一種偏置平板pet系統(tǒng)及投影數(shù)據(jù)預(yù)處理方法
【專利說明】-種偏置平板PET系統(tǒng)及投影數(shù)據(jù)預(yù)處理方法 所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種偏置平板PET系統(tǒng)及投影數(shù)據(jù)預(yù)處理方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 陽T(Posit;ron Emission Tomogra曲y,正電子發(fā)射斷層成像)在腫瘤、屯、臟病W及 神經(jīng)性疾病的診斷中有廣泛的應(yīng)用。陽T成像原理的核屯、是，放射性化合物參與人體內(nèi)的生 理活動(dòng)，放射性化合物發(fā)射出射線，利用分布在人體周圍的探測(cè)裝置檢測(cè)運(yùn)些射線，于是就 可W追蹤生物體內(nèi)重要的基本物質(zhì)的分布和流動(dòng)。WPET中常見的1中顯像為例。1SF-FDG是 葡萄糖的類似物，其被攝取進(jìn)入細(xì)胞的方式與葡萄糖一樣，注射進(jìn)入人體內(nèi)的1中所產(chǎn)生的 影像就反映了人體內(nèi)葡萄糖代謝的分布水平。由于惡性腫瘤細(xì)胞的葡萄糖代謝會(huì)遠(yuǎn)高于正 常組織細(xì)胞，因此1中在臨床上被廣泛應(yīng)用于惡性腫瘤的診斷。放射性示蹤劑中的1中會(huì)發(fā)生 衰變，釋放出一個(gè)正電子和一個(gè)中微子。正電子在人體內(nèi)最終會(huì)和一個(gè)電子結(jié)合，之后會(huì)發(fā) 生煙滅。絕大多數(shù)情況下，煙滅之后會(huì)同時(shí)產(chǎn)生一對(duì)能量相同、飛行方向相反(夾角為180°) 的丫光子。由于煙滅產(chǎn)生的光子能量非常高，因此可W非常容易地穿透人體，被圍繞在人體 周圍的檢測(cè)裝置進(jìn)行空間定位，而后利用圖像重建算法復(fù)原出Ξ維圖像。
[0003] 目前，平板PET系統(tǒng)開放性與可調(diào)節(jié)性高、靈活緊湊、價(jià)格更低、便于實(shí)現(xiàn)，在一些 新的PET應(yīng)用領(lǐng)域中平板PET系統(tǒng)有獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值。如在重離子治療中，需要PET系統(tǒng)中的 探測(cè)器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)重離子束射程和劑量分布，同時(shí)為了避免重離子束和PET設(shè)備的相互干擾， 需要開放式的探測(cè)器（即探測(cè)器可W旋轉(zhuǎn)或平移，而非固定不動(dòng)）；對(duì)于重癥監(jiān)護(hù)病房中有 嚴(yán)重屯、衰竭的患者，PET影像在屯、臟搭橋和移植手術(shù)等治療決策中有關(guān)鍵性的作用，而運(yùn)一 類病人往往不適合移動(dòng)，平板PET系統(tǒng)的靈活性與可調(diào)節(jié)性能夠滿足W上要求，因此許多情 況下義用平板PET系統(tǒng)。
[0004] 平板PET系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要分為Ξ個(gè)部分，如圖1所示，兩側(cè)的平板PET探測(cè)器l(w下 簡(jiǎn)稱探測(cè)器)相對(duì)于中間搭載被檢測(cè)物體5的光學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)2(如圖1所示的扁平的圓柱形光 學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)）的軸線3呈對(duì)稱放置。每個(gè)探測(cè)器上都布滿可W檢測(cè)到丫光子的正方形探測(cè)器 模塊4,相對(duì)的一對(duì)探測(cè)器模塊4可W檢測(cè)到煙滅之后產(chǎn)生的一對(duì)丫光子，如圖2所示。通過 丫光子的位置可W推斷放射性同位素的位置，即惡性腫瘤細(xì)胞的位置。