多針孔單光子spect心肌血流絕對定量方法與用圖
【專利摘要】本發(fā)明是關(guān)于一種核醫(yī)學心臟圖像的定量技術(shù)，特別是關(guān)于一種多針孔SPECT或SPECT/CT的動態(tài)圖像定量重建與心肌血流絕對定量測量的技術(shù)方法，以及該技術(shù)方法在心肌血流狀態(tài)評估方面的用途。具體實施步驟包括：核素物理衰變校正步驟、掃描中患者移動校正步驟、散射校正步驟、幾何扭曲校正步驟、數(shù)據(jù)截斷補償步驟、組織衰減校正步驟、噪聲去除步驟、像素值轉(zhuǎn)換步驟、心肌血流定量計算步驟、血流狀態(tài)評估步驟。經(jīng)本發(fā)明中的技術(shù)手段，可產(chǎn)生定量的多針孔動態(tài)SPECT心臟圖像，并可通過定量的多針孔動態(tài)圖像進行心肌血流絕對定量的計算，從而對心肌血流進行定量測量，同時以靜息血流、負荷血流與血流儲備等三項指標建立血流狀態(tài)圖，并實際應(yīng)用于評估心肌血流的狀態(tài)，解決了利用多針孔SPECT和SPECT/CT動態(tài)顯像進行心肌血流定量測量的難題，并能夠使該技術(shù)方法用于心肌血流狀態(tài)的評估。
【專利說明】
多針孔單光子SPECT心肌血流絕對定量方法與用途
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是關(guān)于一種核醫(yī)學心臟圖像的定量重建與心肌血流絕對定量的技術(shù)方法，特別是關(guān)于一種多針孔(mult1-pinhole)單光子發(fā)射型計算機斷層顯像(single photonemiss1n computed tomography，SPECT)或多針孔單光子發(fā)射型計算機斷層顯像/X線計算機斷層成像(SPECT/CT)的動態(tài)心臟圖像處理技術(shù)，可對于核醫(yī)學多針孔單光子心臟動態(tài)顯像的動態(tài)圖像進行定量重建，并對心肌血流量進行絕對定量測量，以及此技術(shù)方法在心肌血流評估方面的用途。
【【背景技術(shù)】】
[0002]心血管病為一種普遍性的心臟疾病，根據(jù)衛(wèi)計委的統(tǒng)計，大約每10萬人中有250-300人罹患心血管病。臨床上，核醫(yī)學SPECT心肌灌注顯像已被接受為一項能夠有效檢查心血管病的無創(chuàng)檢查工具，但由于心肌灌注圖像所采用方法學本身的限制，傳統(tǒng)的心肌灌注顯像只夠提供定性的圖像判讀，并無法進行與正電子(positron emiss1n tomography,PET)等同的心肌血流定量測量，因此嚴重局限核醫(yī)學SPECT對心血管病檢查準確性的提升。近年來新型多針孔準直器與新型CZT(Cadmium zinc telluride)半導體SPECT相機的發(fā)明，包括:NaI(Tl)晶體的傳統(tǒng)SPECT相機配置新型多針孔準直器或新型CZT SPECT半導體相機采用多針孔準直器，其心臟顯像方法學比傳統(tǒng)平行孔準直器的SPECT相機具備多項優(yōu)勢，包括:I)心臟顯像時探頭位置為固定，SPECT探頭不需以患者為中心轉(zhuǎn)動即可進行顯像，因此可增加光子偵測的效能與穩(wěn)定性；2)多針孔SPECT易于進行動態(tài)SPECT數(shù)據(jù)的采集，對于心臟顯像藥物在心臟的動態(tài)分布，可提供動態(tài)數(shù)據(jù)，以進行心肌血流絕對定量測量。然而由于多針孔SPECT相機的顯像物理環(huán)境較復雜，使得動態(tài)SPECT數(shù)據(jù)受到物理干擾(包括:光子衰減、光子散射、準直器模糊、圖像噪聲、幾何扭曲與數(shù)據(jù)截斷)，因此無法進一步產(chǎn)生動態(tài)的定量圖像以進行與正電子等同的心肌血流絕對定量測量。雖然多針孔SPECT相機雖然具備動態(tài)SPECT數(shù)據(jù)采集的優(yōu)勢，但實際上，其臨床應(yīng)用與傳統(tǒng)平行孔準直器SPECT并無太大差異。多項物理干擾限制了多針孔SPECT相機的實際應(yīng)用價值，并對于推廣應(yīng)用發(fā)展產(chǎn)生嚴重的阻礙。
