基于子空间特征相互学习的MRI与PET/SPECT图像融合

在医学图像中,MRI图像提供包含细节的纹理结构信息和较好的分辨率,而PET/SPECT图像保留了分子活性信息以及颜色功能信息,因此,将它们进行融合是一项重要的任务。大部分现有的方法在融合过程中存在颜色失真、模糊和噪声等问题。为此,提出了一种新的基于子空间注意力孪生自编码网络(Subspace Attention-Siamese Auto-encoding Network,SSASAEN)来融合MRI和PET/SPECT图像中有意义的信息。在图像融合网络中提出SSA-SAEN,引入了子空间特征相互学习概念,利用子空间注意力模块,使MRI和PET/SPECT图像能够在学习自己特征的同时互相学习彼此的特征,同时减少信息冗余,保证高效、完整的特征提取。此外,通过条件概率模型对所提取的特征进行互补融合,同时将加权保真项、梯度损失项加入到训练网络中,以达到网络优化的目的。在公共数据集上进行的大量定性和定量实验表明,该方法能够得到一幅清晰的融合图像,表明了该方法与其他先进方法相比的优越性和有效性。

个性化护理干预对肿瘤患者^(18)F-FDG PET/CT检查质量及图像质量的影响研究

目的探讨个性化护理干预对肿瘤患者^(18)F-FDG PET/CT检查质量及图像质量的影响。方法选取2020年1月至2022年12月在广西医科大学附属肿瘤医院行^(18)F-FDG PET/CT检查的100例肿瘤患者作为研究对象,随机分为观察组和对照组,每组各50例。对照组实施常规护理干预,观察组实施个性化护理干预,比较两组患者的检查质量及图像质量。结果观察组在显像剂外漏(P=0.017)、注射次数(P=0.042)、肠道摄取增高(P=0.046)、声带摄取增高(P=0.037)、眼肌摄取增高(P=0.027)、全身肌肉摄取增高(P=0.037)发生率均低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论对肿瘤患者在^(18)F-FDG PET/CT显像检查过程中实施个性化护理干预,有利于提高检查质量和图像质量,使患者和医护人员共同获益,值得推广。

基于图拉普拉斯正则化的PET图像核重建方法

正电子发射断层成像(Positron Emission Tomography,PET)在很多疾病的早期诊断中有重要的作用,PET图像重建的难点之一是如何在保持重建图像中病灶边缘特性的同时具有良好的去噪性能.针对此问题,本文提出了一种结合图拉普拉斯正则化和深度图像先验的PET图像核重建方法 .设计了改进的U-net神经网络,将PET前向投影模型中的核系数表示为神经网络的输出;通过先验图像构建图拉普拉斯矩阵,重建问题被建模为基于神经网络的带图拉普拉斯正则化项的最大似然函数优化问题.利用优化转移方法导出了收敛的迭代重建算法,每一次迭代包括由核重建方法更新图像和利用神经网络更新核系数两个步骤.仿真和临床实验结果表明,本文提出的方法在不同的指标下都有更好的重建效果,优于已有核重建方法以及最新的基于深度系数先验的重建方法 .

一种神经母细胞瘤的PET/CT多模态图像分割方法

目前关于PET/CT图像分割的方法缺少对图像全局上下文信息提取的考虑并且对提取到的特征信息进行融合的方式有待优化.针对上述问题,本文提出了并行提取和特征综合网络(Parallel Extraction and Feature Synthesis Network,PFNet).该网络首先利用卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)和Transformer分别设计了两个支路分别从PET/CT图像中提取局部特征和全局上下文信息.其次,为了融合不同的特征信息,本文设计了一个特征综合模块,将两个分支提取的不同信息送入特征综合模块进行融合.在该模块中,设计了多策略融合单元,与此同时该模块利用通道注意力单元和依赖关系学习单元进一步学习通道特征信息和特征图自身依赖关系,以便进一步进行特征融合.此外本文引入了LogCoshDiceLoss作为损失函数,其利用函数Log-Cosh的平滑性可以提高分割性能.最后,在神经母细胞瘤数据集和HECKTOR 2021数据集上的实验结果表明本文提出的网络相比其它方法具有更好的分割性能,获得了较好的分割效果.

