【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及核探测，尤其涉及一种利用级联衰变放射源实现符合探测系统时间校正的装置和方法。
技术介绍
1、正电子发射断层成像(positron emission tomography,pet)，是一种用于核素成像的符合探测设备，应用于心脏、脑、神经系统重大疾病的早期诊断，pet通过对代谢药物进行成像追踪，反映组织和器官中细胞代谢水平，判断组织和器官是否发生功能性异常，进而判断生物是否患有功能性疾病，特别是对肿瘤、癌症和心血管疾病，通过pet能够实现早期诊断、疾病分级以及治疗效果评价。
2、pet系统由闪烁晶体、光电器件、前端电子学、数字电子学、计算机处理平台组成。pet工作的基本原理是将18f-fdg等短半衰期正电子放射性药物作为示踪剂注射到生物体内，这些丰质子核素会发生β衰变产生正电子，正电子会与待成像物体中的电子e-发生湮没，产生两个能量为511kev，方向相反的γ射线，γ射线穿透力极强。两个湮没光子在穿透生物体后被体外的pet探测器检测到，探测器前端电子学输出能量信号和定时信号，再通过数字电子学进行模数转换和符合判选，交由计算机进行数组存储转换、校正、重建和可视化处理，得到药物在体内分布图像，进而得到活体组织的功能代谢信息。
3、pet探测器在硬件上的最小单元为探测器模块，探测器模块由闪烁晶体阵列、光电转换器件、电路板组成。闪烁晶体阵列由多个晶体条像素组成，像素是参与符合探测的最小单元，计算机根据探测器输出的信号得出参与符合的两个像素，两个像素连线得到lor(line of response，响应线
4、符合时间分辨是符合探测器系统的一项重要参数，是指区分出两个符合事件的能力，反映参与符合的两个光子被探测到的时间之差的变化规律。一般pet系统时间窗的时间窗会设置为2倍的时间分辨以保证探测到大部分的真实符合事例，但是随着时间窗增大，偶然符合计数率也会正比增多，在总符合计数率中的占比增大，偶然符合事例不能正确定位正电子湮没点，它对最终成像是不利的，因此改善pet时间分辨能够提升pet系统的性能。此外，若时间分辨进一步减小到百ps量级，使用tof(time of flight)pet技术能够大幅提高系统的有效灵敏度，提升最终重建图像的信噪比。目前pet能做到的最好系统时间分辨在百皮秒量级，这对时间校正提出了更高的精度要求。
5、根据pet的成像原理，对pet时间性能影响的主要来源有：(1)闪烁晶体：湮没光子入射到闪烁晶体上发生的随机相互作用，以及闪烁晶体加工工艺的差别会使各个像素的时间性能有所差异。(2)光电器件：闪烁光子进入光电器件后的电子倍增随机过程，以及光电器件的单光子时间响应性能影响pet时间性能。(3)定时测量电路：电子学噪声、电路芯片的差异等因素导致定时信号的幅度、波形的差异，影响定时时刻的甄别，最终影响系统时间性能。(4)环境因素：上述pet探测器各部分性能受温度、湿度以及器件老化的影响，定时时刻会随环境变化，pet需要工作在相对稳定的工作环境并且定期维护。综上，造成pet时间差的原因有两种，一种是随机物理过程带来的，它们造成的时间差不是一个固定的数值，而是遵循统计分布规律的，一般用半高宽来标识这种时间差的大小。另外一种是由独立的闪烁晶体、光电器件和电子学等器件的差异带来的时间延迟导致，这种时间差可以看作是一个固定值。如果不对系统各像素的时间差进行校正，系统的总时间差有很大的展宽，时间分辨很差。因此，需要对系统内每个像素进行时间差校正。
6、现有时间校正技术方案大多直接测量各个像素的符合数据，然后在算法上使用迭代的方式将各像素的时间差对齐。最简单的做法是在pet环中心放置圆柱形放射源进行采集。由于柱型固体放射源密度大，湮没光子击中探测器前有较大概率发生散射，对时间校正不利；且为一台pet定制特定尺寸的圆柱放射源成本巨大，所以通常将f-18药物稀释注入圆柱塑料假体进行替代，但会带来以下问题：首先由于圆柱模体体积放大，湮没光子在假体内部有很大概率发生散射，湮没光子散射后运动方向改变，最终入射到其他探测器模块上，因此根据散射光子在探测器模块入射位置计算的正电子湮没位置与实际湮没位置不符，为后续时间校正带来误差。另外使用f-18药物还有以下问题：第一，f-18的半衰期短，每110分钟放射性活度变为原来的一半，pet系统要做到像素级别的时间校正，采集的lor线上的符合数据需要足够多，采集时间需要12h甚至更长，在采集过程中f-18剂量会快速减少时间校正的采集时长受到限制；第二，f-18衰变产生的正电子不会马上湮没成两个光子，正电子会经过一定行程与电子发生碰撞再湮没，f-18产生的正电子在水中的自由程约为0.6mm，自由程带来的系统计算的放射源位置与实际位置的偏差是无法避免的；使用f-18还需要进行运输、注射等步骤，实验人员需要承担液体放射源泄露、辐射损伤等风险，采购一次f-18药物的成本也较高；