[0003]鑒于此，有需要發(fā)展一種多針孔SPECT動態(tài)圖像的定量重建與心肌血流絕對定量的技術(shù)方法，以實現(xiàn)與PET等同的心肌血流量的絕對測定，并能將心肌血流絕對定量實際用于心肌血流狀態(tài)的評估。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004]本發(fā)明的目的是提供一種多針孔SPECT或SPECT/CT的圖像定量重建與心肌血流絕對定量的技術(shù)方法，以克服現(xiàn)有多針孔SPECT和SPECT/CT的心臟顯像技術(shù)只能定性而無法絕對定量的缺陷，并將這一新技術(shù)應(yīng)用心肌血流狀態(tài)的評估。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)手段為一種多針孔SPECT或SPECT/CT圖像定量重建技術(shù)，能夠去除動態(tài)SPECT圖像中的各項物理干擾，以獲得與PET等同的定量圖像(像素值單位:Bq/ml)，通過與PET等同方法學進行心肌血流的絕對定量計算，并進一步將心肌血流定量應(yīng)用于心肌血流狀態(tài)的評估。新技術(shù)方法共包含=(I)99mTc核素物理衰變校正步驟:針對配備多針孔準直器的SPECT或SPECT/CT設(shè)備，根據(jù)動態(tài)SPECT采集的時間點進行物理衰減(isotopedecay)校正；(2)掃描中(intra-scan)患者移動校正步驟:包括重建后的用動態(tài)SPECT圖像，對圖像中的心臟位置進行分析，進而取得各時間點因患者移動所導致心臟位移的向量，從而校正掃描中患者移動；(3)散射校正步驟:利用散射能窗，對圖像中的散射(scatter)分量進行計算，并減去散射分量圖像而得到散射校正圖像；(4)組織衰減校正步驟，利用轉(zhuǎn)換CT圖像產(chǎn)生組織衰減圖像，通過組織衰減圖像建立組織衰減矩陣，以迭代法重建去除SPECT圖像因身體組織衰減所造成心臟對于藥物攝取活度的低估；(5)圖像空間分辨率恢復步驟:利用針孔準直器的幾何位置與孔徑幾何尺寸，通過投射估算因針孔成像所導致的圖像模糊程度而建立點擴散函數(shù)矩陣，并將點擴散函數(shù)矩陣用于迭代圖像重建而重新恢復空間分辨率；(6)噪聲去除步驟:通過分析(analytic)或小波(wavelet)濾波器用于迭代圖像重建中，以去除圖像中的噪聲；(7)幾何扭曲(geometry distort1n)校正步驟:在迭代圖像重建過程中，利用探頭的幾何位置，通過由平移與坐標轉(zhuǎn)換運算，以正確投射與反投射斜向光子通過針孔的位置，從而去除因斜向射入所導致的圖像幾何扭曲；(8)數(shù)據(jù)截斷(truncat1n)補償步驟:在迭代圖像重建過程中，于前投射(forward-project1n)步驟估算被截斷區(qū)域的投射圖像，并以截斷區(qū)域的圖像對接原始數(shù)據(jù)以擴大原始圖像與重建圖像的視野范圍，從而校正數(shù)據(jù)截斷所導致的數(shù)據(jù)截斷偽影(artifact); (9)像素值轉(zhuǎn)換步驟:通過對稱幾何假體實驗，獲得像素值與絕對99mTc活度濃度的線性關(guān)系，進而轉(zhuǎn)換像素值為據(jù)物理意義的單位(Bq/ml)，從而獲得定量SPECT圖像與PET圖像格式等同；(10)心肌血流定量計算步驟:通過定量SPECT圖像獲得血池活度曲線與心肌活度曲線，經(jīng)過生理數(shù)學模型對曲線進行線性吻合，從而獲得血流相關(guān)的動力學參數(shù)，并經(jīng)由心臟顯像藥物的攝取分率(extract1nfract1n)進行專換，從而獲得絕對血流值；(11)血流狀態(tài)評估步驟:通過負荷血流(stressflow)、靜息血流(rest flow)與血流儲備(reserve)等三項指標建立血流狀態(tài)圖，并實際應(yīng)用于血流狀態(tài)的評估。
