一種正電子斷層掃描探測器在線實時校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及但并不限于W下領(lǐng)域：核醫(yī)學(xué)和高能物理，具體設(shè)及探測器的穩(wěn)定性 的實時調(diào)整技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于大部分陽T(positronemissiontomogra地y，正電子斷層掃描）的探測器系 統(tǒng)探測器尺寸讀出系統(tǒng)規(guī)模和成本限制，很難將每一路晶體產(chǎn)生的信號獨立讀出，而是會 采用光導(dǎo)將晶體產(chǎn)生光進(jìn)行編碼，利用少數(shù)的探測器加二維圖像解碼的方式來實現(xiàn)。
[0003] 無論是采用傳統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)，還是共享探測器之類方式，本質(zhì)都是利用幾個固定 位置探測器，對相關(guān)探測器信號進(jìn)行加和得到發(fā)光晶體總能量，通過重屯、法確定在一個晶 體陣列里面發(fā)光晶體的位置。
[0004] 基于運(yùn)種原理，系統(tǒng)在出廠階段需要對每個模塊生成相應(yīng)的位置查找表，從而確 定擊中的晶體位置。系統(tǒng)需要生成能量查找表，篩選感興趣能量范圍事例。
[0005] 分析系統(tǒng)漂移對PET在診斷中的影響： 當(dāng)探測器出廠之后，由于受到溫度電壓老化等因素的影響，探測器例如光電倍增管(英 文縮寫PMT，全稱：photomultipliertube)增益值會發(fā)生變化。研究表明，在室溫下，溫度 每變化rC，則PMT增益值平均變化1%。
[0006] 由于所有探測器都存在一定的能量分辨，一般使用LYS0 (娃酸錠錯閃爍晶體）晶 體的能量分辨在13%，而PET所使用的同位素示蹤劑為FDG(氣脫氧葡萄糖）。探測能量為 Sllkev。所W篩選運(yùn)種能量的窗口一般在42化ev到600kev左右。
[0007] 如圖1所示的探測器探測到的抑G產(chǎn)生的51化ev伽馬光子事件能譜圖，包含了一 個位于600道的51化ev能峰和康普頓散射坪。
[0008] 從圖1可見：如果探測器增益值發(fā)生變化，導(dǎo)致測量峰位發(fā)生變化。原始的51化ev 的峰位位于600道上，能量窗口設(shè)置虛線內(nèi)500道到700道。也就是說探測器探測到的信 號落入到能量窗之內(nèi)都認(rèn)為是51化ev事件。但是如果探測器或者放大器增益繁盛變化，能 峰向低能區(qū)移動（圖中灰色虛線)，康普頓散射坪會進(jìn)入到能窗當(dāng)中，導(dǎo)致系統(tǒng)的散射事例 明顯增多。能峰向高能區(qū)移動，導(dǎo)致51Aev峰移出能窗，有效事例率實際降低。
[0009] 尤其是當(dāng)用于確定信號位置的相關(guān)探測器增益值變化不均勻的情況下，解析出來 的探測器形狀會發(fā)生變化。如果系統(tǒng)不做相關(guān)調(diào)整，那么對單事例所屬晶體的定位會發(fā)生 變化。當(dāng)系統(tǒng)漂移到一定程度，系統(tǒng)生成的確定晶體的查找表就不再適用，從而導(dǎo)致系統(tǒng)探 測效率降低。圖像均勻度發(fā)生變化。
[0010] 如果一個PET探測器無法對系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)常的重新刻度，那么就無法保證PET探測 器一直運(yùn)行在局性能狀態(tài)。
[0011] SUV(standard化takeValue)值是PET診斷的基礎(chǔ)量化參數(shù)，在PET對癌癥的診 斷W及分期中起到了重要的作用。
[0012] 通常情況下SUV值達(dá)到2. 5會作為一個腫瘤的標(biāo)志性指征。有統(tǒng)計數(shù)據(jù)表示： SUVmax被證明是獨立的預(yù)后因子，在多種腫瘤的生存期和復(fù)發(fā)概率上顯著相關(guān)，同時也是 癌癥分期的的重要指標(biāo)。精確且穩(wěn)定的SUV值將幫助醫(yī)生對患者情況統(tǒng)計和歸納。同時幫 助醫(yī)生對診斷結(jié)果W及治療效果進(jìn)行判斷，對術(shù)后復(fù)發(fā)和生存期進(jìn)行研究。
[0013] 同時，量化圖像學(xué)在醫(yī)學(xué)研究方面是重要的方向之一。PET探測器是否工作穩(wěn)定是 決定SUV值精確度的重要因素。而運(yùn)些也是系統(tǒng)漂移影響最大的地方。運(yùn)也就是說，系統(tǒng) 的漂移會對SUV值得精確測量產(chǎn)生非常嚴(yán)重的影響。
[0014] 雖然在SUV值量化方面，依然存在著打藥劑量計算，病人血糖代謝水平等問題。一 個經(jīng)常飄動的系統(tǒng)，在運(yùn)個方面帶來的麻煩可能是災(zāi)難性的。
[0015] 此外，SUV值在臨床中會被當(dāng)作確定GTV(GrossTumorVolume)的重要參考。
[0016] 可見，無論是從診斷，還是科研方面，一個穩(wěn)定的PET是非常重要的。
[0017] 業(yè)內(nèi)目前的一些矯正方法有： 1、西口子公司的做法采用調(diào)整倍增極電壓，從而調(diào)整調(diào)整探測器增益。如專利US7579599,其中MDAndersonGaryWong實驗室做過相應(yīng)研究，由于調(diào)整倍增極電壓會導(dǎo) 致渡越時間發(fā)生變化，并不是一個合適的做法。且在MDAnderson的設(shè)計里面，采用了一個 L邸作為校準(zhǔn)源，無法在采集過程中應(yīng)用。且L邸本身會隨著溫度電壓漂移。而且需要一個 反饋回路用于控制電壓，無形中增加了成本。
