基于云平台的分布式PET系统的处理方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于云平台的分布式PET系统的处理方法，包括正电子发射断层扫描仪系统包括：多个探测环，所述探测环包括多个class级，所述class级包括多个探测器，所述探测器由LSO闪烁体和阵列SiPM组成；其中，所述处理方法通过GPU云平台由一个或多个GPU集群进行分布计算且数据存储在所述GPU云平台上，所述GPU云平台用于对所述数据进行处理以对所述处理过程进行优化。本发明专利技术通过虚拟创建出晶体检测深度，提高现有PET系统的图像分辨率和对比度。利用云计算和图形处理单元对多增加的数据进行分布式图像重建，降低处理时间。本发明专利技术可广泛应用于PET系统，提高图像质量。相比于传统高分辨率探测器的硬件设备，还可以降低设备的开发成本和设计难度。

Processing Method of Distributed PET System Based on Cloud Platform

【技术实现步骤摘要】
基于云平台的分布式PET系统的处理方法
本专利技术属于PET图像重建
，具体涉及一种基于云平台的分布式PET系统的处理方法。
技术介绍
正电子发射断层成像(PositronEmissionTomograhy，PET)作为核医学领域顶尖的造影技术，被广泛的应用于多种疾病的诊断、疗效评价、脏器功能研究和新药开发等方面，在临床医学和科学研究中发挥着重要的作用。PET系统中的探测器一般是由上千个探测器组成的环状系统，用于对γ光子进行探测。探测器由闪烁晶体和光电倍增管耦合组成，闪烁晶体把γ光子转化成可见光，光电倍增管把可见光转换成电信号，通过PET数据采集系统得到γ光子的位置、能量、时间信息。传统的全身PET数据采集系统一般由多个探测环组成，每个探测环有大量的光电探测器，导致系统采集通道数较多，系统电路结构复杂。在电信号数字化过程中采用模数转换器(Analog-to-DigitalConverter,ADC)完成，增加了系统硬件成本。在传统PET系统中，是将511keV光子对应的时间，能量信息转化为对应的模拟量，通过模拟电路来处理。但是由于PET系统通道数目多，这会使模拟电路复杂并难以实现，而且模拟电路也容易受到周围环境的干扰。目前数字化处理PET系统用的较多的是ADC，通过ADC采集获取数字化信号，采样频率越高，则对信号的数字化更加精细。但是由于PET系统对时间性能要求较高，若采用ADC数字化信号，则其采样率必须达到1Gsps。高采样率的AD器件成本高，功耗大，且难以集成，再加上PET系统通道数众多，更加大了电路系统的设计难度。目前PET系统的图像重建都是在本地处理，无法实现远程医疗，随着网络技术的普遍使用，在云端进行大数据处理已经成为了一种趋势。除此之外，正电子发射成像设备一般由多个闪烁晶体与光子探测器组成近似环形的结构，用来探测各种角度发射的光子对。对于处于设备边缘的光子，由于闪烁晶体排列倾斜，如果无法准确知道光子在闪烁晶体内探测到的位置深度，估算光子发射位置会存在很大的误差，造成图像边缘的空间分辨率下降。对于视场小的成像设备，为了更充分的利用整个视场，这种问题就更为明显。为了解决上述问题，需要一种在软件上即图像重建过程上优化的方法，可以节省硬件开发成本并可以在已有设备条件下提高图像质量。在图像重建过程中为了获取更准确的图像，我们需要获取更精确的系统矩阵(SystemMatrix)，它是数学上图像空间与探测器空间的变换矩阵。由于海量探测数据与巨大的图像空间，系统矩阵通常是精简计算的，如由光子通过图像像素点的长度决定。为了获取更精确的系统矩阵，通常通过3种办法：一是通过实验测量：将放射源放在图像不同位置检测不同位置探测器检测到的光子数量；二是通过蒙特卡洛模拟模拟放射源的位置测量探测器检测到的光子数量；三是通过数学模型模拟，可以将光子检测过程和检测概率通过数学模拟。第三种方案比前两种方法更节省时间，不用大量获取数据以降低统计误差。但是依然需要对每一个像素进行模拟，计算探测到的概率，通常需要长时间提前计算和存储大量数据。第三种方案传统的处理方式是：忽略探测器尺寸，将一对探测器捕捉到的LoR事件归纳为同一类事件，即光子的发射位置位于这一对探测器的中心连线某点上。这种方法的缺点在于忽略了光子在闪烁晶体内被探测到时的位置深度，会造成计算光子发射位置时存在很大误差，造成图像的空间分辨率下降。为了解决这一问题，可以在物理硬件上重新设计制造能检测光子深度DOI(Depth-of-Interaction，光子在晶体中的作用深度)的探测器，但这种物理方法的缺点包括以下几点：一是目前探测器的制作工艺困难，太薄难以捕获光子，太厚又无意义；二是会使探测器更复杂导致成本更高；三是很多已有的PET设备不具备升级硬件的条件，因此不仅需要重新匹配PET系列中的其他模块，还需要重新测试系统性能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于云平台的分布式PET系统的处理方法，以解决上述问题。为实现以上目的，本专利技术采用如下技术方案：正电子发射断层扫描仪系统包括：多个探测环，所述探测环包括多个class级，所述class级包括多个探测器，所述探测器由LSO闪烁体和阵列SiPM组成；所述正电子发射断层扫描仪的处理方法包括：虚拟DOI的划分，将PET设备的闪烁晶体划分成若干个区域并对应不同的作用深度；计算虚拟DOI的探测概率，将虚拟划分出的DOI区域进行配对，计算每一对在不同信号源位置被检测到的概率；将计算获取的虚拟DOI对应的探测概率加入到系统矩阵；利用所述系统矩阵对图像进行重建，获得优化后的图像；其中，所述处理方法通过GPU云平台由一个或多个GPU集群进行分布计算且数据存储在所述GPU云平台上，所述GPU云平台用于对所述数据进行处理以对所述处理过程进行优化。进一步的，所述正电子发射断层扫描仪还包括：数据采集单元，所述数据采集单元：采用class级并联处理以减少所述数据采集系统通道数；采用电容复用网络将4×4阵列光电探测器简化为4路；采用单阈值比较法实现信号数字。进一步的，所述正电子发射断层扫描仪还包括数据编码及传输单元，所述数据编码及传输单元：采用统一分配和同步的分布式时钟；附带时间戳的数据编码，用于对经数据采集系统采集的分布式数据进行复用编码时，在所述分布式数据中加入时间戳信息。进一步的，所述分布式数据通过以太网汇集并传输。进一步的，所述虚拟划分出的DOI区域：根据所述探测器的几何分布与晶体大小划分。进一步的，所述计算虚拟DOI的探测概率，将虚拟划分出的DOI区域进行配对，计算每一对在不同信号源位置被检测到的概率，包括：通过连接信号源与虚拟DOI中心的连线，计算覆盖在晶体的长度，确定系统响应函数，将所有DOI配对组对应的系统响应函数值加权平均即得到每一组DOI对在当前信号源位置被检测到的概率。进一步的，对于边缘位置被检测到的概率：通过蒙特卡洛模拟以获取系统响应函数。进一步的，所述通过蒙特卡洛模拟以获取系统响应函数包括：模拟已知信号源检测一对晶体中不同位置被检测到的概率。进一步的，所述分布式数据存储至GPU云平台上。进一步的，正电子发射断层扫描仪的形状包括：环形、半环形、平面或多边形。本专利技术采用以上技术方案，能够达到的有益效果包括：本专利技术通过虚拟创建出晶体检测深度，提高现有PET系统的图像分辨率和对比度。利用云计算和图形处理单元对多增加的数据进行分布式图像重建，降低处理时间。本专利技术可广泛应用于PET系统，提高图像质量。相比于传统高分辨率探测器的硬件设备，还可以降低设备的开发成本和设计难度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术一种基于云平台的分布式PET系统的总体结构示意图；图2为本专利技术提供的电容复用、class级、阵列SVT的结构示意图；图3为本专利技术一种不同的PET系统几何结构示意图；图4为本专利技术一种虚拟DOI及虚拟事件的结构示意图；图5为本专利技术一种晶体反应距离衰减距离示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于云平台的分布式PET系统的处理方法，其特征在于，正电子发射断层扫描仪系统包括：多个探测环，所述探测环包括多个class级，所述class级包括多个探测器，所述探测器由LSO闪烁体和阵列SiPM组成；所述正电子发射断层扫描仪的处理方法包括：虚拟DOI的划分，将PET设备的闪烁晶体划分成若干个区域并对应不同的作用深度；计算虚拟DOI的探测概率，将虚拟划分出的DOI区域进行配对，计算每一对在不同信号源位置被检测到的概率；将计算获取的虚拟DOI对应的探测概率加入到系统矩阵；利用所述系统矩阵对图像进行重建，获得优化后的图像；其中，所述处理方法通过GPU云平台由一个或多个GPU集群进行分布计算且数据存储在所述GPU云平台上，所述GPU云平台用于对所述数据进行处理以对所述处理过程进行优化。