【【附圖說明】】
[0006]圖1顯示依據(jù)本發(fā)明實施以自動校正掃描中患者移動的流程圖。
[0007]圖2顯示依據(jù)本發(fā)明實施以在迭代圖像重建中校正幾何扭曲的流程圖。
[0008]圖3顯示依據(jù)本發(fā)明實施以在迭代圖像重建中補償數(shù)據(jù)截斷的流程圖。
[0009]圖4顯示依據(jù)本發(fā)明實施以顯示產(chǎn)生組織衰減矩陣的流程圖。
[0010]圖5A顯示本發(fā)明實施中，無校正時的圖像。
[0011]圖5B顯示本發(fā)明實施中，經(jīng)噪聲去除的圖像。
[0012]圖5C顯示本發(fā)明實施中，經(jīng)噪聲去除、幾何扭曲校正的圖像。
[0013]圖f5D顯示本發(fā)明實施中，經(jīng)噪聲去除、幾何扭曲校正、數(shù)據(jù)截斷補償?shù)膱D像。
[0014]圖5E顯示本發(fā)明實施中，經(jīng)噪聲去除、掃描中患者移動校正、幾何扭曲校正、數(shù)據(jù)截斷補償、組織衰減校正的圖像。
[0015]圖5F顯示本發(fā)明實施中，經(jīng)噪聲去除、掃描中患者移動校正、幾何扭曲校正、數(shù)據(jù)截斷補償、組織衰減校正、散射校正的圖像。
[0016]圖5G顯示本發(fā)明實施中，經(jīng)噪聲去除、掃描中患者移動校正、幾何扭曲校正、數(shù)據(jù)截斷補償、組織衰減校正、散射校正、空間分辨率校正、核素物理衰變校正的圖像。
[0017]圖5H顯示本發(fā)明實施中，圖5A至圖5H所對應(yīng)的血池與心肌的像素值，其中圖5H的像素單位為Bq/ml。
[0018]圖6顯示依據(jù)本發(fā)明實施以定量多針孔動態(tài)SPECT圖像所獲得的血池活度曲線與心肌活度曲線
[0019]圖7顯示依據(jù)本發(fā)明實施得到經(jīng)由負荷血流、靜息血流與血流儲備所建立的血流狀態(tài)圖。
[0020]圖8顯示依據(jù)本發(fā)明實施得到一例證的血流狀態(tài)圖顯示前降支區(qū)域的血流狀態(tài)包括橙色與紅色，左回旋支區(qū)域的血流狀態(tài)呈現(xiàn)橙色，右冠支區(qū)域的血流狀態(tài)呈現(xiàn)橙色與紅色;整體心肌血流狀態(tài)的比例為紅色(13.64% )與橙色(86.36%)所組成。
[0021]圖9顯示依據(jù)本發(fā)明實施得到另一例證的血流狀態(tài)圖顯示前降支區(qū)域的血流狀態(tài)包括藍色、綠色、黃色、橙色與紅色，左回旋支區(qū)域的血流狀態(tài)包括藍色、綠色、黃色、橙色與紅色；右冠區(qū)域的血流狀態(tài)包括左回旋支區(qū)域的血流狀態(tài)包括藍色、綠色、黃色與橙色;整體心肌血流狀態(tài)的比例為紅色(6.84%)、橙色(46.78%)、黃色(20.77%)、綠色(8.41%)與藍色(17.20%)。
【【具體實施方式】】
[0022]本發(fā)明的目的是提供一種多針孔SPECT或SPECT/CT圖像定量重建與心肌血流絕對定量的技術(shù)方法，并將這一新技術(shù)方法應(yīng)用心肌血流狀態(tài)的評估。完整校正步驟為獲得定量SPECT圖像與進行心肌血流絕對定量必要條件，同時完整校正步驟也能夠?qū)D像質(zhì)量進行提升。
