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使用单张衰减图的衰减校正呼吸门控 PET/CT 中最大似然联合图像重建/运动估计。

Maximum-Likelihood Joint Image Reconstruction/Motion Estimation in Attenuation-Corrected Respiratory Gated PET/CT Using a Single Attenuation Map.

出版信息

IEEE Trans Med Imaging. 2016 Jan;35(1):217-28. doi: 10.1109/TMI.2015.2464156. Epub 2015 Aug 3.

DOI:10.1109/TMI.2015.2464156
PMID:26259017
Abstract

This work provides an insight into positron emission tomography (PET) joint image reconstruction/motion estimation (JRM) by maximization of the likelihood, where the probabilistic model accounts for warped attenuation. Our analysis shows that maximum-likelihood (ML) JRM returns the same reconstructed gates for any attenuation map (μ-map) that is a deformation of a given μ-map, regardless of its alignment with the PET gates. We derived a joint optimization algorithm accordingly, and applied it to simulated and patient gated PET data. We first evaluated the proposed algorithm on simulations of respiratory gated PET/CT data based on the XCAT phantom. Our results show that independently of which μ-map is used as input to JRM: (i) the warped μ-maps correspond to the gated μ-maps, (ii) JRM outperforms the traditional post-registration reconstruction and consolidation (PRRC) for hot lesion quantification and (iii) reconstructed gated PET images are similar to those obtained with gated μ-maps. This suggests that a breath-held μ-map can be used. We then applied JRM on patient data with a μ-map derived from a breath-held high resolution CT (HRCT), and compared the results with PRRC, where each reconstructed PET image was obtained with a corresponding cine-CT gated μ-map. Results show that JRM with breath-held HRCT achieves similar reconstruction to that using PRRC with cine-CT. This suggests a practical low-dose solution for implementation of motion-corrected respiratory gated PET/CT.

摘要

本研究通过似然最大化提供了正电子发射断层扫描 (PET) 联合图像重建/运动估计 (JRM) 的深入见解,其中概率模型考虑了变形衰减。我们的分析表明,最大似然 (ML) JRM 对于任何衰减图 (μ 图) 都会返回相同的重建门,无论其与 PET 门的对准情况如何,只要该 μ 图是给定 μ 图的变形。我们相应地推导出了一种联合优化算法,并将其应用于模拟和患者门控 PET 数据。我们首先基于 XCAT 体模评估了我们提出的用于呼吸门控 PET/CT 数据模拟的算法。我们的结果表明,无论将哪个 μ 图用作 JRM 的输入:(i) 变形的 μ 图对应于门控 μ 图,(ii) JRM 在热病变定量方面优于传统的后注册重建和整合 (PRRC),以及 (iii) 重建的门控 PET 图像与使用门控 μ 图获得的图像相似。这表明可以使用屏气的 μ 图。然后,我们将门控 JRM 应用于使用来自屏气高分辨率 CT (HRCT) 的 μ 图的患者数据,并将结果与 PRRC 进行比较,其中每个重建的 PET 图像都是使用相应的电影 CT 门控 μ 图获得的。结果表明,使用屏气 HRCT 的 JRM 可以实现与使用 cine-CT 的 PRRC 类似的重建。这表明对于实施运动校正的呼吸门控 PET/CT,可以采用一种实用的低剂量解决方案。

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