一种探测器晶体位置表的建立方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种探测器晶体位置表的建立方法及系统，所述方法包括以下步骤：根据正电子湮灭事例分布，统计后形成反映晶体阵列分布的二维直方图；采用多种探测方法分别检测二维直方图中的晶体，并获得相应的数种判定结果；将相应的数种判定结果进行融合，并根据融合后的判定结果的置信度确定在所述融合结果中无需矫正的部分及需要矫正的部分；对融合结果中需要矫正的部分进行矫正，获得矫正后的判定结果；使用矫正后的判定结果对二维直方图中的晶体进行分割，获得晶体位置表。本发明专利技术通过将多种不同的探测方法有效地融合，取长补短，可以自动矫正大部分的探测错误，提升晶体自动分割的准确率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及正电子发射断层(PET)成像领域，尤其是涉及一种正电子发射断层成像系统的探测器晶体位置表的建立方法及系统。
技术介绍
在PET系统中，最直接影响图像分辨率的部分是探测器部分。PET探测器多采用闪烁晶体耦合光电倍增管的结构组成。正电子湮灭事例经PET探测器像素阵列解码之后产生事例的位置分布，统计后形成反映晶体阵列分布的二维直方图(2Dfloodhistogramimage，以下简称FHI)，由于探测器实现过程中的编解码的非线性，使得生成的FHI不规则。高分辨率PET系统相比于传统的PET系统，探测器中的闪烁晶体数目增多，尺寸减小，密度增大，由此导致晶体阵列不规则的问题也更多更严重。以一个探测器单元为例，晶体阵列为16×16的等距规则排列像素阵列，解码之后会出现蝶形、旋转、压缩、扩张等整体阵列轮廓的形变、能量不均、阵列行列扭曲、晶体黏连、晶体缺失以及晶体伪影等问题。若不做任何处理，数据获取时，在线处理无法判断晶体像素的行列坐标，直接导致图像分辨率下降，严重的将会导致图像信息错误。目前业界广泛使用的做法是使用晶体像素查找表(CrystalLookupTable，CLT)，对获得的图像进行矫正和纠偏。由于漂移随时间推移会不停恶化，使CLT每隔一段时间就要被重新绘制。现阶段CLT靠手工绘制而得，对图像矫正效果尚可。但PET设备上往往有几万个晶体，手工绘制过程耗时耗力，一台机器的CLT需要3个有经验的工程师工作一个上午，成为PET设备维护中的主要时间瓶颈之一。设备维护所花费的时间，不仅影响到企业的人工成本，还影响到客户对设备的使用率。知名的设备供应商为提升售后服务的效率和客户满意度，积极提高CLT绘制的自动化程度。为了既保证矫正效果，又缩短维护时间，目前最常用的方法是半自动绘制CLT，即计算机自动生成一个中间结果，技师在此基础上检查和修正结果，最后再自动生成CLT。中间结果质量越好，人为检查和修正花费的时间越少。已有的自动绘制CLT算法可以分为晶体中心检测法，晶体行列检测法，和晶体边界检测法。晶体行列检测法指基于一维投影的方法，先把二维图像投影到两个方向(最常见的是将图像分别投影在X方向和Y方向分别投影)。如此一来，二维检测问题就被简化为一维寻峰问题，求解可以使用一维的极值检测，一维求导定位法，或者更复杂的Gaussianfitting。投影可以使用加法，也可以使用方差。UCDavis的AbhijitChaudhari提出的方法本质是基于Fourier变换对X，Y方向做投影。基于投影的算法充分利用了晶体阵列(探测器)是方形这个先验条件，优点是基本不受噪声或图像灰度不均匀的影响，能简单地得到全局解，而且反投影之后的晶体阵列的排序坐标很容易得知，不需要后续复杂的晶体映射算法。缺点是过于依赖方形这个全局先验条件，而对局部信息和行列不规则形变考虑不足。首先，由于缺乏局部信息，其所得到的波峰位置缺乏精准性。此外，可利用初步定位波峰位置的方法，后续在每个初始位置的领域内用局部最大值法进行定位细化。尽管如此，当晶体行列倾斜(不完全垂直于X或Y轴)，或者行列弯曲变形较厉害时，投影图像上将无法形成易于区分的高斯波形，则一维寻峰将出错甚至失败。晶体中心检测法大致包括基于晶体亮斑特征的检测方法和聚类算法。由于亮斑在图像上有许多明显的视觉特征，可以直接用于晶体检测。一种方式是利用亮斑中心往往是局部最大值(localmaxima)的性质在图像中进行探测。另一种方式是探测亮区域(像素值在10’000到100’000之间的区域)的质心点(centroids)作为亮斑中心点。更为严谨的思路是基于分水岭降水模拟算法的二维峰值检测。在图像上直接对每个亮斑进行检测的优点是简单直观，运算快捷，但其受噪声，伪影，图像灰度不均匀性等影响，容易出现漏检和错检。其实际性能往往取决于图像质量和预处理，稳定性是主要问题。而聚类算法则是基于每个亮斑实质是落到一个晶体中光子的分布，把每个电子的落点位置作为一个数据，那么波峰就是数据最密集的位置，即位置数据的聚类中心。这类算法中最常用的是二维高斯混叠模型(GaussianMixtureModel，GMM)法。由于随机统计量理论上应该以晶体中心为圆心呈二维高斯分布，且不同晶体接收到的电子有重叠部分，因此使用GMM来定位高斯波峰也就比较合适。