CN111419256A - 一种核医学成像系统、装置及成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于图像信息处理技术领域，公开了一种核医学成像系统、装置及成像方法，所述核医学成像系统包括光子探测模块、定位校准模块、中央控制模块、时间计算模块、时间测定模块、探测检测模块、信号收集模块、信号处理模块、图像重建模块、图像去噪模块、存储模块、显示模块；所述核医学成像方法包括进行探测对象的探测，对探测到的入射的光子进行定位；对探测器入射光子的路径进行探测；对探测信号进行收集、处理并进行图像重建。本发明结构简单，可以准确定位入射光子的具体位置，对形成的断层图像进行重建，避免核医学成像装置采集的图像出现失真情况，使医务人员对病理的诊断更为精确。
Description
技术领域
本发明属于图像信息处理技术领域，尤其涉及一种核医学成像系统、装置及成像方法。
背景技术
目前，核医学作为现代医学重要组成部分，并被公认为一门独立的学科，核医学成像技术更是以操作简单、图像清晰等优越性成为临床诊断四大影像技术之一，为临床诊断及治疗方案的选择提供了可靠的参考依据，通常，MRI、超声等获得影像均为解剖结构成像，图像质量高，清晰度有保证。核医学成像则采用的是核素示踪技术，其在诊断过程中主要依据的是组织吸收功能差异性，将放射性浓度作为重建变量，当放射性核素标记的分子探针、显像剂等进入机体后，被引入机体的靶组织及靶器官等会通过放射性示踪剂发射出Y射线，通过影像的方式呈现出来，其一方面能够对脏器及病灶的位置、体积及形态等予以显示，而且能够反映出脏器及病变的血流及代谢等相关信息，部分分子变化水平相关信息也能够通过其图像反映出来，为疾病的早期确诊及临床治疗提供参考。但目前的核医学成像装置采集的图像因散射光子、噪声信号及位置信息特点等出现偏差，造成采集的图像的失真，影响医务人员对病理的诊断，耽误对病人的治疗。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的核医学成像装置在使用时采集的图像往往失真，影响医务人员对病理的诊断，耽误对病人的治疗。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种核医学成像装置及核医学成像系统。
本发明是这样实现的，一种核医学成像系统，所述核医学成像系统具体包括：
光子探测模块、定位校准模块、中央控制模块、时间计算模块、时间测定模块、探测检测模块、信号收集模块、信号处理模块、图像重建模块、图像去噪模块、存储模块、显示模块；
光子探测模块，与中央控制模块连接，用于通过光子探测器进行探测对象的探测；
定位校准模块，与中央控制模块连接，用于通过对光子探测器探测到的入射的光子进行定位；
中央控制模块，与光子探测模块、定位校准模块、时间计算模块、时间测定模块、探测检测模块、信号收集模块、信号处理模块、图像重建模块、图像去噪模块、存储模块、显示模块连接，用于通过主控机控制各个模块正常运行；
时间计算模块，与中央控制模块连接，用于通过时间计算程序对成像的时间进行计算；
时间测定模块，与中央控制模块连接，用于通过计时器对成像时间进行测定；
探测检测模块，与中央控制模块连接，用于通过探测检测程序对探测器入射光子的路径进行探测；
信号收集模块，与中央控制模块连接，用于通过信号收集程序对探测信号进行收集；
信号处理模块，与中央控制模块连接，用于通过信号处理程序对收集的探测信号进行处理；
图像重建模块，与中央控制模块连接，用于通过图像重建程序进行图像重建；
图像去噪模块，与中央控制模块连接，用于通过图像去噪程序进行图像去噪；
存储模块，与中央控制模块连接，用于通过存储器存储处理后图像；
显示模块，与中央控制模块连接，用于通过显示器显示生成图像。
本发明的另一目的在于提供一种核医学成像方法，所述核医学成像方法包括以下步骤：
步骤一，通过光子探测器进行探测对象的探测；通过对光子探测器探测到的入射的光子进行定位；
步骤二，通过时间计算程序对成像的时间进行计算；通过计时器对成像时间进行测定，并与成像时间进行对比，确认是否成像；
步骤三，通过探测检测程序对探测器入射光子的路径进行探测；
