zhǔn)確性，我們需要通過對比修正前后的系統(tǒng)時(shí)間分辨 率。運(yùn)里我們將放射性點(diǎn)源置于陽T系統(tǒng)中屯、，記錄其Singlemodel數(shù)據(jù)信息。之后使用 之前獲得的時(shí)間修正序列對數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，列出修正后的數(shù)據(jù)的時(shí)間直方圖，來獲取修正 后的時(shí)間分辨率。本實(shí)驗(yàn)中所使用的放射性點(diǎn)源為22-胞，其直徑為0. 25毫米，被置于PET 系統(tǒng)中屯、，總掃描時(shí)間為5分鐘。
[0061] 由于本發(fā)明方法主要是通過將L1范數(shù)約束引入時(shí)間修正線性方程和將時(shí)間修正 過程從探測器級提升到次晶體級來提升時(shí)間修正序列估計(jì)值得準(zhǔn)確性，通過使用1ST方法 來使方法適用于大數(shù)據(jù)計(jì)算。所W，為了能夠充分的驗(yàn)證本實(shí)施方式，我們設(shè)計(jì)了 =組實(shí)驗(yàn) 來驗(yàn)證我們的方法，具體情況如圖4所示；其中，圖4(a)~（C)分別展示了本實(shí)施方式與傳 統(tǒng)最小二乘法在探測器級、小數(shù)據(jù)量（單環(huán)）的直方圖結(jié)果、提升到次晶體級對時(shí)間分辨率 的提升和本實(shí)施方式在次晶體級、大數(shù)據(jù)量（全系統(tǒng)）的直方圖結(jié)果。其具體的時(shí)間分辨 率如表1所示：
[0062]表1
[0063]
[0064] 通過W上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果我們可W看出，本發(fā)明基于迭代收縮闊值法的次晶體級PET 時(shí)間修正方法的修正結(jié)果的確在有效地提高了陽T時(shí)間修正的準(zhǔn)確率，提升了系統(tǒng)的時(shí)間 分辨率，并使其可W有效的運(yùn)用在大型陽T系統(tǒng)的修正中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于1ST的次晶體級PET系統(tǒng)時(shí)間修正方法，包括如下步驟： (1) 對PET系統(tǒng)中的每個探測器進(jìn)行次晶體級分割，每個探測器通過分割對應(yīng)得到一 個由nXn個晶體單元組成的晶體單元陣列，n為大于1小于m的自然數(shù)，m為探測器原晶體 陣列的維度； (2) 利用次晶體級分割后的探測器對注入放射性示蹤劑的生物組織進(jìn)行掃描探測，得 到多組LOR數(shù)據(jù)； (3) 對每一組LOR數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以剔除每組LOR數(shù)據(jù)中時(shí)間信息有極大偏差的 Single model數(shù)據(jù)記錄，并確定每組LOR數(shù)據(jù)的探測時(shí)延； (4) 將PET系統(tǒng)時(shí)間修正過程轉(zhuǎn)化為線性方程，通過Ll范數(shù)對該線性方程進(jìn)行約束得 到以下目標(biāo)函數(shù)L;進(jìn)而根據(jù)由各組LOR數(shù)據(jù)探測時(shí)延組成的探測時(shí)延序列AT，對目標(biāo)函 數(shù)L進(jìn)行最小化求解得到PET系統(tǒng)的時(shí)間修正序列Tm1; L=I|ATcal-AT|I2+入I|Tcal|I1 其中：A為系統(tǒng)矩陣，IIII為L2范數(shù)，IIIILl范數(shù)，A為預(yù)設(shè)的權(quán)重系數(shù)； (5) 最后根據(jù)所述的時(shí)間修正序列Teal對預(yù)處理后的各組LOR數(shù)據(jù)Single model數(shù)據(jù) 記錄中晶體單元的探測時(shí)間進(jìn)行修正。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的PET系統(tǒng)時(shí)間修正方法，其特征在于：所述的步驟⑴中根 據(jù)計(jì)算機(jī)內(nèi)存空間、系統(tǒng)中探測器的數(shù)量及探測器所含的晶體數(shù)對探測器進(jìn)行次晶體級分 害1|，n為除去1和m以外m的任一約數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的PET系統(tǒng)時(shí)間修正方法，其特征在于：所述的步驟（2)中的 每組LOR數(shù)據(jù)對應(yīng)一對探測到同一偶合事件且分屬于不同探測器內(nèi)的晶體單元JjPJB，每 組LOR數(shù)據(jù)包含多條Singlemodel數(shù)據(jù)記錄，其中每條Singlemodel數(shù)據(jù)記錄對應(yīng)一個 探測時(shí)間差即晶體單元1和JB對于同一偶合事件的探測時(shí)間之差，每條Singlemodel數(shù) 據(jù)記錄包含晶體單元1和JB的編號、對應(yīng)探測時(shí)間差精度范圍內(nèi)晶體單元JjPJB對于同 一偶合事件的探測計(jì)數(shù)以及對應(yīng)每次探測計(jì)數(shù)晶體單元1和Jb對于同一偶合事件各自的 探測時(shí)間。