一種針孔spect系統(tǒng)的幾何校正模體及其校正方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種針孔SPECT系統(tǒng)的幾何校正模體及其校正方法。本發(fā)明的校正模體采用基體內(nèi)設(shè)置多個(gè)直線段形狀的空腔，空腔的一端起始于基體的表面，另一端終止于基體內(nèi)；空腔的橫截面的直徑遠(yuǎn)小于空腔的長度；多個(gè)空腔在同一平面內(nèi)并且彼此沒有重合點(diǎn)，但各個(gè)空腔所在的直線段的延長線至少有三個(gè)交點(diǎn)；放射性同位素藥物注滿空腔，形成線源，空腔中濃度最高的位置所在的直線段的延長線的交點(diǎn)作為虛擬點(diǎn)源；通過randon變換得到虛擬點(diǎn)源，可以使得校正中點(diǎn)源的位置更加精確，從而橢圓軌跡的計(jì)算也更加準(zhǔn)確，從而消除累積誤差，提高校正的精確度；本發(fā)明具備操作簡單、可控性強(qiáng)、腔體精度高等特點(diǎn)。
【專利說明】
一種針孔SPECT系統(tǒng)的幾何校正模體及其校正方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，具體涉及一種針孔SPECT系統(tǒng)的幾何校正模體及其校 正方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)（Single-Photon Emission Computed Tomography，SPECT)利用放射性核素失蹤技術(shù)，通過探測生物體內(nèi)攝入的放射性同位素藥 物發(fā)射出的射線，通過重建算法進(jìn)行數(shù)據(jù)重建，獲得藥物及靶向分子的分布和代謝信息?？?間分辨率和靈敏度是衡量SPECT探測器性能的重要參數(shù)。其中，空間分辨率會受到探測器晶 體像素尺寸的限制，而難以得到較高的空間分辨率。利用針孔準(zhǔn)直器，基于針孔放大成像的 原理，則可以通過調(diào)整物距和像距實(shí)現(xiàn)靈活的放大倍數(shù)設(shè)置，使得空間分辨率的提高擺脫 晶體像素尺寸的限制。荷蘭Utrecht大學(xué)研制出的U-SPECT-II小動(dòng)物SPECT原型機(jī)使用多針 孔孔準(zhǔn)直器，空間分辨率達(dá)到了0.3mm。美國Mediso公司采研發(fā)的小動(dòng)物SPECT采用針孔準(zhǔn) 直器，已經(jīng)可以達(dá)到亞毫米級的空間分辨率。集成針孔準(zhǔn)直器的SPECT探測器，也在人體腦 部、心臟成像得到了一定應(yīng)用，在提供較高空間分辨率的同時(shí)，也能保證計(jì)數(shù)率和靈敏度特 性。由此可見，針孔SPECT探測器對提高SPECT系統(tǒng)顯像的空間分辨率至關(guān)重要。
[0003] 在使用針孔SPECT系統(tǒng)中，需要對其進(jìn)行幾何校正。幾何校正是對五個(gè)參量進(jìn)行確 定，用來保證SPECT圖像重建時(shí)減少偽影。
[0004] 針孔SPECT系統(tǒng)如圖1所示，校正模體1放置在載物臺2上，通過針孔3在UV探測器面 上形成投影Γ。具體參量標(biāo)定如下表所示：
[0005] 單針孔SPECT系統(tǒng)中需要校正的幾何參數(shù)
[0006]
[0007] 較為常見的幾何校正方法是迭代求解法和解析擬合法。在幾何校正過程中，都要 基于點(diǎn)源進(jìn)行投影采集，進(jìn)而進(jìn)行幾何校正算法。通常通過制作較小的實(shí)體點(diǎn)(直徑控制在 0.5mm之內(nèi)），近似作為點(diǎn)源用于校正。然而，在實(shí)際操作工程中，由于放射性同位素藥物多 為液體狀態(tài)，制作點(diǎn)源房體較為困難，制作出來的點(diǎn)源尺寸也難以把握。且實(shí)體點(diǎn)源有一定 的體積，相較理想點(diǎn)源存在誤差，也會帶入校正過程中，影響校正精度;實(shí)體液態(tài)點(diǎn)源在長 時(shí)間實(shí)驗(yàn)過程中不易控制，容易揮發(fā)，帶來實(shí)驗(yàn)過程中多種不便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出了一種針孔SPECT系統(tǒng)的幾何校正 模體及其校正方法，具備操作簡單、可控性強(qiáng)、腔體精度高等特點(diǎn)。