【技术特征摘要】
1.一种基于云平台的分布式PET系统的处理方法，其特征在于，正电子发射断层扫描仪系统包括：多个探测环，所述探测环包括多个class级，所述class级包括多个探测器，所述探测器由LSO闪烁体和阵列SiPM组成；所述正电子发射断层扫描仪的处理方法包括：虚拟DOI的划分，将PET设备的闪烁晶体划分成若干个区域并对应不同的作用深度；计算虚拟DOI的探测概率，将虚拟划分出的DOI区域进行配对，计算每一对在不同信号源位置被检测到的概率；将计算获取的虚拟DOI对应的探测概率加入到系统矩阵；利用所述系统矩阵对图像进行重建，获得优化后的图像；其中，所述处理方法通过GPU云平台由一个或多个GPU集群进行分布计算且数据存储在所述GPU云平台上，所述GPU云平台用于对所述数据进行处理以对所述处理过程进行优化。2.根据权利要求1所述的基于云平台的分布式PET系统的处理方法，其特征在于，所述正电子发射断层扫描仪还包括：数据采集单元，所述数据采集单元：采用class级并联处理以减少所述数据采集系统通道数；采用电容复用网络将4×4阵列光电探测器简化为4路；采用单阈值比较法实现信号数字化。3.根据权利要求2所述的基于云平台的分布式PET系统的处理方法，其特征在于，所述正电子发射断层扫描仪还包括数据编码及传输单元，所述数据编码及传输单元：采用统一分配和同步的分布式时钟；附带时间戳的数据编码，用于对经数据采集系统采集的分布式数据进行复用编码时，...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭浩，
申请(专利权)人：诸暨斯珈质子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33