【摘要】：正電子發(fā)射成像(Positron emission tomography,PET)是分子影像領(lǐng)域最先進(jìn)的技術(shù)之一,PET圖像反映了人體內(nèi)部各組織新陳代謝的分布,進(jìn)而發(fā)現(xiàn)人體內(nèi)部新陳代謝異常的組織及病灶。計(jì)算機(jī)斷層成像(Computed tomography,CT)主要作用是對(duì)人體組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行顯像,能提供清晰的解剖結(jié)構(gòu)信息,具有較高的時(shí)空分辨率且簡便易用,己廣泛應(yīng)用于臨床診斷治療。單獨(dú)PET成像存在兩個(gè)問題:(1)功能病變無法進(jìn)行解剖定位;(2)利用自身射源進(jìn)行衰減校正存在問題。PET/CT雙模態(tài)成像的出現(xiàn)解決了上述兩個(gè)問題:(1)CT圖像與PET圖像相互融合,提供了解剖定位信息;(2)CT圖像用于PET圖像進(jìn)行衰減校正。近年來,PET/CT技術(shù)得到飛速發(fā)展,已被廣泛應(yīng)用于診斷各種疾病,如癌癥腫瘤、神經(jīng)系統(tǒng)病變及心血管疾病等。衰減校正是PET成像過程中必不可少的步驟,能夠有效的提升PET圖像質(zhì)量。雙能CT可以利用物體的能譜特性,得到所需的特定能量下的單能圖像,利用此特性雙能CT能夠得到511 keV能量下的圖像,將之轉(zhuǎn)為PET圖像的衰減校正因子,進(jìn)而達(dá)到精準(zhǔn)校正的目的。由于得到的合成圖像是511 keV能量下的相對(duì)純凈的單能圖像,其與PET光子的衰減系數(shù)分布一致性更高,必然優(yōu)于利用傳統(tǒng)CT進(jìn)行PET衰減校正的方法。對(duì)于雙能CT,高強(qiáng)度X射線照射有可能引起人體各種疾病的發(fā)生,因此減少輻射劑量是非常有必要的,當(dāng)前CT成像主要有兩種降低劑量的數(shù)據(jù)采集方式:降低入射光子量、減少掃描投影角度數(shù)量。然而降低劑量將導(dǎo)致傳統(tǒng)重建方法中含有大量噪聲和偽影。為了獲取優(yōu)質(zhì)的圖像,需要配以創(chuàng)新型算法,其中以統(tǒng)計(jì)迭代重建最為典型,它根據(jù)低劑量CT投影數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分布特性和成像系統(tǒng)模型,構(gòu)建目標(biāo)函數(shù),通過對(duì)目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化求解實(shí)現(xiàn)低劑量CT圖像重建。雙能CT成像質(zhì)量直接影響合成圖像的準(zhǔn)確性,利用不準(zhǔn)確的511 keV合成圖像對(duì)PET進(jìn)行衰減校正,將增加許多不確定性因素,因此我們對(duì)雙能CT成像展開了研究:(1)基于均值圖像非局部信息先驗(yàn)正則化的低劑量雙能CT重建:基于非局部濾波方法和雙能CT圖像間相似性特點(diǎn),在迭代重建算法框架下,我們提出了一種新的非局部信息先驗(yàn)正則化,該正則化利用雙能CT圖像的均值圖像作先驗(yàn)。相應(yīng)重建模型還設(shè)計(jì)了雙能CT投影數(shù)據(jù)的噪聲特性,與新先驗(yàn)一并納入到了最小加權(quán)二乘圖像重建目標(biāo)函數(shù)中。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該方法能夠有效地重建出高質(zhì)量圖像,包括數(shù)字體模實(shí)驗(yàn)、物理體模實(shí)驗(yàn)以及臨床數(shù)據(jù)分析。(2)基于一種新數(shù)據(jù)采集方式的低劑量雙能CT重建:考慮到低電流和稀疏采樣可降低劑量,我們提出了一種相應(yīng)的雙能CT數(shù)據(jù)采集方式,一方面對(duì)雙能CT低能量段圖像采用低電流的方式實(shí)現(xiàn)掃描,其后利用弦圖恢復(fù)技術(shù)對(duì)投影數(shù)據(jù)預(yù)處理,進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量濾波反投影重建;另一方面對(duì)高能量段我們按稀疏角度方式采集,相應(yīng)的圖像重建采用新的PWLS重建方法進(jìn)行,新方法最大的特點(diǎn)是將低能量恢復(fù)后的圖像以非局部信息先驗(yàn)形式引入重建。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法在抑制噪聲及去除偽影方面都有顯著的效果。另一方面,受限于商業(yè)保護(hù),當(dāng)前PET設(shè)備多不對(duì)外開放原始數(shù)據(jù),更難按照需求采集原始數(shù)據(jù)。為了給研究PET/CT、PET/DECT相關(guān)成像算法作準(zhǔn)備,我們設(shè)計(jì)了兩個(gè)西門子PET系統(tǒng)仿真模型,即小動(dòng)物PET系統(tǒng)Inveon PET scanner和臨床PET系統(tǒng)Biograph mCT scanner。相關(guān)研究如下:(1)基于GATE的Inveon PET系統(tǒng)仿真:首先仿真Inveon模型,再經(jīng)實(shí)驗(yàn)和已公布數(shù)據(jù)按照NEMANU-42008協(xié)議對(duì)空間分辨率,靈敏度,散射系數(shù)(SF)和噪聲等效計(jì)數(shù)速率(NECR)進(jìn)行評(píng)價(jià)。上述指標(biāo)其仿真實(shí)驗(yàn)與實(shí)際測量匹配度高,即表明我們的GATE模型可準(zhǔn)確地仿真模擬真實(shí)Inveon PET系統(tǒng)的所有主要性能特點(diǎn)。(2)基于GATE的Biograph mCT系統(tǒng)仿真:我們進(jìn)一步設(shè)計(jì)了一個(gè)臨床PET系統(tǒng)仿真模型。該模型的設(shè)計(jì)同樣在GATE仿真平臺(tái)上進(jìn)行,根據(jù)廣泛應(yīng)用的NEMANU2-2007標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議對(duì)其進(jìn)行了全面的驗(yàn)證,包括三個(gè)方面:探測器靈敏度、空間分辨率、散射系數(shù)與計(jì)數(shù)率。結(jié)果表明系統(tǒng)仿真模型的有效性。PET仿真模型的建立為PET成像及PET/DECT成像的深入研究建立了基礎(chǔ),仿真模型能為成像方法提供原始投影數(shù)據(jù),而這些數(shù)據(jù)很難在臨床中得到。
【學(xué)位授予單位】：南方醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：R817
【圖文】：