步骤四，通过信号收集程序对探测信号进行收集，通过信号处理程序对收集的探测信号进行处理；
步骤五，通过图像重建程序进行图像重建；通过图像去噪程序进行图像去噪，得到核医学影像，并进行存储和显示。
进一步，所述对光子探测器探测到的入射的光子进行定位包括以下步骤：
步骤一，将放大后的光子信号经过位置加权电路在X+，Y+，Z+，X-，Y-，Z-方向上进行加权，形成位置加权信号V(X+)，V(Y+)，V(Z+)，V(X-)，V(Y-)，V(Z-)；
步骤二，将V(X+)，V(Y+)，V(Z+)，V(X-)，V(Y-)，V(Z-)，经过加法器获得所有光子的输出电压和V；
步骤三，将V(X+)，V(X-)同时经过减法器，V(Y+)，V(Y-)同时经过减法器，V(Z+)，V(Z-)同时经过减法器得到V(X)，V(Y)，V(Z)信号；
步骤四，用V通过除法器去除V(X)，V(Y)，V(Z)得到与能量信息分离的位置信息L(X)，L(Y)，L(Z)。
进一步，所述对成像的时间进行计算的方法为：
设定成像时间窗宽度；依据所用放射性核素所放射的伽马光子能量设定伽马光子探测器的多个能窗；设定用于多伽马光子符合事件有效性判断的长度阈值；得到实际成像时间。
进一步，所述确认是否成像的具体步骤为：
(1)依据实际成像时间设定预设成像时间；
(2)对成像时间进行测定，与预设成像时间对比，判断成像过程是否结束；若结束，则执行步骤(5)；若未结束，则执行步骤(3)；
(3)判断光子探测器是否探测到光子符合事件，若探测到，则执行步骤(4)；若未探测到，则执行步骤(2)；
(4)计算机平台根据伽马光子探测器输入的多个伽马光子事件能量信息判断所输入的多个伽马光子能量是否分别在所设定的多个能窗内；如果分别不在所设定的多个能窗内，则舍弃该多伽马光子符合事件；如果分别在所设定的多个能窗内，则根据伽马光子探测器所输入的多个伽马光子事件的位置信息计算伽马光子发生衰变所在位置的投影线；计算到所有伽马光子事件所确定的非平行的多条投影线的距离之和最短的点的位置，判断该点到任意一条投影线的距离是否都小于等于所设定的长度阈值，如果小于等于所设定的长度阈值，则记录放射性核素发生衰变的位置为该点位置；如果大于所设定的长度阈值，则舍弃该多伽马光子符合事件；执行步骤(2)；
(5)根据所有多伽马光子符合事件计算的放射性核素的衰变位置得到放射性核素在成像对象体内的分布。
进一步，所述对探测信号进行收集的方法为：
数字信号处理器通过USB数据传输电路将模数转化的数据传输到计算机内存中；
计算机对接收到的数据基于压缩感知算法进行图像的创建，然后将不同角度观测到的图像进行融合处理，获取待测人体组织器官的图像。
进一步，所述进行图像重建具体包括：
步骤一，采集单次激励产生的时域感应式电磁信号，应用傅立叶变换将时域信号转换成频域信号；
步骤二，提取每一频率的数据信号组成矩阵，根据成像网格中心点、位置、波数确定观测矩阵；
步骤三，应用压缩感知算法，求解约束优化问题，计算得到最稀疏解；
步骤四，将稀疏信号转换成频域的声源信号，应用傅立叶反变换将频率信号转换成时域信号序列；
步骤五，找到电磁激励时刻对应的时域信号，提取所有网格中心点的时域信号组建成一个矩阵，根据坐标提取相应数据生成数字信号的断层图像。
进一步，所述根据坐标提取相应数据生成数字信号的断层图像包括：
(1)将全部的断层图像划分为n个子集，定义子集的数目为L；
(2)用每一个子集中的断层图像对被重建图像中各像素值校正，被重建图像即被更新一次；
(3)将所有子集中的断层图像分别进行校正更新。
进一步，进行图像去噪的具体步骤为：
将重建后的图像与预先设定的滤波函数做线性滤波；
将线性滤波操作结果以滤波函数为退化函数作共轭梯度优化第原操作。
本发明的另一目的在于提供一种核医学成像装置，所述核医学成像装置设置有：
光子探测器，用于将符合探测的入射的光子转化为可见光子，并对光子信号进行放大；
所述光子探测器由探测器探头和探测器主体组成；所述探测器探头由19个针孔准直器组成，分3层排布，每一层针孔准直器个数分别为5、9、5，每一个针孔准直器均对应一个探测器阵列，用于探测通过对应针孔准直器的光子的投影；