基于DCIF-GAN的肺部肿瘤PET/CT跨模态医学图像融合

基于生成对抗网络(Generative Adversarial Network,GAN)的医学图像融合是计算机辅助诊断领域的研究热点之一,但是现有基于GAN的融合方法存在训练不稳定,提取图像的局部和全局上下文语义信息能力不足,交互融合程度不够等问题。针对上述问题,本文提出了双耦合交互式融合GAN(Dual-Coupled Interactive Fusion GAN,DCIFGAN)。首先,设计了双生成器双鉴别器GAN,通过权值共享机制实现生成器之间和鉴别器之间的耦合,通过全局自注意力机制实现交互式融合;第二,设计耦合CNN-Transformer的特征提取模块(Coupled CNN-Transformer Feature Extraction Module,CC-TFEM)和特征重构模块(CNN-Transformer Feature Reconstruction Module,C-TFRM),提升了对同一模态图像内部的局部和全局特征信息提取能力;第三,设计跨模态交互式融合模块(Cross Model Intermodal Fusion Module,CMIFM),通过跨模态自注意力机制,进一步整合不同模态间的全局交互信息。为了验证本文模型的有效性,在肺部肿瘤PET/CT医学图像数据集上进行实验,该文方法在平均梯度,空间频率,结构相似度,标准差,峰值信噪比,信息熵等上与其他四种方法中最优方法相比,分别提高了1.38%,0.39%,29.05%,30.23%,0.18%,4.63%。模型能够突出病变区域信息,融合图像结构清晰且纹理细节丰富。

基于深度学习的超低计数全身PET图像去噪方法

目的使用深度学习算法改善全身低计数正电子发射计算机断层成像(PET)的重建图像质量,探讨提出方法对不同噪声水平PET图像的去噪泛化性。方法使用MICCAI 2022 UDPET挑战赛数据集,提出分层向量量化变分自编码器(HVQ-VAE)算法对不同剂量衰减因子的低计数PET图像去噪。将高斯滤波作为基准模型,结合标准均方根误差、结构相似性、峰值信噪比3个定量指标与视觉图像结合评估算法的去噪性能。结果当低计数PET图像的剂量衰减因子为20时,经高斯滤波后图像质量整体提升13%,经HVQ-VAE模型去噪后图像质量总体提升20%;当低计数PET图像的剂量衰减因子为50时,高斯滤波后图像质量整体提升11%,HVQ-VAE模型去噪后图像质量总体提升24%;当低计数PET图像的剂量衰减因子为100时,高斯滤波后图像质量整体提升12%,HVQ-VAE模型去噪后图像质量总体提升36%。结论所提方法HVQ-VAE模型对不同噪声水平的全身低计数PET图像均有较好去噪效果,为降低患者辐射暴露风险同时保证图像质量提供了新的可能。

SPECT/PET/CT在复发转移鼻咽癌个体化治疗中的临床研究

研究SPECT/PET/CT在复发转移鼻咽癌个体化治疗中的临床价值。方法 选取2021年9月-2023年9月本院复发转移鼻咽癌患者45例,行MRI 、CT及SPECT/PET/CT扫描,其中局部或区域复发29例,根据功能影像(SPECT/PET/CT)及解剖影像(MIR)的图像勾画肿瘤靶区GTV,对比两种影像技术在勾画肿瘤靶区变化情况,按功能影像勾靶区行放疗;转移16例,按CT及SPECT/PET/CT检查结果,根据转移数量区分寡转移、广泛转移两种情况,比较两种检查方法的准确率。对寡转移局部予放疗±化疗、免疫等全身治疗及观察效果。结果 SPECT/PET/CT较MR影像在复发鼻咽癌靶区勾画更准确,肿瘤体积更少,减少副反应,再程放疗更安全。SPECT/PET/CT较CT检查在鼻咽癌远处转移诊断、区分寡转移有一定优势。结论 复发转移鼻咽癌个体化治疗中SPECT/PET/CT的临床价值较MR/CT高。

