[发明专利]一种基于响应线分离的多核素成像方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于响应线分离的多核素成像方法，包括：获取多核素伽马光子的原始数据；对多核素伽马光子的原始数据进行处理，得到双符合数据和三符合数据；基于双符合数据提供的先验信息对三符合数据中的响应线进行估计，得到每个响应线上发生正电子湮灭次数估计值；基于非纯正电子核素瞬发光子能谱，利用矩估计得到每组非纯正电子核素的湮灭光子响应线数据，分别对其重建，得到若干个非纯正电子核素三维分布图；在投影域对双符合数据中的纯正电子核素数据进行分离，得到纯正电子核素的响应线数据，并对其重建得到纯正电子核素三维分布。解决了常规PET无法区分纯正电子核素和瞬发光子能量与湮灭光子能量相近的非纯正电子核素的缺陷。

技术领域

本发明属于生物医学影像技术领域，具体涉及一种基于响应线分离的多核素成像方法及装置。

背景技术

PET(Positron Emission Tomography，正电子发射断层成像)是一种无创的在体功能成像技术，可以利用放射性核素标记获得生物体功能、分子影像信息，该技术在生命科学研究中发挥着越来越重要的作用。

目前，PET成像主要通过探测同位素衰变发出的正电子(β⁺)湮灭后产生的一对能量相同(511keV)、运动方向相反的伽马光子进行成像，但不同的同位素正电子衰变产生的伽马光子能量上没差异，因此无法区分不同的放射性核素标记物。

进一步地，目前常用的PET成像的同位素，按照其正电子发射过程的差异可以分为两大类：第一类为纯正电子发射同位素，另一类为非纯正电子发射同位素。第一类同位素发生正电子衰变时仅发出一个正电子(β⁺)，该正电子与周围物质中的电子(β^-)结合，湮灭后产生一对能量相同(511keV)、运行方向相反的伽马光子(γ)，其对应两条响应线。非纯正电子发射同位素发生正电子衰变时，除了发出一个正电子外还会产生一个单独的伽马光子，二者发生的时间仅相差皮秒(ps)量级，因此将该伽马光子称为瞬发伽马光子(promptgamma)，其对应三条响应线。由于非纯正电子发射同位素对应三条响应线，而无法直接用于成像，因此需要对瞬发光子和湮灭光子进行有效区分，以确定由两个湮灭光子所组成的响应线。

然而，由于非纯正电子核素的瞬发光子与湮灭光子发生时间远小于探测器的时间分辨率，因此常规的PET方法无法在时间维度区分两类光子，当两类光子能量也相近时，同样无法在能量维度区分湮灭光子和瞬发光子。此外，当使用多种能量相近的非纯正电子核素时，常规的PET方法也无法有效区分不同核素的瞬发光子，进而无法实现多双核素的有效分离与成像。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于响应线分离的多核素成像方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

第一方面，本发明提供了一种基于响应线分离的多核素成像方法，包括：

S1：获取多核素伽马光子的原始数据；其中，所述多核素包括一种纯正电子核素和若干种不同的非纯正电子核素；

S2：利用三符合技术对所述多核素伽马光子的原始数据进行处理，得到双符合数据和三符合数据；

S3：基于所述双符合数据提供的先验信息对所述三符合数据中的响应线进行估计，得到每个响应线上发生正电子湮灭次数估计值；

S4：基于非纯正电子核素瞬发光子能谱，利用矩估计得到每组非纯正电子核素的湮灭光子响应线数据，并利用每个响应线上发生正电子湮灭次数估计值分别对其重建，得到若干个非纯正电子核素三维分布图；

S5：在投影域对双符合数据中的纯正电子核素数据进行分离，得到纯正电子核素的响应线数据，并对其重建得到纯正电子核素三维分布。

在本发明的一个实施例中，步骤S3包括：

S31：统计所述双符合数据中每条响应线上的事件数；