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1、核医学科核医学科正电子发射计算机断层显像正电子发射计算机断层显像（PETPET）助理工程师：李桂玉西京医院核医学科西京医院核医学科授课内容授课内容v一、一、PETPET图像成像原理图像成像原理v二、二、PETPET中的符合事件中的符合事件v三、三、PETPET的数据重建的数据重建2西京医院核医学科西京医院核医学科3P Positron Emission Tomographyositron Emission Tomography正电子发射计算机断层成像仪正电子发射计算机断层成像仪(PET)(PET)What is PET?What is PET?Single-Single-P Photom Ei
2、mission Computed Tomographyhotom Eimission Computed Tomography单光子发射计算机断层成像仪单光子发射计算机断层成像仪(SPECT)(SPECT)西京医院核医学科西京医院核医学科4湮没辐射湮没辐射n n+e e-1-3mm1-3mm511KeV511KeV511KeV511KeV西京医院核医学科西京医院核医学科 v b+e-g g(511 keV)g g(511 keV)Detector 1Detector 2b+18F-FDG(T 1/2=109 min)PETPET探测湮没辐射的原理探测湮没辐射的原理西京医院核医学科西京医院核医学科
3、如何探测射线如何探测射线v射线的特点射线的特点 :无色、无形、无重量无色、无形、无重量(或量极轻或量极轻)；v核射线核射线 :系一类具有较高能量的粒子或光子，系一类具有较高能量的粒子或光子，可通过特定装置进行能量转换方可探测出来，可通过特定装置进行能量转换方可探测出来，通常是通过射线与物质相互作用产生的效应通常是通过射线与物质相互作用产生的效应 来探测。来探测。西京医院核医学科西京医院核医学科闪烁探测器的基本原理闪烁探测器的基本原理闪闪烁烁体体光光电电倍倍增增管管入射粒子入射粒子荧光荧光脉冲电流脉冲电流将放射能转变为将放射能转变为.光能光能 将光能转变为将光能转变为.电能电能 西京医院核医学科
4、西京医院核医学科PETPET探测器结构、原理示意图探测器结构、原理示意图湮灭辐射湮灭辐射 环形探头环形探头 重建图像重建图像西京医院核医学科西京医院核医学科9光电倍增管光电倍增管2 2n n正高压正高压正高压正高压西京医院核医学科西京医院核医学科光电倍增管的工作原理图光电倍增管的工作原理图西京医院核医学科西京医院核医学科11反符合脉冲输出示意图反符合脉冲输出示意图反符合脉冲输出示意图反符合脉冲输出示意图(anticoincidence circuit(anticoincidence circuit output pulse scheme)output pulse scheme)单道脉冲分析单道
5、脉冲分析西京医院核医学科西京医院核医学科12电子准直电子准直vPETPET探头在探测光子事件时产生的定时脉冲被结探头在探测光子事件时产生的定时脉冲被结探头在探测光子事件时产生的定时脉冲被结探头在探测光子事件时产生的定时脉冲被结合到符合电路中，如果落在时间窗口之内，符合合到符合电路中，如果落在时间窗口之内，符合合到符合电路中，如果落在时间窗口之内，符合合到符合电路中，如果落在时间窗口之内，符合事件被赋予到探头响应线事件被赋予到探头响应线事件被赋予到探头响应线事件被赋予到探头响应线(LOR)(LOR)。这种可以从探。这种可以从探。这种可以从探。这种可以从探测的射线得到位置信息而无需物理准直器，称为
6、测的射线得到位置信息而无需物理准直器，称为测的射线得到位置信息而无需物理准直器，称为测的射线得到位置信息而无需物理准直器，称为电子准直。电子准直。电子准直。电子准直。v主要优点：改进了电源响应函数主要优点：改进了电源响应函数主要优点：改进了电源响应函数主要优点：改进了电源响应函数(psrf)(psrf)的灵敏度和的灵敏度和的灵敏度和的灵敏度和均匀性均匀性均匀性均匀性西京医院核医学科西京医院核医学科13PETPET中的符合事件中的符合事件v真符合：响应线真符合：响应线真符合：响应线真符合：响应线LORLOR，符合电路电子准直，符合电路电子准直，符合电路电子准直，符合电路电子准直v散射符合：至少发
7、生一次散射符合：至少发生一次散射符合：至少发生一次散射符合：至少发生一次ComptonCompton散射散射散射散射v随机符合：单个事件的速率，随机符合：单个事件的速率，随机符合：单个事件的速率，随机符合：单个事件的速率，随随随随UFOVUFOV活度的平方递增活度的平方递增活度的平方递增活度的平方递增v多重符合多重符合多重符合多重符合西京医院核医学科西京医院核医学科真符合真符合西京医院核医学科西京医院核医学科散射符合散射符合1.散射符合降低了对比度，并带来统计噪声散射符合降低了对比度，并带来统计噪声2.数量取决于成像物体的体积和衰减特性以及相机的几何尺数量取决于成像物体的体积和衰减特性以及相机
