一体化TOF-PET/MR时间校正方法的对比研究

一体化TOF-PET/MR是获得高精度正电子断层扫描(PET)图像同时一并获得磁共振(MR)图像的多模态成像设备,具备飞行时间(TOF)功能。其中PET系统利用了正电子湮灭产生的两个方向180°的光子被探测器接收的时间差,来缩小响应线上湮灭发生位置的范围。由于每个探测晶体自身硬件条件不同和外部噪声影响,不同晶体的时间偏移不同,所以需要对一体化TOF-PET/MR进行精确的时间校正来使得系统正常工作。我们采取三种不同原理的方法对系统进行时间校正,第一种为利用几何方法构建扇形束模型,来拟合时间偏移的高斯分布,从而求晶体时间偏差的迭代方法,简称扇形束法;第二种为构建超定方程组的解,并利用L1范数最小化求解的方法,简称L1-norm法;第三种利用大量数据构建直方图,拟合寻峰后的结果构成超定方程组,利用L2范数最小化进行求解,简称L2-norm法。本文对这三种方法所需数据量和计算时间进行了比较,对时间校正后系统重建图像进行了分析。为了减小采集数据时放射源位置偏移对校正结果的干扰,我们设计了位置校正算法对采集数据进行预处理,该算法能直接计算出筒源摆放位置,并减少因为偏心产生的图像伪影。实验结果证明,L2-norm法噪声比较小,但是计算速度慢;L1-norm法拥有最快的计算速度,但是图像质量较差;扇形束法较其他两种方法拥有更高的图像质量,尤其是对于微小病灶的探查能力更强,因此在一体化TOF-PET/MR中使用扇形束法进行时间校正最佳。