[0023]首先，核素物理衰減校正步驟:針對配備多針孔準直器的SPECT或SPECT/CT設(shè)備，根據(jù)動態(tài)SPECT采集的開始時間點、采集時間長度與99mTc核素的半衰期，以指數(shù)衰變模塊(exponential decay model)計算各個動態(tài)時間點的核素衰減校正系數(shù)，從而重新校正原始投影圖像中應(yīng)具備的放射性計數(shù)。
[0024]掃描中患者移動校正步驟:校正掃描中的患者移動(Intra-scan patientmot1n)為動態(tài)SPECT數(shù)據(jù)采集時，患者因呼吸幅度過大或身體移動所導致心臟位置改變，因而影響圖像定量與心肌血流定量的準確性，掃描中患者移動校正將患者的動態(tài)數(shù)據(jù)進行重建后產(chǎn)生動態(tài)SPECT圖像，將各個動態(tài)時間點的動態(tài)SPECT圖像，以心臟中心為原點，將圖像從直角坐標轉(zhuǎn)換至球坐標，前期血池圖像以射線追蹤方式(ray tracing)找到血池的邊界，后期心臟圖像同樣以射線追蹤方式找到心臟的中線位置，并且計算中線至心臟邊界的距離，從而獲得心肌邊界，并將血池與心肌邊界從球坐標轉(zhuǎn)回直角坐標，并以橢球或其他類似心臟幾何形狀近似，以最后一個動態(tài)時間點的心肌位置為基準，移動并計算前期血池位置與基準心肌位置的最大關(guān)聯(lián)性，從而獲得校正前期患者移動的向量，移動并計算后期心臟位置與基準心臟位置的最大關(guān)聯(lián)性，從而獲得自動校正后期患者移動的向量，圖1表示自動校正掃描中患者移動的流程圖。
[0025]散射校正步驟:散射為主峰光子到達探頭前，因經(jīng)過身體組織所導致的散射，散射可導致重建圖像中對于心臟攝取與心臟以外其他部位活度的高估，散射利用主峰能窗(140±10%kev或126-154keV)的原始圖像與散射能窗(118±12%keV或110-125keV)的散射圖像，通過散射分量與主峰能窗的三角形近似關(guān)系估算原始圖像中的散射分量，并從原始圖像減去散射分量從而進行散射校正。
[0026]幾何扭曲校正步驟:根據(jù)各個針孔與探頭對應(yīng)重建圖像中心的幾何位置，在迭代圖像重建過程中，于前投射步驟時以射線投射從重建圖像穿透針孔至各個探頭，先將所有射線投射至正向面重建圖像，再針對斜向探頭應(yīng)具備的實際角度與位置，以平移與坐標轉(zhuǎn)換運算將正向射線轉(zhuǎn)換至斜向射線，以定位斜向射線在探頭上的正確位置；同樣地，于反投射步驟時，先將射線正向投射面對所有探頭，再依據(jù)斜探頭與針孔斜向面對重建圖像應(yīng)具備的實際角度與位置，將正向反投射射線以平移與坐標轉(zhuǎn)換運算將正向反投射射線轉(zhuǎn)換至斜向反投射射線，以定位斜向反投射射線在重建圖像上正確位置，經(jīng)由前投射與反投射圖像更新步驟的射線平移與坐標轉(zhuǎn)換運算獲得射線應(yīng)有的正確投射位置，從而校正因斜向射線不正確位置所導致重建圖像的幾何扭曲。圖2顯示迭代圖像重建中校正幾何扭曲的流程圖。
[0027]數(shù)據(jù)截斷補償步驟:由于針孔成像的特性為圖像視野較小，針孔除了能夠?qū)⑿呐K部位涵括于視野中，其他臟器的攝取如肺臟、肝臟與腸道攝取，往往只有部份進入針孔或排除于針孔之外而導致數(shù)據(jù)截斷，使得非心臟臟器在各角度的針孔成像的計數(shù)不一致(inconsistency)，從而在圖像周邊造成偽影，當偽影靠近心臟時可影響心臟圖像的準確性。在迭代圖像重建過程中，先將重建圖像的視野范圍擴大，再從擴大重建圖像投射至探頭估算原始投射圖像視野被截斷的區(qū)域，于各次前投步驟時，先投射擴大視野的重建圖像投射，以獲得擴大視野的投射圖像，并以投射圖像中截斷區(qū)域的計數(shù)對接原始圖像以擴充原始圖像的視野范圍，經(jīng)過迭代過程，以擴充視野的原始圖像擴大重建圖像的范圍達到收斂而補償數(shù)據(jù)截斷所導致的偽影。圖3顯示迭代圖像重建中補償數(shù)據(jù)截斷的流程圖。