7、基于以上原因，目前技术方案使用绕pet圆心旋转的ge-68棒源或者圆环假体进行替代，使用圆环假体极大减少了光子散射的影响，但f-18药物带来的问题仍然存在。而棒源机械旋转的位置误差会让时间校正精度变差，ge-68的半衰期约270天，每隔几年需要更换。同时使用旋转棒源和圆环假体采集符合数据时，只能采集特定lor上的数据，不能得到全部fov内的符合数据。
8、此外，现有技术对重建算法提出很高的要求，往往需要解析庞大的符合数据包，统计fov内任意两个探头符合数据的分布进行运算，在多次迭代操作后达到预期的校正效果。假设pet共有m个探测器模块，每个模块包含n个像素，共计x＝m×n,进年来由于对空间分辨率和灵敏度等性能的要求不断提高，pet的探头数增多，像素面积减小，pet系统的模块数达上百个，像素更是数以万计。对于现有技术方案，在做模块级时间校正时需要采集任意两个block间的符合数据，共计对符合探头，然后做像素级时间校正时采集像素间符合数据，参与符合的像素对数为数量庞大，算法复杂度为o(x2)，给后续算法处理带来很大压力，为了保证每个像素对的符合能采集到足够的数据采集到时间谱，也需要耗费大量的时间和精力。有些技术还根据符合数据或重建图像的体素信息，对符合原始数据进行修正，又进一步增加数据处理工作量。
9、现有的一些pet系统引入外部探测器作为参考探头，将探头和放射源放在pet环内，采集外部探测器和pet探测器的符合数据进行时间差校正。此方法引入了外部探测器摆放位置、电子学系统以及其自身时间分辨率等不确定因素。
10、现有技术方案中还提出了一种利用本底放射性实现时间校正的方法，该方法利用镥系闪烁体中lu-176发生β-衰变的同时发射88kev、203kev、307kev等多个光子的特性，通过多能窗时间甄别，获取由β粒子与光本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于符合探测系统时间校正的方法，其步骤包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述级联放射源为Co-60。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3)中的时间差分布为射线到达探测器模块B2像素时间减去射线到达像素P1时间的差值分布。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤5)中通过计算时间差分布的统计期望值，得出每条符合响应线的时间偏移数据；然后根据每条符合响应线的时间偏移数据计算得到B2各像素时间偏移校正表T1。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述迭代终止条件设置为时间偏移校正表T2中所有偏移量绝对值均小于指定偏差阈值。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述符合探测系统包括但不限于PET系统。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集条件包括：不限制所述符合探测系统径向视野的符合事件，设置符合时间窗以及初始化所述符合探测系统内所有探测像素的时间偏移量。
【技术特征摘要】
1.一种用于符合探测系统时间校正的方法，其步骤包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述级联放射源为co-60。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3)中的时间差分布为射线到达探测器模块b2像素时间减去射线到达像素p1时间的差值分布。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤5)中通过计算时间差分布的统计期望值，得出每条符合响应线的时间偏移数据；然后根据每条符合响应线的时间偏移数...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏龙，韦庆，李道武，王英杰，黄先超，章志明，潘维燕，柴培，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。