[發(fā)明專利]一種基于低秩約束的PET時間校正方法

有效

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• 申請日: 2019-03-01
• 公開（公告）號: CN109893154B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉華鋒;陳懷
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: A61B6/03
• 分類號: A61B6/03
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 王琛

本發(fā)明公開了一種基于低秩約束的PET時間校正方法，包括：(1)探測器采集來自于放射源的符合事件；(2)建立時間校正系統(tǒng)模型；(3)加入低秩約束；(4)使用ADMM算法求解得到晶體補償值。本發(fā)明通過在PET時間校正線性模型的基礎(chǔ)上加入低秩約束，提高了對大噪聲的魯棒性，同時再解決問題時采用稀疏最小二乘的方式，可以解決因為大量數(shù)據(jù)所帶來的計算時間問題。同時，本發(fā)明使PET系統(tǒng)能夠獲得更好的時間分辨率，從而利用TOF信息獲取更好的空間分辨率，使PET系統(tǒng)能夠在醫(yī)學(xué)成像中提供更為準(zhǔn)確的信息，為臨床診斷提供更好的幫助。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于PET成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于低秩約束的PET時間校正方法。

背景技術(shù)

正電子發(fā)射斷層成像(Positron emission tomography，PET)，是一種基于核物理學(xué)和分子生物學(xué)的醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，它能夠從分子層面上觀察細胞的新陳代謝活動，為早期疾病尤其是腫瘤的檢測和預(yù)防提供了有效依據(jù)。PET本質(zhì)上是對病人體內(nèi)藥物的濃度分布進行成像，被注射入病人體內(nèi)的放射性同位核素標(biāo)記藥物通過血液進入循環(huán)系統(tǒng)，這些物質(zhì)在人體內(nèi)各組織器官中將形成一定的濃度分布。由于放射性同位核素的半衰期較短，且極其不穩(wěn)定，將很快發(fā)生衰變，衰變過程中所釋放的正電子與附近的自由電子發(fā)生湮滅反應(yīng)，產(chǎn)生一對方向幾乎相反、能量相等，能量大小為511kev的伽瑪光子對。這些光子對被PET系統(tǒng)中的探測器環(huán)接收，生成記錄有光子能量，探測時間，計數(shù)率和探測器編號等相關(guān)信息，這些信息以Listmode的形式儲存在文件當(dāng)中，并最終轉(zhuǎn)化為Sinogram的形式，用于最終的圖像數(shù)據(jù)重建。

為了實現(xiàn)更精確的診斷，醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)ET的性能提出了更進一步的要求。隨著現(xiàn)代技術(shù)不斷提升，TOF(Time-of-Flight)-PET應(yīng)運而生，TOF-PET記錄探測器探測到光子的時間信息，以實現(xiàn)軟件符合；相較于之前的硬件符合，TOF-PET在商用PET中可以減少額外的硬件開支，因此TOF-PET對時間分辨率有著較高的要求。在實際情況下，有以下因素影響著PET系統(tǒng)的時間分辨率：①PMT(光電倍增管)的延時；②探測晶體的延時；③后端電路的延時；為了提高成像精度，需要對PET系統(tǒng)進行時間校正。

目前較為普遍的PET時間方法有以下幾種：

(1)參考探測器法：利用一個快速光電倍增管作為參考探測器，通過記錄同一事件在參考探測器和PET系統(tǒng)探測器所記錄的探測時間，來估計兩者之間的時間差，從而獲取PET系統(tǒng)的準(zhǔn)確延時并借由此數(shù)值進行校正。

(2)特殊放射源法：經(jīng)過特殊設(shè)計的放射源，放射源位于視場當(dāng)中，由于其具體位置已知，因此事件到達的兩端探測器的時間差值仍需加入位置補償，以獲取正確的校正數(shù)值。例如點源，由于放置于視場中心，則到達兩端探測器的距離是相同的，其位置補償為零；旋轉(zhuǎn)源(線源)相較于點源略有不同，從徑向角度看，其位置與視場正中心存在一定距離，因此近端探測器中較早接收信號，遠端探測器較晚接收信號，因此在計算的時候，需要加入位置補償，來達到類似于點源的效果。其思路相較于點源大致相同，但是因為涉及到的照射面更廣，即對于單個探測器而言，有著更多的對邊探測器與其有關(guān)，相較點源，其參考價值更為行之有效。

(3)線性方程：在特殊放射源的基礎(chǔ)上，獲取符合事件的相關(guān)信息，我們將符合事件的兩個探測器以I和J命名，將其以PET時間校正模型的方式予以呈現(xiàn)，然后通過求解線性方程來得到相關(guān)補償值，用于對PET系統(tǒng)時間延遲的校正。當(dāng)然，目前有著一些直接利用患者數(shù)據(jù)進行校正的方式，亦可寫成線性方程的形式，也正因此，線性方程中系統(tǒng)矩陣的呈現(xiàn)形式分為以響應(yīng)線為系統(tǒng)矩陣形式和以符合事件數(shù)量為系統(tǒng)矩陣的形式兩種。

在最初的線性方程求解時，以求解方程的最小二乘解為出發(fā)點，但由于其容易受到噪聲的影響，為了提高方法的魯棒性，許多研究者分別提出了在目標(biāo)函數(shù)后面加入L1范數(shù)作為正則項，TV范數(shù)正則項，或者將目標(biāo)函數(shù)從原先的二范數(shù)求解改為一范數(shù)求解以減少大噪聲的影響。