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研究生: 張家綺
Chia-Chi Chang
論文名稱: 利用動態掃描降低正子發射斷層影像中呼吸所產生的假影
Respiratory Motion Artifacts Reduction in PET image via Dynamic Scan
指導教授: 莊克士
Keh-Shih Chuang
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 原子科學院 - 生醫工程與環境科學系
Department of Biomedical Engineering and Environmental Sciences
論文出版年: 2005
畢業學年度: 93
語文別: 中文
論文頁數: 81
中文關鍵詞: 呼吸正子發射斷層掃描影像
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  • 自民國七十一年以來,癌症即為國人十大死亡原因之首,近幾年來肺癌更成為國人罹癌症死亡的主要因素。正子發射斷層掃瞄(PET)可以偵測腫瘤細胞代謝葡萄糖的狀況,協助腫瘤的診斷與分期。應用正子發射斷層掃瞄影像中的半量化參數standard uptake value (SUV),可作為分辨腫瘤惡性程度的指標,減少施行侵入性檢查的必要。
    由於良好的正子發射斷層掃瞄影像須耗費數分鐘的時間收集訊號,期間呼吸可能會引起肺部腫瘤移動而產生含有腫瘤移動軌跡的模糊影像。受到呼吸的效應影響,影像中的腫瘤體積變大、腫瘤形狀改變且腫瘤活度分佈也產生變化,進而影響SUV值計算的結果。
    本實驗採用動態掃瞄方式造影,配合使用呼吸偵測器分別對點射源及臨床病患進行測試。在點射源的試驗中,以呼吸偵測器所得到的呼吸振幅、正旋圖投影影像中射源移動軌跡與正旋圖投影影像彼此的相關性等三種方式對所取得的所有正旋圖進行分組;在臨床試驗方面,則僅採用呼吸偵測器所反應的呼吸振幅對正旋圖進行分組。
    結果顯示動態描掃依照呼吸振幅、正旋圖中射源移動軌跡、正旋圖間相關性等三種方式進行分組都將減少呼吸所產的假影,在點射源實驗中經過呼吸修正與未經過修正的腫瘤體積差異(volume reduction factor, VRF)最大為57.87%,而最大活度密度差異(maximum activity concentration recovery factor, MACRF)為110.3%;對於臨床病患的試驗,VRF最大為18.66%,MACRF最大為6.6%。
    本實驗使用三種不同的方式降低呼吸所造成的影響,經過呼吸校正的影像將有助於提升正子發射斷層掃瞄影像量化分析的準確度、提高診斷正確性及訂定放射治療計畫中的靶體積與腫瘤劑量。


    From 1982, cancer has been the main cause of people death in Taiwan, and lung cancer has been the leading cause of cancer death in recent years. PET provides the glucose metabolic function of tumor cells, helps to cancer diagnosis and staging. By using the semi-quantitative parameter “standard uptake value” in PET images as the index of tumor malignancy could reduce the necessity of invasive exam. Unfortunately, forming a PET image needs to take several minutes to accumulate enough signals. During the acquisition time, tumor motion could be caused by breathing; therefore, the image may become blurred with tumor trajectory. This respiratory effect could enlarge the tumor volume, change the tumor shape and the tumor activity distribution, and finally underestimate the SUV value. The aim of this study is to reduce the respiratory effect on PET images. This study uses the dynamic scan to acquire PET images, and the respiratory detector to acquire the respiratory amplitudes. In the study of point source, there are tree methods to divide the sinograms into subgroups: the respiratory amplitudes, the point source trajectory in sinograms, and the correlations between sinograms. In clinical trial, only uses the respiratory amplitudes to divide sinograms. The results show that, in point source trial, the tumor volume reduction factor (VRF) is up to 57.87%, and the maximum activity concentration recovery factor (MACRF) is up to 110.3%. For the clinical trials, the VRF is up to 18.66%, and the MACRF is up to 6.6%. This study uses tree different methods to reduce the respiratory artifacts on PET images. Images with respiratory correction will improve the accuracy on image quantitative analysis and accurately diagnose the disease. Furthermore, it provides an accurate target volume for radiotherapy and helps to modulate the tumor dose.

