[发明专利]一种基于STFT的PET系统符合时间分辨率提升方法

权利要求书

1.一种基于STFT的PET系统符合时间分辨率提升方法，包括如下步骤：

(1)利用一对PET探测器对点源发生的符合事件进行探测，进而对探测得到的符合波形以及对应的点源位置进行保存；

(2)对所述符合波形进行裁剪处理，并计算每一组符合波形对应的TOF真实值；

(3)对每一组符合波形进行短时傅里叶变换，以获取其短时频域振幅信息；

(4)根据步骤(1)～(3)以获得大量样本，每组样本包括符合波形的短时频域振幅信息以及TOF真实值，进而将所有样本划分为训练集和测试集；

(5)构建残差卷积神经网络模型，该模型由多个级联的残差单元以及全连接层构成；

(6)利用训练集样本中的短时频域振幅信息作为模型输入，TOF真实值作为标签，对上述网络模型进行训练；

(7)将测试集样本中的短时频域振幅信息输入至训练好的网络模型中，即可直接预测输出对应的TOF时间。

2.根据权利要求1所述的PET系统符合时间分辨率提升方法，其特征在于：所述步骤(1)的具体实现方式为：在一对PET探测器的连线上放置一个放射性点源，以一定步长间隔在连线上移动点源，利用两探测器在每个位置上探测点源发生的符合事件，得到多组符合波形，每一组符合波形包含两个探测器对同一符合事件所发出的成对伽马光子响应得到的两条波形序列，两条波形序列的时延即代表PET飞行时间。

3.根据权利要求1所述的PET系统符合时间分辨率提升方法，其特征在于：所述步骤(2)中的裁剪处理即取符合波形的两条波形序列中各自的最大值，并以最大值点为基准，向前采样t₁时长，向后采样t₂时长，组成t₁+t₂长度的波形，以此保证裁剪后所得到的波形中大多为波形上升沿；若任一组符合波形对应的点源位置为Δx，则该符合波形的TOF真实值c为光速。

4.根据权利要求3所述的PET系统符合时间分辨率提升方法，其特征在于：所述步骤(3)中对于符合波形的两条波形序列f₁(n)和f₂(n)，通过以下公式对f₁(n)和f₂(n)进行短时傅里叶变换；

其中：F₁(n,ω)和F₂(n,ω)分别为f₁(n)和f₂(n)经短时傅里叶变换后的结果且两者均为二维数组，横轴n表示时刻，纵轴ω表示频率，h()为窗函数，j为虚数单位，m表示傅里叶变换时的时移。

然后提取F₁(n,ω)和F₂(n,ω)各自的振幅S₁(n,ω)和S₂(n,ω)，进而将S₁(n,ω)和S₂(n,ω)进行上下拼接即作为符合波形的短时频域振幅信息。

5.根据权利要求1所述的PET系统符合时间分辨率提升方法，其特征在于：所述残差单元由三个残差模块D1～D3依次连接组成，每个残差模块从输入到输出由卷积层、批量规范化层、激活函数ReLU依次连接组成，D1和D3中卷积层的卷积核大小为1×1，D2中卷积层的卷积核大小为3×3，D3的输出与D1的输入相加后再经过激活函数ReLU处理后即作为残差单元的输出。

6.根据权利要求1所述的PET系统符合时间分辨率提升方法，其特征在于：所述网络模型中每一层残差单元的输出即作为下一层残差单元的输入，第一层残差单元的输入为训练集样本中的短时频域振幅信息，其经过多层残差单元后展开为一维向量，将该一维向量通过全连接层后即输出得到符合波形对应的TOF时间。