[發明專利]一種加速正電子圖像重建的系統矩陣生成與處理方法

有效

• 申請號: 201910006905.2
• 申請日: 2019-01-04
• 公開（公告）號: CN109498048B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 林琦琛;姚敏;趙敏;郭瑞鵬;徐君
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: A61B6/03
• 分類號: A61B6/03
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 曹蕓

本發明公開了一種加速正電子圖像重建的系統矩陣生成與處理方法，屬于射線檢測成像領域。該方法包括如下步驟：（1）替代原先MLEM算法中系統矩陣的建立方法提出一種新的系統矩陣的建立方法；（2）在MLEM算法的基礎上提出一種通過處理系統矩陣加速正電子圖像重建過程的方法。本發明提高了正電子圖像重建過程的整體效率。

技術領域

本發明涉及一種加速正電子圖像重建的系統矩陣生成與處理方法，屬于射線檢測成像領域。

背景技術

PET(Posintron Emission Tomography，正電子發射型計算機斷層顯像)，通過對測試對象注入放射性示蹤劑，通過對示蹤劑衰變發射出的正電子產生的湮沒反應的檢測，可對腫瘤、癌癥、生理代謝、神經受體等進行定位、診斷與評估。PET檢測主要分為四個步驟：

一、符合線檢測：通過對正電子湮沒反應產生的成對γ進行檢測，獲得大量符合響應線(Line of Response,LOR)數據。

二、圖像重組：將大量的響應線數據轉化為包含投影信息的正弦圖(Sinogram)數據。

三、圖像重建：將正弦圖數據還原為平面切片圖。

四、3D圖像重建：將平面切片圖重建為3D圖。

圖像重建作為PET檢測中最重要的一環，決定了是否能將檢測到的抽象的正弦圖數據轉化為直觀的切片圖數據。其主要的算法分為解析法與迭代法，解析法以中心切片定理為基礎，通過反投影實現圖像重建，濾波反投影法(Filter Back-Projection，FBP)為其代表算法，具有操作簡單，重建速度快的優點，但是解析法不可避免的會受到投影數據噪聲的影響，導致重建出的圖像帶有較大噪聲，降低了圖像質量，無法得到令人滿意的重建圖像；迭代法分為代數迭代和統計迭代，代數迭代法包括代數迭代(ART)算法，和在ART算法上提高了收斂速度的聯合代數迭代(SART)算法，統計迭代法中最為經典的是基于泊松分布模型的最大似然期望最大(Maximum Likelihood Expectation Maximization，MLEM)算法，在其基礎上通過不斷改進還提出來了最大后驗(Maximum A Posterior，MAP)算法、基于有序子集期望最大(Ordered Subsets Expectation Maximization)算法。

迭代算法中最為重要的參數稱為系統矩陣，系統矩陣充當著正弦圖數據通向切片圖數據的橋梁的角色，反映了待還原的圖像對于響應線的貢獻，即正電子在該圖像上發生湮沒的概率分布，目前最為常用的系統矩陣為解析法系統矩陣，該系統矩陣通過響應線穿過像素的量化長度來表示正電子在此像素點上湮沒產生該響應線的概率。對于距像素較遠，沒有穿過該像素的響應線，正電子在這個像素上湮沒產生該條響應線的概率為0，稱為零概率數據，這也就導致了在龐大的解析法系統矩陣中記錄的大多數數據皆為零投影數據，不僅占用了大量的存儲空間，且在進行圖像重建時，會對零概率數據進行迭代運算處理，使得圖像重建過程緩慢、耗時長、占用資源大，無法滿足一些對實時性要求高的檢測場合。

發明內容

`針對MLEM算法中系統矩陣數據量龐大且多數數據為零概率數據的情況，本發明提出了一種加速正電子圖像重建的系統矩陣生成與處理方法,通過舍去系統矩陣中零概率數據，從而對重建過程進行加速的方法，減少了重建過程中資源的占用，加快了重建速度，提高了正電子圖像重建過程的整體效率。

本發明為解決其技術問題采用如下技術方案：

一種加速正電子圖像重建的系統矩陣生成與處理方法，包括如下步驟：

(1)替代原先MLEM算法中系統矩陣的建立方法提出一種新的系統矩陣的建立方法；

(2)在MLEM算法的基礎上提出一種通過處理系統矩陣加速正電子圖像重建過程的方法。

步驟(1)中所述系統矩陣的建立方法步驟如下：