一种全身动态PET成像的运动校正方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种全身动态PET成像的运动校正方法及系统，该方法包括：对于每次动态18F

【技术实现步骤摘要】
一种全身动态PET成像的运动校正方法及系统


[0001]本专利技术涉及医学图像处理
，尤其涉及一种全身动态PET成像的运动校正方法及系统。

技术介绍

[0002]在PET成像中，病人的运动是一个长期存在的问题。两种类型的运动，即生理运动(内部器官的变形，如心脏跳动和呼吸)和非生理运动(身体或头部位置的随机变化)，都导致PET图像质量下降。在动态成像中，患者可能无法在60分钟或更长时间内保持静止，进而影响动力学参数的估计。对于正在开发的高分辨率扫描机器来说，运动将是一个更大的问题，因为它们很容易受到小幅运动的影响。作为第一个商用全身扫描仪，uExplorer具有全身同时成像的能力。与传统扫描仪相比，它具有超高的灵敏度，轴向中心的分辨率为2.9毫米。动态成像对于充分利用这种系统的潜力至关重要。研究者认为，动态全身扫描可能容易受到患者运动的影响，不仅可能影响视觉质量，还可能影响整个身体的准确量化。
[0003]已经有人尝试在全身PET成像中减少扫描时间，这可以降低运动的可能性。另一种减少运动的方法是固定和训练患者。这包括向患者强调保持静止的重要性，或使用必要的固定设备。然而，这些方法的往往不能完全消除运动效应。因此，仍有必要对回顾性方法进行研究。现有的研究大多集中在脑或心脏PET上，对随机的身体运动进行补偿，以提高图像质量和定量水平，例如绑定率和心肌血流。一些研究人员试图利用在PET/MR过程中同时获得的MRI信息来解决PET成像中的腹部运动。另一方面，在PET成像中，尤其是动态全身成像中，对全身运动效应的补偿研究较少。其中一个原因当然是，传统的扫描仪与多床协议只有正常的轴向覆盖，不能真正同时获得全身数据。运动跟踪是一个很有吸引力的选择，它被证明可以有效地监测大脑和呼吸运动，但由于跨区域运动的复杂性，对整个身体的跟踪是困难的。集成的PET/MR解决方案由于不存在全身PET/MR扫描仪而不可行。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有PET成像存在的不能较好消除运动效应，从而影响PET成像质量的问题，提出一种全身动态PET成像的运动校正方法及系统。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]本专利技术一方面提出一种全身动态PET成像的运动校正方法，包括：
[0007]步骤1：对于每次动态18F
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FDG PET/CT扫描，将10
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60分钟的列表模式数据重建为50个1分钟长的帧图像；
[0008]步骤2：以9
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10分钟的动态18F
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FDG PET/CT扫描列表模式数据重建的1个1分钟长的帧图像作为参考帧图像，将步骤1生成的帧图像通过顺序地将每一个帧图像配准到其前一个邻接帧图像来与所述参考帧图像对齐，每个相邻帧图像之间的配准均基于运动场的微分表示；
[0009]步骤3：在完成所有帧图像的成对配准后，通过串联连续的运动场，得到每一帧图
像的4
‑
D运动场，然后将步骤1重建生成的帧图像与导出的对应4
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D运动场进行变换，得到运动补偿帧图像。
[0010]进一步地，所述步骤2包括：
[0011]通过求时变场v、最小化目标函数，实现待配准帧图像I和I的前一个邻接帧图像J的配准：
[0012][0013]其中M(,)表示相似性度量函数，采用归一化互相关；w是权重；E(v)是目标函数；|| ||2表示L2范数；L是微分算子；v
t
表示第t个时刻的运动场；φ通过一个常微分方程，参数化了一组可以通过对光滑运动场积分而生成的微分同胚：
[0014][0015]利用微分，将φ从时间t上分解为两个分量φ1和φ2；
[0016]对式(2)构造对称方案，得到最小化目标函数为：
[0017][0018]本专利技术另一方面提出一种全身动态PET成像的运动校正系统，包括：
[0019]图像重建模块，用于对于每次动态18F
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FDG PET/CT扫描，将10
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60分钟的列表模式数据重建为50个1分钟长的帧图像；
[0020]图像配准模块，用于以9
