專利名稱：Pet成像中單事件列表式數(shù)據(jù)的同步方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及輻射探測成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種正電子發(fā)射斷層成像中單事件列表式數(shù)據(jù)的同步方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
正電子發(fā)射斷層成像(Positron Emission Tomography,以下均簡稱PET)是一種非侵入式的造影方法。它成像的基本原理是將正電子放射性核素標(biāo)記于分子探針上，當(dāng)放射性核素衰變產(chǎn)生的正電子與生物體內(nèi)的負電子碰撞湮滅后，發(fā)出一對能量為511 KeV，運動方向近似相反的Y光子。PET采用環(huán)繞生物體的環(huán)形位置靈敏輻射探測器將入射的Y光子轉(zhuǎn)換為電信號，從而獲得其能量、位置和時間信息。通過湮滅符合技術(shù)，得到湮滅事件所在響應(yīng)線的位置，并通過二維或三維斷層重建算法獲得正電子核素在生物體中的分布，從而在體外觀測生物體內(nèi)的生理和生化過程[Michael E. Phelps, PET Physics, Instrument, and Scanners, Springer,2006]o符合探測是PET成像的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前符合探測的實現(xiàn)方法主要有基于與邏輯和基于時間戳。與基于與邏輯的符合探測方法相比，基于時間戳的符合探測方法因具有實時性、可擴展性和適應(yīng)性等優(yōu)勢而得到廣泛使用[M. -A. Tetrault, J. Oliver,M. Bergeron, R.Lecomte and R. Fontaine, “Real Time coincidence detection enginefor high count rate timestamp based PET，，，IEEE Trans. Nucl. Sci, vol. 57, no. I,PP. 117_124，F(xiàn)eb，2010]。然而，對于這種基于時間戳的符合探測方法來說，時間同步是一個非常重要的問題。因為它的精度和穩(wěn)定性直接影響到系統(tǒng)級時間分辨率的好壞。好的時間分辨率有助于設(shè)置更小的時間窗，剔除更多的隨機事件，從而獲得更好的NECR，提高成像質(zhì)量和信噪比。傳統(tǒng)的PET系統(tǒng)通常把所有的數(shù)據(jù)獲取板連接到背板上面，然后由背板上的時鐘分布網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)精確的時鐘同步。這種方法雖然可以達到較小的時鐘歪斜和抖動，但是它往往和探測器結(jié)構(gòu)以及硬件符合電路緊密結(jié)合，靈活性、維護性和升級性等都受到極大的制約[D. P. McElroy, M. Hoose, ff. Pimpl, V. Spanoudaki, T. Schuler, and S. I. ZiefIer, “Atrue singles list-mode data acquisition system for a small animal PET scannerwith independent crystal readout”，Phys. Med. Biol. Vol. 50,pp.3323-3335,2005]。近年來，隨著基于單事件列表式數(shù)據(jù)的軟件式符合探測方法在PET成像中的廣泛應(yīng)用，多種可供選擇的時間同步方法被相繼報道出來。全局時鐘方法通過線纜將高精度時鐘參考源和同步信號傳送到各個數(shù)據(jù)采集板來完成時間同步。但是這種方法由于采用線纜，時鐘同步信號不可避免地會受到延時、衰減以及噪聲干擾等的影響。因此，需要進行定期的時間校正。同步以太網(wǎng)方法通過以太網(wǎng)傳輸媒介和使用精密時間協(xié)議，能夠得到較好的同步效果。但是這種方法對硬件有額外的要求，增加了系統(tǒng)設(shè)計的成本。