8、的几何尺寸寸。散射符合也是真符合散射符合也是真符合只是改变了方向只是改变了方向西京医院核医学科西京医院核医学科随机符合随机符合随机符合的数量与该随机符合的数量与该LOR连接的两个探头所测的单个事连接的两个探头所测的单个事件的速率密切相关，随机符合率则大致按件的速率密切相关，随机符合率则大致按FOV中的活度的中的活度的平方递增。平方递增。西京医院核医学科西京医院核医学科真符合与其它符合真符合与其它符合A 真符合真符合B 随机符合随机符合C 散射符合散射符合D 多点符合多点符合西京医院核医学科西京医院核医学科符合处理符合处理 v定时脉冲被传入一个能生成持续时间定时脉冲被传入一个能生成持续时间为为
9、的电子脉冲的门信号发生器，的电子脉冲的门信号发生器，称为称为系统的符合分辨时间。系统的符合分辨时间。v当两个输入同时发生时会生成一个脉当两个输入同时发生时会生成一个脉冲。这样如果在时间冲。这样如果在时间t t 在一个通道中生在一个通道中生成一个定时脉冲，而在另一个通道中在成一个定时脉冲，而在另一个通道中在时间时间t-t-和和t+t+之间也有一个定时脉之间也有一个定时脉冲，就会记录一个符合。冲，就会记录一个符合。v 值必须仔细选择。过小，将会丢失真值必须仔细选择。过小，将会丢失真符合。过大，会记录较多的随机符合符合。过大，会记录较多的随机符合。西京医院核医学科西京医院核医学科投影数据收集R RP
10、MTPMTCOINCIDENCE PROCESSINGDETECTOR RING ProcessingElectronics ProcessingElectronicsCoincidenceProcessorData Sorting,HistogramProjectionsPETPET数据重建数据重建西京医院核医学科西京医院核医学科DET 1DET 2Pulse ProcessingANDPulse ProcessingvEvents occurring anywhere on line between detectors contribute coincidence counts to de
11、tector pair.vRecorded counts are proportional to line integral of activity between the detectors.ProjectionsPETPET数据重建数据重建西京医院核医学科西京医院核医学科图像采集图像采集像素计数容量方式选取像素计数容量方式选取vWord：短半衰期核素，使用剂量较大时。：短半衰期核素，使用剂量较大时。vByte：使用剂量较低或采集时间较短时，全身检查时建议：使用剂量较低或采集时间较短时，全身检查时建议使用该选项。使用该选项。随机符合校正方式选取随机符合校正方式选取vRealtime Subt
12、ractionRealtime Subtraction（实时校正）：在数据写入磁盘之（实时校正）：在数据写入磁盘之前施行校正。前施行校正。vDelayed Event SubtractionDelayed Event Subtraction（延时校正）：所有数据写（延时校正）：所有数据写入磁盘后再施行校正。入磁盘后再施行校正。vRandoms from SinglesRandoms from Singles（单事件校正）：重建图像时利用（单事件校正）：重建图像时利用单事件方式进行随即校正。单事件方式进行随即校正。西京医院核医学科西京医院核医学科2D2D采集采集3D3D采集采集灵敏度灵敏度灵敏度
13、灵敏度:0.5%:0.5%:0.5%:0.5%灵敏度灵敏度灵敏度灵敏度 3.0%3.0%3.0%3.0%2D3D采集模式采集模式铅隔板铅隔板西京医院核医学科西京医院核医学科3D6*2D西京医院核医学科西京医院核医学科2D2D与与3D3D的床位重叠示意图的床位重叠示意图西京医院核医学科西京医院核医学科床位重叠误差示意图床位重叠误差示意图 床位重叠数值床位重叠数值偏小，导致每床偏小，导致每床位视野之间衔接位视野之间衔接不好，图像上可不好，图像上可以看到衔接处条以看到衔接处条状模糊伪影。状模糊伪影。条状伪影条状伪影西京医院核医学科西京医院核医学科26图像基本知识图像基本知识v像素（像素（pixel）
14、：构成影像的最小单位）：构成影像的最小单位。v图像分辨率（图像解析度图像分辨率（图像解析度）：一幅图像中的像素）：一幅图像中的像素个数个数。v平面扫描图像平面扫描图像v断层扫描图像断层扫描图像西京医院核医学科西京医院核医学科小矩阵，大像素小矩阵，大像素大矩阵，小像素大矩阵，小像素图像重建图像重建矩阵矩阵仪器横向视野仪器横向视野仪器横向视野仪器横向视野矩阵像素大小矩阵像素大小西京医院核医学科西京医院核医学科28PETPET的图像重建方法的图像重建方法v滤波反投影法滤波反投影法（filtered backprojection,FBP）适用于要求完整的投影数据，适用于完全角度的适用于要求完整的投影数
