基于低秩与稀疏矩阵分解的心肌灌注动态PET图像重建方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81501541
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    18.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H2708.医学图像数据处理、分析与可视化
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Myocardial perfusion PET imaging, as a non-invasive examination method for myocardial ischemia detection, can provide improved diagnostic accuracy, risk stratification and treatment decision and has distinct advantage compared to SPECT. It requires dynamic cardiac PET scans. However, with the increased temporal sample in dynamic PET imaging, the detected counts of single frame decrease and the quality of the associated image is commonly deteriorated, which will affect the accuracy and reliability of the quantitative analysis...The object of this proposal is to develop algorithms for low-rank plus sparse matrix decomposition based dynamic myocardial perfusion PET image reconstruction, mainly including: (1)The dynamic PET images were decomposed into background and dynamic components by low-rank plus sparse decomposition, and the specific low-rank and sparse constraints were provided to the PET image reconstruction model;(2)Considering the kinetic characteristic of myocardial perfusion imaging, the sparse representation of dynamic component was studied in different transform domain to optimize the sparse constraint; (3) The analysis and evaluation metrics of myocardial perfusion imaging were studied to optimize the reconstruction model and parameters to improve the quality of reconstructed image and provide accuracy and reliability evidence for the treatment of coronary heart disease.
PET心肌灌注显像(Myocardial Perfusion Imaging,MPI)作为一种检测心肌缺血的非侵入性检查手段,可以为冠心病的早期诊断、危险度分层与后期治疗决策提供可靠的依据,较SPECT具有显著优势。其显像过程需要对注入示踪剂的心脏进行动态数据采集,然而,随时间采样增加,单帧光子计数减少,重建图像质量严重退化,直接影响后续定量分析的准确性与可靠性。鉴于此,本项目拟开展基于低秩与稀疏矩阵分解的心肌灌注动态PET图像重建方法研究,主要包括: (1)基于低秩与稀疏矩阵分解,将动态PET图像分解为背景与动态成分,为动态PET图像重建模型构建特有的低秩与稀疏约束;(2) 结合心肌灌注显像的动力学特性,分析动态成分在不同变换域中的稀疏表达,以优化稀疏约束构建;(3)开展PET心肌灌注显像分析与评价研究,优化重建模型与参数,以期提高PET图像质量,为冠心病患者的治疗提供准确可靠的依据。

结项摘要

PET心肌灌注显像(Myocardial perfusion imaging,MPI)作为一种检测心肌缺血的无创性诊查手段,可以为冠心病的早期诊断、危险度分层与后期治疗决策提供可靠的依据。本项目基于低秩与稀疏矩阵分解的动态心肌灌注PET图像重建方法展开研究。研究内容主要包括以下几点:首先,实现了小动物PET的蒙特卡洛仿真平台构建及其性能评价,该系统可提供高度仿真PET数据,为后续图像重建与分析提供有效的验证条件;在此基础上,我们开发了基于低秩与稀疏分解的心肌灌注动态PET图像重建方法,并研究了在不同变换域中稀疏约束对重建图像质量的影响。通过Rb82仿真心肌灌注PET数据和临床病人数据的研究,验证了提出方法可以有效地增强重建PET图像了视觉效果和定量分析的准确性。开发了心肌灌注PET定量分析系统,并提出一种基于阿尔法散度的动态PET图像因子处理方法,为动态PET成像中血输入函数自动估计提供新的方法。上述方法与技术可以有效提升PET-MPI影像质量与定量分析的可靠性,有望为冠心病患者的治疗提供准确可靠的依据。该项目合计发表SCI论文11篇,包括医学影像领域的主流期刊《European Radiology》、《Molecular Imaging and Biology》、《Computer Methods and Programs in Biomedicine》,《Medical Physics》,《Physics in Medicine and Biology》,《IEEE Transactions on Biomedical Engineering》;获中国发明专利授权2项,软件版权1项。项目负责人2018年入选广东省珠江学者青年学者,2016年获广东省科学技术二等奖1项(第七完成人),并入选广州市珠江科技新星,共同培养在读硕博连读生2名,硕士毕业生3名,其中2名研究生获国家奖学金。