運(yùn)樣就可W得到一 個(gè)角度的投影數(shù)據(jù)，而兩側(cè)的平板探測(cè)器1繞著光學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)2的軸線3旋轉(zhuǎn)一周之后，即可 得到1°~360°的投影數(shù)據(jù)，最后利用圖像重建算法復(fù)原出被檢測(cè)物體5的Ξ維斷層圖像，運(yùn) 種方式稱為圓軌道掃描方式。圓軌道掃描方式的掃描視野是一個(gè)圓柱形，該圓柱形的軸線 與光學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的軸線重合，底面直徑等于探測(cè)器的寬度，掃描視野的俯視圖如圖3所示。 [000引目前，常用的PET圖像重建算法需要滿足投影數(shù)據(jù)沿探測(cè)器方向上必須是非截?cái)?的，運(yùn)就要求探測(cè)器的掃描視野必須能夠覆蓋完整的被檢測(cè)物體橫斷面，如圖4(a)所示。因 此，如圖4(b)所示，當(dāng)被檢測(cè)物體橫斷面尺寸較大時(shí)，超出了探測(cè)器的掃描視野時(shí)，檢測(cè)過 程就會(huì)受到探測(cè)器寬度條件所限，需要更換更大尺寸的探測(cè)器。
[0006] 而且，基于陽τ掃描原理和重建理論，在圓軌道掃描方式下，數(shù)學(xué)上精確重建出完 整的物體斷層圖像并不需要獲得在360°范圍內(nèi)覆蓋整個(gè)物體的完整投影數(shù)據(jù)。理論上講， 運(yùn)些投影數(shù)據(jù)有一半的冗余，即有一半投影數(shù)據(jù)是重復(fù)的，因此精確重建出完整的物體斷 層圖像，只需要獲得該投影數(shù)據(jù)的一半即可。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出一種偏置平板PET系統(tǒng)及投影數(shù)據(jù)預(yù)處理 方法。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案是運(yùn)樣實(shí)現(xiàn)的：
[0009] 一種偏置平板PET系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:兩個(gè)平板PET探測(cè)器、搭載被檢測(cè)物體的光學(xué) 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；所述兩個(gè)平板PET探測(cè)器置于光學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的兩側(cè);所述光學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)置于兩個(gè) 平板PET探測(cè)器的中間；所述兩個(gè)平板PET探測(cè)器的具體位置為：由其相對(duì)于光學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 的軸線呈對(duì)稱放置的位置沿著同一水平方向平移距離m后的位置，即兩個(gè)平板PET探測(cè)器相 對(duì)于光學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的軸線偏置;所述m的取值范圍為(0，w/2]，其中W為平板PET探測(cè)器的寬 度。
[0010] 所述的偏置平板PET系統(tǒng)放置在一個(gè)圓柱形鉛制屏蔽外殼內(nèi)。
[0011] 所述屏蔽外殼厚度大于等于29mm;所述屏蔽外殼的內(nèi)高度大于等于平板PET探測(cè) 器的高度;所述屏蔽外殼的內(nèi)半徑大于等于R，
其中W為平 板PET探測(cè)器的寬度，m為兩個(gè)平板PET探測(cè)器相對(duì)于光學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的軸線呈對(duì)稱放置的位 置沿著同一水平方向平移的距離，d為兩個(gè)平板PET探測(cè)器的距離，t為每個(gè)平板PET探測(cè)器 的厚度。
[0012] 采用所述的偏置平板PET系統(tǒng)進(jìn)行掃描得到的投影數(shù)據(jù)的預(yù)處理方法為：
[0013] 設(shè)平板陽T探測(cè)器采集的投影數(shù)據(jù)為Χ(ιι，ν，λ)，則將Χ(υ，ν，λ)乘W預(yù)處理函數(shù)ω (U)，即得到可用于被檢測(cè)物體Ξ維斷層圖像重建的新投影數(shù)據(jù)
[0014] ι?)=?"(")·Α?"'?)
