用于评估PET/CT设备呼吸运动伪影校正性能的动态胸腔体模系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了用于评估PET/CT设备呼吸运动伪影校正性能的动态胸腔体模系统和方法，该系统包括胸腔体模和两部电机，所述的胸腔体模预留有胸腔孔，胸腔孔内插入有内容物，所述内容物为圆柱体，圆柱体内置有肿瘤模拟物，所述肿瘤模拟物为内部灌注FDG溶液的圆球，所述的两部电机，一部与胸腔体模相连，用于控制胸腔体模的升降，另一部与圆柱体相连，用于控制圆柱体在胸腔体模内的旋转与进出，通过在可升降的胸腔体模内插装内置肿瘤模拟物的可移动的圆柱体来模拟肿瘤在胸腔内的运动，来评估PET/CT设备的呼吸运动伪影校正性能。本发明专利技术同时公开了对PET/CT设备呼吸运动伪影校正性能进行定性评估的方法。

Dynamic thorax phantom system and method for evaluating respiratory artifact artifact correction performance of PET/CT devices

The invention discloses a method for dynamic chest phantom system and method for evaluating PET/CT device respiratory motion artifact correction performance, the system includes a chest phantom and two chest phantom motor, the reserved hole hole is inserted into the chest, chest contents, the contents for the cylinder body, cylinder built-in the tumor mimics the tumor model for internal perfusion solution of FDG sphere, the two part of the motor, and a chest phantom is used for lifting control chest phantom, the other part of the cylinder and connected for rotation and access control in the chest phantom in the cylinder, through mobile the cylinder in the chest phantom and inserted in the built-in tumor mimics to simulate the movement of tumor in the chest, to assess respiratory motion artifacts in PET/CT equipment calibration performance. The invention also discloses a method for Qualitatively Evaluating the respiratory motion artifact correction performance of the PET/CT device.

【技术实现步骤摘要】
用于评估PET/CT设备呼吸运动伪影校正性能的动态胸腔体模系统和方法
本专利技术涉及医学成像
，特别涉及正电子发射断层显像/X线计算机体层成像仪器(PositronEmissionTomography/ComputedTomography，PET/CT)中呼吸运动伪影校正性能的定性评估，具体是指用于评估PET/CT设备呼吸运动伪影校正性能的动态胸腔体模系统和方法。
技术介绍
