本發(fā)明涉及pet圖像配準(zhǔn)領(lǐng)域，尤其涉及基于ct引導(dǎo)的老年腦pet圖像空間標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)、方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描(positron?emission?tomography，pet)是一種前沿的分子影像技術(shù)，它利用放射性同位素標(biāo)記的示蹤劑，能夠在活體內(nèi)可視化特定分子的分布，定量地反映生理和病理過程。pet技術(shù)在老年群體常見的腦部疾病，如阿爾茨海默癥和帕金森病的科學(xué)研究和臨床診斷中發(fā)揮著重要作用。然而，現(xiàn)行的pet影像診斷主要依賴醫(yī)生的視覺評估，這不僅主觀性強(qiáng)，還容易引發(fā)漏診和誤診。

2、為了克服這些限制，自動化提取腦區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)攝取值(standardized?uptakevalue，suv)或標(biāo)準(zhǔn)攝取值比率(standardized?uptake?value?ratio，suvr)變得至關(guān)重要。這不僅有助于醫(yī)生進(jìn)行客觀診斷，減少對醫(yī)生主觀經(jīng)驗(yàn)的依賴，還能在科學(xué)研究中探究不同腦區(qū)的生理和病理變化。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵在于pet影像的空間標(biāo)準(zhǔn)化，即將個體影像配準(zhǔn)到標(biāo)準(zhǔn)腦模板空間。

3、目前，pet影像的空間標(biāo)準(zhǔn)化主要有兩種方法：腦結(jié)構(gòu)影像輔助的空間標(biāo)準(zhǔn)化和基于pet腦模板的空間標(biāo)準(zhǔn)化。其中腦結(jié)構(gòu)影像包括磁共振成像(magnetic?resonanceimaging,mri)結(jié)構(gòu)影像(如t1加權(quán)像和t2加權(quán)像)和計(jì)算機(jī)斷層掃描(computedtomography,ct)結(jié)構(gòu)影像。腦結(jié)構(gòu)影像輔助的方法通常分為三個步驟：首先，將個體pet圖像剛性配準(zhǔn)到個體的結(jié)構(gòu)腦圖像；其次，將個體結(jié)構(gòu)腦影像非線性配準(zhǔn)到標(biāo)準(zhǔn)腦結(jié)構(gòu)模板；最后，應(yīng)用由上一步產(chǎn)生的非線性形變場將pet圖像配準(zhǔn)到標(biāo)準(zhǔn)空間。而基于pet腦模板的方法則包括構(gòu)建特定群體的pet標(biāo)準(zhǔn)腦模板，然后將個體pet影像非線性配準(zhǔn)到模板。

4、高分辨率mri提供的精確大腦解剖結(jié)構(gòu)信息，被認(rèn)為是pet標(biāo)準(zhǔn)化的金標(biāo)準(zhǔn)。盡管基于pet腦模板的方法計(jì)算速度較快，但它需要構(gòu)建特定群體的pet標(biāo)準(zhǔn)腦模板，并且在處理變異性極大的pet圖像時(shí)，可能會產(chǎn)生較大的配準(zhǔn)誤差。另一方面，ct腦結(jié)構(gòu)影像輔助的pet標(biāo)準(zhǔn)化方法由于ct圖像對大腦解剖結(jié)構(gòu)的分辨率限制，通常需要進(jìn)一步優(yōu)化方法以接近mri的效果。

