一種基于mr信息引導(dǎo)的體素水平pet圖像部分容積校正方法
【專(zhuān)利摘要】一種基于MR信息引導(dǎo)的體素水平PET圖像部分容積校正方法，包括如下步驟：(1)分別利用MR成像設(shè)備與PET成像設(shè)備采集同一目標(biāo)物的MR與PET圖像數(shù)據(jù)，獲得目標(biāo)物的MR圖像與PET圖像，同時(shí)獲取PET成像設(shè)備中探測(cè)器的系統(tǒng)分辨率；(2)構(gòu)建用于PET圖像部分容積校正的模型；(3)得到帶約束的PET圖像部分容積校正目標(biāo)函數(shù)；(5)對(duì)步驟(4)得到的帶約束的PET圖像部分容積校正目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行迭代求解，得到校正的PET圖像。本發(fā)明能夠抑制圖像噪聲，大幅提高PET圖像量化水平。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種基于MR信息引導(dǎo)的體素水平PET圖像部分容積校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種醫(yī)學(xué)影像的圖像部分容積效應(yīng)校正方法，尤其涉及一種基于MR信息引導(dǎo)的體素水平PET圖像部分容積校正方法。
【背景技術(shù)】
[0002]正電子發(fā)射成像(PET)是一種在分子水平診斷和研究腫瘤的重要臨床工具。由于探測(cè)器的有限空間分辨率，PET部分容積效應(yīng)較CT/MRI等成像設(shè)備更為突出。部分容積效應(yīng)會(huì)使圖像模糊，病灶失真，導(dǎo)致圖像質(zhì)量退化，從而影響臨床診斷。PET部分容積校正方法可以分為兩大類(lèi):在重建過(guò)程中校正和在后重建過(guò)程中校正。每類(lèi)方法具體又可以分為體素水平和感興趣區(qū)域(region of interest, R0I)水平校正方法。
[0003]感興趣區(qū)域水平的PET后重建過(guò)程的部分容積校正主要是恢復(fù)區(qū)域的真實(shí)放射性活度，而這些區(qū)域假定是在每個(gè)區(qū)域內(nèi)具有相同活度。通常來(lái)說(shuō)，這些感興趣區(qū)域的獲取是通過(guò)分割與PET圖像配準(zhǔn)好的解剖圖像。幾何轉(zhuǎn)換矩陣法(geometric transfermatrix, GTM)就是將得到的感興趣區(qū)域的二值圖像與PET的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(point spreadfunction, PSF)做卷積得到區(qū)域擴(kuò)散函數(shù)，通過(guò)計(jì)算區(qū)域擴(kuò)散函數(shù)得到轉(zhuǎn)換矩陣，從而校正區(qū)域活度。然而，這種方法對(duì)PET圖像和解剖圖像的配準(zhǔn)和分割精度要求較高，同時(shí)需要假設(shè)區(qū)域內(nèi)活度一致，配準(zhǔn)和分割的誤差會(huì)引起圖像質(zhì)量的下降，有一定局限性和復(fù)雜性。
[0004]與基于感興趣區(qū)域的后重建校正方法相比，體素水平后重建校正方法不需要假設(shè)區(qū)域內(nèi)活度一致，能夠?qū)蝹€(gè)體素進(jìn)行校正。針對(duì)本身PET圖像進(jìn)行迭代去卷積處理，就可以校正圖像的每個(gè)體素，但是校正過(guò)程會(huì)引入高水平噪聲。為了抑制噪聲的增加，中值先驗(yàn)和小波濾波引入到迭代去卷積過(guò)程。不足的是，這些去卷積算法都會(huì)存在吉伯斯偽影?；诮馄氏闰?yàn)引導(dǎo)的PET部分容積校正方法已引起廣泛關(guān)注，然而，現(xiàn)有的解剖先驗(yàn)引導(dǎo)的部分容積校正多是基于解剖圖像區(qū)域信息。此類(lèi)方法首先要對(duì)解剖圖像進(jìn)行精確分割，而解剖圖像分割目前尚無(wú)絕對(duì)魯棒的方法。此外，此類(lèi)方法需要假設(shè)解剖區(qū)域內(nèi)PET活度分布一致，極大限制了此類(lèi)方法的應(yīng)用。
[0005]因此，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足提供一種基于MR信息引導(dǎo)的體素水平PET圖像部分容積校正方法以克服現(xiàn)有技術(shù)不足甚為必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明面的目的是提供一種基于MR信息引導(dǎo)的體素水平PET圖像部分容積校正方法，不需要對(duì)解剖圖像進(jìn)行分割，可以有效利用解剖圖像的邊緣信息，同時(shí)可以抑制圖像噪聲，大幅提聞PET圖像質(zhì)量。
[0007]本發(fā)明的上述目的通過(guò)以下的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn):
[0008]一種基于MR信息引導(dǎo)的體素水平PET圖像部分容積校正方法，包括如下步驟:
[0009](I)分別利用MR成像設(shè)備與PET成像設(shè)備采集同一目標(biāo)物的MR與PET圖像數(shù)據(jù)，獲得目標(biāo)物的MR圖像與PET圖像，同時(shí)獲取PET成像設(shè)備中探測(cè)器的系統(tǒng)分辨率；
[0010](2)根據(jù)步驟(1)獲取的PET圖像數(shù)據(jù)，構(gòu)建用于PET圖像部分容積校正的模型；
[0011](3)將步驟(1)中獲取的MR圖像和PET圖像進(jìn)行配準(zhǔn)；
[0012](4)對(duì)步驟(2)中的模型進(jìn)行轉(zhuǎn)化，同時(shí)將步驟(3)得到的配準(zhǔn)的MR圖像作為先驗(yàn)引入模型，得到帶約束的PET圖像部分容積校正目標(biāo)函數(shù)；
