利中稀疏 变换采用图像梯度的范数即全变差（TV)来衡量：
[0033] 其中，离散化的二维图像XGRMxw，Xi为像素值。
[0034] 将先验图像通过高斯滤波处理后引入到上述TV最小化过程：
[00对 min化）使得Ax=y做
[0036] f^=aII1]) (x-xp)I11+ (I-a)III])XI11 (4)
[0037] 式中a为[0, 1]，用于控制分配给先验图像项的相对权重；4为稀疏变换矩阵。
[0038] 将上述优化过程转化成无约束最小化问题= ./，其中目标函数：
[0040] 式中D=diag{di，d2…dj为对角矩阵，对角线上的元素为实际探测器单元测量到 的光子数；A为数据相容性参数。
[0041] 上述目标函数（公式5)梯度存在，可利用最速下降法（SD)、共辆梯度法（CG)或可 分离抛物替代法（SP巧求解上述最小化问题，W有效提高图像重建的速度。
[0042] 下面通过两个实施例分别介绍膜腺内窥式PET成像和前列腺内窥式PET成像。 阳0创实施例1 :膜腺内窥式阳T成像
[0044] 首先从CT/MRI等成像设备读入患者胃部充盈状态下的胸腹部断层图像序列，根 据患者膜腺的位置规划腔内丫射线探测器在胃内的置入位姿、体外丫射线探测器的位姿、 W及两者做相对旋转运动的旋转轴、旋转中屯、、旋转角度，腔内丫射线探测器和体外丫射 线探测器尽可能靠近膜腺，两探测器之间的距离尽可能短，然后按照如下步骤进行： W45] 1)使患者胃部充盈，利用内窥镜将腔内丫射线探测器置入患者胃内事先规划的 位置，并进行姿态调整，腔内T射线探测器位姿通过腔内位姿传感器获得，并由腔内控制 模块进行调整；
[0046] 2)体外控制模块操控机器臂上的体外丫射线探测器置于事先规划的位置，并进 行姿态调整，并由体外控制模块进行调整；
[0047] 3)腔内丫射线探测器和体外丫射线探测器做相对旋转运动同时采集正电子煙灭 产生的一对丫光子，相应的信号处理模块对采集的信号进行处理，并发送到体外丫射线事 件处理单元，该单元对丫事件进行分析判别，记录真符合丫事件，剔除假符合丫事件。
[0048] 4)PET图像重建单元根据丫射线事件处理单元获得的真符合丫事件，利用先验图 像约束压缩感知重建算法对探测目标区域进行图像重建与显示。 W例实施例2 :前列腺内窥式阳T成像
[0050] 首先从CT/MRI等成像设备读入患者腹部的断层图像序列，根据患者前列腺的位 置规划腔内射线探测器在直肠内的置入位姿、体外探测器的位姿、W及两者做相对旋转运 动的旋转轴、旋转中屯、、旋转角度，然后按照如下步骤进行：
[0051] 1)利用内窥镜系统将腔内丫射线探测器置入患者直肠内事先规划的位置，并进 行姿态调整，腔内T射线探测器位姿通过腔内位姿传感器获得，并由腔内控制模块进行调 整；
[0052] 2)体外控制模块操控机器臂上的体外丫射线探测器使其置于事先规划的位置， 并进行姿态调整，并由体外控制模块进行调整；
[0053] 3)腔内丫射线探测器和体外丫射线探测器做相对旋转运动，同时采集正电子煙 灭产生的一对丫光子，相应的信号处理模块对采集的信号进行处理，并发送到体外丫射线 事件处理单元，该单元对丫事件进行分析判别，记录真符合丫事件，剔除假符合丫事件。
[0054] 4)PET图像重建单元根据丫射线事件处理单元获得的真符合丫事件，利用先验图 像约束压缩感知重建算法对探测目标区域进行图像重建与显示。
[0055] 本发明内窥式PET成像系统将丫射线探测器分别置于腔内和体外，对膜腺和前列 腺进行成像，可有效地减少相邻放射性核素强吸收器官对小体积成像目标的严重干扰，提 高了图像的信噪比和质量，同时运种方案有效减少了两侧探头之间的距离，从而提高了图 像的空间分辨率，采用先验图像约束压缩感知的方法可有效抑制图像噪声、提高图像重建 的速度和质量，从而为膜腺癌和前列腺癌的早期精确诊断提供有效的手段，具有重要的临 床应用价值。
[0056]W上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可W作出若干改进，运些改进也应视为本发明的 保护范围。
【主权项】