[0009] 本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種針孔SPECT系統(tǒng)的幾何校正模體。
[0010] 本發(fā)明的針孔SPECT系統(tǒng)的幾何校正模體包括:基體和多個(gè)空腔;在基體內(nèi)設(shè)置多 個(gè)空腔，空腔的一端起始于基體的表面，另一端終止于基體內(nèi)；每一個(gè)空腔為直線段形狀， 空腔的橫截面的直徑遠(yuǎn)小于空腔的長度;多個(gè)空腔所在的直線段位于同一個(gè)平面內(nèi)，并且 彼此沒有交點(diǎn)，但各個(gè)空腔所在的直線段的延長線至少存在三個(gè)交點(diǎn)；放射性同位素藥物 注滿空腔，形成線源，空腔所在的直線段的延長線的交點(diǎn)作為虛擬點(diǎn)源;校正模體放置在載 物臺上，并且空腔所在的直線段的延長線的交點(diǎn)至少存在三個(gè)不在載物臺的旋轉(zhuǎn)軸上，在 校正模體與SPECT探測器之間設(shè)置針孔準(zhǔn)直器，形成SPECT幾何校正系統(tǒng)。
[0011] 空腔的橫截面的直徑在〇.5mm以下；空腔的長度在20mm以上。
[0012]校正模體的基體的材料采用亞克力或聚乙烯塑料。
[0013]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種針孔SPECT幾何校正方法。
[0014]本發(fā)明的針孔SPECT幾何校正方法，包括以下步驟：
[0015] 1)在校正模體的每一個(gè)空腔內(nèi)注滿放射性同位素藥物，形成多個(gè)線源；
[0016] 2)將校正模體放置在載物臺上，校正模體與SPECT探測器之間設(shè)置針孔準(zhǔn)直器； [0017] 3)載物臺位于一定的旋轉(zhuǎn)角度，每一個(gè)空腔在SPECT探測器上投影，提取空腔中放 射性同位素藥物濃度最高的投影位置得到在uv探測器面上的直線段；
[0018] 4)每一個(gè)空腔所形成的線源在uv探測器面上的投影為一條直線段，將每一條直線 段通過拉登randon變換，對應(yīng)得到極坐標(biāo)空間的一個(gè)點(diǎn)；
[0019] 5)將在極坐標(biāo)空間的每一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行反randon變換，分別得到uv探測器面上的多條 直線，然后找到多條直線相交的交點(diǎn)，存在η個(gè)交點(diǎn)不在載物臺的旋轉(zhuǎn)軸上，η為自然數(shù)且多 3,形成在當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角度下的η個(gè)虛擬點(diǎn)源在uv探測器面上的投影；
[0020] 6)載物臺帶動(dòng)校正模體旋轉(zhuǎn)到一定角度，重復(fù)步驟3)~5)，直至載物臺旋轉(zhuǎn)360°， 得到每一個(gè)旋轉(zhuǎn)角度下的虛擬點(diǎn)源的在uv探測器面上的投影，將每一個(gè)虛擬點(diǎn)源在uv探測 器面上各個(gè)旋轉(zhuǎn)角度下的投影進(jìn)行連線，形成一個(gè)橢圓軌跡，η個(gè)虛擬點(diǎn)源分別形成η個(gè)橢 圓軌跡；
[0021] 7)以η個(gè)虛擬點(diǎn)源形成的橢圓軌跡對針孔SPECT系統(tǒng)進(jìn)行幾何校正。
