European Radiology :無需CT的全身PET智能衰減校正技術(shù)
近日,中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院勞特伯生物醫(yī)學(xué)成像研究中心胡戰(zhàn)利研究員團(tuán)隊(duì)與中山大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院以及上海聯(lián)影醫(yī)療公司合作,研發(fā)了一種無需CT的全身PET智能衰減校正技術(shù),有效降低了臨床 PET/CT檢查中多次CT掃描對于患者的輻射劑量,相關(guān)成果以“Learning CT-free attenuation-corrected total-body PET images through deep learning”為題發(fā)表在放射醫(yī)學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊European Radiology(IF=5.9)上。
PET/CT成像是一種特異性強(qiáng)、靈敏度高的臨床檢查技術(shù),被廣泛應(yīng)用于腫瘤、神經(jīng)類疾病和心腦血管等疾病的早期診斷和療效評估。衰減校正技術(shù)在PET/CT成像過程中至關(guān)重要,其能夠校正因 光子穿越人體組織造成的衰減效應(yīng),保證PET的定性和定量診斷精準(zhǔn)性。在PET/CT成像過程中,CT掃描為PET衰減校正提供了解剖定位的衰減校正圖( Map),使得CT成為了PET/CT掃描的主要輻射來源。尤其,在療效評估期間同一患者會(huì)多次進(jìn)行PET/CT 掃描,將同步累計(jì)遭受多次的CT輻射傷害。近年來,上海聯(lián)影公司推出的2米全景PET/CT (uEXPLORE) 設(shè)備可以從分子層面實(shí)時(shí)觀測人體全身生理和病理過程,并且可以顯著降低PET輻射劑量,2米全景PET/CT 設(shè)備的成功推出也使得全身CT的輻射負(fù)擔(dān)更加明顯。
研究團(tuán)隊(duì)立足于解決2米全景 PET/CT 設(shè)備的輻射劑量問題,研發(fā)了一種無需CT的全身PET智能衰減校正技術(shù)。臨床采集了112名人體全身掃描數(shù)據(jù),構(gòu)建Cycle-GAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)尋找NAC(未衰減)PET圖像和AC(衰減)PET圖像之間的映射關(guān)系;另外,考慮到人體不同解剖部位兼具一致性和特異性,身體解剖先驗(yàn)信息被引入網(wǎng)絡(luò)模型中增強(qiáng)約束(如圖1)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,提出方法生成的衰減校正PET圖像與真實(shí)衰減校正PET圖像非常接近,在不同的解剖部位中圖像質(zhì)量更好、對比度更佳。在量化分析中,平均PSNR和SSIM值分別為36.92?? 5.49 dB(p<0.01)和0.980?? 0.04(p<0.01),與未衰減PET圖像相比提高了20% 和35%(如圖2)。此外,在不同感興趣區(qū)域分析的Pearson相關(guān)系數(shù)均大于0.95(如圖3);比較多個(gè)不同低劑量掃描協(xié)議的結(jié)果,同樣驗(yàn)證了提出方法的有效性(如圖4)。
綜上,本研究有效解決了2米全景 PET/CT 成像過程中的衰減校正輻射劑量問題,期望未來能推廣到短軸PET/CT、PET/MR系統(tǒng)當(dāng)中,在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮重要的臨床和產(chǎn)業(yè)價(jià)值。
中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院碩士研究生李文博、副研究員黃振興為論文第一作者,胡戰(zhàn)利研究員為論文通訊作者。該研究得到了國自然數(shù)學(xué)天元重點(diǎn)專項(xiàng)、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重大科學(xué)儀器項(xiàng)目、廣東省卓越青年團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目、深圳醫(yī)科院原創(chuàng)探索項(xiàng)目、深圳市杰青項(xiàng)目/重點(diǎn)項(xiàng)目的資助。
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