一种心肌SPECT/CT装置及图像重建方法

本发明涉及spect(单光子发射计算机断层扫描成像)设备领域，特别是涉及一种心肌spect/ct(单光子发射计算机断层扫描成像/计算机断层扫描)装置及图像重建方法。

背景技术：

1、spect(single photon emission computed tomography，单光子发射计算机断层扫描成像)是一种发射断层成像技术，其工作过程为：向人体注射带有放射性的易被目标器官和组织吸收的示踪剂，探测器接收示踪剂中放射性物质衰变发射出的射线并转化为电信号，最后基于探测结果完成图像重建的工作。由于探测器获取的光子来自注射入体内的放射性物质，为避免损害人类心脏，在注射剂量上有安全阈值，导致低信噪比，在使用spect设备进行成像时，由于光子从穿过人体组织到被探测器接收的过程中会衰减，图像重建时需要进行衰减补偿。心肌spect由于roi(region of interest，感兴趣的区域)仅限于心脏部位，单个探测器的fov(field of view，视场)不需要覆盖整个人体，因此心肌spect往往设计成小型坐式spect，并由多个fov覆盖roi的探测器共同对目标进行并行采样。由于心肌spect采用的探测器fov只覆盖roi，在缺少身体结构信息的情况下，探测器与roi的校准可能存在误差，导致成像结果也存在误差，因此迫切需要一个在小型心肌spect上集成ct的系统，通过ct向spect提供先验信息和衰减映射矩阵来提高成像质量。

2、现有技术cn103815925a-一种多模态同态等时医学影像成像系统及其成像方法，该技术将x射线计算机断层成像x-ray ct装置、正电子发射断层成像pet装置和单光子发射断层成像spect装置设置在同一个旋转装置上，共用一个扫描床系统和同一扫描区域，对于同一个采样角度，三个模态分时扫描，旋转一周后实现多模态的同态等时成像，有利于不同影像设备的优势互补，但是该系统装置较为复杂庞大，不适合应用于心肌扫描领域。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种在小型心肌spect上集成ct的装置，使ct采样为spect采样提供先验信息，解决了小型心肌spect因缺少身体结构判定而导致spect探测器与roi校准时出现误差的问题，并在此基础上改进ct图像重建和spect图像重建方法，进一步提升图像的清晰度。

2、技术方案：在小型坐式心肌spect上集成ct的装置，以及基于该装置的图像重建方法。

3、所述spect装置后方设有ct探测器，spect装置前设有与ct探测器对应的线光源，spect装置包括若干spect探测器，spect探测器用于把接收到的光信号转换为电信号。

4、所述spect探测器上安装有狭板准直器，狭板准直器由板条组成并设有狭缝，狭板准直器用于对来自不同方向的射线进行筛选。

5、ct探测器采样过程：开启线光源，人体在座椅的带动下自转，位于spect探测器后方的ct探测器接收穿过人体的不同角度的光线；为保证不遮挡ct探测器接收光线，在ct采样开始前spect探测器需沿着spect椭圆形采样轨道向两侧移动，移动的程度即为保证spect探测器不阻挡线光源穿过人体的所有光线。

6、spect探测器采样过程：ct采样完成后，八个spect探测器沿着椭圆形采样轨道回到指定采样位置，回到指定采样位置的spect探测器向同一方向移动，每个spect探测器采集八个样本，八个spect探测器同时采样，共产生64组投影。

7、ct探测器辅助spect探测器定位，ct探测器为spect探测器提供先验信息，该先验信息包括身体轮廓信息和roi信息，通过身体轮廓信息和roi信息可以实现spect探测器对采样区域的精准定位。

8、ct图像重建采用滤波反投影算法，滤波反投影算法是ct断层成像中最常用的算法之一，通过对傅里叶空间进行加权校正，使得低频区域和高频区域密度比较均匀从而避免重建图像存在伪影的缺陷。

9、射线穿过单一且均匀的物质时，射线强度将降低，且降低的规律满足lambert-beer定律，其公式为：

10、i＝i0e-μl

11、其中i0是射线的原强度，μ是射线穿过的材料的线性衰减系数，l是射线穿过的组织强度。

12、spect重建过程中，人体组织会吸收部分光子导致接收到的光子数量减少，需要进行衰减补偿。基于ct重建结果可以获得衰减映射图，衰减映射图对系统响应矩阵的修正公式为：

13、

14、其中aij是校正后的系统响应矩阵，l表示从光子从像素i到探测器j的路径经过的像素边界的集合。dik是光子从探测器i到达像素k的距离，μk是像素k的衰减因子。

15、spect图像重建采用有序子集期望似然算法，公式为：

16、

17、其中是第n+1th次迭代重建图像的第j个元素，同样的是第nth次迭代重建图像的第j个元素。i为投影序号。yi为第i个投影值，aij为衰减补偿后的传输矩阵，ηk为松弛因子，用以控制迭代的步长。st(k)表示第k个子集，st为划分后各个子集的集合。

18、由于采样过程中所有探测器始终对准roi，roi区域分辨率大多数情况下都大于非roi，所以采用有序子集期望似然算法进行spect图像重建时，其迭代过程分为三个部分：

19、部分1：在迭代的过程中始终将非roi区域置为身体平均密度；

20、部分2：开始全局重建；

21、部分3：在重建的过程中添加加权均值滤波器。

22、为验证本发明的图像重建质量，本发明通过一个体模进行仿真。外面的大椭圆象征人的身体，该椭圆长轴半径为200mm，短轴半径为140mm，密度为30％；内部的小椭圆象征人的肝脏，该椭圆长轴半径为45mm，短轴半径为29mm，旋转角度为41°；内部的圆形代表着人体的心脏，该圆形的半径为60mm，白色轮廓厚度为10mm，其密度为100％，白色轮廓内的区域密度为30％；在大圆的中间有四组密度为100％的圆点，每组圆点的半径分别为3mm，5mm，7mm，9mm，点和点之间的距离为其半径和，点的清晰程度将侧面反应图像的清晰度。

23、本发明提出了一套新的评估指标，包括归一化均方距离、归一化平均绝对距离、最坏情况准则距离。

24、归一化均方距离：

25、

26、归一化平均绝对距离：

27、

28、最坏情况准则距离：

29、

30、

31、

32、在上面的式子中，t是原图像，r是重建图像，i、j代表图像下标，图像大小为m×n,tavg代表原图像所有像素的平均值。nmsd表示重建图像所有像素与原图的偏差程度，naad表示重建图像与原图像的绝对偏差，wccd表示重建图像中与原图像最大误差的大小。

33、本发明具有如下有益效果：在小型坐式心肌spect上集成了ct探测器装置，ct探测器为spect探测器提供先验信息，该先验信息辅助spect探测器定位，使spect探测器无论怎样移动其fov始终覆盖且仅覆盖roi,解决了传统小型坐式心肌spect因缺乏身体结构信息导致定位不准的痛点；在此基础上，通过ct图像重建得到衰减映射图对系统响应矩阵进行修正，从而提高spect图像重建质量。