基于非下采样剪切波变换的PET/SPECT和MR图像融合

目的针对PET/SPECT伪彩色图像空间分辨率低而MR灰度图像空间分辨率高的融合问题,探究一种新方法来提升PET/SPECT和MR图像的融合质量。方法对待融合图像进行非下采样剪切波变换(nonsubsampled shearlet transform,NSST),得到各自的低频子带和高频子带,然后采用绝对值取大规则去融合高频子带,采用本文提出的基于Haar小波的能量(Haar wavelet based energy,HWE)规则去融合低频子带,最后对融合后的高、低频分量进行逆NSST从而获得融合图像。采用40组脑PET/SPECT和MR图像对本文所提出方法进行测试,并与其他典型的融合方法进行比较。结果本文方法与基于DTCWT,NSCT,NSCT-SR和NSST的融合方法进行测试,结果表明,本文方法在4个指标上最优,1个指标上次优。结论本文方法在PET/SPECT和MR图像的融合中具有优越性,可提升此类医学影像在辅助临床诊断和放疗手术计划中的精准性。

基于改进结构张量的三维PET/MRI图像融合

将核磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)与正电子发射断层成像(positron emission computed tomography,PET)进行融合,可以实现阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)的预防与诊断.提出了基于3D ISobel与双目标海洋捕食者的结构张量(ISobel and double-objective marine predator algorithm based on structure tensor,IST)分解算法,提高了分解的可靠性与稳定性,使细节信息充分表达.提出了联合三维拉普拉斯加权能量的迹值相位一致性(joint weight sum of 3d energy and modified laplacian and trace phase congruency,ETPC)的边缘区融合规则,充分描述了融合图像局部区域特征分布.融合结果表明,基于改进结构张量的三维PET/MRI图像融合算法解决了结构张量分解欠缺可靠性、融合图像细节信息不充分、局部特征描述不完善的问题,在主观评价和客观评价方面都要优于其他的空间域和变换域的融合方法.

两种体表定位方法对SPECT肾动态显像质量的影响

目的:探讨屈肘定位和肋弓下缘定位对单光子发射计算机断层扫描(SPECT)肾动态显像质量的影响。方法:选取2018年1月1日~2019年12月31日进行SPECT肾动态显像210例患者作为对照组,采用传统的屈肘体表定位法;选取2020年1月1日~2023年12月31日进行SPECT肾动态显像231例患者作为观察组,采用肋弓下缘体表定位法。两组均实施相同的准备、注射人员准备、检查仪器及采集过程,比较两组图像质量及患者对定位的满意度。结果:观察组229例(99.13%)显像符合标准,2例(0.87%)显像不合格;对照组197例(93.81%)显像符合标准,13例(6.19%)显像不合格。观察组显像符合标准率高于对照组(P<0.05),观察组患者对定位的满意度高于对照组(P<0.05)。结论:采用肋弓下缘体表定位法是SPECT肾动态显像检查时最佳的体表定位,能够获得真实、准确的检查结果,提高患者对定位的满意度,从而更好地为临床提供可靠的影像诊断依据。

^(18)F-FDOPA PET/CT定量分析提高早期帕金森病的诊断效能

目的探讨6-^(18)F氟-L-多巴(^(18)F-FDOPA)PET/CT半定量分析及人工智能平台对帕金森病(PD)的诊断价值。资料与方法回顾性分析2018年1月—2019年12月南京医科大学附属南京医院经临床确诊的56例PD患者,其中33例早期(Hoehn-YahrⅠ~Ⅱ级),23例晚期(Hoehn-YahrⅢ~Ⅳ级);选取本院体检中心同期健康对照者27例,行^(18)F-FDOPA PET/CT。于HERMES BRASS平台计算受试者纹状体各亚区与枕叶体积计数比(SORs),完成基于感兴趣区的脑半定量分析,观察早期和晚期PD患者纹状体各亚区不对称性。使用人工智能技术对PD组和健康对照组纹状体各亚区SORs行主成分分析,观察数据聚集度和组间区分度。结果与健康对照组相比,晚期PD患者尾状体、前壳核、后壳核和纹状体整体SORs显著降低(t=9.02~11.72,P<0.0001),对应的曲线下面积分别为0.952、0.973、0.995和0.982。早期PD患者纹状体各亚区不对称指数分别为尾状核(7.61±5.50)%、前壳核(11.43±8.97)%、后壳核(17.17±11.63)%、纹状体(10.65±7.46)%。PD组和健康对照组相比,主成分分析有显著区分度,PD组纹状体^(18)F-FDOPA摄取显著降低,早期PD患者对侧后壳核损失最显著,下降百分比为34%。结论平台半定量分析^(18)F-FDOPA PET/CT图像,为PD早期诊断和鉴别诊断提供客观半定量数值,纹状体特别是壳核的不对称性可能是PD早期诊断的重要参数。