單層掃描方式在掃描體積較大的物體時(shí)依然耗時(shí)較長，這在掃描心臟、肺劇烈運(yùn)動(dòng)的器官時(shí)，難以避免出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)造成的強(qiáng)烈偽影。螺旋ＣＴ結(jié)合了床技術(shù)和滑環(huán)技術(shù)，通過螺旋式掃描得到被掃描物體的三維重建圖像。掃

圖１．４．雙能ＣＴ不同成像技術(shù)。逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．４．邋Ｔｈｅ邋ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ａｌｇｏｒｉｔｈｍ邋ｆｏｒ邋ｄｕａｌ－ｅｎｅｒｇｙ邋ＣＴ邋ｄａｔａ邋ａｑｕｉｚｉｔｉｏｎ逡逑ｌｌ逡逑

逑（ｃｏｉｎｃｉｄｅｎｃｅ邋ｅｖｅｎｔ）的發(fā)生，連接被探測到的兩個(gè)光子形成響應(yīng)線（Ｌｉｎｅ邋ｏｆ逡逑Ｒｅｓｐｏｎｓｅ，邋ＬＯＲ）如圖１．６邋（ａ）。探測器環(huán)在各個(gè)方向上收集ＬＯＲ，然后對(duì)整個(gè)逡逑ＬＯＲ集合進(jìn)行分配和重組得到投影數(shù)據(jù)，如圖１．６邋（ｂ）。對(duì)于ＰＥＴ參數(shù)成像，許逡逑多因素可影響和損害ＰＥＴ圖像中的定量信息，建立準(zhǔn)確的藥代動(dòng)力學(xué)模型是非逡逑常重要的［９４］。為了獲得高質(zhì)量的ＰＥＴ圖像，ＰＥＴ成像過程中需要對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)逡逑行各種校正，包括歸一化、散射校正、衰減校正、探測器死時(shí)間校正［９５＿９９］，經(jīng)過逡逑校正后的數(shù)據(jù)再進(jìn)行重建及圖像后處理等。逡逑Ｏｂｌｉｑｕｅ邋ｓｍｏｇｒａｍｓ逡逑ＭＭ逡逑—邋＼邋－？？？？，？■邋一一邐一逡逑＿＿邐＼邐＇邋邐邋＿＿邐Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ邋ｔｏｇｅｔｈｅｒ：邐—逡逑Ｊ＿＿邐１邋邋￣邐＿邐（Ａｘｉａｌ邋ｍａｓｈｉｎｇ）邐邐逡逑一邋一邋一邐—■逡逑—邋￣￣邐—逡逑Ｏｂｌｉｑｕｅ邋ａｎｇｌｅ邐－Ｄ邋ｄｉｒｅｃｔ逡逑ｓｉｎｏｇｒａｍｓ逡逑（ａ）邐（ｂ）逡逑圖１．６．邋３Ｄ邋ＰＥＴ正弦圖示意圖。（ａ）包含２Ｄ正弦圖和所有傾斜正弦圖。（ｂ）執(zhí)行軸逡逑向重組以后的數(shù)據(jù)。逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．６．邋Ａ邋３Ｄ邋ＰＥＴ邋ｓｉｎｏｇｒａｍ邋ｃｏｎｔａｉｎｓ邋ｔｈｅ邋２Ｄ邋ｄｉｒｅｃｔ邋ｓｉｎｏｇｒａｍｓ邋ａｎｄ邋ａｌｌ邋ｏｂｌｉｑｕｅ邋ｓｉｎｏｇｒａｍｓ邋（ａ）．逡逑Ａｘｉａｌ邋ｍａｓｈｉｎｇ邋ｍａｙ邋ｂｅ邋ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ邋ｔｏ邋ｒｅｄｕｃｅ邋ｔｈｅ邋３Ｄ邋ＰＥＴ邋ｄａｔａ邋ｓｉｚｅ邋（ｂ）．逡逑所收集到的ＬＯＲ數(shù)據(jù)集

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 牛善洲;基于變分正則化的低劑量CT成像方法研究[D];南方醫(yī)科大學(xué);2015年

本文編號(hào)：2774391