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10分钟的动态18F
‑
FDG PET/CT扫描列表模式数据重建的1个1分钟长的帧图像作为参考帧图像，将图像重建模块生成的帧图像通过顺序地将每一个帧图像配准到其前一个邻接帧图像来与所述参考帧图像对齐，每个相邻帧图像之间的配准均基于运动场的微分表示；
[0021]参数计算模块，用于在完成所有帧图像的成对配准后，通过串联连续的运动场，得到每一帧图像的4
‑
D运动场，然后将图像重建模块重建生成的帧图像与导出的对应4
‑
D运动场进行变换，得到运动补偿帧图像。
[0022]进一步地，所述图像配准模块具体用于：
[0023]通过求时变场v、最小化目标函数，实现待配准帧图像I和I的前一个邻接帧图像J的配准：
[0024][0025]其中M(,)表示相似性度量函数，采用归一化互相关；w是权重；E(v)是目标函数；|| ||2表示L2范数；L是微分算子；v
t
表示第t个时刻的运动场；φ通过一个常微分方程，参数化了一组可以通过对光滑运动场积分而生成的微分同胚：
[0026][0027]利用微分，将φ从时间t上分解为两个分量φ1和φ2；
[0028]对式(2)构造对称方案，得到最小化目标函数为：
[0029][0030]与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果：
[0031]对于运动污染的动态FDG扫描，10
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60min的列表模式数据被重建成1分钟长的帧；以9
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10分钟数据重建的图像作为参考图像，随后的帧通过顺序地将每一个帧配准到它的前一个邻接帧来与该参考帧对齐，每个相邻帧之间的配准都是基于运动场的微分表示；在完成所有的成对配准后，通过串联连续的运动场，得到每一帧的运动场，然后将重建生成的帧图像与导出的对应4
‑
D运动场进行变换，得到运动补偿帧图像。
[0032]通过对所有校正和未校正图像进行定性和定量评估。结果表明，运动受试者的SUV和Ki参数图像经过校正后，视觉都得到了改善，尤其是大脑和腹部。与参考图像相比，Mattes互信息和dice系数优于传统校正，比未校正的图像分别提高了150％和10％，此外本专利技术成功地降低了Ki参数图像的受试者间变异系数，比未校正的低18％。
附图说明
[0033]图1为本专利技术实施例一种全身动态PET成像的运动校正方法的基本流程图；
[0034]图2为本专利技术实施例一种全身动态PET成像的运动校正系统的架构示意图。
具体实施方式
[0035]下面结合附图和具体的实施例对本专利技术做进一步的解释说明：
[0036]如图1所示，一种全身动态PET成像的运动校正方法，包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全身动态PET成像的运动校正方法，其特征在于，包括：步骤1：对于每次动态18F
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FDG PET/CT扫描，将10
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60分钟的列表模式数据重建为50个1分钟长的帧图像；步骤2：以9
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10分钟的动态18F
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FDG PET/CT扫描列表模式数据重建的1个1分钟长的帧图像作为参考帧图像，将步骤1生成的帧图像通过顺序地将每一个帧图像配准到其前一个邻接帧图像来与所述参考帧图像对齐，每个相邻帧图像之间的配准均基于运动场的微分表示；步骤3：在完成所有帧图像的成对配准后，通过串联连续的运动场，得到每一帧图像的4
‑
D运动场，然后将步骤1重建生成的帧图像与导出的对应4
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D运动场进行变换，得到运动补偿帧图像。2.根据权利要求1所述的一种全身动态PET成像的运动校正方法，其特征在于，所述步骤2包括：通过求运动场v、最小化目标函数，实现待配准帧图像I和I的前一个邻接帧图像J的配准：其中M(,)表示相似性度量函数，采用归一化互相关；w是权重；E(v)是目标函数；|| ||2表示L2范数；L是微分算子；v
t
表示第t个时刻的运动场；φ通过一个常微分方程，参数化了一组可以通过对光滑运动场积分而生成的微分同胚：利用微分，将φ从时间t上分解为两个分量φ1和φ2；对式(2)构造对称方案，得到最小化目标函数为：3.一种全身动态PET成像的运动校正系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：王梅云，孙涛，吴亚平，陈泓兆，白岩，魏巍，申雨，余璇，
申请(专利权)人：河南省人民医院，
类型：发明
国别省市：