GMM不依赖晶体阵列是方形这个先验条件，从而对晶体阵列的形变，噪声，不均匀性等等问题均不敏感。但其依赖二维高斯分布这个假设，而现实中的晶体亮斑因形变和融合，形状不一定符合高斯分布。比GMM更泛化的聚类算法被提了出来，如FCM(FuzzyC-means)和SOFM(Self-OrganizedFeatureMap)等。这类算法使用了更宽松的空间距离约束来代替GMM使用的高斯密度约束，从而不再假设亮斑形状。其中SOFM以神经网络的形式完成的，可通过设置神经元之间的拓扑结构来隐性植入晶体数量及晶体间的空间关系，因此被广泛用于CLT绘制中。聚类算法本质上是一个优化(optimization)问题，其优点是良好的精确性和鲁棒性，而缺点在于其运算复杂度和对伪影的敏感度。一方面，其运算时间与需要估计晶体数量呈正比，而现代PET海量晶体的事实使这类算法变得不太实用。另一方面，聚类算法往往更容易受伪影的误导。事实上，优化算法迭代的停止条件往往是实际晶体的数量。实际使用中由于伪影十分常见，晶体数量难以准确判定。而伪影形成的鬼点与真实波峰无明显差异，有些甚至比真实点亮度更高。基于投影的算法只有在伪影成行成列时才会出错，而聚类算法缺少空间约束，即使独立的伪影也能使算法结果出错。伪影造成的错探将极大地影响探测结果，并导致后续的晶体映射错位，严重的会导致整个晶体阵列映射错位。也有算法尝试直接寻找亮斑间的波谷作为分界线，即晶体边界检测法，最常规的就是，反转图像灰度，使波谷成为山脊，然后直接使用分水岭算法。但反转图像中的山脊几乎是受噪声污染最严重的部分，极易导致分水岭算法的过分割。相比之下，邻域标准差NSD(neighborhoodstandarddeviation)方法是更稳定的边界检测法。它使用局部统计矩在局部投影图上做检测，行列形变的影响在局部表现并不显著，而对行列之间的波谷响应很敏感。即便如此，在行列扭曲变形很严重或者晶体发生黏连的时候，NSD的分割效果依然不理想。尽管已有数量众多的晶体检测算法，但每种算法都有其适用的局限性。在不规则问题众多的高分辨率PET探测器形成的FHI上，很难使用同一种算法解决所有的问题，获得理想的晶体分割准确率。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种探测器晶体位置表的建立方法及系统。本专利技术为解决上述技术问题而采用的技术方案是：一种探测器晶体位置表的建立方法，包括以下步骤：根据正电子湮灭事例分布，统计后形成反映晶体阵列分布的二维直方图；采用多种探测方法分别检测二维直方图中的晶体，并获得相应的数种判定结果；将相应的数种判定结果进行融合，并根据融合后的判定结果的置信度确定在所述融合结果中无需矫正的部分及需要矫正的部分；对融合结果中需要矫正的部分进行矫正，获得矫正后的判定结果；使用矫正本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种探测器晶体位置表的建立方法，其特征在于包括以下步骤：根据正电子湮灭事例分布，统计后形成反映晶体阵列分布的二维直方图；采用多种探测方法分别检测二维直方图中的晶体，并获得相应的数种判定结果；将相应的数种判定结果进行融合，并根据融合后的判定结果的置信度确定在所述融合结果中无需矫正的部分及需要矫正的部分；对融合结果中需要矫正的部分进行矫正，获得矫正后的判定结果；使用矫正后的判定结果对二维直方图中的晶体进行分割，获得晶体位置表。

【技术特征摘要】
1.一种探测器晶体位置表的建立方法，其特征在于包括以下步骤：根据正电子湮灭事例分布，统计后形成反映晶体阵列分布的二维直方图；采用多种探测方法分别检测二维直方图中的晶体，并获得相应的数种判定结果；将相应的数种判定结果进行融合，并根据融合后的判定结果的置信度确定在所述融合结果中无需矫正的部分及需要矫正的部分；对融合结果中需要矫正的部分进行矫正，获得矫正后的判定结果；使用矫正后的判定结果对二维直方图中的晶体进行分割，获得晶体位置表。2.根据权利要求1所述的探测器晶体位置表的建立方法，其特征在于，所述多种探测方法包括探测方法一及探测方法二，采用探测方法一检测二维直方图中的晶体，获得第一判定结果，包括晶体的位置信息、行信息及列信息；采用探测方法二，检测二维直方图中的晶体，获得第二判定结果，包括晶体的位置信息、行信息及列信息。3.根据权利要求2所述的探测器晶体位置表的建立方法，其特征在于，所述探测方法一与探测方法二为相同类型或不同类型的探测方法。4.根据权利要求2所述的探测器晶体位置表的建立方法，其特征在于，所述探测方法一为晶体中心探测法，所述探测方法二为晶体边界探测法。5.根据权利要求1所述的探测器晶体位置表的建立方法，其特征在于，所述融合结果包括针对每个探测到的晶体位置计算一个置信度。6.根据权利要求5所述的探测器晶体位置表的建立方法，其特征在于，所
\t述置信度从高到低分级为一级融合、二级融合、三级融合；一级融合是指多个判定结果在相同晶体位置的行列信息都相同，此位置的融合结果无需矫正；...

【专利技术属性】
技术研发人员：周鑫，李丽平，李强，
申请(专利权)人：上海联影医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31