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的PET系統(tǒng)時(shí)間修正方法，其特征在于：所述的步驟（3)中對每 組LOR數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的具體方法為：對于任一組LOR數(shù)據(jù)，將該組LOR數(shù)據(jù)中所有Single model數(shù)據(jù)記錄按探測計(jì)數(shù)做成直方圖，并計(jì)算所有Singlemodel數(shù)據(jù)記錄探測計(jì)數(shù)的均 值，進(jìn)而剔除探測計(jì)數(shù)小于均值的Singlemodel數(shù)據(jù)記錄。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的PET系統(tǒng)時(shí)間修正方法，其特征在于：所述的步驟（3)中確定 每組LOR數(shù)據(jù)探測時(shí)延的具體方法為：對于預(yù)處理后的任一組LOR數(shù)據(jù)，將其中所有Single model數(shù)據(jù)記錄對應(yīng)探測時(shí)間差的最大值作為該組LOR數(shù)據(jù)的探測時(shí)延。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的PET系統(tǒng)時(shí)間修正方法，其特征在于：所述的步驟（4)中線 性方程的表達(dá)式為A ?Tm1=AT。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的PET系統(tǒng)時(shí)間修正方法，其特征在于：所述的步驟⑷中采 用迭代收縮閾值算法對目標(biāo)函數(shù)L進(jìn)行最小化求解，具體算式如下：其中和?分別為第k次迭代和第k+1次迭代的時(shí)間修正序列，SxtO為收縮函 數(shù)，y為收斂步長，T表示轉(zhuǎn)置，k為迭代次數(shù)。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的PET系統(tǒng)時(shí)間修正方法，其特征在于：所述收縮函數(shù)SAt ()的 具體操作為：對于收縮函數(shù)SAt()括號內(nèi)向量的任一元素x，通過以下公式對元素X進(jìn)行收 縮運(yùn)算：其中為元素X經(jīng)收縮運(yùn)算后的結(jié)果，a為預(yù)設(shè)的收縮閾值。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的PET系統(tǒng)時(shí)間修正方法，其特征在于：所述收斂步長y的表 達(dá)式為y=P/I|ATA|I，P為預(yù)設(shè)的收斂系數(shù)且為0到1之間的常數(shù)。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的PET系統(tǒng)時(shí)間修正方法，其特征在于：所述系統(tǒng)矩陣A的維 度為MXN，M= (N-I)N/2,N為PET系統(tǒng)內(nèi)所有探測器晶體單元的總個數(shù)，系統(tǒng)矩陣A的具 體表達(dá)如下：其中：心~ANi均為系統(tǒng)矩陣A的子矩陣，對于任一子矩陣Ai，其維度為（N-i)XN，i為 自然數(shù)且1彡i彡N-I;所述的子矩陣A1中第i列向量的所有元素均為1，前i-1列向量的 所有元素均為0,后N-i列向量所組成的方陣為主對角線元素均為-1的對角矩陣。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于IST的次晶體級PET系統(tǒng)時(shí)間修正方法，包括：(1)掃描生物組織獲取single？model數(shù)據(jù)；(2)對探測器單元進(jìn)行次晶體級分割；(3)對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；(4)將L1范數(shù)約束加到線性方程式中；(5)使用IST方法求得時(shí)間修正序列；本發(fā)明方法通過將L1范數(shù)引入到時(shí)間修正線性過程中，并將時(shí)間修正水平從探測器級提升到次晶體級，來獲取更精確的時(shí)間修正序列。這種方法有效地加強(qiáng)了修正算法對噪聲的過濾，提高了PET時(shí)間修正的準(zhǔn)確率，提升了PET系統(tǒng)的空間分辨率，使PET系統(tǒng)能在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域上具有更高的使用價(jià)值。
【IPC分類】A61B6/03
【公開號】CN105212956
【申請?zhí)枴緾N201510526366
【發(fā)明人】劉華鋒, 于行健
【申請人】浙江大學(xué)
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年8月25日