[发明专利]一种PET系统点扩散函数的测量方法及其测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及医疗技术领域，特别是涉及一种PET系统点扩散函数的测量方法。本发明还涉及一种采用上述测量方法进行测量的测量装置。

背景技术

目前，PET（positron emission tomography,正电子发射断层成像）技术广泛应用于医疗技术领域。PET成像首先需要向人体内注射放射性核素，通过核素衰变产生的正电子与人体内的负电子湮灭产生Gamma光子对，然后利用这些光子对可以重构出器官的核素浓度分布，从而反映人体的新陈代谢情况。

但是，在PET成像的过程中存在点扩散的现象，在较大程度上降低了图像的分辨率和对比度，还会影响定量分析精度（例如标准摄取值）。

所谓点扩散是指一个点由于某种原因扩散成一个分布，这个分布被称为PSF（point spread function，点扩散函数）。PET成像过程中的点扩散现象主要由以下因素造成：

1）符合对的非准直性。正电子在湮灭前的动量通常不为零，导致湮灭后的Gamma光子对之间的夹角不是180度，这种现象主要与核素的类型和介质有关；

2）Gamma光子在探测器中的散射和穿透，导致光子对被错误地标记，该现象与晶体类型和入射角度有关，在光子对垂直入射的情况下该种现象不会发生；

3）重建算法中的近似计算。考虑重建的可行性、时间和计算的可接受性，经常需要对理想公式进行近似，例如，可以采用Fourier重建算法，而这些近似计算也是导致点扩散现象的一个因素：PET迭代重建算法通过真实投影y和系统矩阵W确定人体内示踪剂的分布x，其中x和y都是列向量，并且三者的分量皆为非负值，使用KL-divergence度量真实投影y和估计投影Wx之间的差异，就可以获得重建模型，然后使用EM（expectation maximization）算法得到迭代公式；上述重建模型只考虑了理想情况，即无点扩散发生的情况，而实际上，任何现有的PET系统都无法避免点扩散现象，故采用上述算法得出的结论显然与事实不符。

综上所述，前两种因素取决于核素和晶体的类型等不可控因素，而重建算法中的近似计算却是可以通过进一步的测量予以减小的。

现有技术中，解决重建过程中点扩散影响的措施主要包括测量法、解析法和蒙特卡洛模拟法，且以测量法在实际应用中效果较佳。

请参考图1和图2，图1为现有技术中一种进行PSF矩阵测量的方法流程示意图；图2为现有技术中探测器一种设置方式的结构示意图。

使用测量法获取PSF矩阵的方法一般包括：

S01：在机架上放置一个线源；

S02：在空间内选取若干采样点进行发射扫描，得到每个采样点的PSF;

S03：根据统计性质获得空间中每个点的PSF。

理论上讲，在上述步骤S02中，每个像素位置都需要进行PSF测量，但由于大多数探测器为正多边形结构，如图2所示，测量时可以将探测器均分为与其边数相等的多个三角形，然后选定其中一个三角形为测量区域并在该区域内选取采样点，即采样点只需要遍布一个测量区域即可，其他区域中各个像素点的PSF可以通过图像旋转获得。

请进一步参考图3，图3为现有技术中测量系统一种测量方式的结构示意图。

现有的测量系统通常采用图2所示的上下左右运动实现采样区域中各个像素点的测量。现有的测量装置可以包括一个横尺和一个竖尺，两者通过滑块相连，然后通过滑块的上下左右运动实现线源对采样区域中各个像素点的扫描，进而获取并记录这些点的笛卡尔坐标。

但是，上述现有的测量方式不能较好地满足PET系统中点扩散函数的测量：实验表明，现有的测量方式比较耗费时间，每个点的测量均需要两个滑块配合移动，操作人员受到的辐射量较大；采样点的PSF需要进行旋转，进而获得所有点的PSF，而笛卡尔坐标不适合进行旋转变换，实践中，采用上述测量方式获得的笛卡尔坐标首先需要换算成极坐标，然后再通过旋转矩阵实现PSF旋转。

在上述PSF旋转过程中，需要进行复杂的坐标转换，而且还有可能存在一些近似处理，这不仅降低了测量的效率，还在一定程度上影响了测量精度。

因此，如何设计一种PET系统点扩散函数的测量方法及其测量装置，以提高测量效率和精度，减小测量过程中操作人员受到的辐射量，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种PET系统点扩散函数的测量方法及其测量装置，能够提高测量效率和精度，减少测量过程中操作人员受到的辐射量。