项目成果

期刊论文数量(16)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(8)
专利数量(2)
A Simple Low-dose X-ray CT Simulation from High-dose Scan.
通过高剂量扫描进行简单的低剂量 X 射线 CT 模拟
  • DOI:
    10.1109/tns.2015.2467219
  • 发表时间:
    2015-10
  • 期刊:
    IEEE transactions on nuclear science
  • 影响因子:
    1.8
  • 作者:
    Zeng D;Huang J;Bian Z;Niu S;Zhang H;Feng Q;Liang Z;Ma J
  • 通讯作者:
    Ma J
GCT变换及几何图形形状相似性判定
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    中国图象图形学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴绍根;王康;路利军;刘娅琴
  • 通讯作者:
    刘娅琴
Robustness versus disease differentiation when varying parameter settings in radiomics features: application to nasopharyngeal PET/CT
改变放射组学特征参数设置时的鲁棒性与疾病分化:在鼻咽 PET/CT 中的应用
  • DOI:
    10.1007/s00330-018-5343-0
  • 发表时间:
    2018-08-01
  • 期刊:
    EUROPEAN RADIOLOGY
  • 影响因子:
    5.9
  • 作者:
    Lv, Wenbing;Yuan, Qingyu;Lu, Lijun
  • 通讯作者:
    Lu, Lijun
Robustness of Radiomic Features in [11C]Choline and [18F]FDG PET/CT Imaging of Nasopharyngeal Carcinoma: Impact of Segmentation and Discretization
鼻咽癌 [C-11] 胆碱和 [F-18]FDG PET/CT 成像放射学特征的稳健性:分割和离散化的影响
  • DOI:
    10.1007/s11307-016-0973-6
  • 发表时间:
    2016-12-01
  • 期刊:
    MOLECULAR IMAGING AND BIOLOGY
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Lu, Lijun;Lv, Wenbing;Chen, Wufan
  • 通讯作者:
    Chen, Wufan
Penalized weighted least-squares approach for multienergy computed tomography image reconstruction via structure tensor total variation regularization
通过结构张量全变差正则化进行多能量计算机断层扫描图像重建的惩罚加权最小二乘法
  • DOI:
    10.1016/j.compmedimag.2016.07.002
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Computerized Medical Imaging and Graphics
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Zeng Dong;Gao Yuanyuan;Huang Ling;Bian Zhaoying;Zhang Hua;Lu Lijun;Ma Jianhua
  • 通讯作者:
    Ma Jianhua

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其他文献

动态PET重建中的区域时空先验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    中国图象图形学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    边兆英;路利军;马建华;冯前进;陈武凡
  • 通讯作者:
    陈武凡
基于小波变换的低剂量CT影数据滤波方法研究投
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    CT理论与应用研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张喜乐;黄静;刘楠;路利军;马建华;陈武凡
  • 通讯作者:
    陈武凡
基于全变分正则化去卷积的PET部分容积校正
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    南方医科大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡德斌;路利军;高园园;张后金;韩彦江;辜承慰;马建华
  • 通讯作者:
    马建华
基于全变分α散度最小化的PET优质重建
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    电子学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    田玲玲;黄静;马建华;路利军;边兆英;张华;高杨;喻高航;陈武凡
  • 通讯作者:
    陈武凡
磁共振六通道线圈阵列的数字化仿真设计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    中国生物医学工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李华勇;曹双亮;王沛沛;陈美玲;路利军;陈武凡
  • 通讯作者:
    陈武凡

其他文献

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AI项目思路

AI技术路线图

路利军的其他基金

基于隐式与显式联合深度先验的PET心肌灌注直接参数图像重建方法
  • 批准号:
    62371221
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于结构与动态联合先验的PET心肌灌注直接4D参数成像方法
  • 批准号:
    81871437
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    57.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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知道了

AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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