因此，針對上述技術(shù)問題，有必要提供一種改良結(jié)構(gòu)的PET成像中單事件列表式數(shù)據(jù)的同步方法及系統(tǒng)，以克服上述缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種PET成像中單事件列表式數(shù)據(jù)的同步方法及系統(tǒng)，用于PET成像中各基本探測模組工作在局部時鐘參考源下，且無硬件同步信號參與下，對采集到的單事件列表式數(shù)據(jù)進行時間上的同步校正。該方法能夠有效、準(zhǔn)確地完成單事件列表式數(shù)據(jù)的同步，精確地提取符合事件，同時大大簡化系統(tǒng)硬件設(shè)計的復(fù)雜度，增加系統(tǒng)的靈活性，擴展性和可維護性。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案一種PET成像中單事件列表式數(shù)據(jù)的同步方法，所述 同步方法步驟如下(I)獲取及存儲各基本探測模組工作在局部時鐘參考源下的單事件列表式數(shù)據(jù)，并對這些單事件數(shù)據(jù)進行頻率差異補償；(2)計算各探測模組所獲單事件數(shù)據(jù)集內(nèi)單事件發(fā)生時間間隔的概率密度，并設(shè)定各初始參數(shù)；(3)根據(jù)步驟(2)設(shè)定的參數(shù)，采用迭代尋峰對各探測模組所獲單事件數(shù)據(jù)集進行同步校準(zhǔn)及符合尋峰，確定各探測模組起始探測時間差異的粗略估計值；(4)根據(jù)步驟(3)獲取的起始探測時間差異粗略估計值，采用分級時間窗對各探測模組所獲單事件數(shù)據(jù)集進行同步校準(zhǔn)及符合尋峰，確定各探測模組起始探測時間差異的精確估計值；(5)對步驟(3)和步驟(4)獲取的起始探測時間差異粗略估計值和精細估計值進行權(quán)重累加，確定各探測模組起始探測時間差異值，并對各探測模組所獲單事件數(shù)據(jù)集進行同步校正和符合甄別，獲取符合事件。優(yōu)選的，在上述PET成像中單事件列表式數(shù)據(jù)的同步方法中，所述步驟(I)中各基本探測模組生成包含事件時間信息、能量信息和位置信息的單事件列表式數(shù)據(jù)，傳送并存儲到計算機中。優(yōu)選的，在上述PET成像中單事件列表式數(shù)據(jù)的同步方法中，所述步驟(I)中頻率差異補償由各探測模組依照各自內(nèi)部計數(shù)器值周期性的在數(shù)據(jù)傳輸通道上發(fā)出頻率同步請求，接收裝置測量出各探測器模組兩次同步請求的時間差異，并根據(jù)此差異生成探測模組頻率差異查找表，實時補償由局部參考時鐘源引進的頻率差異。優(yōu)選的，在上述PET成像中單事件列表式數(shù)據(jù)的同步方法中，所述步驟(2)中各探測模組所獲單事件數(shù)據(jù)集內(nèi)單事件發(fā)生時間間隔TIi的概率密度fi(x)通過對這些單事件數(shù)據(jù)集進行后向差分，并對所獲取的差分?jǐn)?shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析獲得，其中，i為探測模組編號，X為單事件發(fā)生時間間隔。優(yōu)選的，在上述PET成像中單事件列表式數(shù)據(jù)的同步方法中，所述步驟(2)中初始化參數(shù)包括初始迭代空間參數(shù)TRini、初始時間間隔參數(shù)ATini和初始時間窗參數(shù)TWini。優(yōu)選的，在上述PET成像中單事件列表式數(shù)據(jù)的同步方法中，所述步驟(2)中初始化參數(shù)的設(shè)定均需由各探測模組所獲單事件數(shù)據(jù)集內(nèi)單事件發(fā)生時間間隔的概率密度計算得出，具體步驟如下(2. I)初始化迭代空間參數(shù)TRini對各探測模組內(nèi)單事件數(shù)據(jù)集進行歸并排序，在所得序列中查找第i號探測模組起始探測時間T1對應(yīng)的位置M，同時讀取序列中位置M-N對應(yīng)的事件時間Tcd，其中，N為連
續(xù)出現(xiàn)源于同一探測模組的事件個數(shù)，N G [I, M-1]，通過如下公式計算Tcd出現(xiàn)的概率

權(quán)利要求
