一种呼吸运动门控校正方法中门控阈值的自动确定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种呼吸运动门控校正方法中门控阈值的自动确定方法，属于核医学 成像技术领域。
【背景技术】
[0002] 呼吸运动是导致PET/CT(PositronEmissionTomography/Computed Tomography)胸腹部诊断图像模糊的主要原因。为了减少呼吸运动对PET/CT图像质量的影 响，提高诊断的精确度，最近十几年内国内外学者深入研宄并提出了许多呼吸运动校正的 方法。
[0003] 在所有的呼吸运动校正方法中，门控方法是一种应用最为广泛的呼吸运动校正方 法。其原理是利用呼吸运动信号将呼吸运动周期划分为不同的时相，然后将相同呼吸时相 的扫描数据合并在一起，三维重建出相应图像的方法来降低呼吸运动对PET/CT胸腹部诊 断图像的影响。呼吸运动门控方法可分为基于外界辅助装置（hardware-driven)的门控方 法和基于原始数据（data-driven)的门控方法。
[0004] 基于外部辅助装置的门控方法是在PET扫描时通过添加外界辅助装置来监测病 人的一项或几项生理参数的变化值，从而估计出呼吸运动并进行门控校正。常用的外部 辅助门控装置有：压力传感器，如日本生产的压力传感器腰带（az_733v);实时位置监控系 统，如美国VarianMedicalSystems生产的RPM呼吸监控系统；肺活量计，如德国Siemens 生产的PMM肺活量计等。而基于原始数据的门控方法是通过分析PET扫描的原始数据与呼 吸运动的相关关系来进行呼吸运动门控。其方法有：系统灵敏度门控（GSG)的方法；区域正 弦图波动门控（SRF)方法；片段质心方法；外部放射性标记物结合的方法进行呼吸运动门 控方法，探测环真光子数呼吸运动门控方法。
[0005] 在门控的过程中，如何确定相同时相帧（即门控阈值）是一个重要的环节，它会影 响到最终门控的效果。在现有的呼吸运动门控校正中，门控阈值的确定为手动选取，且使用 此门控阈值进行呼吸运动门控数据的筛选。手动确定门控阈值方法有着一些局限性：主观 性强，不同的实验人员手动选取的门控阈值都不一样；操作复杂，实验人员需要观察完所有 帧的数据特征之后才能进行手动选取门控阈值；效率低下，对于每一次PET/CT扫描都需要 额外花费时间和精力来进行手动选取门控阈值；可靠性差，每一次手动选择的门控阈值不 一定是最佳的门控阈值，从而导致呼吸运动门控结果质量低下。
【发明内容】
[0006] 本发明提供了一种呼吸运动门控校正方法中门控阈值的自动确定方法，来克服上 述现有的手动确定门控阈值技术主观性强、操作复杂、效率低下、可靠性差的问题，本发明 是用各相邻帧的PET探测环真光子数的绝对误差值之间的斜率的相关关系来自动确定呼 吸运动门控校正的门控阈值的技术，可有效地减少PET图像的呼吸运动伪影，提高呼吸运 动门控校正的有效性，使肺肿瘤的形状、大小和位置接近静止状态。
[0007] 本发明呼吸运动门控校正方法中门控阈值的自动确定方法是这样实现的：首先获 取PET扫描结果为列表模型格式的数据；将这些数据按一个固定时间间隔划分为N帧；在 每帧的数据中，统计PET扫描器每个探测环的真光子数；在经过统计了探测环真光子数的 所有帧中，以门控参考帧为基准，计算出其他帧的探测环真光子数与参考帧的探测环真光 子数的绝对误差；对求出的绝对误差值进行分析，画绝对误差散点图；在绝对误差散点图 中，利用各相邻绝对误差值之间的斜率关系来寻找绝对误差分布图中的所有极小值点；然 后将所有的极小值进行降序排序，选择排在第一位的极小值作为门控阈值。