所述光子探测器与位置加权电路连接，对光子探测器探测到的入射的光子进行重新定位；
所述位置加权电路连接数字信号处理器，用于对光子探测器探测到的模拟信号，转化为数字信号，并进行缓存及传输。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明结构简单，定位校准模块可以准确定位入射光子的具体位置，图像重建模块可以对形成的断层图像进行重建，图像去噪模块可以对重建的图像进行滤波去噪，提高显示图像的准确度，避免核医学成像装置采集的图像出现失真情况，使医务人员对病理的诊断更为精确。
附图说明
图1是本发明实施例提供的核医学成像系统的结构框图。
图2是本发明实施例提供的核医学成像方法的流程图。
图3是本发明实施例提供的对光子探测器探测到的入射的光子进行定位的流程图。
图4是本发明实施例提供的进行图像重建的流程图。
图5是本发明实施例提供的根据坐标提取相应数据生成数字信号的断层图像的流程图。
图中：1、光子探测模块；2、定位校准模块；3、中央控制模块；4、时间计算模块；5、时间测定模块；6、探测检测模块；7、信号收集模块；8、信号处理模块；9、图像重建模块；10、图像去噪模块；11、存储模块；12、显示模块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种核医学成像装置及核医学成像系统，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的核医学成像系统具体包括：
光子探测模块1、定位校准模块2、中央控制模块3、时间计算模块4、时间测定模块5、探测检测模块6、信号收集模块7、信号处理模块8、图像重建模块9、图像去噪模块10、存储模块11、显示模块12；
光子探测模块1，与中央控制模块3连接，用于通过光子探测器进行探测对象的探测；
定位校准模块2，与中央控制模块3连接，用于通过对光子探测器探测到的入射的光子进行定位；
中央控制模块3，与光子探测模块1、定位校准模块2、时间计算模块4、时间测定模块5、探测检测模块6、信号收集模块7、信号处理模块8、图像重建模块9、图像去噪模块10、存储模块11、显示模块12连接，用于通过主控机控制各个模块正常运行；
时间计算模块4，与中央控制模块3连接，用于通过时间计算程序对成像的时间进行计算；
时间测定模块5，与中央控制模块3连接，用于通过计时器对成像时间进行测定；
探测检测模块6，与中央控制模块3连接，用于通过探测检测程序对探测器入射光子的路径进行探测；
信号收集模块7，与中央控制模块3连接，用于通过信号收集程序对探测信号进行收集；
信号处理模块8，与中央控制模块3连接，用于通过信号处理程序对收集的探测信号进行处理；
图像重建模块9，与中央控制模块3连接，用于通过图像重建程序进行图像重建；
图像去噪模块10，与中央控制模块3连接，用于通过图像去噪程序进行图像去噪；
存储模块11，与中央控制模块3连接，用于通过存储器存储处理后图像；
显示模块12，与中央控制模块3连接，用于通过显示器显示生成图像。
如图2所示，本发明实施例提供的核医学成像方法包括以下步骤：
S101，通过光子探测器进行探测对象的探测；通过对光子探测器探测到的入射的光子进行定位；
S102，通过时间计算程序对成像的时间进行计算；通过计时器对成像时间进行测定，并与成像时间进行对比，确认是否成像；
S103，通过探测检测程序对探测器入射光子的路径进行探测；
S104，通过信号收集程序对探测信号进行收集，通过信号处理程序对收集的探测信号进行处理；
S105，通过图像重建程序进行图像重建；通过图像去噪程序进行图像去噪，得到核医学影像，并进行存储和显示。
如图3所示，本发明实施例提供的对光子探测器探测到的入射的光子进行定位包括以下步骤：
S201，将放大后的光子信号经过位置加权电路在X+，Y+，Z+，X-，Y-，Z-方向上进行加权，形成位置加权信号V(X+)，V(Y+)，V(Z+)，V(X-)，V(Y-)，V(Z-)；
S202，将V(X+)，V(Y+)，V(Z+)，V(X-)，V(Y-)，V(Z-)，经过加法器获得所有光子的输出电压和V；