[0015] 其中預(yù)處理函數(shù)ω(υ)為
代表掃描時(shí) 平板陽Τ探測(cè)器上的掃描重疊區(qū)域，其左右邊界分別標(biāo)記為u-、u+; 1° < λ < 360°，為探測(cè)器的 旋轉(zhuǎn)角度;U-含U含u-+w，u為平板陽Τ探測(cè)器寬度方向上的坐標(biāo);0含V含h，v為平板陽Τ探測(cè)器 高度方向上的坐標(biāo);h為平板PET探測(cè)器的高度;W為平板PET探測(cè)器的寬度。
[0016] 本發(fā)明的有益效果是:在使用相同尺寸的探測(cè)器的情況下，采用本發(fā)明的偏置平 板PET系統(tǒng)進(jìn)行掃描所得到的掃描視野更大，最多可W獲得4倍于現(xiàn)有平板PET系統(tǒng)的掃描 視野。
[0017] 采用本發(fā)明的偏置平板PET系統(tǒng)進(jìn)行掃描可W節(jié)省掃描時(shí)間?，F(xiàn)有平板PET系統(tǒng)的 掃描過程中，平板PET探測(cè)器從1°旋轉(zhuǎn)至180%所得到的投影數(shù)據(jù)足W重建被檢測(cè)物體Ξ維 斷層圖像，而平板陽τ探測(cè)器從181°旋轉(zhuǎn)至360°所得到的投影數(shù)據(jù)是重復(fù)且無效的；采用本 發(fā)明的偏置平板PET系統(tǒng)進(jìn)行掃描，平板PET探測(cè)器由1°旋轉(zhuǎn)至360°的所得到每一個(gè)角度的 投影數(shù)據(jù)都是唯一且有效的。
[0018] 采用本發(fā)明的偏置平板PET系統(tǒng)進(jìn)行掃描可W節(jié)省成本。由于PET探測(cè)器的成本非 常高，采用本發(fā)明的偏置平板PET系統(tǒng)進(jìn)行掃描可有效擴(kuò)大掃描范圍，進(jìn)而能夠有效降低 PET探測(cè)器的更換購買成本。
[0019] 采用本發(fā)明的預(yù)處理函數(shù)ω(υ)對(duì)投影數(shù)據(jù)χ(ιι，ν，λ)進(jìn)行處理，可W有效的去除 偽影，得到的用于Ξ維斷層圖像重建的新投影數(shù)據(jù)Α'柏，!'，Α)要加準(zhǔn)確，重建后的圖像更加清 晰，有利于后續(xù)的分析研究和診斷。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明一種實(shí)施方式的現(xiàn)有平板PET系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖2為本發(fā)明一種實(shí)施方式的現(xiàn)有平板PET系統(tǒng)的工作原理示意圖；
[0022] 圖3為本發(fā)明一種實(shí)施方式的圓軌道掃描方式的掃描視野俯視圖；
[0023] 圖4(a)為本發(fā)明一種實(shí)施方式的非截?cái)啵ū粰z測(cè)物體的橫斷面沒有超出掃描視 野)的平板PET探測(cè)器投影數(shù)據(jù)掃描方式示意圖；（b)為本發(fā)明一種實(shí)施方式的截?cái)?被檢測(cè) 物體的橫斷面超出了掃描視野)的平板PET探測(cè)器投影數(shù)據(jù)掃描方式示意圖；
[0024] 圖5為本發(fā)明一種實(shí)施方式的偏置平板PET系統(tǒng)的俯視圖；
[0025] 圖6為本發(fā)明一種實(shí)施方式的偏置平板PET系統(tǒng)的掃描示意圖；
[0026] 圖7為本發(fā)明一種實(shí)施方式的偏置平板PET系統(tǒng)置于屏蔽外殼8內(nèi)的俯視圖；
[0027] 圖8為本發(fā)明一種實(shí)施方式的偏置平板PET系統(tǒng)置于屏蔽外殼8內(nèi)的主視圖；
[0028] 圖9為本發(fā)明一種實(shí)施方式的通過偏置平板PET系統(tǒng)掃描得到的被檢測(cè)物體Ξ維 斷層圖像的圓形偽影示意圖；
[0029] 圖10為本發(fā)明一種實(shí)施方式的投影數(shù)據(jù)預(yù)處理函數(shù)ω(υ)的示意圖；
[0030] 其中：1-平板PET探測(cè)器;2-光學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；3-光學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)2的軸線;4-平板PET探 測(cè)器上的探測(cè)器模塊;5-被檢測(cè)物體;6-現(xiàn)有平板PET系統(tǒng)的掃描視野;7-偏置平板PET系統(tǒng) 的掃描視野;8-屏蔽外殼。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0032] 本實(shí)施方式的偏置平板PET系統(tǒng)，如圖5所示，包括:兩個(gè)平板PET探測(cè)器、搭載被檢 測(cè)物體的光學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；所述兩個(gè)平板PET探測(cè)器置于光學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的兩側(cè);所述光學(xué)實(shí)驗(yàn) 平臺(tái)置于兩個(gè)平板PET探測(cè)器的中間；所