[发明专利]正电子发射成像中呼吸校正技术

说明书

技术领域

本发明涉及一种正电子发射成像中呼吸校正技术，特别是核医学正电子发射 PET(Positron Emission Tomography)成像中的呼吸造成的图像模糊校正技术。 属核医学工程成像技术领域。

背景技术

核医学PET成像主要利用符合线路探测技术和正电子核素及其标记化合物进行 成像，其图像可以从分子水平反映人体正常或疾病时的代谢状态。由于变化在疾病 早期阶段就可以出现，因此正电子成像能够进行疾病的早期诊断并为治疗决策提供 客观依据。这一技术的应用在肺癌患者早期的诊断和治疗计划方面已发挥着重要的 作用。

然而，由于PET成像的特殊性，它扫描采集数据的时间相对于CT(Computer Tomography)成像，一般要很长时间。患者不可能像CT扫描成像那样，在短时间内 能够屏住呼吸而获得胸腹部清晰的成像。患者的胸腹部PET成像是在扫描时间段内 平均呼吸运动叠加情况下的成像，它的成像结果是模糊有伪影的。另外在图像融合 时，CT和PET图像上病灶位置的不匹配以及衰减校正后的活性偏差也是产生图像伪 影的原因之一。图像伪影给医生对胸腹部肿瘤的诊断和治疗带来困难，这就需要有 性能稳定可靠，空间分辨率高，简单速度快的方法来补偿由于呼吸运动而造成的 PET/CT成像模糊。

目前有许多种技术可用于改进呼吸运动的成像，其中一种是呼吸门控的技术。 这种技术是将呼吸运动视为类似的呼吸循环组成，每一个呼吸循环可划分为不同的 相位，用一定的测量方法记录其中某相位对应的呼吸容量和位置，然后提取呼吸循 环中相同相位上所有对应获取的扫描数据进行叠加成像，就能得到改善的图像质 量。

门控技术可以分为外部和内部两类方法。外部门控方法使用一个呼吸运动监 测系统来跟踪呼吸运动的参数，然后将其运用到重建算法中进行运动的补偿。这样 的呼吸运动跟踪系统已经被应用于PET/CT成像的研究中。例如胸腹传感带运动检 测系统，肺呼吸容量检测仪和信号激光位置跟踪系统。但是它具有对硬件设备的额 外需求以及测量运动参数的校准、归一化和医疗设备的接口等缺点。另外一种内部 门控的方法是利用数据驱动的方法，在已获取的数据中利用一些特定的算法对数据 进行分析处理以便估算出呼吸运动的参数，再提取相应的数据进行图像重建。例如 中心质点算法就是典型的数据驱动方法。然而，它具有算法负责，计算量大等缺点。

目前所有门控技术虽然能够降低呼吸成像的伪影而改善图像质量，但是它最 大的缺陷就是经过校正的图像信号信噪比太低。因为经过门控技术校正的图像仅只 使用了可用呼吸采集数据的10～15％，大部分75～90％的数据被白白浪费了。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有门控技术在PET扫描成像过程中，由于患者 的呼吸会导致图像的模糊伪影，从而影响医生对病情的诊断和治疗的不足，发明一 种在三维PET成像中，利用所有PET成像采集100％的数据进行图像恢复校正，大 大提高校正图像信号的信噪比的正电子发射成像中呼吸校正技术，它可改善在PET 成像中由于呼吸而导致的图像伪影，提高医生的正确诊断率。

本发明正电子发射成像中呼吸校正技术是这样实现的：在三维PET成像过程中， 首先利用动态模式获取成像的数据；然后根据不同的时间分辨率将数据划分为一定 的数据帧，每一帧看作一个呼吸循环中的一个运动相位；结合扫描器空间灵敏度的 特性就可分析观察出每帧中光子数的周期性变化情况；依据所有帧内光子数与运动 相位的变化关系，将运动相位帧移动到参考相位帧进行帧位置校正，最后获得校正 的图像。

动态扫描数据帧内的光子数会反映出呼吸运动沿扫描探测器轴向变化的位 置。

对获取的动态模式数据划分为相同时间间隔的数据帧，其每一帧看作一个呼 吸循环中的一个运动相位。

对分割的帧光子进行噪声滤波以凸显呼吸循环的特征。

在已经滤波的帧中，寻找包含最大和最小帧光子数的帧。

根据公式(1)估算出帧光子相对于参考帧移动的位移；

将所有帧光子根据估算出的位移移动到参考点。

将所有移动的帧光子进行叠加变成一个帧；

对叠加的帧进行图像重建。

正电子发射成像中呼吸校正技术具体步骤是：

第一步，用PET的动态数据模式获取两个呼吸循环的扫描成像数据；