[0013](5)采用最速下降法對(duì)步驟(4)得到的帶約束的PET圖像部分容積校正目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行迭代求解，得到校正的PET圖像。
[0014]上述步驟⑵中構(gòu)建用于PET圖像部分容積校正的模型，具體為:
[0015]0(x) = I(X) ? h(x) + N(x)；
[0016]其中0是步驟⑴中PET成像設(shè)備探測(cè)得到的PET圖像，即存在部分容積效應(yīng)的退化圖像，I是目標(biāo)物所對(duì)應(yīng)的PET理想圖像，X代表空間坐標(biāo)，h代表點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，N為加性高斯噪聲，?是卷積操作。
[0017]上述步驟(3)具體采用剛性配準(zhǔn)方法得到配準(zhǔn)后的MR圖像。
[0018]上述步驟(4)得到的帶約束的PET圖像部分容積校正目標(biāo)函數(shù)為:
[0019]
【權(quán)利要求】
1.一種基于MR信息引導(dǎo)的體素水平PET圖像部分容積校正方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)分別利用MR成像設(shè)備與PET成像設(shè)備采集同一目標(biāo)物的MR與PET圖像數(shù)據(jù)，獲得目標(biāo)物的MR圖像與PET圖像，同時(shí)獲取PET成像設(shè)備中探測(cè)器的系統(tǒng)分辨率； (2)根據(jù)步驟(1)獲取的PET圖像數(shù)據(jù)，構(gòu)建用于PET圖像部分容積校正的模型； (3)將步驟(1)中獲取的MR圖像和PET圖像進(jìn)行配準(zhǔn)； (4)對(duì)步驟(2)中的模型進(jìn)行轉(zhuǎn)化，同時(shí)將步驟(3)得到的配準(zhǔn)的MR圖像作為先驗(yàn)引入模型，得到帶約束的PET圖像部分容積校正目標(biāo)函數(shù)； (5)采用最速下降法對(duì)步驟(4)得到的帶約束的PET圖像部分容積校正目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行迭代求解，得到校正的PET圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MR信息引導(dǎo)的體素水平PET圖像部分容積校正方法，其特征在于:所述步驟(2)中構(gòu)建用于PET圖像部分容積校正的模型，具體為:
i)(x) = /(x) ? h(x) N(x)； 其中0是步驟(1)中PET成像設(shè)備探測(cè)得到的PET圖像，即存在部分容積效應(yīng)的退化圖像，I是目標(biāo)物所對(duì)應(yīng)的PET理想圖像，X代表空間坐標(biāo)，h代表點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，N為加性高斯噪聲?是卷積操作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MR信息引導(dǎo)的體素水平PET圖像部分容積校正方法，其特征在于:所述步驟(3)具體采用剛性配準(zhǔn)方法得到配準(zhǔn)后的MR圖像。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MR信息引導(dǎo)的體素水平PET圖像部分容積校正方法，其特征在于:所述步驟(4)得到的帶約束的PET圖像部分容積校正目標(biāo)函數(shù)為:
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于MR信息引導(dǎo)的體素水平PET圖像部分容積校正方法，其特征在于:所述步驟⑷中的解剖先驗(yàn)的先驗(yàn)方程為:P(I) = Z-1 Xexp (-β XU(I))； 其中Z為正火常數(shù)，β為全局參數(shù)，I是目標(biāo)物所對(duì)應(yīng)的PET理想圖像，U (I)為解剖先驗(yàn)項(xiàng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于MR信息引導(dǎo)的體素水平PET圖像部分容積校正方法，其特征在于:所述步驟(4)中的MR解剖先驗(yàn)項(xiàng)具體為:
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MR信息引導(dǎo)的體素水平PET圖像部分容積校正方法，其特征在于:所述步驟(5)具體是基于對(duì)優(yōu)化方程中全局參數(shù)選擇的基礎(chǔ)上，采用最速下降法算法進(jìn)行迭代計(jì)算，得到校正圖像。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于MR信息引導(dǎo)的體素水平PET圖像部分容積校正方法，其特征在于:所述步驟(5)中采用的最速下降法進(jìn)行迭代公式為:
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MR信息引導(dǎo)的體素水平PET圖像部分容積校正方法，其特征在于: 所述步驟(1)中獲取PET成像設(shè)備中探測(cè)器的系統(tǒng)分辨率是通過(guò)點(diǎn)源重建后圖像的半高寬得到。
【文檔編號(hào)】A61B6/03GK103942763SQ201410183320
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年5月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月3日
【發(fā)明者】路利軍, 胡德斌, 邊兆英, 馬建華, 陳武凡 申請(qǐng)人:南方醫(yī)科大學(xué)