1. 一种内窥式PET成像系统，由人体腔内探测与控制单元、体外探测与控制单元、γ射 线事件处理单元及PET图像重建模单元构成，其特征在于：所述腔内探测与控制单元由腔 内γ射线探测器、腔内探测器信号处理模块及腔内控制模块构成；所述体外探测与控制单 元由体外γ射线探测器、体外探测器信号处理模块及体外控制模块构成；所述腔内γ射线 探测器和体外γ射线探测器绕探测目标做相对旋转运动，探测体内放射性核素正电子湮 灭产生的一对方向相反能量相同的γ光子；所述γ射线事件处理单元对腔内γ射线探测 器和体外γ射线探测器探测到的γ光子事件进行分析判别，记录真符合事件，剔除假符合 事件；所述pet图像重建模单元根据γ射线事件处理单元获得的真符合事件，利用先验图 像约束压缩感知重建算法对探测目标区域进行图像重建与显示。2. 如权利要求1所述的内窥式PET成像系统，其特征在于：所述腔内γ射线探测器为 多排探测器，腔内控制模块包含可实时获取腔内γ射线探测器位姿的位姿传感器，并根据 需要对腔内γ射线探测器位姿进行调整，所述腔内控制模块由执行器和控制电路构成，腔 内探测器信号处理模块将腔内γ射线探测器获取的信号进行处理并传送到体外γ射线事 件处理单元。3. 如权利要求2所述的内窥式PET成像系统，其特征在于：所述腔内探测与控制单元 安装在内窥镜插管远端中，利用内窥镜将腔内探测与控制单元送达腔内指定位置。4. 如权利要求3所述的内窥式PET成像系统，其特征在于：所述体外γ射线探测器为 多排探测器，体外γ射线探测器悬挂在机器臂上，体外控制模块利用机器臂对体外γ射线 探测器位姿进行调整，所述体外控制模块由执行器和控制电路构成，体外探测器信号处理 模块将体外γ射线探测器获取的信号进行处理并传送到体外γ射线事件处理单元。5. 如权利要求4所述的内窥式PET成像系统，其特征在于：所述腔内γ射线探测器的 体积小于体外γ射线探测器的体积。6. 如权利要求5所述的内窥式PET成像系统，其特征在于：所述腔内γ射线探测器的 探测单元数小于体外γ射线探测器的探测单元数。7. -种内窥式PET成像系统的成像方法，其特征在于：首先从医疗成像设备读入患者 胃部或者腹部的断层解剖图像序列，根据患者胰腺或者前列腺的位姿规划腔内γ射线探 测器在胃内或者直肠内的置入位姿、体外γ射线探测器的位姿、以及两者做相对旋转运动 的旋转轴、旋转中心、旋转角度，然后按照如下步骤进行： 1) 利用内窥镜将腔内γ射线探测器置入患者胃内或者直肠内事先规划的位置，并进 行姿态调整，腔内γ射线探测器位姿通过腔内位姿传感器获得，并由腔内控制模块进行调 整； 2) 体外控制模块操控机器臂上的体外γ射线探测器置于事先规划的位置，并进行姿 态调整，并由体外控制模块进行调整； 3) 腔内γ射线探测器和体外γ射线探测器做相对旋转运动同时采集正电子湮灭产生 的一对γ光子，相应的信号处理模块对采集的信号进行处理，并发送到体外γ射线事件处 理单元，该单元对γ事件进行分析判别，记录真符合γ事件，剔除假符合γ事件； 4)PET图像重建单元根据γ射线事件处理单元获得的真符合γ事件，利用先验图像约 束压缩感知重建算法对探测目标区域进行图像重建与显示。
【专利摘要】本发明公开一种内窥式PET成像系统与方法，由人体腔内探测与控制单元、体外探测与控制单元、γ射线事件处理单元及PET图像重建单元构成。腔内探测与控制单元由人体腔内γ射线探测器、腔内探测器信号处理模块、腔内控制模块构成。腔内探测与控制单元可安装于电子内窥镜镜体末端，腔内控制模块用来测量和控制探头的位姿，腔内探测器信号处理模块将腔内γ射线探测器获取的信号进行处理并传输到γ射线事件处理单元；体外探测与控制单元由体外γ射线探测器、体外探测器信号处理模块、体外控制模块构成。体外控制模块通过机器臂来控制体外γ射线探测器的位姿，体外探测器信号处理模块将体外γ射线探测器获取的信号进行处理并传输到γ射线事件处理单元。
【IPC分类】A61B6/03
【公开号】CN105342634
【申请号】CN201510766030
【发明人】周正东, 周红
【申请人】南京航空航天大学
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年11月10日