1、結合放射性示蹤劑動力學建模技術,動態(tài) SPECT成像能夠量化組織的功能參數，如攝取速率，清除速率等，有望為醫(yī)生提供絕對定量診斷指標。但是現階段動態(tài)SPECT成像技術依然存在一些問題，影響其臨床推廣。本論文主要圍繞動態(tài)SPECT心臟成像中存在的若干問題進行研究，并提出相應對策。
　　首先，由于目前臨床SPECT系統探頭旋轉緩慢，時間分辨率差，而放射性示蹤劑在被成像活體內的循環(huán)速度很快，因此慢速旋轉SPECT系統采集到的投影數據會出現

2、嚴重的不一致，無法利用常規(guī)三維重建算法來獲取放射性示蹤劑在每個時間點的分布情況。本論文提出了基于時空域降維的四維動態(tài)重建算法，估計放射性示蹤劑在不同組織中活度隨時間變化的曲線。該算法將放射性示蹤劑在體內分布達到穩(wěn)態(tài)后的投影數據疊加,進行三維重建得到靜態(tài) SPECT圖像；并將此靜態(tài) SPECT圖像作為先驗知識引入四維動態(tài)重建中進行空間域降維；同時在時間域利用B樣條基函數進行降維。經過仿真和大鼠實驗的驗證，該重建算法能快速準確地估計出組織中

3、放射性示蹤劑活度隨時間變化的曲線（Time Activity Curve，TAC）。
　　利用時空域降維的動態(tài)重建算法，本文對原發(fā)性高血壓大鼠（Spontaneously Hypertensive Rat，SHR）及其正常對照組（Wistar-Kyoto,WKY）進行22個月的跟蹤實驗，期間進行了四次動態(tài)SPECT心臟123I-meta-iodobenzylguanidine(MIBG)和201Thallium(Tl)成像（鼠齡6

4、個月，11-12個月，18個月，21-22個月時），分析原發(fā)性高血壓大鼠從高血壓到左心室心肌肥大最終到心力衰竭這個過程中左心室心肌神經支配功能及灌注情況發(fā)生的變化。評價指標包括：靜態(tài)成像的半定量診斷指標-標準攝取值（Standard Uptake Value，SUV），動態(tài)成像指標-流入速率（Influx Rate），清除速率（Washout Rate），分布容積（Distribution Volume，DV）。結果表明利用動態(tài) SPE

5、CT123I-MIBG成像所計算的指標-分布容積（DV）在原發(fā)性高血壓大鼠鼠齡6個月時即可發(fā)現其與正常對照組的差別，而利用靜態(tài)SPECT123I-MIBG成像指標-SUV最早在鼠齡18個月時發(fā)現異常。201Tl成像也得到相似的結果，動態(tài)201Tl成像指標-DV在鼠齡18個月時發(fā)現異常，而靜態(tài)201Tl成像指標-SUV則在四個時間點的成像實驗中均未發(fā)現異常。對比同一種示蹤劑的動態(tài) SPECT成像結果和靜態(tài) SPECT成像結果發(fā)現，動態(tài)SP

6、ECT成像技術能夠更早地檢測到功能異常，有利于疾病的早發(fā)現、早治療。同時，對比動態(tài) SPECT123I-MIBG與201Tl成像，利用123I-MIBG成像在鼠齡6個月的時候即可發(fā)現原發(fā)性高血壓大鼠的異常，而利用201Tl成像則在鼠齡18個月的時候才能檢測到原發(fā)性高血壓大鼠的異常。此結果表明在原發(fā)性高血壓大鼠從高血壓到左心室心肌肥大，最終到心力衰竭的過程中，神經功能會先出現異常，可以作為左心室心肌肥大，心力衰竭的早期影像學診斷指標。

7、r>　　其次，動態(tài)SPECT成像推廣到臨床應用的另一個主要問題是采集時間過長。本文以123I-MIBG成像為例設計了一種優(yōu)化數據采集方案縮短采集時間的流程。該流程利用之前提出的時空域降維的動態(tài)重建算法，通過不斷調整B樣條基函數的控制點，獲取不同的TAC，使得調整后的TAC與參考值的相對熵最小，同時估計的代謝參數的協方差最小。最終根據調整后的控制點來確定SPECT探頭在每個角度的采集時間。該優(yōu)化方案通過相對熵（Relative Entro

8、py）來保證調整后所獲得 TAC的準確性，通過 D-optimal優(yōu)化算法來保證所獲得的無偏估計代謝參數的協方差最小。將這項技術用于大鼠動態(tài)SPECT123I-MIBG成像采集方案的優(yōu)化，根據優(yōu)化后的采集方案仿真生成了原發(fā)性高血壓大鼠（SHR）與其正常對照WKY大鼠三種代謝參數的動態(tài)SPECT數據，采用基于時空域降維的動態(tài)重建算法和分室模型擬合獲得了SHR與WKY大鼠的代謝參數。結果表明優(yōu)化后的非均勻采集時間間隔的采集方案將傳統方案的采

9、集時長從90分鐘降至30分鐘，并且在低劑量成像（劑量為原劑量的1/4）中依然能夠穩(wěn)定地估計出準確 TAC和精確的代謝參數，同時優(yōu)化的采集方案將存儲空間減少為原來的1/120，計算時間降低為1/20，為動態(tài)SPECT技術的臨床推廣應用奠定了基礎。
　　心臟跳動是 SPECT心臟成像質量的一大影響因素。針對這一問題,本論文提出了一種新的門控SPECT心臟成像重建算法，該算法將心臟相位圖像表示為一個低秩矩陣和一個稀疏矩陣的疊加。其中低秩

10、矩陣對應于心跳周期中灰度不隨著心臟跳動發(fā)生變化的部分，而稀疏矩陣對應于心跳周期中灰度隨著心臟跳動發(fā)生變化的部分，用降采樣的B樣條基函數及其系數的乘積來表示。將提出心臟相位圖像重建算法與臨床上基于分窗的重建算法進行比較。結果表明本論文提出的算法在重建圖像的質量、左心室心肌灰度均勻性以及心臟缺血診斷上均優(yōu)于基于分窗的重建算法。而且利用本文提出的心臟相位重建算法可以在不增加劑量的情況下重建出一個心跳周期中更多相位的心臟圖像，為利用SPECT自