[发明专利]一种基于TVMerge的晶体级PET系统时间修正方法

说明书

技术领域

本发明属于PET成像技术领域，具体涉及一种基于TVMerge(Total Variation Merge，全变差融合法)的晶体级PET系统时间修正方法。

背景技术

PET全称为Positron emission tomography，也就是通常所说的正电子发射断层成像，是一种基于核物理学和分子生物学的医学影像技术，它能够从分子层面上观察细胞的新陈代谢活动，为早期疾病尤其是肿瘤的检测和预防提供了有效依据。PET本质上是对病人体内药物的浓度分布进行成像，被注射入病人体内的放射性同位核素标记药物通过血液进入循环系统，这些物质在人体内各组织器官中将形成一定的浓度分布。由于放射性同位核素的半衰期较短，且极其不稳定，将很快发生衰变，衰变过程中所释放的正电子与附近的自由电子发生湮灭反应，产生一对方向几乎相反、能量相等，能量大小为511kev的伽玛光子对。这些光子对被PET系统中的探测器环接收，生成记录有光子能量，探测时间，计数率和探测器编号的有效数据(Single model或者sinogram)。之后，这些数据被用于生理图像的重建或生理参数的估计。

近几年PET在实际医学领域的应用日趋广泛，但与此同时，很多医学领域都需要PET能提供更高的空间分辨率，以实现更加精确的医疗诊断。为了获得更高的空间分辨率，一种被称为TOF(Time-of-Flight)-PET的新系统正被广泛的应用在相关的临床医学领域。TOF-PET的基本原理是通过记录探测器探测到光子的精确时间来提升空间分辨率。因此，TOF-PET对PET系统的时间分辨率有着很高的要求，但是在实际情况中，PET系统的时间分辨率常会收到探测晶体的延时、探测器部分的延时和后端电路的延时的影响，使PET系统的时间分辨率变差。所以，PET系统的时间修正对实现高分辨率PET成像是十分必要的。此外，随着闪烁晶体的尺寸不断缩小和PET系统探测器数量的不断增加，准确的大型PET系统时间修正也正在变的越来越困难。

目前，PET时间修正方法大致可分为三种：参考探测器法、特殊散射源法和线性转化法。第一种方法主要是用一个快速光电倍增管作为参考探测器，通过同时记录同一事件在参考探测器和PET系统探测器所记录的探测时间，来估计两者之间的时间差，从而获取PET系统的准确延时并借此对系统进行时间修正；第二种方法则是使用一个经过特殊设计的放射性源来获取系统时间修正序列。在这个特殊设计的放射性源中，每个事件在源内的具体位置都是已知的，由于所有伽马光子的传播速度都是光速，因此我们可以通过计算其飞行时间来获取理论上无延时的探测时间，这个理论值和实际PET系统测量的时间的偏差就是我们所求的系统的时间修正序列；第三种方法则是将PET时间修正问题转化为一个线性过程，通过最小二乘法来求解这一线性过程来获取时间修正序列的估计值。

但是以上这三种方法都有着各自的局限性。第一种方法需要一个额外的参考探测器来获取时间修正序列，而这个额外的探测器会增加整个系统的构建成本，并且为了获取较为准确的估计值，这种方法往往需要较长的采集时间，这都制约了其的普遍应用。而第二种方法虽然不需要额外添加一个参考探测器，但是它却需要一个特别设计的放射性源来计算时间修正序列，这也限制了它的广泛使用。第三种方法虽然对探测器和放射性源都没有特殊的要求，但是由于所采集到的信号存在噪声，所以这种方法的准确度不是很好，并且还受到系统矩阵大小的制约，无法应用于大型的PET系统中。

此外，随着临床医疗对医学图像精确程度要求的不断提高，与之相关的闪烁晶体的尺寸也随之不断变小，晶体数量不断增加，PET的各种修正也不断的向着晶体级和大系统级迈进。但是，以上的方法大多都是探测器级的修正，且无法很好的应用在晶体数巨大的PET系统中，所以急需一种新的晶体级的时间修正方法。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种基于TV Merge的晶体级PET系统时间修正方法，能够有效提高PET系统的时间分辨率。

一种基于TV Merge的晶体级PET系统时间修正方法，包括如下步骤：

(1)对PET系统中的每个探测器按行方向进行晶体级分割，每个探测器通过分割对应得到n个晶体单元，n为除去1以外m的任一约数，m为探测器原晶体阵列的维度；

(2)利用晶体级分割后的探测器对注入放射性示踪剂的生物组织进行扫描探测，得到多组LOR数据；