[0008] 所述呼吸运动门控校正方法中门控阈值的自动确定方法的具体步骤如下：
[0009] A、首先获取PET扫描结果为列表模型格式的数据；当病人进行胸腹部PET扫描检 查，把扫描的结果以列表模型数据输出；
[0010] B、将这些PET扫描结果的原始数据按一个固定时间间隔划分为N帧；
[0011] C、在每帧的数据中，统计PET扫描器每个探测环的真光子数；
[0012] D、在经过统计了探测环真光子数的所有帧中，以门控参考帧为基准，计算出其他 帧的探测环真光子数与参考帧的探测环真光子数的绝对误差；其中门控参考帧为在具体采 用的呼吸运动门控校正方法中所选取的参考帧；
[0013] E、对求出的绝对误差值进行分析，画绝对误差散点图；
[0014] F、在绝对误差散点图中，除第一个点和最后一个点外，分别求出每一个点与相邻 两个点之间的斜率（Kn，Ki2):
[0017] 式中，（XJi)为绝对误差散点图内的一个绝对误差值点，（XgYg)、（Xi+1Yi+1)均为 (XJi)点相邻的绝对误差值点，Kn为点(XJi)与其相邻点(XhYh)点的斜率，Ki2为点(XJi) 与其相邻点（Xi+1Yi+1)点的斜率；
[0018] G、寻找绝对误差散点图中所有极小值点；首先对绝对误差散点图中每一个点的斜 率（Kn，Ki2)进行分析，选取满足条件M、于零且Ki2大于零的点为极小值点；
[0019] H、门控阈值的确定；将所有的极小值进行降序排序，排在第一位的极小值为门控 阈值。
[0020] 所述步骤B中，固定时间间隔选取200ms，N=PET扫描时间/200ms，N为正整数， 如不为整数，则向零方向取整得到。
[0021] 所述步骤D中，具体的选择第7帧为参考帧，用第7帧分别与其他统计了探测环真 光子数的所有帧的探测环真光子数进行比较，得出其他帧的探测环真光子数与第7帧的探 测环真光子数的绝对误差：
[0023] 式中，M为在经过统计了探测环真光子数的帧的编号，I为PET扫描器的探测环编 号，EVENT(M，I)为在经过统计了探测环真光子数的第M帧第I环的真光子数，EVENT(7,I) 为在经过统计了探测环真光子数的第7帧第I探测环真光子数。
[0024] 所述步骤G中，极小值点的确定：在图4中，（XA)为一个极小值点，XgaiO^、 Y^YjPY'Yi+i，所以由公式（1) (2)可得出：Kn〈0、Ki2>0。因此，可通过判断每一个绝对误 差值点的M、于零且Ki2大于零的条件来寻找绝对误差分布散点图中的所有极小值点。
[0025] 本发明的原理为：
[0026] 在呼吸运动门控校正的过程中，如何确定相同时相帧（即门控阈值）是一个重要 的环节，它会影响到最终门控的效果。在相同时相帧中，参考帧的探测环真光子数分布与其 相似帧的探测环真光子数分布相似或相差不大，即参考帧的探测环真光子数与其相似帧的 探测环真光子数的绝对误差值比较小。绝对误差值较小是一个模糊的定义，所以，需要将将 所有帧的绝对误差值导出并画绝对误差散点图，然后在绝对误差散点图中找出所有的极小 值点，即绝对误差值较小的点。为了筛选出所有绝对误差值较小的点，可将所有的极小值进 行降序排序，选择排在第一位的极小值为门控阈值，然后将绝对误差值小于门控阈值的所 有点选取出来。这样就实现了呼吸运动门控校正的相同时相帧的筛选。
[0027] 在绝对误差散点图中找出所有的极小值点，主要是利用每一个绝对误差值点（除 第一个点和最后一个点外）与其相邻点之间的斜率关系来寻找