[0022] 其中，在步驟5)中，根據(jù)多個(gè)線源濃度最高位置在uv探測器面上的投影所在的直 線，得到多組直線方程，取出任意兩組直線方程，求解線性方程的解，將距離在最小閾值以 內(nèi)的點(diǎn)或者超出視野范圍的點(diǎn)剔除，直到得到直線間的各個(gè)交點(diǎn)，即為線源組合得到的虛 擬點(diǎn)源在uv探測器面上的投影。
[0023]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：
[0024]本發(fā)明采用在基體內(nèi)設(shè)置多個(gè)直線段形狀的空腔，將空腔延長線的交點(diǎn)作為虛擬 點(diǎn)源;通過randon變換得到虛擬點(diǎn)源，可以使得校正中點(diǎn)源的位置更加精確，從而橢圓軌跡 的計(jì)算也更加準(zhǔn)確，從而消除累積誤差，提高校正的精確度;本發(fā)明具備操作簡單、可控性 強(qiáng)、腔體精度高等特點(diǎn)。
【附圖說明】
[0025]圖1為SPECT幾何校正系統(tǒng)的示意圖，其中，（a)為結(jié)構(gòu)圖，（b)為原理圖，（c)為UV探 測器面內(nèi)的面內(nèi)旋轉(zhuǎn)角的示意圖；
[0026]圖2為本發(fā)明的SPECT幾何校正模體的一個(gè)實(shí)施例的剖面圖；
[0027]圖3為根據(jù)本發(fā)明的SPECT幾何校正方法的一個(gè)實(shí)施例得到的多條直線及交點(diǎn)的 示意圖；
[0028]圖4為根據(jù)本發(fā)明的SPECT幾何校正方法的一個(gè)實(shí)施例得到的第i個(gè)虛擬點(diǎn)源在uv 探測器面內(nèi)形成的橢圓軌跡的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面結(jié)合附圖，通過具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0030] 如圖1所示，本實(shí)施例的SPECT幾何校正模體包括:基體11和第一至第四空腔12~ 15;在基體內(nèi)11設(shè)置4個(gè)直線段形狀的空腔12~15,4個(gè)空腔所在的直線段位于同一個(gè)平面， 每一個(gè)空腔的橫截面為0.5mm，長度為大于20mm，空腔的一端起始于基體的表面，另一端終 止于基體內(nèi)；第一空腔12為豎直方向，第二至第四空腔13~15互相平行，延長線分別與第一 空腔12相交，形成3個(gè)交點(diǎn)，作為3個(gè)虛擬點(diǎn)源。
[0031]本發(fā)明的針孔SPECT幾何校正方法，包括以下步驟：
[0032] 1)在校正模體的每一個(gè)空腔內(nèi)注滿放射性同位素藥物，形成4個(gè)線源；
[0033] 2)將校正模體放置在載物臺上，校正模體與SPECT探測器之間設(shè)置針孔準(zhǔn)直器；
[0034] 3)每一個(gè)空腔在SPECT探測器上投影，提取空腔中放射性同位素藥物濃度最高的 位置得到在uv探測器面上的直線段；
[0035] 4)每一個(gè)空腔所形成的線源在uv探測器面上的投影為一條直線段，將每一條直線 段通過拉登randon變換，對應(yīng)得到極坐標(biāo)空間的一個(gè)點(diǎn)；
[0036] 5)將在極坐標(biāo)空間的每一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行反randon變換，分別得到uv探測器面上的4條 直線，然后找到多條直線相交的3個(gè)交點(diǎn)，并且這3個(gè)交點(diǎn)均不在載物臺的旋轉(zhuǎn)軸上，如圖3 所示，形成虛擬點(diǎn)源在uv探測器面上的投影；