S203，将V(X+)，V(X-)同时经过减法器，V(Y+)，V(Y-)同时经过减法器，V(Z+)，V(Z-)同时经过减法器得到V(X)，V(Y)，V(Z)信号；
S204，用V通过除法器去除V(X)，V(Y)，V(Z)得到与能量信息分离的位置信息L(X)，L(Y)，L(Z)。
如图4所示，本发明实施例提供的进行图像重建具体包括：
S301，采集单次激励产生的时域感应式电磁信号，应用傅立叶变换将时域信号转换成频域信号；
S302，提取每一频率的数据信号组成矩阵，根据成像网格中心点、位置、波数确定观测矩阵；
S303，应用压缩感知算法，求解约束优化问题，计算得到最稀疏解；
S304，将稀疏信号转换成频域的声源信号，应用傅立叶反变换将频率信号转换成时域信号序列；
S305，找到电磁激励时刻对应的时域信号，提取所有网格中心点的时域信号组建成一个矩阵，根据坐标提取相应数据生成数字信号的断层图像。
如图5所示，本发明实施例提供的根据坐标提取相应数据生成数字信号的断层图像包括：
S401，将全部的断层图像划分为n个子集，定义子集的数目为L；
S402，用每一个子集中的断层图像对被重建图像中各像素值校正，被重建图像即被更新一次；
S403，将所有子集中的断层图像分别进行校正更新。
本发明通过光子探测器进行探测对象的探测；通过对光子探测器探测到的入射的光子进行定位；通过时间计算程序对成像的时间进行计算；通过计时器对成像时间进行测定，并与成像时间进行对比，确认是否成像；通过探测检测程序对探测器入射光子的路径进行探测；通过信号收集程序对探测信号进行收集，通过信号处理程序对收集的探测信号进行处理；通过图像重建程序进行图像重建；通过图像去噪程序进行图像去噪，得到核医学影像，并进行存储和显示。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种核医学成像方法，其特征在于，所述核医学成像方法包括以下步骤：
步骤一，通过光子探测器进行探测对象的探测；通过对光子探测器探测到的入射的光子进行定位；
步骤二，通过时间计算程序对成像的时间进行计算；通过计时器对成像时间进行测定，并与成像时间进行对比，确认是否成像；
步骤三，通过探测检测程序对探测器入射光子的路径进行探测；
步骤四，通过信号收集程序对探测信号进行收集，通过信号处理程序对收集的探测信号进行处理；
步骤五，通过图像重建程序进行图像重建；通过图像去噪程序进行图像去噪，得到核医学影像，并进行存储和显示。
2.如权利要求1所述核医学成像方法，其特征在于，所述对光子探测器探测到的入射的光子进行定位包括以下步骤：
步骤一，将放大后的光子信号经过位置加权电路在X+，Y+，Z+，X-，Y-，Z-方向上进行加权，形成位置加权信号V(X+)，V(Y+)，V(Z+)，V(X-)，V(Y-)，V(Z-)；
步骤二，将V(X+)，V(Y+)，V(Z+)，V(X-)，V(Y-)，V(Z-)，经过加法器获得所有光子的输出电压和V；
步骤三，将V(X+)，V(X-)同时经过减法器，V(Y+)，V(Y-)同时经过减法器，V(Z+)，V(Z-)同时经过减法器得到V(X)，V(Y)，V(Z)信号；
步骤四，用V通过除法器去除V(X)，V(Y)，V(Z)得到与能量信息分离的位置信息L(X)，L(Y)，L(Z)。
3.如权利要求1所述核医学成像方法，其特征在于，所述对成像的时间进行计算的方法为：
设定成像时间窗宽度；依据所用放射性核素所放射的伽马光子能量设定伽马光子探测器的多个能窗；设定用于多伽马光子符合事件有效性判断的长度阈值；得到实际成像时间。
4.如权利要求1所述核医学成像方法，其特征在于，所述确认是否成像的具体步骤为：
(1)依据实际成像时间设定预设成像时间；
(2)对成像时间进行测定，与预设成像时间对比，判断成像过程是否结束；若结束，则执行步骤(5)；若未结束，则执行步骤(3)；
(3)判断光子探测器是否探测到光子符合事件，若探测到，则执行步骤(4)；若未探测到，则执行步骤(2)；