PET薄膜激光刻蚀高精度形貌测量

[目的]激光刻蚀高分子薄膜是制备仿生纳米通道的常用方法,刻蚀尺寸的测量对提高制备质量具有重要意义.受到刻蚀尺寸在微纳米级,薄膜反射率低、受成像噪声干扰严重等影响,激光刻蚀薄膜微纳表面形貌高精度测量一直是艰巨的挑战.[方法]基于并行物方差动共聚焦成像与图像抗干扰方法结合,实现激光刻蚀聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terphthalate,PET)膜后的微纳表面形貌的高精度测量.首先,介绍并行物方差动共聚焦三维成像原理,刻度了系统在40倍物镜下的轴向差动曲线,拟合光强差与离焦量的线性关系式.然后,采集激光刻蚀薄膜焦前焦后共聚焦图像,使用图像增强提取刻蚀区域并合成差动共焦图像.并利用非线性空间滤波器,消除图像中的干扰,获取刻蚀形貌的三维结构.[结论]实验结果表明,该方法与白光干涉仪的测量结果相近,在测量线宽3.230μm、深度0.082μm的激光刻蚀PET薄膜沟槽实验上,拟补了白光干涉仪无法准确解析高度信息的不足.本研究为高分子薄膜显微加工形貌测量提供了一种高效率、高精度、无损的可行性测量方法.

一体化PET/MR产品发展现状

一体化PET/MR是目前功能与分子影像学发展的前沿技术之一,该研究对一体化PET/MR产品发展现状进行综述,可对相关领域的发展起到一定的启发和促进作用。该研究从硬件和软件两方面介绍了一体化PET/MR产品技术特征和研发技术难点,总结了2008—2022年PET/MR产品临床应用相关中英文论文的发表情况,分析了一体化PET/MR产品临床应用国内外差异、临床应用现状,指出了产品国内一体化PET/MR产品发展现状和发展方向。最后从一体化PET/MR产品的技术、临床应用前景、市场策略等方面对产品的发展进行了展望。

精准定量SPECT/CT显像及临床应用进展

标准化摄取值在核医学领域常常是指肿瘤或者病变组织对放射性示踪剂的摄取能力,是一个定量分析工具,既往仅用于正电子发射型计算机断层扫描(PET)。近年来,随着核医学成像设备及图像重建算法的不断完善,衰减和散射的复杂补偿技术的进步,该项技术开始用于单光子发射型计算机断层扫描(SPECT),使其不仅能获取病变的解剖、代谢信息,而且能对代谢情况进行客观量化评估。本文就SPECT精准定量的优势、原理及临床应用进行概述。

数字化PET/CT步进式短采集时间的临床应用可行性分析

目的:分析数字化正电子发射断层显像与计算机断层显像(PET/CT)短采集时间对图像质量、病灶检出和半定量参数的影响,探讨步进式采集方式短采集时间的临床应用可行性。方法:回顾性分析63例受检者数字化PET/CT图像资料,所有图像均采用PET/CT扫描仪以步进式采集模式及按照列表模式(list-mode)扫描协议进行全身PET/CT检查获得,按照每床位的不同采集时间进行重建并将其分为4组:90 s/床位、60 s/床位、45 s/床位和30 s/床位组。以90 s/床位组为对照,比较各组间小病灶(PET图像较小的放射性浓聚灶且CT图像病灶短径<0.5 cm)在PET图像上的检出率,测量原发肿瘤病灶的客观数据,比较标准化摄取值(SUV)的最大值(SUV_(max))、峰值(SUV_(peak))、平均值(SUV_(mean))、噪声标准差(SD)、肿瘤代谢体积(MTV)和病灶总糖酵解量(TLG);计算并比较信噪比(SNR)、对比噪声比(CNR)和病灶本底比(TBR)。4组图像数据组间采用统计学单因素方差分析(ANOVA检验),组内半定量参数采用Bland-Altman一致性分析。图像质量按照Likert 5分法进行主观评价,图像一致性评价采用Kappa检验。结果:4组图像质量主观评价均≥3分,4组图像质量比较一致性非常好(Kappa=0.8,P<0.05);与90 s/床位组比较,其余3组小病灶检出率均为100%;组间半定量指标SUV_(max)、SUV_(peak)、SUV_(mean)、噪声SD、TLG、MTV差异均无统计学意义(P>0.05);4组间病灶^(18)F氟代脱氧葡萄糖(^(18)F-FDG)PET图像质量客观指标CNR、SNR及TBR差异均有统计学意义(F=31.741、34.199、12.021,P<0.001),60 s/床位组、45 s/床位组噪声与90 s/床位组无明显差异,30 s/床位组图像噪声有所增加;组内Bland-Altman一致性分析在95%可信任区间。结论:数字化PET/CT步进式采集模式短采集时间具有很好的临床实用性。

