基于磁共振导航门控的PET/MRI腹部运动校正

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全世界每年都有数百万人遭受肺癌或肝癌的折磨,而对于中晚期癌症,治疗方案的选择有限且预后存活率不高,因此用于早期检出病灶、提供有效准确的病程分期以及根据影像结果对治疗方案提出指导性意见的医疗影像设备的研发显得尤为重要。一体化PET/MRI结合了能够分析病灶生理病理变化的功能影像设备正电子发射断层扫描仪(PET)和高分辨率多对比度、对软组织结构有很高特异性的磁共振成像技术(MRI)的优势,可以同时同地进行PET及MRI扫描,近年来已经逐步走向临床。但是,在胸腹部扫描成像中,呼吸运动带来的运动伪影和运动模糊等问题还亟待解决。  目的:降低或减轻PET和MRI图像中的呼吸运动伪影以提高诊断准确率。本文设计了一个实时监控呼吸运动的磁共振二维激发条形束导航序列,利用提取到的呼吸运动信息来校正运动模糊和伪影的方法。  方法:利用磁共振二维激发脉冲激发一个条形束,置于人体右上腹贯穿横膈肌位置,采用一维编码读出该信号线,对其做一维傅里叶变换即可得到磁共振导航图像,图像中的亮暗边缘标志着呼吸运动的变化,利用边缘检测算法即可提取出呼吸运动曲线。这一运动信息被用于前瞻式控制MRI采集,并在采集完成后回顾式处理PET数据。  结果:首先,对磁共振二维激发效果做了验证,得到与预期一致的激发形状;其次,修改采集方式,将磁共振二维激发条形束用于导航采集,验证其可以有效跟踪呼吸运动趋势;第三,使用边缘检测算法提取磁共振导航图像中的呼吸运动波形,通过对比根据这一波形测算出的呼吸周期和幅度,证明该方法准确有效地检测出了人体的呼吸运动;第四,在水模和人体上均进行了实验验证本文的运动校正方法。在水模实验中,定量测算了使用本文方法前后的磁共振图像的信噪比(SNR)和伪影-图像比(GIR)以及PET图像中病灶区域的信号半高宽(FWHM),证实该方法明显得提升了图像质量。人体实验中,使用MR图像的SNR和GIR值以及PET图像的标准摄入值(SUV)和目标-背景比值(TBR)作为定量分析指标,对本文方法做了分析评估,结果显示PET/MRI图像中的运动伪影和运动模糊均有减轻。  结论:本文提出、实现并评估了一种基于磁共振导航序列的PET/MRI腹部运动校正方法。基于水模和人体实验的定性及定量分析,本文方法可以有效监控呼吸运动,用于门控校正PET/MRI图像,大大减轻图像中的运动伪影,在无需其他外设和操作的情况下,提供一种简便有效的方式,提高诊断准确度。
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