1.一種PET成像中單事件列表式數(shù)據(jù)的同步方法，其特征在于所述同步方法步驟如下 (1)獲取及存儲各基本探測模組工作在局部時鐘參考源下的單事件列表式數(shù)據(jù)，并對這些單事件數(shù)據(jù)進行頻率差異補償； (2)計算各探測模組所獲單事件數(shù)據(jù)集內(nèi)單事件發(fā)生時間間隔的概率密度，并設(shè)定各初始參數(shù)； (3)根據(jù)步驟(2)設(shè)定的參數(shù)，采用迭代尋峰對各探測模組所獲單事件數(shù)據(jù)集進行同步校準(zhǔn)及符合尋峰，確定各探測模組起始探測時間差異的粗略估計值； (4)根據(jù)步驟(3)獲取的起始探測時間差異粗略估計值，采用分級時間窗對各探測模組所獲單事件數(shù)據(jù)集進行同步校準(zhǔn)及符合尋峰，確定各探測模組起始探測時間差異的精確估計值； (5)對步驟(3)和步驟⑷獲取的起始探測時間差異粗略估計值和精細估計值進行權(quán)重累加，確定各探測模組起始探測時間差異值，并對各探測模組所獲單事件數(shù)據(jù)集進行同步校正和符合甄別，獲取符合事件。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的PET成像中單事件列表式數(shù)據(jù)的同步方法，其特征在于所述步驟(I)中各基本探測模組生成包含事件時間信息、能量信息和位置信息的單事件列表式數(shù)據(jù)，傳送并存儲到計算機中。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的PET成像中單事件列表式數(shù)據(jù)的同步方法，其特征在于所述步驟(I)中頻率差異補償由各探測模組依照各自內(nèi)部計數(shù)器值周期性的在數(shù)據(jù)傳輸通道上發(fā)出頻率同步請求，接收裝置測量出各探測器模組兩次同步請求的時間差異，并根據(jù)此差異生成探測模組頻率差異查找表，實時補償由局部參考時鐘源引進的頻率差異。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的PET成像中單事件列表式數(shù)據(jù)的同步方法，其特征在于所述步驟(2)中各探測模組所獲單事件數(shù)據(jù)集內(nèi)單事件發(fā)生時間間隔TIi的概率密度fi(x)通過對這些單事件數(shù)據(jù)集進行后向差分，并對所獲取的差分?jǐn)?shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析獲得，其中，i為探測模組編號，X為單事件發(fā)生時間間隔。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的PET成像中單事件列表式數(shù)據(jù)的同步方法，其特征在于所述步驟(2)中初始化參數(shù)包括初始迭代空間參數(shù)TRini、初始時間間隔參數(shù)ATini和初始時間窗參數(shù)Tffini o
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的PET成像中單事件列表式數(shù)據(jù)的同步方法，其特征在于所述步驟(2)中初始化參數(shù)的設(shè)定均需由各探測模組所獲單事件數(shù)據(jù)集內(nèi)單事件發(fā)生時間間隔的概率密度計算得出，具體步驟如下 (2. I)初始化迭代空間參數(shù)TRini 對各探測模組內(nèi)單事件數(shù)據(jù)集進行歸并排序，在所得序列中查找第i號探測模組起始探測時間Ti對應(yīng)的位置M，同時讀取序列中位置M-N對應(yīng)的事件時間Tcd，其中，N為連續(xù)出現(xiàn)源于同一探測模組的事件個數(shù)，N G [I, M-1]，通過如下公式計算Tcd出現(xiàn)的概率
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的PET成像中單事件列表式數(shù)據(jù)的同步方法，其特征在于所述步驟(3)通過粗時間尺度符合獲取各探測模組起始探測時間差異的粗略估計值A(chǔ)Icts,具體過程包括 (3. I)利用步驟(2)設(shè)定的初始參數(shù)，對各探測模組內(nèi)單事件數(shù)據(jù)集進行同步校準(zhǔn)和符合尋峰； (3. 2)分析步驟(3. I)得到的符合結(jié)果，若能夠獲取符合事件統(tǒng)計直方圖的光峰，則停止迭代，否則，重新調(diào)整時間間隔參數(shù)A Tini進行符合尋峰，重復(fù)步驟(3.2)； (3. 