双核素心肌SPECT显像与PET显像检测存活心肌的对比研究

目的 评价99Tcm 甲氧基异丁基异腈 (MIBI) / 18F 脱氧葡萄糖 (FDG)双核素同时采集法(DISA)SPECT显像检测存活心肌的价值。方法 对 75例冠心病陈旧性心肌梗死患者进行了研究。采用双探头SPECT仪配备超高能准直器 ,行DISASPECT显像 ,同时行18F FDGPET显像 ,用半定量法分析图像。结果 75例患者中 ,99Tcm MIBI心肌灌注显像有 2 2 2个节段灌注减低 ,而DISA法FDG SPECT显像有 118个节段 (5 3% )改善 ,FDG PET显像有 12 8个节段 (5 8% )改善 ,即灌注 /代谢不匹配 ,以存活心肌为主。DISA法FDG SPECT有 10 4个节段灌注 /代谢匹配 ,FDG PET显像有 94个节段灌注/代谢匹配 ,为坏死心肌。FDG SPECT与FDG PET对存活心肌的检出率差异无显著性 (χ2 =0 .863,P>0 .0 5 )。 2 2 2个心肌灌注减低节段的FDG SPECT与FDG PET的得分符合率为 91%。结论 DISA法SPECT显像方法简便 ,费用较低 。

^99Tcm-MIBI-SPECT与定位CT融合显像和^18F-FDG-PET/CT融合显像鉴别孤立性肺结节的对比研究

目的对比分析99Tcm-MIBI SPECT与定位CT融合显像和18F-FDG-PET/CT融合显像对孤立性肺结节(SPN)的鉴别诊断效率,为中小城市医疗机构寻找一种较为廉价的鉴别SPN诊断方法。方法对39例SPN患者行99Tcm-MIBI-SPECT与定位CT融合显像,46例SPN患者行18F-FDG-PET/CT融合显像。对两种显像结果进行定性及半定量分析。并根据最终诊断结果,对比分析两种显像方法对SPN的鉴别诊断效率。结果 39例SPN患者行99Tcm-MIBI-SPECT与定位CT融合显像,13例为恶性SPN,26例良性SPN。99Tcm-MIBI-SPECT与定位CT融合显像定性分析对SPN良恶性鉴别诊断灵敏度92.31%(12/13)、特异性88.46%(23/26)、准确性89.74%(35/39)、阳性预测值80%(12/15)、阴性预测值95.83%(23/24)。46例SPN患者行18F-FDG-PET/CT融合显像,29例为恶性SPN,17例良性SPN。18F-FDG-PET/CT融合显像对SPN良恶性鉴别诊断灵敏度96.55%(28/29)、特异性76.47%(13/17)、准确性89.13%(41/46)、阳性预测值87.50%(28/32)、阴性预测值92.86%(13/14)。99Tcm-MIBI-SPECT与定位CT融合显像和18F-FDGPET/CT融合显像鉴别SPN的灵敏度(χ2=0.356,P=0.55)、特异性(χ2=1.084,P=0.298)、准确性(χ2=0.008,P=0.927)、阳性预测值(χ2=0.453,P=0.501)和阴性预测值(χ2=0.157,P=0.692)均无统计学差异。受试者工作特征(ROC)曲线分析显示:以99Tcm-MIBI早期摄取比值(EUR)≥1.474为鉴别SPN良恶性界值,灵敏度100%,特异性76.90%;以99Tcm-MIBI延迟摄取比值(DUR)≥1.38为鉴别SPN良恶性界值,灵敏度100%,特异性76.90%;以18F-FDG最大标准摄取比值(SUVmax)≥2.40为鉴别SPN良恶性界值,灵敏度96.60%,特异性76.50%。EUR、DUR与SUVmax的ROC界值诊断灵敏度(Fisher精确检验P值分别为1.0和1.0)、特异性(Fisher精确检验P值分别为1.0和1.0)差异无统计学意义。结论99Tcm-MIBI-SPECT与定位CT融合显像和18F-FDG-PET/CT融合显像对SPN的鉴别诊断效率相似,99Tcm-MIBI-SPECT与定位CT融合显像可作为中小城市中低收入SPN患者较为实用的早期鉴别诊断方法。