临床上，PET/CT(PositronEmissionTomography/ComputedTomography)设备是筛查肺癌等恶性肿瘤的重要手段之一，有着其他常规检查手段不可比拟的优势。但PET和CT扫描速度的差异，导致PET/CT设备在胸腹部肿瘤诊断和治疗方案制定的应用上存在明显的局限性，这主要是指患者的呼吸造成PET图像出现伪影，称为呼吸运动伪影。成年人的呼吸周期为3～5s，在PET/CT临床应用中，进行CT全身扫描时间约为0.15～5s，受呼吸运动影响不大，PET扫描部分用时在2min以上，并且受成像原理的制约，得到的是多个呼吸周期的平均图像，期间肺部呼吸运动将带动患者的心、肝、胰等各个器官不同幅度的运动(幅度最大可达4cm，纵轴和矢状轴方向速度最大可达13.3mm/s)，伴随着注射到其中的放射源的扩张和弥散运动使得PET图像不可避免要产生运动模糊。CT衰减校正伪影也是PET/CT图像呼吸运动伪影的另一个来源。在PET/CT设备中，CT扫描得到的组织密度图像是进行PET/CT图像衰减校正的基础，用近似实时成像的CT去对平均后的PET图像做衰减校正必然会产生误差。PET图像的呼吸运动伪影，严重影响胸腹部肿瘤的准确诊断与治疗计划的制定。蒙特卡罗仿真研究表明呼吸运动的伪影使图像的信噪比和对比度下降可达80％。此外，体模研究和临床数据显示，幅度在2cm左右时，呼吸运动造成的伪影将导致肿瘤组织放射性浓度下降25％～45％。相应的为了减少由于呼吸运动造成的对放射治疗的影响，临床上发展了多种减少影响的方法，总的可以分成五大类：1、运动包围法(motion-encompassingmethods)；2、呼吸门控技术(respiratory-gatingtechniques)；3、屏气呼吸技术(breath-holdtechniques)；4、被动浅呼吸方法(forcedshallow-breathingtechniques)；5、呼吸同步技术(respiration-synchronizedtechniques)，这几种方法运行效果各不相同，目前对其进行效果评估的方法主要是通过临床病例收集，再进行统计分析来进行的。但这种方式存在以下缺点：1、为了获取具有统计学意义的结果，需要收集大量临床病例，通常需要持续数月甚至数年的研究，时间成本较高；2、临床病例存在个体差异，即每个病人的呼吸模式均不完全相同，对实验结果的影响较大；3、临床试验不具备重复性，不利于各呼吸伪影校正方法之间的横向比较；4、临床试验不具备复现性，对结果存疑时，无法查证影响因素。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供用于评估PET/CT设备呼吸运动伪影校正性能的动态胸腔体模系统，该系统简单且易于操作。本专利技术的这一目的通过如下技术方案来实现的：用于评估PET/CT设备呼吸运动伪影校正性能的动态胸腔体模系统，其特征在于：所述系统包括胸腔体模和两部电机，所述的胸腔体模预留有胸腔孔，胸腔孔内插入有内容物，所述内容物为圆柱体，圆柱体内置有肿瘤模拟物，所述肿瘤模拟物为内部灌注FDG溶液的圆球，所述的两部电机，一部与胸腔体模相连，用于控制胸腔体模的升降，另一部与圆柱体相连，用于控制圆柱体在胸腔体模内的旋转与进出，通过在可升降的胸腔体模内插装内置肿瘤模拟物的可移动的圆柱体来模拟肿瘤在胸腔内的运动，来评估PET/CT设备的呼吸运动伪影校正性能。本专利技术中，所述圆球为直径为10mm、13mm、17mm、22mm、28mm、35mm中的任意一种的一个或者任意一种的两个或两个以上的多个、或者任意两种或两种以上的多种的任意组合。当圆球为一个时，圆球在圆柱体内的位置与圆柱体同心；当圆球为多个时，部分圆球在圆柱体内的位置与圆柱体同心，部分圆球在圆柱体内的位置与圆柱体非同心，在胸腔体模和圆柱体运动时，多个圆球具有不同的运动轨迹。本专利技术中，所述胸腔体模、圆柱体和圆球的材质均为丙烯。FDG溶液即为氟代脱氧葡萄糖溶液。本专利技术的目的之二是提供采用上述动态胸腔体模系统对PET/CT设备呼吸运动伪影校正性能进行定性评估的方法，该方法操作简单，能够评估PET/CT设备的呼吸运动伪影校正性能。本专利技术的这一目的通过如下技术方案来实现的：采用上述动态胸腔体模系统对PET/CT设备呼吸运动伪影校正性能进行评估的方法，其特征在于，该方法包括如步骤：(1)体模摆位：将与胸腔体模相连接的电机的位置归零，使胸腔体模的中心位于PET/CT设备检测视野的正中心，打开PET/CT设备的定位激光灯，将胸腔体模的中心定位在扫描中心，其中，扫描视野左右方向为LR方向，上下方向为AP方向，扫描轴方向为SI方向；(2)FDG溶液灌注：选取肿瘤模拟物灌注FDG溶液，灌注完毕后，将肿瘤模拟物内置在圆柱体内，然后将圆柱体插入胸腔体模的胸腔孔径中；(3)静态扫描：肿瘤模拟物插装完毕后，PET/CT设备对肿瘤模拟物进行静态扫描，扫描结束后经融合得到的PET/CT图像作为呼吸运动伪影校正性能评估的标准图像；(4)动态扫描：开启两部电机，设置不同的呼吸运动模式，使胸腔体模和肿瘤模拟物模拟不同的呼吸运动，PET/CT设备采用与步骤(3)静态扫描相同的参数和过程对肿瘤模拟物进行动态扫描，扫描结束