[0028]組織衰減校正步驟:通過CT圖像所產(chǎn)生組織衰減圖像對應(yīng)針孔的探頭位置，以指數(shù)模型(exponential model)與線積分(Iinear integrat1n)計算每個重建圖像像素單元對應(yīng)針孔射向探頭的衰減值從而創(chuàng)建一個組織衰減矩陣，并在迭代重建中使用組織衰減矩陣校正組織衰減所造成心臟對于藥物攝取活度與心臟以外其他部位的活度低估，其中組織衰減矩陣以4個參數(shù)(x、y、z、0)記錄每條對應(yīng)線的光子衰減的幅度，圖4顯示產(chǎn)生組織衰減矩陣的流程圖。如上述，組織衰減校正前需完成CT與SPECT的準確對位，以提高組織衰減校正的準確性。
[0029]圖像空間分辨率恢復步驟:針對各個針孔孔徑的幾何尺寸與對應(yīng)圖像中心的幾何位置，將針孔視為一個圓盤或幾何對秤的形狀，根據(jù)從探頭穿透針孔至重建圖像的每條射線中心，依據(jù)射線軌跡計算重建圖像的像素與針孔的距離，并依據(jù)針孔立體角計算隨距離擴散的所涵蓋的范圍與面積，從而計算每條單一射線與針孔圓盤距離相關(guān)的擴散函數(shù)矩陣，并將擴散函數(shù)矩陣用于迭代圖像重建中而重新恢復針孔成像的空間分辨率。
[°03°] 噪聲去除步驟:將分析(analytic)或小波(wavelet)濾波器予植入迭代集成重建，以去除圖像中的噪聲。圖像的噪聲利用等效分析濾波器(equivalent analytic filter)在迭代重建中比對濾波后的原始圖像和前投射圖像的步驟中而予以過濾噪聲。作為替代性方案，原始圖像與前投射圖像的噪聲亦可在迭代重建過程中使用小波濾波器，同樣在迭代重建中在比對濾波后的原始圖像和前投射圖像的步驟中而予以過濾噪聲，其中小波濾波器以固定模式(stat1nary mode)對圖像進行基底展開，在不同階層(order)的展開系數(shù)直方圖中再以固定窗寬排除高頻的展開系數(shù)，并使用分析函數(shù)對展開系數(shù)進行過濾，之后再進行圖像重組。
[0031]像素值轉(zhuǎn)換步驟:通過上述的各項圖像物理校正與對稱幾何假體實驗，將假體填入已知99mTc活度濃度，在99mTc衰變過程經(jīng)過多次數(shù)據(jù)采集與圖像重建，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，獲得像素值與絕對99mTc活度濃度的線性關(guān)系，進而轉(zhuǎn)換像素值為據(jù)物理意義的單位(Bq/ml)，從而獲得定量的SPECT圖像。圖5A至圖5G分別表示物理校正對于重建圖像與像素值的影響；患者未經(jīng)物理校正的圖像(圖5A)，顯示圖像噪聲高與心臟圖像的扭曲；經(jīng)噪聲去除的圖像(圖5B)，顯示有效去除圖像噪聲，對應(yīng)像素值測量圖(圖5H)顯示未明顯改變血池與心肌的像素值;經(jīng)噪聲去除、幾何扭曲校正的圖像(圖5C)，顯示有效去除心臟圖像的幾何扭曲，且心肌像素值上升與血池像素值下降;經(jīng)噪聲去除、幾何扭曲校正、數(shù)據(jù)截斷補償?shù)膱D像(圖5D)，顯示進一步有效去除數(shù)據(jù)截斷所導致的圖像偽影，因而降低血池的像素值;經(jīng)噪聲去除、幾何扭曲校正、數(shù)據(jù)截斷補償、組織衰減校正的圖像(圖5E)，顯示心臟圖像較均勻，且提升心肌與血池的像素值為數(shù)倍，從而校正組織衰減所導致對于心肌攝取值與血池活度的低估；經(jīng)噪聲去除、幾何扭曲校正、數(shù)據(jù)截斷補償、組織衰減校正、散射校正的圖像(圖5F)，顯示圖像對比度進一步提高，且降低因散射所導致心肌與血池活度的高估;經(jīng)噪聲去除、幾何扭曲校正、數(shù)據(jù)截斷補償、組織衰減校正、散射校正、空間分辨率校正、核素物理衰變校正的圖像(圖5G)，顯示圖像對比度與分辨率獲得進一步提高，且整體圖像質(zhì)量獲得明顯改善，更重要的是圖像叢非定量格式轉(zhuǎn)換為定量格式(像素值單位:Bq/ml)，獲得血池活度為2274Bq/ml，心肌攝取活度為10475Bq/ml。