PET图像与CT、MRI图像比较与融合的研究

目的 将PET的功能代谢图像与CT、MRI的解剖图像进行比较与融合。方法 2 1例癫痫患者和 5 3例肿瘤或疑为肿瘤患者进行了PET检查。患者的CT、MRI资料通过扫描仪输入计算机。在融合软件“MPItool”中 ,通过调整PET的三维容积图像 ,找到与二维CT、MRI断面图像对应的层面进行比较与融合。结果 2 9个代谢改变病灶被准确定位于 2 1例癫痫患者相应的MRI图像上。PET显示 5 3个肿瘤阳性病灶亦定位于相应的CT或MRI图像上 ,其中 10个病灶在CT、MRI报告中忽略。CT、MRI检测到的另外 2 3个病灶PET显像没有摄取或摄取不高 ,最终都被证明为良性病变。结论 图像的比较与融合有助于更全面地了解病变的性质及与周围解剖结构的关系。采用的融合方法简单、实用 。

^(18)F-FDG剂量对PET模型图像质量的影响

目的 探讨不同剂量1 8F 脱氧葡萄糖 (FDG)对PET重建图像质量的影响。方法 将圆柱形模型分别用 2 96、14 8、74、37、18.5、9.2 5和 4 .6 2 5MBq的1 8F FDG水溶液灌注后 ,置探头视野内行PET常规采集 ,然后用临床常规条件重建图像 ,从重建图像中抽取同一层面进行定量分析 :热区标准摄取值 (SUV)测定 ,热区与冷区SUV比值 (ratio) ,本底区标准差 (s)测定 ,采集过程中真实计数与随机计数的比值 (T R)。结果 2 96MBq时 ,图像直观非常不均匀 ,T R =0 .83,其他各项指标无规律。 14 8MBq时 ,图像所见外周放射性分布比较强 ,中间比较弱 ,与未经透射衰减校正的图像相似 ,T R =1 6 4。74、37和 18.5MBq时 ,均匀性、分辨率、对比度都较好 ,本底噪声低 ,各项定量指标都较适中。 9.2 5和4 .6 2 5MBq时 ,本底噪声非常高 ,信息量低 ,严重影响分辨率与均匀性。结论 行1 8F FDGPET显像最佳给药剂量是按体重 4 .6 2 5～ 11.1MBq kg。

PET/CT中CT的剂量与CT图像质量关系的研究

为在保证图像质量的前提下,降低PET/CT中CT扫描部分的辐射剂量提供数据依据。用GEDiscovery ST16型号PET/CT系统,按不同的采集条件扫描CT质量控制模体,测量CT图像的相关性能指标;测量在各种管电流下的加权CT剂量指数,计算不同螺距下的容积CT剂量指数;分析CT图像质量与CT剂量的关系。结果表明:CT图像高对比度分辨力不受CT剂量影响;CT图像的低对比度分辨力随CT剂量增加而提高;CT剂量能影响CT图像的均匀性;CT图像噪声随CT剂量增加而降低,且可用一表达式来表示。得出在保证一定的CT图像质量的条件下,可以适当降低PET/CT检查中CT部分的辐射剂量的结论。