發(fā)布時(shí)間：2020-03-15 19:08

【摘要】：正電子發(fā)射斷層掃描成像(Positron Emission Tomography, PET)是一種非侵入性的醫(yī)學(xué)影像技術(shù),可以無(wú)創(chuàng)、定量、動(dòng)態(tài)地反映活體內(nèi)的新陳代謝、生化反應(yīng)、功能活度與灌注水平。PET是一種對(duì)生化過(guò)程非常敏感的影像技術(shù),由于任何疾病的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程從本質(zhì)上都是生化的,這造就了PET在腫瘤、心血管疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病等重大疾病的早期診斷、治療方案規(guī)劃和療效評(píng)估中獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值。 傳統(tǒng)PET面向通用的成像目標(biāo),采用多個(gè)探測(cè)器部件組建成接近環(huán)形結(jié)構(gòu)的封閉成像系統(tǒng)。與傳統(tǒng)PET不同,平板PET由一對(duì)平板探測(cè)器構(gòu)成,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、開(kāi)放且間距可調(diào)節(jié)。其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特性有潛力推動(dòng)諸多新的PET應(yīng)用的產(chǎn)生和發(fā)展,包括放療、手術(shù)和活檢引導(dǎo)在內(nèi)的與臨床操作同步進(jìn)行的成像,床旁等有限空間的成像,以及針對(duì)特定部位和應(yīng)用的高靈敏度成像。然而,平板PET存在缺失角和數(shù)據(jù)截?cái)嗟膯?wèn)題,傳統(tǒng)方法重建的圖像出現(xiàn)嚴(yán)重的偽影和形變。這導(dǎo)致平板PET的發(fā)展一直沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的突破。 本文面向新型PET應(yīng)用的潛在需求,系統(tǒng)性地研究了平板PET成像方法,探討了平板PET在若干特定應(yīng)用場(chǎng)景中的成像特性。從小缺失角和部分視角數(shù)據(jù)截?cái)嗳胧?本文首先研究了迭代重建方法應(yīng)用于平板PET系統(tǒng)成像的可行性。我們?cè)O(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了一臺(tái)緊湊型的臨床前平板PET系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了30。以下缺失角的成像,結(jié)果顯示圖像未出現(xiàn)顯著的偽影和形變。由于采用了緊湊的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),該系統(tǒng)達(dá)到了～28.2%的靈敏度,經(jīng)檢索,這是目前有報(bào)道的PET靈敏度的最高性能。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)矩陣的精確計(jì)算,在成像中對(duì)視差錯(cuò)誤進(jìn)行了校正,系統(tǒng)在達(dá)到高靈敏度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了1.2mm的各向同性的空間分辨率。大鼠18F-FDG的成像結(jié)果對(duì)小缺失角平板PET的成像性能進(jìn)行了系統(tǒng)層級(jí)的驗(yàn)證。 在小缺失角成像得到驗(yàn)證的基礎(chǔ)上,本文進(jìn)一步研究了利用飛行時(shí)間(Time ofFlight,TOF)實(shí)現(xiàn)大缺失角成像的可行性,設(shè)計(jì)了開(kāi)放型的臨床平板TOF-PET成像系統(tǒng)。成像結(jié)果證實(shí)了TOF的引入可以有效減少缺失角(90。以上)帶來(lái)的成像偽影和形變。300ps以上TOF性能,可以幫助系統(tǒng)檢測(cè)到1cm以上直徑的熱源病灶,識(shí)別非TOF系統(tǒng)無(wú)法檢測(cè)到的微小病灶,弱化對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)矩陣精度及歸一化校正的要求。 在上述工作的基礎(chǔ)上,本文研究了數(shù)據(jù)截?cái)喑潭雀叩木植恐亟▎?wèn)題。局部重建對(duì)感興趣區(qū)域(Region of Interest, ROI)而非整個(gè)目標(biāo)成像,在多個(gè)視角甚至全部視角都存在數(shù)據(jù)截?cái)唷１疚奶接懥薚OF-PET數(shù)據(jù)的冗余特性,提出了一種基于TOF的PET局部重建算法,該算法利用TOF測(cè)量的湮滅位置處于ROI內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行重建。利用所設(shè)計(jì)的平板TOF-PET系統(tǒng)進(jìn)行了算法驗(yàn)證,在ROI內(nèi)取得了與傳統(tǒng)全局重建一致的圖像質(zhì)量。由于局部成像只利用與ROI相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行重建,因此可以大大降低重建數(shù)據(jù)量。所設(shè)計(jì)的肺部局部成像的案例證實(shí)了這一點(diǎn),對(duì)腫瘤區(qū)域達(dá)到同樣的成像效果,局部重建僅需全局重建～10%的數(shù)據(jù)量。由于重建計(jì)算量由符合事件的數(shù)量決定,因此局部重建有潛力加快成像速度,對(duì)于放療引導(dǎo)成像等需要對(duì)運(yùn)動(dòng)組織實(shí)時(shí)定位的臨床應(yīng)用極具實(shí)用價(jià)值。
【圖文】：

程上易于高性價(jià)實(shí)現(xiàn)兼有開(kāi)放性和可調(diào)節(jié)性，一直受到研究人員的關(guān)注。如圖1-1所示，區(qū)別于傳統(tǒng)上懫用多個(gè)探測(cè)器的環(huán)形PET，平板PET只采用了一對(duì)平板探測(cè)器即構(gòu)成了整個(gè)系統(tǒng)。由于結(jié)構(gòu)上的特性，平板PET在特定的臨床診療和臨床前研宄應(yīng)用中極具潛力。在諸多臨床聚焦性檢查和治療中，需要針對(duì)局部部位得到高質(zhì)量的PET圖像�；谄桨褰Y(jié)構(gòu)的系統(tǒng)可針對(duì)特定部位和特定應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)定制和優(yōu)化，在可承受的成本下獲得高的靈敏度和空間分辨率[27-M。這些優(yōu)勢(shì)在針對(duì)特定部位腫瘤的治療規(guī)劃和療效監(jiān)測(cè)方面具有獨(dú)特的潛在價(jià)值：例如在對(duì)前列腺癌的診斷中，高靈敏度和高分辨率的PET能幫助判斷是否存在盆腔淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移（特別是小于1 cm的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移），從而協(xié)助臨床制定更為科學(xué)的治療方案又如在腫瘤綜合治療規(guī)劃 ’中

PEM系統(tǒng)并未采用傳統(tǒng)的PET圖像重建方法，，而是利用焦平面成像（FocalPlane Tomography)方法獲得圖像[⑷。如圖1-2所示，這種方法是在視場(chǎng)（Filed ofView, FOV)中平行于平板探測(cè)器的方向設(shè)置幾個(gè)虛擬的平面，將檢測(cè)到的7光子逐個(gè)地直接反投影（Back-project)到響應(yīng)線（Line of Response, LOR)與這些平面的交點(diǎn)上。每做一次反投影，這些交點(diǎn)所在像素的值就會(huì)增加。焦平面成像的好處在于簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，計(jì)算速度較快。主要限制在于這種直接反投影的方式，容易將活度值進(jìn)行誤定位，且會(huì)造成整個(gè)圖像本底背景過(guò)高，從而導(dǎo)致病灶對(duì)比度的退化[60]。另一方面，焦平面成像的方式獲得的是平行于平板探測(cè)器方向的平面的活度分布，對(duì)于垂直于平板方向的活度分布缺乏有效的解析。由于乳房的構(gòu)成較為單一(多數(shù)為脂肪）
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：R817

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2587249