[0032]心肌血流定量計算步驟:以多針孔動態(tài)SPECT數(shù)據(jù)，通過上述的各項物理校正進行圖像處理獲得定量的多針孔動態(tài)SPECT圖像，并在定量動態(tài)SPECT圖像進一步在血池與心肌部位進行動態(tài)的活度測量以Bq/ml單位表示，從而獲得血池活度曲線與心肌活度曲線，再經(jīng)過單腔室的生理數(shù)學模型對曲線進行線性吻合，從而獲得Kl (單位:ml/min/g)、k2(單位:ml/min)與k3(單位:ml/min)等三項動力學參數(shù)，由Kl得知藥物進入心肌細胞的速率，并經(jīng)由99mTc標記顯像藥物的攝取分率對Kl進行專換，從而獲得絕對血流值，由k2獲得顯像藥物出心肌細胞的速率，由k3得知顯像藥物與心肌細胞作用的速率，圖6顯示由定量多針孔動態(tài)SPECT圖像所獲得的血池活度曲線與心肌活度曲線。
[0033I 血流狀態(tài)評估步驟:通過定量的多針孔動態(tài)SPECT圖像進行心肌血流絕對定量，經(jīng)由實際對人體進行血流定量測量，獲得負荷血流(stress flow)(單位:ml/min/g)、靜息血流(rest flow)(單位:ml/min/g)與血流儲備(myocardial flow reserve)等三項指標，并由一組人群建立由不同顏色所表示的血流狀態(tài)圖，同時應(yīng)用于標示血流狀態(tài)，從而對血流狀態(tài)進行評估。圖7顯示經(jīng)由負荷血流、靜息血流與血流儲備所建立的血流狀態(tài)圖，血流狀態(tài)依血流高低以紅色、橙色、黃色、綠色、藍色、灰色與黑色進行標示。
[0034]例證一
[0035]圖8顯示一63歲女性無任何心血管病危險因子，通過本技術(shù)方法進行多針孔動態(tài)SPECT圖像定量重建、心肌血流絕對定量與與血流狀態(tài)評估，所獲得在整體心肌(LV)和前降支(LAD)、左回旋支(LCX)與右冠(RCA)區(qū)域的靜息血流分別為1.24ml/min/g、1.06ml/min/g、0.97ml/min/g與I.76ml/min/g;負荷血流分別為2.21ml/min/g、2.20ml/min/g、1.96ml/min/g與2.47ml/min/g ；血流儲備值分別為2.03、2.37、2.17與1.42;對應(yīng)血流狀態(tài)圖顯示前降支區(qū)域的血流狀態(tài)包括橙色與紅色，左回旋支區(qū)域的血流狀態(tài)呈現(xiàn)橙色，右冠支區(qū)域的血流狀態(tài)呈現(xiàn)橙色與紅色;整體心肌血流狀態(tài)的比例為紅色(13.64% )與橙色(86.36% )所組成。
[0036]例證二
[0037]圖9顯示一58歲男性患有心血管病的臨床患者，同樣通過本技術(shù)方法進行多針孔動態(tài)SPECT圖像定量重建、心肌血流絕對定量與與血流狀態(tài)評估，所獲得在整體心肌和前降支(LAD)、左回旋支(LCX)與右冠(RCA)區(qū)域的靜息血流分別為0.98ml/min/g、0.78ml/min/g、0.80ml/min/g與1.15ml/min/g；負荷血流分另Ij為I.70ml/min/g、1.67ml/min/g、1.50ml/min/g與1.94ml/min/g ；血流儲備值分別為2.01、2.28、1.97與1.69 ；對應(yīng)血流狀態(tài)圖顯示前降支區(qū)域的血流狀態(tài)包括藍色、綠色、黃色、橙色與紅色，左回旋支區(qū)域的血流狀態(tài)包括藍色、綠色、黃色、橙色與紅色;右冠區(qū)域的血流狀態(tài)包括左回旋支區(qū)域的血流狀態(tài)包括藍色、綠色、黃色與橙色；整體心肌血流狀態(tài)的比例為紅色(6.84%)、橙色(46.78%)、黃色(20.77%)、綠色(8.41%)與藍色(17.20%)。由以上兩例證顯示本發(fā)明所采用的技術(shù)方法可進行多針孔動態(tài)SPECT圖像的定量重建，并可進行心肌血流絕對定量與應(yīng)用于評估心肌血流的高低狀態(tài)。
