[发明专利]一种基于ADMM-Net的PET时间校正方法

说明书

本发明公开了一种基于ADMM‑Net的PET时间校正方法，包括：(1)探测器采集来自于放射源的符合事件；(2)建立时间校正线性系统模型；(3)利用数据驱动方法的相容方程求解补偿值作为标签输入到网络中；(4)在原先传统算法求解正则项L1范数的基础上，采用神经网络的方式进行计算；(5)通过网络训练求解得到晶体补偿值。本发明方法将神经网络训练引入到时间校正线性模型中，利用现代计算机的算力，区别于传统算法的迭代过程，实现参数自适应，提高了PET时间校正的准确度，使符合时间窗口宽度变窄，减少随机噪声的影响。

技术领域

本发明属于PET成像技术领域，具体涉及一种基于ADMM-Net的PET时间校正方法。

背景技术

PET(全称为Positron emission tomography)即正电子发射断层成像，该医学影像技术基于核物理学和分子生物学，从分子层面上去观察细胞的新陈代谢活动，在某一些疾病中尤其是肿瘤、癌症的检测和早期预防提供有效依据；该方法将放射性同位核素标记的药物注入病人体内，通过血液进入循环系统，使得这些同位核素在人体内各组织器官中形成一定的浓度分布。由于放射性同位核素的半衰期较短且不稳定，很快发生衰变，衰变过程中所释放的正电子与附近的自由电子发生湮灭反应，产生一对方向几乎相反、能量相等且能量大小为511kev的伽玛光子对，这些光子对被PET系统中的探测器环接收，生成记录有光子能量、探测时间、计数率和探测器编号等相关信息，这些信息以List mode的形式储存在文件当中，并最终转化为Sinogram的形式，用于最终的图像数据重建。

为了实现更精确的诊断，医学领域对PET的性能提出了更进一步的要求，随着现代技术不断提升，TOF(Time-of-Flight)-PET应运而生，TOF-PET记录探测器探测到光子的时间信息，以实现软件符合；相较于之前的硬件符合，在商用PET中可以减少额外的硬件开支，因此TOF-PET对时间分辨率有着较高的要求。在实际情况下，有以下因素影响着PET系统的时间分辨率：PMT的延时、探测晶体的延时、后端电路的延时。

为了提高成像精度，需要对PET系统进行时间校正，PET时间校正可以分为直接校正和间接校正：

直接校正主要采用参考探测器法，即利用一个快速光电倍增管作为参考探测器，通过记录同一事件在参考探测器和PET系统探测器所记录的探测时间，来估计两者之间的时间差，从而获取PET系统的准确延时并借由此数值进行校正。

间接校正主要包括以下三种方式：

①特殊放射源法：经过特殊设计的放射源，放射源位于视场当中，由于其具体位置已知，因此事件到达的两端探测器的时间差值仍需加入位置补偿，以获取正确的校正数值；这种特殊放射源中，点源和旋转源使用较多。

②更为普通的放射源：研究者在思考是否不使用某些特殊的放射源，而是一些较为一般的放射源也可进行时间校正。因此，有在点源和旋转源使用的下，改进成圆柱体源：体积较小的点源和旋转源涉及到的探测晶体单元数目较少，通常就是对边180度附近的探测晶体单元，而圆柱体源的视场更大，涉及到的探测器对数目更多，在后面物体所占体积更大的情况下，结果相对会好一点。有研究者在此基础上进一步研究，使用普通物体，亦或是病灶本身的原始数据来进行校正；对于每一个响应线而言，以时间分布作为横轴，数目作为纵轴可以画出时间差直方图，对于某些情况：比如放射源位于中心，探测器位于两边，该曲线会有一个钟形趋势图，再通过高斯拟合，来得到更为圆滑的钟形图，取其最高峰时所对应的横坐标，即为该探测单元的时间补偿数值。上面一种情况指的是特殊源时的做法，而对于普通物体以及病灶本身的原始数据，如果直接取其响应线钟形趋势图，会得到有毛刺的上下拐动的曲线，若直接对改曲线进行高斯拟合，得到的曲线的趋势可能会与原始曲线有所差异，因此在数据的预处理上，还需要一步卷积的操作，来得到更为平滑的曲线。