[0037] 6)在載物臺坐標(biāo)系(X，y，z)里，載物臺帶動(dòng)校正模體旋轉(zhuǎn)到一定角度，重復(fù)步驟3) ~5)，直至載物臺旋轉(zhuǎn)360°，得到每一個(gè)旋轉(zhuǎn)角度下的虛擬點(diǎn)源的在uv探測器面上的投影， 則在uv探測器面內(nèi)，將每一個(gè)虛擬點(diǎn)源在uv探測器面上各個(gè)旋轉(zhuǎn)角度下的投影進(jìn)行連線， 形成3個(gè)虛擬點(diǎn)源的橢圓軌跡；
[0038] 7)以虛擬點(diǎn)源形成的橢圓軌跡對針孔SPECT系統(tǒng)進(jìn)行幾何校正，具體包括以下步 驟:確定需要進(jìn)行幾何校正的參數(shù)包括：
[0039] a)載物臺的旋轉(zhuǎn)中心距離針孔準(zhǔn)直器中心的距離R1;
[0040] b)物體距離探測器中心的距離R2;
[0041 ] c)載物臺坐標(biāo)系X軸與uv探測器面的交點(diǎn)(u0，v0);
[0042] d) u v探測器面內(nèi)u軸與X軸的面內(nèi)旋轉(zhuǎn)角識。
[0043] i .找到第i個(gè)橢圓軌跡的長短軸對應(yīng)的4個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)Aii(un，Vii)~Ai4(Ui4，Vi4)，以 及各個(gè)橢圓軌跡的中心坐標(biāo)Ai〇(Ui〇，vi〇)，i = 1，…，η，如圖4所示，作為基準(zhǔn)點(diǎn)，為后面校正 標(biāo)定；
[0044] ii .根據(jù)橢圓軌跡構(gòu)造參數(shù)Mi和Ni:
[0045] i j i.t.
[0046] 其中，參數(shù)Mi和Ni滿足線性關(guān)系MFa+bN^AisAw分別為橢圓軌跡的長軸長度，vu 和Vi2分別是橢圓軌跡的短軸頂點(diǎn)的縱坐表，a和b分別為線性參數(shù)，a = v0，b = R2,選取多個(gè) 虛擬點(diǎn)源的投影數(shù)據(jù)，做線性擬合，得到v〇和R2;
[0047] iii.η個(gè)橢圓軌跡中，每i個(gè)橢圓軌跡的中心坐標(biāo)有如下關(guān)系：
[0048] Ui〇 = a2+b2Vi〇
[0049] 式中的VlQ和UlQ即為第i個(gè)橢圓軌跡的中心點(diǎn)坐標(biāo)，多個(gè)虛擬點(diǎn)源同時(shí)成像，可以 形成多個(gè)橢圓軌跡，a2和b2為線性參數(shù)，線性擬合Ui〇 = a2+b2Vi〇得到a2和b2。
[0050] iv·uO和vO之間存在線性關(guān)系uO = a2+b2V〇，由上一步（iii)已經(jīng)得到a2和b2以及 (i i)中得到的vO，帶入線性關(guān)系等式uO = a2+b2V〇，得到uO;
[0051 ] v ·由b2得到面內(nèi)旋轉(zhuǎn)角P : p = tan ! /?2;
[0052] vi.在載物臺坐標(biāo)內(nèi)選取任意兩個(gè)虛擬點(diǎn)源，旋轉(zhuǎn)、投影之后，在uv探測器平面上 得到兩個(gè)橢圓，第一橢圓與第二橢圓，來校正物距r 2，計(jì)算公式：
[0053]
[0054] 其中，AiqA2〇為第一橢圓軌跡與第二橢圓中心之間的距離，Di和D2分別為第一橢圓 軌跡與第二橢圓軌跡的長軸長度，1為第一虛擬點(diǎn)源與第二虛擬點(diǎn)源的空間距離，夾角α?和 α2表示在載物臺坐標(biāo)系(x，y，z)中，第一虛擬點(diǎn)源和第二虛擬點(diǎn)源分別與坐標(biāo)原點(diǎn)相連，各 自連線與z軸的夾角;至此，五個(gè)主要參數(shù)校正完畢。