[0018] 2、GE的做法如專利US6624422,需要對探測器的每個晶體進(jìn)行累譜，需要較高的 處理能力，增加了電路的成本。處理完的譜數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行合成，從而得到每路探測器的增 益調(diào)整系數(shù)。但其需要數(shù)據(jù)量大，調(diào)整周期長，電路復(fù)雜。最重要的是，解析出來的峰位值都 是由4路相關(guān)探測器信號和成的，信號之間相互影響，并不能準(zhǔn)確反映某一路信號的質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019] 本發(fā)明目的是提出能提高正電子斷層掃描探測器輸出數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的一種正電子 斷層掃描探測器在線實時校正方法。
[0020] 本發(fā)明技術(shù)方案包括W下步驟： 1) 獲取PET探測器系統(tǒng)中LYS0晶體的LU176自衰變產(chǎn)生的30化ev初始峰位在初始能 譜圖中的初始道數(shù)，即模塊目標(biāo)總體峰位； 獲取PET探測器各通道初始累計能量占所有初始信號通道總累計能量的比值，即信號 通道X目標(biāo)能量占總能量比例； 2) 獲取PET探測器系統(tǒng)中LYS0晶體的Lul76自衰變產(chǎn)生的30化ev初始峰位在漂移后 能譜圖中的漂移道數(shù)，即模塊當(dāng)前總體峰位； PET探測器系統(tǒng)在隨機(jī)采集的多個LYS0自衰變事例之后，計算并輸出在該多個LYS0自 衰變事例中的各信號通道的累計能量；并分別計算在該多個LYS0自衰變事例中，各信號通 道的累計能量占所有信號通道的總累計能量的當(dāng)前比值，即信號通道X當(dāng)前能量占總能量 比例； 3) 由W下公式分別計算各個信號通道的增益調(diào)整比值：
上式中，X為大等4的整數(shù)； A(x)為信號通道X增益調(diào)整比值Pref為模塊目標(biāo)總體峰位； Gref(X)為信號通道X目標(biāo)能量占總能量比例； 化ur為模塊當(dāng)前總體峰位； Gcur(x)為信號通道X當(dāng)前能量占總能量比例； 4) 根據(jù)各個信號通道的增益調(diào)整比值，對各個信號通道進(jìn)行增益調(diào)整。W使系統(tǒng)恢復(fù) 到初始狀態(tài)。
[00川本發(fā)明原理： 1、本發(fā)明的基礎(chǔ)思路是利用蒙特卡洛方法對圖像扭曲程度進(jìn)行調(diào)整。
[0022] 當(dāng)放射源不存在較大特異性的情況下，可W認(rèn)為伽瑪光子落在各個晶體上的概率 是基本相當(dāng)?shù)?，能量分布是基本相同的。伽瑪光子猶如蒙特卡洛投點方法一樣散落在晶體 表面。如果，探測器和閃爍體的位置關(guān)系和覆蓋范圍是一定的情況下，根據(jù)大數(shù)定律，當(dāng)探 測器增益值固定的情況下，統(tǒng)計樣本達(dá)到一定的數(shù)量，一定能反映出探測器的本征的性質(zhì)。 [002引 W模塊化的探測器為例，4個光電倍增管（PhotoMultiplierTube)分別占據(jù)了閃 爍體晶體組成的陣列的四個象限。四個象限從幾何上嚴(yán)格對稱，如果晶體的光產(chǎn)額基本一 致，那么可W認(rèn)為當(dāng)樣本足夠大是，落在四個象限的大統(tǒng)計量下的總能量是一致的，或者是 呈現(xiàn)一種固定的比例關(guān)系。那么每個探測器輸出的大統(tǒng)計量下總能量也應(yīng)該是一致的。如 果光產(chǎn)額不一致，那么總能量的比例關(guān)系應(yīng)該是固定的。
[0024] 如果系統(tǒng)初始狀態(tài)下能將四路探測器相對比例調(diào)整一致，或者調(diào)整的某一個固定 比例，就可W保證四路探測器增益穩(wěn)定，從而保證了穩(wěn)定整個模塊通過重屯、法解析出來的 圖像不會發(fā)生扭曲變化，從而確保了系統(tǒng)生成的用于分割晶體的查找表，在一個長期的工 作周期內(nèi)精確有效。
[00巧]但是，運(yùn)種調(diào)整只能保證四路解析出來的圖像形狀不發(fā)生改變，如果模塊本身能 量總體發(fā)生漂移，只知道四路增益的相對比例還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。
[0026] 2、利用模塊的合成峰位而不是單獨峰位對總體能量漂移進(jìn)行校正： 雖然作為一個整體的模塊分辨率很差，但是真正需要關(guān)注的其實是峰位中屯、值。利用 峰位中屯、值作為模塊總體增益值總體漂移的一個絕對參考，從而可W實現(xiàn)對模塊增益值的 調(diào)整。
[0027] 從圖2的整個模塊的探測51化ev伽瑪光子的能峰圖可見明顯的51化ev能峰峰 位。
[0028] 3、利用晶體的自衰變實現(xiàn)自動調(diào)整： 如果僅僅只能通過放射源進(jìn)行矯正，會受到放射源放置位置和人為操作誤差等因素的 影響，且無法做到實時調(diào)整。
[0029] 目前PET最常用的閃爍體LYSO中的主要組份Lul76會發(fā)生衰變，且衰變