后经融合得到的PET/CT图像作为呼吸运动伪影校正性能评估的评估图像；(5)获得偏差值：将步骤(4)得到的评估图像与步骤(3)得到的标准图像对比，判断肿瘤模拟物在SI方向上的相对偏差值，该相对偏差值即为最后的偏移量，其中，SI方向的相对偏差值的计算公式如下：式中，RSI为肿瘤模拟物在SI方向的相对偏差值；DSI为动态扫描时肿瘤模拟物在SI方向上的最大径；LSI为静态扫描时肿瘤模拟物在SI方向上的最大径；(6)性能评估：对不同的PET/CT设备按照上述步骤(1)至步骤(5)进行操作，获得每台PET/CT设备在SI方向的相对偏差值，相对偏差值较小的PET/CT设备伪影校正性能较好，相对偏差值较大的PET/CT设备伪影校正性能较差，从而对不同PET/CT设备呼吸运动伪影校正性能进行定性评估。本专利技术中，所述步骤(3)中，PET/CT设备对肿瘤模拟物进行静态扫描的参数设置和具体过程为：静态扫描采用与临床扫描病人时同等的条件，其中，CT扫描管电压为120kV，管电流为120mAs，扫描层厚为5mm，图像重建层厚为4mm；PET扫描模式为常态扫描，采集床位数为2，SI方向每个床位长度为15.5cm，每个床位采集时间为3min，采集模式为三维采集，图像重建方法采用最大期望值法，迭代次数为4，迭代子集为8，图像缩放比例为1.0，重建视野大小为700mm，矩阵大小为168×168，像素大小为4mm×4mm×4mm，采用Gausian过滤，半高宽为5mm。所述步骤(3)、步骤(4)中的融合均本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于评估PET/CT设备呼吸运动伪影校正性能的动态胸腔体模系统，其特征在于：所述系统包括胸腔体模和两部电机，所述的胸腔体模预留有胸腔孔，胸腔孔内插入有内容物，所述内容物为圆柱体，圆柱体内置有肿瘤模拟物，所述肿瘤模拟物为内部灌注FDG溶液的圆球，所述的两部电机，一部与胸腔体模相连，用于控制胸腔体模的升降，另一部与圆柱体相连，用于控制圆柱体在胸腔体模内的旋转与进出，通过在可升降的胸腔体模内插装内置肿瘤模拟物的可移动的圆柱体来模拟肿瘤在胸腔内的运动，来评估PET/CT设备的呼吸运动伪影校正性能。

【技术特征摘要】
1.用于评估PET/CT设备呼吸运动伪影校正性能的动态胸腔体模系统，其特征在于：所述系统包括胸腔体模和两部电机，所述的胸腔体模预留有胸腔孔，胸腔孔内插入有内容物，所述内容物为圆柱体，圆柱体内置有肿瘤模拟物，所述肿瘤模拟物为内部灌注FDG溶液的圆球，所述的两部电机，一部与胸腔体模相连，用于控制胸腔体模的升降，另一部与圆柱体相连，用于控制圆柱体在胸腔体模内的旋转与进出，通过在可升降的胸腔体模内插装内置肿瘤模拟物的可移动的圆柱体来模拟肿瘤在胸腔内的运动，来评估PET/CT设备的呼吸运动伪影校正性能。2.根据权利要求1所述的用于评估PET/CT设备呼吸运动伪影校正性能的动态胸腔体模系统，其特征在于：所述圆球为直径为10mm、13mm、17mm、22mm、28mm、35mm中的任意一种的一个或者任意一种的两个或两个以上的多个、或者任意两种或两种以上的多种的任意组合。3.根据权利要求2所述的用于评估PET/CT设备呼吸运动伪影校正性能的动态胸腔体模系统，其特征在于：当圆球为一个时，圆球在圆柱体内的位置与圆柱体同心；当圆球为多个时，部分圆球在圆柱体内的位置与圆柱体同心，部分圆球在圆柱体内的位置与圆柱体非同心，在胸腔体模和圆柱体运动时，多个圆球具有不同的运动轨迹。4.根据权利要求3所述的用于评估PET/CT设备呼吸运动伪影校正性能的动态胸腔体模系统，其特征在于：所述胸腔体模、圆柱体和圆球的材质均为丙烯。5.采用权利要求1至4所述的动态胸腔体模系统对不同PET/CT设备呼吸运动伪影校正性能进行定性评估的方法，其特征在于，该方法包括如步骤：(1)体模摆位：将与胸腔体模相连接的电机的位置归零，使胸腔体模的中心位于PET/CT设备检测视野的正中心，打开PET/CT设备的定位激光灯，将胸腔体模的中心定位在扫描中心，其中，扫描视野左右方向为LR方向，上下方向为AP方向，扫描轴方向为SI方向；(2)FDG溶液灌注：选取肿瘤模拟物灌注FDG溶液，灌注完毕后，将肿瘤模拟物内置在圆柱体内，然后将圆柱体插入胸腔体模的胸腔孔径中；(3)静态扫描：肿...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡红波，刘鸿翔，周艳，胡莹，张昌斌，戴美萍，
申请(专利权)人：广州军区联勤部药品仪器检验所，华中科技大学，
类型：发明
国别省市：广东,44