5、已有研究提出了基于低劑量ct的腦pet標(biāo)準(zhǔn)化方法(文獻(xiàn)來源：presotto,luca?etal.“l(fā)ow-dose?ct?for?the?spatial?normalization?of?pet?images:a?validationprocedure?for?amyloid-pet?semi-quantification.”neuroimage.clinical?vol.20153-160.19jul.2018,doi:10.1016/j.nicl.2018.07.013)。該方法遵循基于結(jié)構(gòu)的配準(zhǔn)方法的思路，通過尋找低劑量ct圖像到標(biāo)準(zhǔn)空間的最佳變換，從而實(shí)現(xiàn)與個體ct配準(zhǔn)的pet圖像的空間標(biāo)準(zhǔn)化。該方法通過“清理”程序和優(yōu)化的spm12(statistical?parametricmapping?12)分割算法，提高了低劑量ct圖像的標(biāo)準(zhǔn)化效果。具體而言，該方法先進(jìn)行“清理”程序，將所有低于-300hu的值設(shè)為-1024hu，以避免頭部外部的低密度結(jié)構(gòu)影響算法，經(jīng)過預(yù)處理的ct圖像加載到優(yōu)化后的spm12分割算法中。對spm12分割中優(yōu)化的參數(shù)有禁用偏場校正，對灰質(zhì)和白質(zhì)的高斯混合模型僅使用1個高斯分布；對于其他4類組織(腦脊液、骨骼、外部組織和空氣)則使用2個高斯分布,通過ct的組織分割生成空間標(biāo)準(zhǔn)化的形變場，并把該形變場運(yùn)用到與ct配準(zhǔn)的pet上，從而實(shí)現(xiàn)了pet的空間標(biāo)準(zhǔn)化。但這種方法在處理老年患者的pet圖像時(shí)，由于使用健康青年的組織概率圖(tissue?probability?map，tpm)，在面對腦萎縮明顯的老年患者時(shí)，可能會出現(xiàn)配準(zhǔn)精度下降的問題。此外，直接在個體空間的ct上進(jìn)行組織分割以獲取標(biāo)準(zhǔn)化形變場，也可能產(chǎn)生不穩(wěn)定的結(jié)果。

6、鑒于此，在pet/ct掃描系統(tǒng)中，對于只有低劑量ct結(jié)構(gòu)圖的老年腦患者，開發(fā)一種針對老年腦pet圖像的準(zhǔn)確且穩(wěn)定的空間標(biāo)準(zhǔn)化方法顯得尤為迫切。這種方法利用低劑量ct圖像，不僅避免了額外的mri掃描需求，還提高了標(biāo)準(zhǔn)化過程的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，對臨床實(shí)踐和科學(xué)研究均具有重要意義。

7、現(xiàn)有pet標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)存在若干局限性，這些局限性在臨床應(yīng)用中尤為明顯。首先，基于mri結(jié)構(gòu)腦影像的標(biāo)準(zhǔn)化方法要求患者在短時(shí)間內(nèi)接受額外的高質(zhì)量mri掃描。這不僅增加了患者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，而且由于在無pet/mri儀器情況下，pet與mri掃描通常不是在同一設(shè)備上進(jìn)行，這種非一體化掃描方式可能降低pet圖像與個體mri圖像配準(zhǔn)的精度，進(jìn)而影響標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果的可靠性。此外，臨床實(shí)踐中常遇到?jīng)]有匹配高分辨率mri圖像的pet圖像，這限制了使用mri結(jié)構(gòu)影像輔助的空間標(biāo)準(zhǔn)化流程。

8、而基于pet腦模板的標(biāo)準(zhǔn)化方法，需要具備特異的pet標(biāo)準(zhǔn)腦模板，這一過程需要收集大量同類探針的pet影像來構(gòu)建特定群體的pet腦模板，這一要求往往難以實(shí)現(xiàn)。此外由于不同疾病狀態(tài)下患者的同一探針的pet影像存在顯著不同，個體pet圖像與構(gòu)建的標(biāo)準(zhǔn)腦模板之間的可能會存在較大差異，這限制了該方法在空間標(biāo)準(zhǔn)化中的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