    目 錄 中文摘要 Ⅰ 英文摘要 Ⅱ 誌謝 Ⅲ 目錄 Ⅳ 圖目錄 Ⅶ 表目錄 Ⅹ 第一章 緒論 1 第一節 前言 1 1. 背景介紹 1 2. 肺癌的分類與治療 3 3. 肺癌的影像診斷 4 第二節 實驗動機與目的 9 1. 實驗動機 9 2. 實驗目的 10 第三節 論文架構 11 第二章 文獻回顧 12 第一節 正子發射斷層掃瞄於肺癌上的應用 12 1. 正子發射斷層掃瞄對肺部單一結節的診斷 13 2. 正子發射斷層掃瞄於肺癌分期的應用 14 第二節 呼吸所引起的器官移動 18 第三節 修正正子發射斷層掃瞄影像中呼吸假影的方法 19 1. 呼吸偵測器 19 2. 修正影像呼吸假影的方法 20 第三章 研究材料與方法 24 第一節 實驗儀器與設備 24 1. 呼吸偵測器 24 2. 正子發射斷層掃瞄機 26 第二節 實驗方法 27 1. 點射源試驗 27 2. 臨床病患試驗 28 第三節 資料處理與分析方法 30 1. 資料處理 30 2. 資料分析 33 第四章 研究結果 36 第一節 點射源試驗 36 1. 點射源的正旋圖 36 2. 點射源重組後的影像 45 3. 點射源影像修正的結果 49 第二節 臨床病患試驗 52 1. 體積變化與VRF 53 2. 最大活度密度變化與MACRF 53 第五章 討論 55 第一節 實驗步驟 55 1. 正子發射斷層掃瞄機的硬體限制 55 2. 呼吸偵測器的硬體限制 57 3. 呼吸偵測器與正子斷層機掃瞄的同步化 57 第二節 實驗結果 58 1. 點射源 58 2. 臨床試驗 60 第三節 實驗修正 60 第六章 結論 62 參考文獻 63 附錄A 67 附錄B 71 圖 目 錄 圖1.1台灣地區歷年男性每十萬人口死率 2 圖1.2台灣地區歷年女性每十萬人口死率 2 圖1.3 FDG於體內代謝圖 6 圖2.1靈敏度與特異性示意圖 12 圖2.2 RPM系統 21 圖3.1 呼吸偵測器電極片黏貼方式 25 圖3.2 呼吸偵測器的操作介面 26 圖3.3 呼吸偵測器顯示介面 26 圖3.4 點射源 28 圖3.5 控制呼吸實驗設置 28 圖3.6 呼吸偵測器資料示意圖 32 圖4.1(a)點射源控制呼吸實驗以呼吸振幅方式分三組其正旋圖第70個取 樣角度投影影像的剖面圖 37 圖4.1(b)點射源控制呼吸實驗以呼吸振幅方式分三組其正旋圖第64個取 樣角度投影影像的剖面圖 38 圖4.2點射源控制呼吸實驗以呼吸振幅方式分四組其正旋圖第70個取樣 角度投影影像的剖面圖 38 圖4.3點射源控制呼吸實驗以射源軌跡方式分組其正旋圖第70個取樣 角度投影影像的剖面圖 39 圖4.4點射源控制呼吸實驗以標準範本方式分組其正旋圖第70個取樣 角度投影影像的剖面圖 40 圖4.5點射源自由呼吸實驗以呼吸振幅方式分三組其正旋圖第70個取樣 角度投影影像的剖面圖 42 圖4.6點射源自由呼吸實驗以呼吸振幅方式分四組其正旋圖第70個取樣 角度投影影像的剖面圖 42 圖4.7點射源自由呼吸實驗以射源軌跡方式分組其正旋圖第70個取樣 角度投影影像的剖面圖 43 圖4.8點射源自由呼吸實驗以標準範本方式分組其正旋圖第70個取樣 角度投影影像的剖面圖 44 圖4.9點射源控制呼吸實驗以呼吸振幅方式分組的影像 46 圖4.10點射源控制呼吸實驗以射源軌跡方式分組的影像 46 圖4.11點射源控制呼吸實驗以標準範本方式分組的影像 47 圖4.12點射源自由呼吸實驗以呼吸振幅方式分組的影像 48 圖4.13點射源自由呼吸實驗以射源軌跡方式分組的影像 48 圖4.14點射源自由呼吸實驗以標準範本方式分組的影像 49 圖4.15點射源控制呼吸實驗體積變化圖 50 圖4.16點射源控制呼吸實驗VRF變化圖 50 圖4.17點射源控制呼吸實驗MAC變化圖 50 圖4.18點射源控制呼吸實驗MACRF變化圖 51 圖4.19點射源自由呼吸實驗體積變化圖 51 圖4.20點射源自由呼吸實驗VRF變化圖 51 圖4.21點射源自由呼吸實驗MAC變化圖 52 圖4.22點射源自由呼吸實驗MACRF變化圖 52 圖A.1正旋圖中d,φ示意圖 67 圖A.2 正子發射斷層掃瞄照野示意圖 68 圖A.3 正旋圖中取樣角度示意圖 68 圖A.4 正旋圖轉換成影像示意圖 69 圖B.1Matrix file資料結構示意圖 73 表 目 錄 表2.1 肺癌腫瘤分期 16 表2.1 肺癌腫瘤的TNM分期 17 表3.1 Ecat HR+ 硬體基本資料 27 表3.2 受試者基本資料 29 表4.1 臨床病患試驗體積變化 53 表4.2 臨床病患試驗VRF變化 53 表4.3 臨床病患試驗MAC變化 53 表4.4 臨床病患試驗MACRF變化 54 表B.1 Directory list記錄方式 71 表B.1 directory list記錄內容 72 表B.3 Ecat HR+檔頭資料 74 表B.4 Ecat HR+ scan filess副檔頭資料 77 表B.5 Ecat HR+ image file副檔頭資料 79

    第七章 參考文獻
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