3)根據(jù)步驟(3. 2)獲取的符合事件統(tǒng)計直方圖的中心偏移量AIrffsrt，設(shè)定探測模組起始探測時間差異的粗略估計值A(chǔ)Tras。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的PET成像中單事件列表式數(shù)據(jù)的同步方法，其特征在于所述步驟(3. I)中同步校準(zhǔn)是指將各探測模組內(nèi)單事件發(fā)生的時間按照各探測模組所計算得出的時間間隔參數(shù)進行調(diào)整。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的PET成像中單事件列表式數(shù)據(jù)的同步方法，其特征在于所述步驟(3. I)中符合尋峰是根據(jù)PET成像中事件的統(tǒng)計特性進行的，即符合事件的統(tǒng)計特性呈高斯分布，隨機事件的統(tǒng)計特性呈隨機均勻分布。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的PET成像中單事件列表式數(shù)據(jù)的同步方法，其特征在于所述步驟(4)通過細時間尺度符合獲取各探測模組起始探測時間差異的精細估計值A(chǔ)Tfim,具體過程為 (4. I)利用步驟(3. 2)獲取的各探測模組起始探測時間差異的粗略估計值A(chǔ)Tras，對各探測模組內(nèi)單事件數(shù)據(jù)集進行同步校準(zhǔn)和初始時間窗TWini下的符合尋峰；(4. 2)分析所獲取的符合事件統(tǒng)計直方圖的中心偏移值A(chǔ)Ti,若其滿足精度指標(biāo)要求，則停止迭代，否則，使用分級時間窗進行符合尋峰，重復(fù)步驟(4.2)； (4. 3)對所獲取的中心偏移值DTi進行權(quán)重比累加，得到精細估計值A(chǔ)Tfine，其中，i表示迭代次數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的PET成像中單事件列表式數(shù)據(jù)的同步方法，其特征在于所述步驟(4.2)中分級時間窗法是通過分級設(shè)置不同大小的符合時間窗，使所獲取的符合事件統(tǒng)計直方圖的精度逐次逼近精度指標(biāo)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的PET成像中單事件列表式數(shù)據(jù)的同步方法，其特征在于所述精度指標(biāo)是指符合時間分辨率的精度，根據(jù)應(yīng)用需求進行靈活設(shè)置。
13.—種PET成像中單事件列表式數(shù)據(jù)的同步系統(tǒng)，其特征在于包括數(shù)據(jù)獲取和頻率補償模塊(100)、初始參數(shù)設(shè)定模塊(200)、粗時間尺度符合模塊(300)、細時間尺度符合模塊(400)、數(shù)據(jù)同步校正和符合甄別模塊(500)， 所述數(shù)據(jù)獲取和頻率補償模塊(100)用于獲取及存儲各基本探測模組工作在各自局部時鐘參考源下的單事件列表式數(shù)據(jù)，并對這些單事件數(shù)據(jù)進行頻率差異補償； 所述初始同步參數(shù)設(shè)定模塊(200)用于計算各探測模組所獲單事件數(shù)據(jù)集內(nèi)單事件發(fā)生時間間隔的概率密度，并設(shè)定初始參數(shù)； 所述粗時間尺度符合模塊(300)用于獲取各探測模組起始探測時間差異的粗略估計值； 所述細時間尺度符合模塊(400)用于獲取各探測模組起始探測時間差異的精細估計值； 所述數(shù)據(jù)同步校正和符合甄別模塊(500)用于確定各探測模組起始探測時間差異值，并對各單事件數(shù)據(jù)集進行同步校正和符合甄別，獲取符合事件。