15、据，适用于完全角度的图像重建。图像重建。v迭代法：迭代法：不完全角度投影，计算时间长。不完全角度投影，计算时间长。西京医院核医学科西京医院核医学科29图像重建的基本原理图像重建的基本原理C1C2C3C451189782356不同方向的投影值不同方向的投影值不同方向的投影值不同方向的投影值重建后图像矩阵重建后图像矩阵重建后图像矩阵重建后图像矩阵西京医院核医学科西京医院核医学科图像重建图像重建v滤波反投影（滤波反投影（FBPFBP）主要种类：主要种类：ButterworthButterworth、SheppShepp、RampRamp、Hann GaussionHann Gaussion、Hamm
16、Hamm。西京医院核医学科西京医院核医学科重建方法：滤波反投影法重建方法：滤波反投影法(FBP)(FBP)任任意意函函数数f(x,y)f(x,y)沿沿任任意意方方向向平平行行投投影影，得得到到与与该该方方向向垂垂直直的的一一维维投投影影函函数数。此此投投影影函函数数的的傅傅立立叶叶变变换换，就就等等于于f(x,y)f(x,y)的的二二维维傅傅立立叶叶空空间间平平面面上上过过原原点点的的一一条条线线，并并且且这这条条线线与与一一维维投投影影函函数数同同方方向向 理论依据二维傅立叶分片定理西京医院核医学科西京医院核医学科图像重建图像重建v主要参数：截止频率。主要参数：截止频率。v主要过程与特点：主
17、要过程与特点：两次傅立叶转换两次傅立叶转换 主要滤主要滤掉图像中的高频部分掉图像中的高频部分 可分为高通滤波和低通滤可分为高通滤波和低通滤波波 小截止频率使图像平滑，大截止频率使图像小截止频率使图像平滑，大截止频率使图像锐化。锐化。西京医院核医学科西京医院核医学科图像重建参数选择图像重建参数选择滤波函数滤波函数西京医院核医学科西京医院核医学科滤波函数对重建图像的影响滤波函数对重建图像的影响西京医院核医学科西京医院核医学科滤波函数对重建图像的影响滤波函数对重建图像的影响西京医院核医学科西京医院核医学科图像重建图像重建v迭代法（迭代法（IterationIteration）主要种类：主要种类：OS
18、EMOSEM、Vue Vue PointPoint、TrueXTrueX、PSFPSF、AW-OSEMAW-OSEM。v主要参数：迭代次数，子集数目。主要参数：迭代次数，子集数目。v主要过程与特点：主要过程与特点：是一种逐步逼近方法是一种逐步逼近方法 子子集越大图像质量越好集越大图像质量越好 扩大一倍子集和增加一次扩大一倍子集和增加一次迭代次数效果相同迭代次数效果相同 迭代次数不是越多越好。迭代次数不是越多越好。西京医院核医学科西京医院核医学科37迭代法迭代法西京医院核医学科西京医院核医学科迭迭代代原原理理西京医院核医学科西京医院核医学科图像重建图像重建v迭代后滤波：目的是平滑重建图像。迭代后
19、滤波：目的是平滑重建图像。v平滑效果：取决于滤波种类和滤波函数核大小。平滑效果：取决于滤波种类和滤波函数核大小。v滤波函数核的常用单位是半高宽（滤波函数核的常用单位是半高宽（FWHMFWHM），），FWHMFWHM，图，图像趋向平滑；像趋向平滑；FWHMFWHM，图像趋向锐化。，图像趋向锐化。v某些情况可以不选用后滤波。某些情况可以不选用后滤波。后后滤滤波波滤波函数核滤波函数核西京医院核医学科西京医院核医学科图像重建参数选择图像重建参数选择迭代法迭代法西京医院核医学科西京医院核医学科12310152050100150迭迭代代次次数数对对图图像像的的影影响响西京医院核医学科西京医院核医学科FBP
20、EM305K29K10K西京医院核医学科西京医院核医学科43PET的原理利用了哪种带电粒子与物质的相互作用？v电离激发电离激发电离激发电离激发v散射散射散射散射v韧致辐射韧致辐射韧致辐射韧致辐射v湮没辐射湮没辐射湮没辐射湮没辐射思考题思考题1：西京医院核医学科西京医院核医学科44正电子发射计算机断层成像仪接收正电子发射计算机断层成像仪接收v正电子正电子正电子正电子v负电子负电子负电子负电子v单光子单光子单光子单光子v双光子双光子双光子双光子思考题思考题2：西京医院核医学科西京医院核医学科45PET最常用的放射性核素是vTcTcTcTc99m99m99m99mvF F F F18181818vI I I I131131131131vO O O O15151515思考题思考题3：西京医院核医学科西京医院核医学科46来自于一个湮灭事件的两个光子被符合探头探测到叫作:v真符合真符合v随机符合随机符合v散射符合散射符合v多重符合多重符合思考题思考题4：西京医院核医学科西京医院核医学科vPET的数据重建方法主要有哪几种，它们分别是什么？47思考题思考题5：西京医院核医学科西京医院核医学科v什么叫做电子准直，与物理准备相比它有什么优点？48思考题思考题6：核医学科核医学科