[發(fā)明專利]一種基于TV的三維PET圖像重建方法

有效

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• 申請日: 2015-05-08
• 公開（公告）號: CN104851080B
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發(fā)明（設計）人: 劉華鋒;陳智
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T17/00
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發(fā)明屬于PET成像技術領域，具體涉及一種基于TV的三維PET圖像重建方法。

背景技術

PET(Positron Emission Tomography)即正電子發(fā)射型計算機斷層成像，作為核醫(yī)學發(fā)展的一項先進技術，已成為目前癌癥診斷，心臟功能檢測以及腦功能成像非常重要的檢查手段。其利用了核物理學和醫(yī)學影像等多項新技術的優(yōu)勢，能夠從分子水平上觀察細胞代謝的活動。PET顯像技術是在生物活體內注射一種能直接或間接反映生物新陳代謝過程的放射性同位素，通過PET設備中探測器環(huán)接收湮滅產生的光子對，進而計算確定正電子湮滅(發(fā)射)的位置，最后就可以反應出活體內的生理過程，以達到診斷和分析的目的。

從1976年第一臺用于臨床的商品化PET面世以來，PET系統(tǒng)不斷發(fā)展和完善。20世紀80年代，在更多公司像西門子(Siemens)，通用電氣公司(GE)等的投入研制下，很多PET新技術被開發(fā)了出來。在舊式PET儀器上，只能支持2D模式的數(shù)據(jù)采集，隨著PET儀器的快速發(fā)展，3D采集數(shù)據(jù)越來越普遍。3D采集模式去掉了2D模式中探測器之間金屬隔板的限制，考慮了所有探測器環(huán)內的符合計數(shù)，極大地提高了投影數(shù)據(jù)的計數(shù)率和探測器的靈敏度，但是3D采集的數(shù)據(jù)中含有更多的散射，進行重建等處理時需要大量的計算消耗和存儲需求。

采樣方式的不同決定了2D圖像重建和3D圖像重建的顯著差異。在2D PET圖像中，數(shù)據(jù)只采集同一平面或相臨平面探測器的符合線(LOR)。這樣每個平面都會重建出一個2D圖像，所有的2D圖像都是3D圖像的一個截面，它們可以共同組成最后的重建結果。在3D成像中，符合計數(shù)是從所有平面的探測器的響應中產生，這將更好地利用產生的輻射，從而使探測器的靈敏度提高。在給定輻射劑量和成像時間下，3D成像檢查到的事件一般是2D成像的5-10倍。隨著靈敏度的提高，重建圖像中的信噪比也會大大改善。但是，另一方面，3D測量數(shù)據(jù)將需要更大的數(shù)據(jù)存儲和重建處理時間，同時圖像中散射和隨機因素將更多。這些不足在早期PET的發(fā)展過程中曾經阻礙過3D成像技術的發(fā)展，但是隨著數(shù)據(jù)存儲，計算速度及誤差校正技術的不斷更新，3D成像目前已廣泛應用于臨床醫(yī)學中。三維PET因其采集的數(shù)據(jù)量大，重建速度較慢，如何保證重建圖像精度的同時提高3D PET的重建速度成為目前的研究熱門之一。

發(fā)明內容

本發(fā)明針對三維PET圖像重建中存在的問題，建立了基于TV(total variation，全變差)的三維PET圖像重建模型，并在此基礎上使用可變迭代步長的伯格曼分裂算子(Bregman Operator Splitting with Variable Step size，簡稱BOSVS)方法對模型求解，同時從成像質量，參數(shù)魯棒性，噪聲特性等幾個方面進行了實驗方面的探索，初步形成了三維PET圖像重建研究的一個新框架。

一種基于TV的三維PET圖像重建方法，包括以下步驟：

(1)通過采集獲取得到PET的3D投影數(shù)據(jù)；

(2)將所述的3D投影數(shù)據(jù)重組成一系列2D投影數(shù)據(jù)；

(3)根據(jù)所述的2D投影數(shù)據(jù)計算出對應二維PET重建圖像u的空間頻域分布F_s；

(4)在關于二維PET重建圖像u和空間頻域分布F_s的矩陣擬合模型中加入關于二維PET重建圖像u的全變差算子TV(u)，并進行最優(yōu)化求解，最終得到二維PET重建圖像u；

(5)將所有二維PET重建圖像u合并成三維PET圖像。

進一步地，所述的步驟(2)中選用傅里葉重組算法(FORE)將3D投影數(shù)據(jù)重組成一系列2D投影數(shù)據(jù)；能夠較大程度地提高了重建圖像質量。

進一步地，所述的步驟(3)中根據(jù)中心切片定理對所述的2D投影數(shù)據(jù)做傅里葉變換后沿各投影角度擺放在空間域后進行雙線性插值，從而得到對應二維PET重建圖像u的空間頻域分布F_s。

進一步地，所述的步驟(4)中在關于二維PET重建圖像u和空間頻域分布F_s的矩陣擬合模型中加入關于二維PET重建圖像u的全變差算子TV(u)，則模型的最優(yōu)化求解表達式如下：

其中：F()為傅里葉變換算符，μ為模型的調節(jié)參數(shù)，||||₂表示二范數(shù)。

進一步地，所述的步驟(4)中采用BOSVS算法對所述的最優(yōu)化求解表達式進行求解。

進一步地，根據(jù)以下迭代方程對所述的最優(yōu)化求解表達式進行求解：