(4)计算机平台根据伽马光子探测器输入的多个伽马光子事件能量信息判断所输入的多个伽马光子能量是否分别在所设定的多个能窗内；如果分别不在所设定的多个能窗内，则舍弃该多伽马光子符合事件；如果分别在所设定的多个能窗内，则根据伽马光子探测器所输入的多个伽马光子事件的位置信息计算伽马光子发生衰变所在位置的投影线；计算到所有伽马光子事件所确定的非平行的多条投影线的距离之和最短的点的位置，判断该点到任意一条投影线的距离是否都小于等于所设定的长度阈值，如果小于等于所设定的长度阈值，则记录放射性核素发生衰变的位置为该点位置；如果大于所设定的长度阈值，则舍弃该多伽马光子符合事件；执行步骤(2)；
(5)根据所有多伽马光子符合事件计算的放射性核素的衰变位置得到放射性核素在成像对象体内的分布。
5.如权利要求1所述核医学成像方法，其特征在于，所述对探测信号进行收集的方法为：
数字信号处理器通过USB数据传输电路将模数转化的数据传输到计算机内存中；
计算机对接收到的数据基于压缩感知算法进行图像的创建，然后将不同角度观测到的图像进行融合处理，获取待测人体组织器官的图像。
6.如权利要求1所述核医学成像方法，其特征在于，所述进行图像重建具体包括：
步骤一，采集单次激励产生的时域感应式电磁信号，应用傅立叶变换将时域信号转换成频域信号；
步骤二，提取每一频率的数据信号组成矩阵，根据成像网格中心点、位置、波数确定观测矩阵；
步骤三，应用压缩感知算法，求解约束优化问题，计算得到最稀疏解；
步骤四，将稀疏信号转换成频域的声源信号，应用傅立叶反变换将频率信号转换成时域信号序列；
步骤五，找到电磁激励时刻对应的时域信号，提取所有网格中心点的时域信号组建成一个矩阵，根据坐标提取相应数据生成数字信号的断层图像。
7.如权利要求6所述核医学成像方法，其特征在于，所述根据坐标提取相应数据生成数字信号的断层图像包括：
(1)将全部的断层图像划分为n个子集，定义子集的数目为L；
(2)用每一个子集中的断层图像对被重建图像中各像素值校正，被重建图像即被更新一次；
(3)将所有子集中的断层图像分别进行校正更新。
8.如权利要求1所述核医学成像方法，其特征在于，进行图像去噪的具体步骤为：
将重建后的图像与预先设定的滤波函数做线性滤波；
将线性滤波操作结果以滤波函数为退化函数作共轭梯度优化第原操作。
9.一种实施权利要求1～8任意一项所述核医学成像方法的核医学成像系统，其特征在于，所述核医学成像系统包括：
光子探测模块，与中央控制模块连接，用于通过光子探测器进行探测对象的探测；
定位校准模块，与中央控制模块连接，用于通过对光子探测器探测到的入射的光子进行定位；
中央控制模块，与光子探测模块、定位校准模块、时间计算模块、时间测定模块、探测检测模块、信号收集模块、信号处理模块、图像重建模块、图像去噪模块、存储模块、显示模块连接，用于通过主控机控制各个模块正常运行；
时间计算模块，与中央控制模块连接，用于通过时间计算程序对成像的时间进行计算；
时间测定模块，与中央控制模块连接，用于通过计时器对成像时间进行测定；
探测检测模块，与中央控制模块连接，用于通过探测检测程序对探测器入射光子的路径进行探测；
信号收集模块，与中央控制模块连接，用于通过信号收集程序对探测信号进行收集；
信号处理模块，与中央控制模块连接，用于通过信号处理程序对收集的探测信号进行处理；
图像重建模块，与中央控制模块连接，用于通过图像重建程序进行图像重建；
图像去噪模块，与中央控制模块连接，用于通过图像去噪程序进行图像去噪；
存储模块，与中央控制模块连接，用于通过存储器存储处理后图像；
显示模块，与中央控制模块连接，用于通过显示器显示生成图像。
10.一种搭载权利要求9所述核医学成像系统的核医学成像装置，其特征在于，所述核医学成像装置设置有：
光子探测器，用于将符合探测的入射的光子转化为可见光子，并对光子信号进行放大；
所述光子探测器由探测器探头和探测器主体组成；所述探测器探头由19个针孔准直器组成，分3层排布，每一层针孔准直器个数分别为5、9、5，每一个针孔准直器均对应一个探测器阵列，用于探测通过对应针孔准直器的光子的投影；
所述光子探测器与位置加权电路连接，对光子探测器探测到的入射的光子进行重新定位；
所述位置加权电路连接数字信号处理器，用于对光子探测器探测到的模拟信号，转化为数字信号，并进行缓存及传输。
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