[0055] 最后需要注意的是，公布實(shí)施例的目的在于幫助進(jìn)一步理解本發(fā)明，但是本領(lǐng)域 的技術(shù)人員可以理解:在不脫離本發(fā)明及所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換和修 改都是可能的。因此，本發(fā)明不應(yīng)局限于實(shí)施例所公開的內(nèi)容，本發(fā)明要求保護(hù)的范圍以權(quán) 利要求書界定的范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種針孔SPECT系統(tǒng)的幾何校正模體，其特征在于，所述校正模體包括:基體和多個(gè) 空腔;在基體內(nèi)設(shè)置多個(gè)空腔，空腔的一端起始于基體的表面，另一端終止于基體內(nèi)；每一 個(gè)空腔為直線段形狀，空腔的橫截面的直徑遠(yuǎn)小于空腔的長度;多個(gè)空腔所在的直線段位 于同一個(gè)平面內(nèi)，并且彼此沒有交點(diǎn)，但各個(gè)空腔所在的直線段的延長線至少存在三個(gè)交 點(diǎn);放射性同位素藥物注滿空腔，形成線源，空腔所在的直線段的延長線的交點(diǎn)作為虛擬點(diǎn) 源;所述校正模體放置在載物臺上，并且空腔所在的直線段的延長線的交點(diǎn)至少存在三個(gè) 不在載物臺的旋轉(zhuǎn)軸上，在校正模體與SPECT探測器之間設(shè)置針孔準(zhǔn)直器，形成SPECT幾何 校正系統(tǒng)。2. 如權(quán)利要求1所述的校正模體，其特征在于，所述空腔的橫截面的直徑在0.5mm以下； 空腔的長度在20mm以上。3. 如權(quán)利要求1所述的校正模體，其特征在于，所述校正模體的基體的材料采用亞克力 或聚乙烯塑料。4. 一種針孔SPECT幾何校正方法，其特征在于，所述校正方法包括以下步驟： 1) 在校正模體的每一個(gè)空腔內(nèi)注滿放射性同位素藥物，形成多個(gè)線源； 2) 將校正模體放置在載物臺上，校正模體與SPECT探測器之間設(shè)置針孔準(zhǔn)直器； 3) 載物臺位于一定的旋轉(zhuǎn)角度，每一個(gè)空腔在SPECT探測器上投影，提取空腔中放射性 同位素藥物濃度最高的投影位置得到在uv探測器面上的直線段； 4) 每一個(gè)空腔所形成的線源在uv探測器面上的投影為一條直線段，將每一條直線段通 過拉登randon變換，對應(yīng)得到極坐標(biāo)空間的一個(gè)點(diǎn)； 5) 將在極坐標(biāo)空間的每一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行反randon變換，分別得到uv探測器面上的多條直 線，然后找到多條直線相交的交點(diǎn)，存在η個(gè)交點(diǎn)不在載物臺的旋轉(zhuǎn)軸上，η為自然數(shù)且多3， 形成在當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角度下的η個(gè)虛擬點(diǎn)源在uv探測器面上的投影； 6) 載物臺帶動(dòng)校正模體旋轉(zhuǎn)到一定角度，重復(fù)步驟3)~5)，直至載物臺旋轉(zhuǎn)360°，得到 每一個(gè)旋轉(zhuǎn)角度下的虛擬點(diǎn)源的在uv探測器面上的投影，將每一個(gè)虛擬點(diǎn)源在uv探測器面 上各個(gè)旋轉(zhuǎn)角度下的投影進(jìn)行連線，形成一個(gè)橢圓軌跡，η個(gè)虛擬點(diǎn)源分別形成η個(gè)橢圓軌 跡； 7) 以η個(gè)虛擬點(diǎn)源形成的橢圓軌跡對針孔SPECT系統(tǒng)進(jìn)行幾何校正。5. 如權(quán)利要求4所述的校正方法，其特征在于，在步驟5)中，根據(jù)多個(gè)線源濃度最高位 置在uv探測器面上的投影所在的直線，得到多組直線方程，取出任意兩組直線方程，求解線 性方程的解，將距離在最小閾值以內(nèi)的點(diǎn)或者超出視野范圍的點(diǎn)剔除，直到得到直線間的 各個(gè)交點(diǎn)，即為線源組合得到的虛擬點(diǎn)源的位置。
【文檔編號】A61B6/00GK106037782SQ201610494693
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月29日
【發(fā)明人】任秋實(shí), 李素瑩, 楊昆, 謝肇恒
【申請人】北京大學(xué)