[發(fā)明專利]基于解剖功能聯(lián)合先驗?zāi)Ｐ偷腜ET圖像最大后驗重建方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310527719.6
• 申請日: 2013-10-31
• 公開（公告）號: CN103559728B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 路利軍;馬建華;胡德斌;馮前進;陳武凡
• 申請（專利權(quán)）人: 南方醫(yī)科大學
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00
• 代理公司: 北京科億知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11350
• 代理人: 趙蕊紅

1.一種基于解剖功能聯(lián)合先驗?zāi)Ｐ偷腜ET圖像最大后驗重建方法，其特征在于：依次包括如下步驟：

(1)通過成像設(shè)備獲取重建的PET數(shù)據(jù)；

所述步驟(1)具體是：通過成像設(shè)備采集PET成像前的探測數(shù)據(jù)，同時獲取成像設(shè)備的校正參數(shù)值和系統(tǒng)矩陣，并通過成像設(shè)備對所獲得的探測數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)校正得到校正后的探測數(shù)據(jù)，以校正后的探測數(shù)據(jù)作為用于重建的PET數(shù)據(jù)；

(2)根據(jù)步驟(1)得到的PET數(shù)據(jù)的統(tǒng)計特征，構(gòu)建用于重建圖像的數(shù)學統(tǒng)計模型；

所述步驟(2)中的PET數(shù)據(jù)g＝{g_i}符合期望為的獨立泊松分布，步驟(2)中的PET數(shù)據(jù)與示蹤劑分布即PET圖像f＝{f_j}關(guān)系如下：

其中表示系統(tǒng)矩陣，n_j和n_i分別表示PET圖像的像素個數(shù)和PET數(shù)據(jù)個數(shù)，每一個元素p_ij表示從PET圖像像素j發(fā)出的光子被第i個探測器單元探測到的幾何概率，表示隨機和散射事件；

(3)對步驟(2)中的數(shù)學統(tǒng)計模型，采用最大似然—期望最大法進行求解得到PET初值圖像；

所述步驟(3)具體是采用最大似然—期望最大法得到PET初值圖像f_initial的最大似然估計：

其中L(g|f)為PET數(shù)據(jù)g的對數(shù)似然能量方程；

(4)將預(yù)先獲取的MRI圖像與步驟(3)得到的PET初值圖像進行配準，得到配準MRI圖像；

所述步驟(4)具體是將預(yù)先獲取的MRI圖像與步驟(3)得到的PET初值圖像進行剛性配準獲得配準MRI圖像；

(5)根據(jù)步驟(4)的配準MRI圖像與PET初值圖像的聯(lián)合先驗?zāi)Ｐ停捎米畲蠛篁灧椒▽Σ襟E(2)構(gòu)建的數(shù)學統(tǒng)計模型進行重建，得到帶約束目標函數(shù)的優(yōu)化方程；

所述步驟(5)具體包括：

(5.1)得到先驗方程：

其中U(f,a)為基于解剖功能聯(lián)合先驗?zāi)Ｐ偷南闰烅棧琣為MRI圖像的解剖圖像；是解剖功能聯(lián)合勢函數(shù)，w_kj是像素j的鄰域像素k的權(quán)值，n_j和N_j分別表示PET初值圖像中像素個數(shù)和像素j的鄰域像素個數(shù)，δ和η均為閾值參數(shù)；

(5.2)采用最大后驗方法對步驟(2)構(gòu)建的數(shù)學統(tǒng)計模型進行重建，得到帶約束目標函數(shù)的優(yōu)化方程：

其中L(g|f)為PET數(shù)據(jù)g的對數(shù)似然能量方程，β為全局參數(shù)；

(6)對步驟(5)得到的帶約束目標函數(shù)的優(yōu)化方程進行迭代計算，得到PET重建圖像；

所述步驟(6)具體是采用遲一步算法對步驟(5)得到的帶約束目標函數(shù)的優(yōu)化方程進行迭代計算，得到PET重建圖像；

所述步驟(6)具體采用的遲一步算法迭代方程式為：

其中像素j處新的估計值f_j^new是由舊的估計值f_j^old更新得到的，g_i表示PET數(shù)據(jù)g的第_i個探測器單元的值，每一個元素p_ij表示從PET圖像像素_j發(fā)出的光子被第_i個探測器單元探測到的幾何概率，r_i為第_i個探測器單元的散射事件和隨機事件，表示對先驗項求偏導，β為全局參數(shù)；

其迭代過程具體包括如下步驟：

(6.1)選取步驟(3)所得到的PET初值圖像作為首次迭代的估計值f_j^old，根據(jù)上述迭代方程式進行迭代得到新的估計值f_j^new；

(6.2)令f_j^old＝f_j^new，將f_j^old重新代入上述迭代方程式進行迭代得到新的估計值f_j^new；

(6.3)判斷所得到的重建圖像是否符合要求，如果符合要求停止迭代，以當前得到的圖像作為PET重建圖像；如果所得到的重建圖像不符合要求，則重新進入步驟6.2。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于解剖功能聯(lián)合先驗?zāi)Ｐ偷腜ET圖像最大后驗重建方法，其特征在于：

針對步驟(5)給出的先驗項和解剖功能聯(lián)合勢函數(shù)，以像素值的差分為變量的解剖功能聯(lián)合勢函數(shù)的偏導為：

其中，Δf_jk＝f_j-f_k，Δa_jk＝a_j-a_k，δ和η是閾值參數(shù)。