[發(fā)明專利]一種基于H無窮濾波的PET生理參數(shù)的重構(gòu)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310159418.2
• 申請(qǐng)日: 2013-04-28
• 公開（公告）號(hào): CN103263275A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉華鋒;郭敏;胡正琿
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): A61B6/03
• 分類號(hào): A61B6/03
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于PET圖像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于H無窮濾波的PET生理參數(shù)的重構(gòu)方法。

背景技術(shù)

正電子發(fā)射斷層成像（Positron?emission?tomography，PET）是一種基于核物理學(xué)、分子生物學(xué)的醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，它能夠從分子水平上觀察細(xì)胞的代謝活動(dòng)，為早期疾病的檢測(cè)和預(yù)防提供了有效依據(jù)。在進(jìn)行PET掃描時(shí)首先需要將由放射性同位核素標(biāo)記的藥物注入人體內(nèi)，通過血液循環(huán)系統(tǒng)，這些物質(zhì)在人體內(nèi)各組織器官中將形成一定的分布。由于放射性同位核素的半衰期較短，且極其不穩(wěn)定，將很快發(fā)生衰變，衰變過程中所產(chǎn)生的正電子與附近的自由電子發(fā)生湮滅反應(yīng)，產(chǎn)生一對(duì)方向幾乎相反、能量相等，大小為511kev的伽瑪光子，經(jīng)由符合采集系統(tǒng)對(duì)這些帶有放射性藥物分布信息的成對(duì)光子進(jìn)行處理生成投影數(shù)據(jù)。通過相應(yīng)的數(shù)學(xué)方法對(duì)投影數(shù)據(jù)進(jìn)行反演求解，可重建出人體的放射性物質(zhì)的空間濃度分布。

靜態(tài)正電子發(fā)射斷層成像認(rèn)為在符合計(jì)數(shù)采集過程中示蹤物質(zhì)的分布是穩(wěn)定不變的，這是一種近似的假設(shè)，從而重建的放射性活度圖像可以看成是示蹤物質(zhì)在靜態(tài)時(shí)間窗內(nèi)的平均分布。事實(shí)上，示蹤物質(zhì)進(jìn)入活體開始就不斷參與生理化學(xué)分解與合成過程中，其分布也是在不斷改變的，而在PET掃描過程中始終維持不變的是組織代謝水平。因此在某些情況下，我們不僅需要得到示蹤物質(zhì)在生物體內(nèi)的空間分布，更希望對(duì)生物體組織或器官的真實(shí)代謝水平進(jìn)行定量分析。

房室模型分析是運(yùn)用PET動(dòng)態(tài)成像進(jìn)行示蹤動(dòng)力學(xué)研究的基礎(chǔ)，在過去幾十年中，房室參數(shù)成為活體代謝代謝定量分析中一個(gè)重要準(zhǔn)則，包括血流定量，腦部葡萄糖代謝率定量，神經(jīng)受體配基結(jié)合定量等等，房室建模在醫(yī)學(xué)分析與診斷領(lǐng)域也得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

在單組織房室模型中，示蹤劑血液流向組織和組織流向血液的一階速率常數(shù)（k₁、k₂）表征了示蹤劑在活體中代謝水平，是反映活體代謝功能的重要生理參數(shù)之一。把含有反映組織功能狀態(tài)的參數(shù)耦合到生理模型，結(jié)合動(dòng)態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)追蹤生理代謝過程，再通過計(jì)算機(jī)數(shù)值方法處理，就能估計(jì)得到定量參數(shù)本身。

對(duì)于結(jié)合房室模型的動(dòng)態(tài)PET生理參數(shù)重建，目前主要有兩類算法：直接重建和間接重建。間接重建的方法需要首先重建每個(gè)測(cè)量時(shí)間段的放射性濃度圖像，接著使用該圖像來估計(jì)動(dòng)力學(xué)參數(shù)。間接重建的主要問題在于每個(gè)時(shí)間段采集的低信噪比數(shù)據(jù)重建的放射性活度圖像通常帶有較大的噪聲，運(yùn)用帶噪的圖像來估計(jì)動(dòng)力學(xué)參量會(huì)引入更大的系統(tǒng)誤差。

在直接重建的研究中，Carson和Lange在標(biāo)題為Alternatives?to?voxels?for?image?representation?for?iterative?reconstruction?algorithms（Physics?in?Medicine?and?Biology，1992）的文獻(xiàn)中提出了使用期望最大化（EM）迭代算法的直接重建框架；Kamasak等在標(biāo)題為Direct?reconstruction?of?kinetic?parameter?images?from?dynamic?PET?data（IEEE?Transactions?on?Medical?Imaging，2005）的文獻(xiàn)中提出了的基于貝葉斯估值的參量化迭代坐標(biāo)下降算法（Parametric?Iterative?Coordinate?Descent，簡(jiǎn)稱PICD）。這些直接重建的方法通過PET采集的正弦數(shù)據(jù)直接重建動(dòng)力學(xué)參量的空間分布；相比之下，直接重建算法難度較大，但卻更為直觀準(zhǔn)確。不過這些方法都是基于對(duì)統(tǒng)計(jì)測(cè)量和物理系統(tǒng)的模型假設(shè)（例如認(rèn)為測(cè)量服從高斯或者泊松分布），因而好的重建結(jié)果依賴于對(duì)統(tǒng)計(jì)模型和系統(tǒng)響應(yīng)準(zhǔn)確把握。然而測(cè)量的統(tǒng)計(jì)特性并不是完全確定的，同時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)也有其不確定性，這都降低了對(duì)動(dòng)力學(xué)參數(shù)重建的準(zhǔn)確程度，成為直接重建算法的所面臨的難題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于H無窮濾波的PET生理參數(shù)的重構(gòu)方法，能夠克服PET成像中統(tǒng)計(jì)不確定性的難題，提高重構(gòu)的魯棒性和準(zhǔn)確性。

一種基于H無窮濾波的PET生理參數(shù)的重構(gòu)方法，包括如下步驟：

（1）利用探測(cè)器對(duì)注入有放射性物質(zhì)的生物組織進(jìn)行探測(cè)，動(dòng)態(tài)采集得到PET的n組符合計(jì)數(shù)；n為大于1的自然數(shù)；

（2）通過對(duì)生物組織進(jìn)行動(dòng)脈血采樣，擬合出生物組織的血輸入函數(shù)，并通過血輸入函數(shù)計(jì)算出放射性物質(zhì)在血液中與符合計(jì)數(shù)對(duì)應(yīng)的n組濃度分布數(shù)據(jù)u₁～u_n；