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的PET成像中單事件列表式數(shù)據(jù)的同步系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)獲取和頻率補償模塊(100)包括數(shù)據(jù)獲取模塊(110)和頻率補償模塊(120)， 所述數(shù)據(jù)獲取模塊(110)用于將各基本探測模組生成的包含事件時間信息、能量信息和位置信息的單事件列表式數(shù)據(jù)，傳送并存儲到計算機中； 所述頻率補償模塊(120)用于補償各探測模組內(nèi)使用的局部參考時鐘源的頻率差異，并將補償后的單事件列表式數(shù)據(jù)傳送到初始參數(shù)設(shè)定模塊(200)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的PET成像中單事件列表式數(shù)據(jù)的同步系統(tǒng)，其特征在于所述初始參數(shù)設(shè)定模塊(200)包括單事件發(fā)生時間間隔概率密度計算模塊(210)和初始迭代參數(shù)設(shè)定模塊(220)， 所述單事件發(fā)生時間間隔概率密度計算模塊(210)用于計算各探測模組所獲單事件數(shù)據(jù)集內(nèi)單事件發(fā)生時間間隔的概率密度； 所述初始迭代參數(shù)設(shè)定模塊(220)用于設(shè)定初始參數(shù)，并將這些參數(shù)傳遞到粗時間尺度符合模塊(300)和細時間尺度符合模塊(400)中。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的PET成像中單事件列表式數(shù)據(jù)的同步系統(tǒng)，其特征在于所述單事件發(fā)生時間間隔概率密度計算模塊(210)通過對各探測模組內(nèi)單事件數(shù)據(jù)集進行后向差分，并對所獲取的差分?jǐn)?shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析而獲得。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的PET成像中單事件列表式數(shù)據(jù)的同步系統(tǒng)，其特征在于所述初始迭代參數(shù)設(shè)定模塊(220)中初始參數(shù)包括初始迭代空間參數(shù)、初始時間間隔參數(shù)和初始時間窗參數(shù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的PET成像中單事件列表式數(shù)據(jù)的同步系統(tǒng)，其特征在于所述粗時間尺度符合模塊(300)中的符合尋峰是根據(jù)PET成像中事件的統(tǒng)計特性進行的。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的PET成像中單事件列表式數(shù)據(jù)的同步系統(tǒng)，其特征在于所述細時間尺度符合模塊(400)中分級時間窗是通過設(shè)置不同大小的符合時間窗，使所獲取的符合事件統(tǒng)計直方圖的精度逐次逼近精度指標(biāo)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種PET成像中單事件列表式數(shù)據(jù)的同步方法及其系統(tǒng)。該方法首先獲取各獨立工作探測模組的單事件列表式數(shù)據(jù)，計算各探測模組內(nèi)單事件發(fā)生時間間隔的概率密度，設(shè)定初始參數(shù)；然后使用迭代尋峰和分級時間窗尋峰確定各探測模組間的起始探測時間差異值；最后利用這些差異值對各探測模組內(nèi)的單事件數(shù)據(jù)進行同步校正和符合甄別。本發(fā)明還公開了一種PET成像中單事件列表式數(shù)據(jù)的同步系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)獲取和頻率差異補償模塊、初始參數(shù)設(shè)定模塊、粗時間尺度符合模塊、細時間尺度符合模塊、數(shù)據(jù)同步校正和符合甄別模塊。本發(fā)明能有效、準(zhǔn)確地完成單事件列表式數(shù)據(jù)的同步，同時大大簡化系統(tǒng)硬件設(shè)計的復(fù)雜度，增加系統(tǒng)的靈活性，擴展性和適應(yīng)性。
文檔編號A61B6/03GK102783964SQ20121022217
公開日2012年11月21日 申請日期2012年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月2日
發(fā)明者吳中毅, 朱俊, 王璐瑤, 謝慶國, 陳忻, 陳源寶 申請人:蘇州瑞派寧科技有限公司