9、已有研究提出的低劑量ct輔助pet配準(zhǔn)方法，證明了低劑量ct也能輔助pet的空間標(biāo)準(zhǔn)化，但其仍有其局限性。特別是，該方法使用的是基于健康青年的組織概率圖(tpm)模板，這一模板空間與腦葉萎縮明顯的老年患者大腦結(jié)構(gòu)具有很大差異，容易導(dǎo)致配準(zhǔn)精度下降，并不適用于處理這類老年患者圖像。此外，直接在個體空間的ct圖像上進(jìn)行組織分割配準(zhǔn)的一步空間標(biāo)準(zhǔn)化方法，在算法迭代優(yōu)化尋找最佳配準(zhǔn)非線性形變場時(shí)，容易陷入局部最優(yōu)化情況，導(dǎo)致空間標(biāo)準(zhǔn)化的失敗，從而影響pet圖像標(biāo)準(zhǔn)化過程的一致性和可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于ct引導(dǎo)的老年腦pet圖像空間標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)及方法，本發(fā)明基于pet/ct掃描系統(tǒng)中獲取的同一床位獲得的低劑量ct腦結(jié)構(gòu)圖，實(shí)現(xiàn)對存在腦室擴(kuò)大，腦葉萎縮的老年腦pet圖像的準(zhǔn)確且穩(wěn)定的空間標(biāo)準(zhǔn)化。該技術(shù)不需要mri，因此對于pet/ct儀器上掃描獲取pet圖像，不需要再進(jìn)行mri的掃描來輔助標(biāo)注化。該技術(shù)也不需要構(gòu)建群體特異的pet腦模板，從而克服了小病例量的情況下構(gòu)建的pet腦模板特異性不夠的問題。該技術(shù)中使用的低劑量ct圖像在pet/ct掃描系統(tǒng)中可與pet圖像在同一床位下完成，確保了初始個體空間pet和ct圖像配準(zhǔn)的準(zhǔn)確性。通過采用改進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)化方法，本發(fā)明有效克服了ct圖像腦組織對比度不足導(dǎo)致的空間標(biāo)準(zhǔn)化精度和穩(wěn)定性問題。特別對于老年患者，本技術(shù)能夠適應(yīng)其腦室擴(kuò)大和腦葉萎縮的特殊情況，提供更為精準(zhǔn)和穩(wěn)定的pet圖像空間標(biāo)準(zhǔn)化解決方案。

2、總結(jié)來說，本發(fā)明旨在解決以下技術(shù)難題：

3、1.為存在腦室擴(kuò)大和腦葉萎縮的老年腦pet圖像，提供準(zhǔn)確且穩(wěn)定的空間標(biāo)準(zhǔn)化。

4、2.利用低劑量ct圖像引導(dǎo)pet圖像標(biāo)準(zhǔn)化，避免額外的mri掃描需求，減輕患者負(fù)擔(dān)。

5、3.克服在小病例量情況下基于pet標(biāo)準(zhǔn)腦模板方法的局限性，提供一種具有高普適性的pet空間標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)。

6、4.解決ct圖像腦組織對比度低導(dǎo)致的標(biāo)準(zhǔn)化過程中精度和穩(wěn)定性不足的問題，通過優(yōu)化的流程提升標(biāo)準(zhǔn)化的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

7、本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：第一方面，本發(fā)明提出了一種基于ct引導(dǎo)的老年腦pet圖像空間標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

8、pet/ct圖像采集及格式轉(zhuǎn)化模塊，用于采集老年患者配對的pet圖像和ct圖像，并進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換處理；

9、pet/ct預(yù)處理模塊，用于對格式轉(zhuǎn)換后的pet圖像和ct圖像進(jìn)行剛性變換預(yù)處理；

10、pet/ct圖像粗標(biāo)準(zhǔn)化模塊，用于通過非線性配準(zhǔn)優(yōu)化非線性形變場，應(yīng)用到已剛性變換的pet圖像和ct圖像，生成粗標(biāo)準(zhǔn)化的pet和ct圖像；

11、pet/ct圖像細(xì)標(biāo)準(zhǔn)化模塊，用于對粗配準(zhǔn)的ct圖像進(jìn)行組織分類，并與老年腦標(biāo)準(zhǔn)空間的組織概率圖對齊，更新體素分類概率，進(jìn)而優(yōu)化迭代非線性形變場，應(yīng)用到粗配準(zhǔn)的ct圖像和pet圖像上，生成細(xì)標(biāo)準(zhǔn)化的ct和pet圖像；

12、自動化suv提取模塊，用于對細(xì)標(biāo)準(zhǔn)化的pet圖像，采用miitra空間的腦圖譜，提取皮層及皮層下roi的suv值，用于后續(xù)的suvr計(jì)算及疾病診斷分析。

13、進(jìn)一步地，pet/ct圖像采集后轉(zhuǎn)換為nifti格式，并對pet數(shù)據(jù)逐體素計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化攝取值suv。

14、進(jìn)一步地，預(yù)處理過程包括pet圖像重采樣，以匹配ct圖像的體素分辨率，并對ct圖像和重采樣后的pet圖像進(jìn)行剛性變換。

15、進(jìn)一步地，pet/ct圖像粗標(biāo)準(zhǔn)化模塊使用old?normalize方法，將剛性變換后的ct圖像標(biāo)準(zhǔn)化到ct腦模板圖像上，進(jìn)一步進(jìn)行非線性配準(zhǔn)，通過優(yōu)化和正則化得到非線性形變場。