【主權(quán)項】
1.一種核醫(yī)學心臟圖像的定量技術(shù)，特別是關(guān)于一種多針孔SPECT或SPECT/CT的動態(tài)圖像定量重建與心肌血流絕對定量測量的技術(shù)方法，以及該技術(shù)方法在心肌血流狀態(tài)評估方面的用途，圖像定量重建去除物理因素對于動態(tài)圖像的干擾，獲得在血池與心肌的時間活度曲線，其放射活度濃度以單位Bq/ml表示;使用血池與心肌活度曲線進行心肌血流絕對定量計算，并通過靜息血流、負荷血流與血流儲備等三項指標建立血流狀態(tài)圖；并實際應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方法于評估心肌血流狀態(tài)為本發(fā)明的用途，本發(fā)明的技術(shù)方法包含: 核素物理衰變校正步驟，根據(jù)動態(tài)SPECT采集的開始時間點、采集時間長度與99mTc核素的半衰期，計算各個動態(tài)時間點的核素衰減校正系數(shù)，從而重新校正原始投影圖像中應(yīng)具備的放射性計數(shù)； 掃描中患者移動校正步驟，通過各個動態(tài)時間點的動態(tài)SPECT圖像，以心臟中心為原點，經(jīng)由坐標轉(zhuǎn)換、線追蹤和幾何形狀近似找出血池與心肌的邊界，利用最大關(guān)聯(lián)性，獲得校正患者移動的向量而校正掃描中患者移動； 散射校正步驟，利用散射能窗，對圖像中的散射分量進行計算，并減去散射分量圖像而得到散射校正圖像； 幾何扭曲校正步驟，根據(jù)針孔與探頭對應(yīng)重建圖像中心的幾何位置，在迭代重建中，經(jīng)由前投射與反投射步驟，對兩種正向射線進行平移與坐標轉(zhuǎn)換運算，以確立斜向射線在探頭與重建圖像的正確位置，從而校正因斜向射線所導致重建圖像的的幾何扭曲； 數(shù)據(jù)截斷補償步驟，在迭代圖像重建過程中，通過重建圖像的視野范圍擴大與投射步驟估算原始投射圖像被截斷區(qū)域，并以重建圖像所投射圖像中的截斷區(qū)域計數(shù)對接原始圖像以擴充原始圖像的視野范圍，經(jīng)過迭代過程，以擴充視野范圍的原始圖像為輸入擴大重建圖像的范圍達到收斂從而補償數(shù)據(jù)截斷所導致的偽影； 組織衰減圖像產(chǎn)生步驟，通過CT圖像轉(zhuǎn)換為組織衰減圖，以針孔射向探頭計算每條射線的衰減值而創(chuàng)建一個組織衰減矩陣，并在迭代重建中使用組織衰減矩陣校正組織衰減所造成心臟對于藥物攝取活度與心臟以外其他部位的活度的低估，從而校正圖像中的組織衰減； 圖像空間分辨率恢復步驟，根據(jù)從探頭穿透針孔至重建圖像的射線，依據(jù)射線軌跡計算重建圖像的像素與針孔的距離，并依據(jù)針孔建立擴散函數(shù)矩陣，并將擴散函數(shù)矩陣用于迭代圖像重建中而重新恢復針孔成像的空間分辨率； 噪聲去除步驟，通過分析或小波濾波器用于迭代圖像重建中，以去除SPECT圖像中的噪聲； 像素值轉(zhuǎn)換步驟，通過由上述的物理校正步驟，將假體填入已知99mTc活度濃度，在99mTc衰變過程經(jīng)過多次數(shù)據(jù)采集與圖像重建，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，獲得像素值與絕對99mTc活度濃度的線性關(guān)系，進而轉(zhuǎn)換像素值為據(jù)物理意義的單位(Bq/ml)，從而獲得定量的SPECT圖像；心肌血流定量計算步驟:在定量多針孔動態(tài)SPECT圖像進一步在血池與心肌部位進行動態(tài)的活度測量，從而獲得血池活度曲線與心肌活度曲線，再經(jīng)過單腔室的生理數(shù)學模型對曲線進行線性吻合，從而獲得Kl (單位:ml/min/g)、k2(單位:ml/min)與k3(單位:ml/min)等三項動力學參數(shù)，由Kl得知藥物進入心肌細胞的速率，并經(jīng)由99mTc標記顯像藥物的攝取分率對Kl進行專換從而獲得絕對血流值，由k2獲得顯像藥物的心肌細胞速率，由k3得知顯像藥物與心肌細胞作用的速率； 血流狀態(tài)評估步驟:以負荷血流、靜息血流與血流儲備等三項指標建立由不同顏色所表示的血流狀態(tài)圖，同時應(yīng)用于標示血流狀態(tài)，從而對血流狀態(tài)進行評估。2.如權(quán)利要求1中的掃描中患者移動校正步驟，坐標轉(zhuǎn)換將心臟圖像從直角坐標轉(zhuǎn)換至球坐標，與將心肌邊界從球坐標轉(zhuǎn)回直角坐標;幾何形狀近似以橢球或其他類似心臟幾何的進行近似;最大關(guān)聯(lián)性為與基準心肌位置的最大關(guān)聯(lián)性。3.如權(quán)利要求1中的幾何扭曲校正步驟，前投射與反投射步驟需將射線經(jīng)過針孔取得正向面對重建圖像的正向投射射線與正向面對探頭的反投射射線，再經(jīng)過平移與坐標轉(zhuǎn)換運算，將正向投射射線與正向反投射射線轉(zhuǎn)換為斜向投射射線與斜向反投射射線，從而確立斜向投射射線在探頭與斜向反投射線在重建圖像的正確位置。4.如權(quán)利要求1中的組織衰減校正步驟，借助CT組織衰減圖像獲得SPECT圖像中每個像素單元的HOkeV衰減系數(shù)，再通過SPECT圖像對應(yīng)針孔探頭的位置，以指數(shù)模型與線積分計算每個像素單元對應(yīng)探頭的衰減值從而創(chuàng)建一個衰減矩陣。5.如權(quán)利要求1中的圖像空間分辨率恢復步驟，將針孔視為一個圓盤或幾何對秤的形狀，根據(jù)從探頭穿透針孔至重建圖像的每條射線中心，依據(jù)射線軌跡計算重建圖像的像素與針孔的距離，并依據(jù)針孔立體角計算隨距離擴散所涵蓋的范圍與面積，從而計算每條單一射線與針孔圓盤距離相關(guān)的擴散函數(shù)矩陣。6.如權(quán)利要求1中的噪聲去除步驟，將分析或小波濾波器予植入迭代集成重建，以去除圖像中的噪聲，利用等效分析濾波器在迭代重建中比對濾波后的原始圖像和前投射圖像的步驟中而予以過濾噪聲，其中小波濾波器以固定模式對圖像進行基底展開，在不同階層的展開系數(shù)直方圖中再以固定窗寬排除高頻的展開系數(shù)，并使用分析函數(shù)對展開系數(shù)進行過濾，之后再進行圖像重組，以去除圖像噪聲。7.如權(quán)利要求1中的心肌血流定量計算步驟，需要使用經(jīng)過權(quán)利要求1中的物理校正步驟獲得的定量多針孔動態(tài)SPECT圖像，以對血池與心肌部位進行動態(tài)的活度測量。8.如權(quán)利要求1中的血流狀態(tài)評估步驟，需先通過定量的多針孔動態(tài)SPECT圖像進行心肌血流絕對定量，并實際對人體進行心肌血流定量測量，再由一組人群建立由不同顏色所表示的血流狀態(tài)圖。9.如權(quán)利要求1?8項中，該多針孔SPECT或SPECT/CT的動態(tài)圖像定量重建和心肌血流絕對定量測量的技術(shù)方法與心肌血流狀態(tài)評估方面的用途可適用于任何一種99mTc標記的心臟顯像藥物于多針孔SPECT或SPECT/CT動態(tài)顯像。
【文檔編號】A61B6/03GK105997125SQ201610417150
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月15日
【發(fā)明人】方緯, 許百靈, 劉麗
【申請人】劉麗, 許百靈, 方緯