16、進(jìn)一步地，pet/ct圖像細(xì)標(biāo)準(zhǔn)化模塊采用混合高斯模型對粗配準(zhǔn)的ct圖像進(jìn)行組織分類，基于空間先驗(yàn)信息和ct圖像的分割概率更新體素分類概率，通過優(yōu)化和正則化迭代非線性形變場。

17、進(jìn)一步地，自動化suv提取模塊使用miitra空間的腦圖譜將細(xì)標(biāo)準(zhǔn)化的pet圖像分割為多個腦區(qū)，對每個腦區(qū)分別計(jì)算平均suv值。

18、第二方面，本發(fā)明還提供了一種基于ct引導(dǎo)的老年腦pet圖像空間標(biāo)準(zhǔn)化方法，該方法包括以下步驟：

19、(1)采集老年患者配對的pet圖像和ct圖像，并進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換處理；

20、(2)對格式轉(zhuǎn)換后的pet圖像和ct圖像進(jìn)行剛性變換預(yù)處理；

21、(3)通過非線性配準(zhǔn)優(yōu)化非線性形變場，應(yīng)用到已剛性變換的pet圖像和ct圖像，生成粗標(biāo)準(zhǔn)化的pet和ct圖像；

22、(4)對粗配準(zhǔn)的ct圖像進(jìn)行組織分類，并與老年腦標(biāo)準(zhǔn)空間的組織概率圖對齊，更新體素分類概率，進(jìn)而優(yōu)化迭代非線性形變場，應(yīng)用到粗配準(zhǔn)的ct圖像和pet圖像上，生成細(xì)標(biāo)準(zhǔn)化的ct和pet圖像；

23、(5)對細(xì)標(biāo)準(zhǔn)化的pet圖像，采用miitra空間的腦圖譜，提取皮層及皮層下roi的suv值，用于后續(xù)的suvr計(jì)算及疾病診斷分析。

24、第三方面，本發(fā)明還提供了一種基于ct引導(dǎo)的老年腦pet圖像空間標(biāo)準(zhǔn)化裝置，包括存儲器和一個或多個處理器，所述存儲器中存儲有可執(zhí)行代碼，所述處理器執(zhí)行所述可執(zhí)行代碼時(shí)，實(shí)現(xiàn)所述的一種基于ct引導(dǎo)的老年腦pet圖像空間標(biāo)準(zhǔn)化方法。

25、第四方面，本發(fā)明還提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有程序，所述程序被處理器執(zhí)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)所述的一種基于ct引導(dǎo)的老年腦pet圖像空間標(biāo)準(zhǔn)化方法。

26、第五方面，本發(fā)明還提供了一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)所述的一種基于ct引導(dǎo)的老年腦pet圖像空間標(biāo)準(zhǔn)化方法。

27、本發(fā)明的有益效果：

28、1)簡化掃描流程，減輕患者負(fù)擔(dān)：利用低劑量ct圖像引導(dǎo)pet圖像的標(biāo)準(zhǔn)化，避免了額外的mri掃描，簡化了掃描流程，減輕了患者的經(jīng)濟(jì)和身體負(fù)擔(dān)。2)提高標(biāo)準(zhǔn)化過程的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性：本發(fā)明通過優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)化方法，通過低劑量ct圖像引導(dǎo)提高配準(zhǔn)精度，克服了pet與mri非同一床位掃描導(dǎo)致的配準(zhǔn)精度問題，有效解決了因ct圖像腦組織對比度低導(dǎo)致的標(biāo)準(zhǔn)化過程中的精度和穩(wěn)定性問題，特別是在老年患者腦室擴(kuò)大和腦葉萎縮的情況下。

29、3)解決小樣本量問題：本發(fā)明避免了因小病例量而導(dǎo)致的pet標(biāo)準(zhǔn)腦模板特異性不足的問題，提供了一種在樣本量受限情況下依然有效的標(biāo)準(zhǔn)化方法。

30、4)適應(yīng)性強(qiáng)，適用于老年患者：本發(fā)明特別針對老年患者腦pet圖像的特點(diǎn)，無論各種類型腦pet探針，都能夠適用，而不局限于某一種探針，能夠適應(yīng)腦室擴(kuò)大和腦葉萎縮的特殊情況，提供更為精準(zhǔn)和穩(wěn)定的空間標(biāo)準(zhǔn)化解決方案。