[發明專利]基于SPECT數據采樣與噪聲特性的斷層圖像重建方法

有效

• 申請號: 202011333288.6
• 申請日: 2020-11-24
• 公開（公告）號: CN112381741B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 李琨;陳思;楊雪松;鄧曉
• 申請（專利權）人: 佛山讀圖科技有限公司;佛山原子醫療設備有限公司
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T11/00;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 佛山市禾才知識產權代理有限公司 44379
• 代理人: 梁永健

基于SPECT數據采樣與噪聲特性的斷層圖像重建方法，其包括步驟：步驟A，評估SPECT原始投影數據的噪聲水平，選擇與噪聲水平相匹配的第一卷積神經網絡對SPECT原始投影數據進行降噪處理；步驟B，對降噪后的投影數據應用統計迭代重建算法，得出初步重建圖像；步驟C，應用與SPECT投影數據采樣角度數目相匹配的第二卷積神經網絡對初步重建圖像進行后處理；步驟D，基于去偽影后的重建圖像和SPECT原始投影數據進一步應用基于壓縮感知的圖像迭代重建算法，得到最終的重建圖像。上述重建方法，特別針對稀疏采樣的SPECT數據，可縮短SPECT斷層成像采集時間，進行提升效率。

技術領域

本發明涉及醫學成像技術領域，特別是基于SPECT數據采樣與噪聲特性的斷層圖像重建方法。

背景技術

SPECT(Single-Photon Emission Computed Tomography，單光子發射計算機斷層成像設備)是一種醫學成像設備，其基本工作原理如下：利用伽馬相機環繞成像目標(病人)旋轉，在不同角度探測目標體內放射性藥物發出的經準直器準直的伽馬光子，形成二維投影數據，對所有采樣角度采集的投影數據應用斷層圖像重建算法重建出成像目標體內放射性藥物的三維空間分布。

受限于成像物理原理，SPECT在每個投影角度需要采集一定時間——通常在20-60秒之間——以積累伽馬光子計數，從而提升投影數據的信噪比，即便如此，SPECT投影數據的噪聲水平仍然遠遠高于PET(正電子斷層成像設備)和X光CT等其它同類放射成像設備。為滿足斷層成像的角度采樣要求，在全身成像應用中，傳統SPECT需要在環繞成像目標軸向360度角的范圍內完成60個角度的投影數據采樣以完成一個床位的斷層成像，覆蓋軸向視野約40厘米，耗時約15-20分鐘。以此類推，3個床位覆蓋約1.2米軸向視野的斷層成像需要約1個小時，從臨床工作效率和病人耐受性的角度，這是無法接受的。因此一種能夠在降低數據采集時間的前提下仍能基本保持圖像質量不變的圖像重建方法，會對SPECT斷層成像臨床應用的推廣普及產生重要的推動作用。

近年來，以卷積神經網絡為代表的深度學習技術，廣泛應用于CT、PET醫學圖像降噪和去除稀疏采樣引入的偽影等領域，取得了較好的效果。但是其局限性在于對差異化數據的適應性較差，當實際應用數據與訓練神經網絡數據的噪聲水平和偽影特性接近時，可以有較好的降噪和去偽影效果；否則，降噪和去偽影效果就會有不同程度的降低。

對于SPECT成像來說，降低采集時間可以通過降低每個角度采樣時間、減少采樣角數目以及二者結合來實現，不同的采集時間和采樣角數目選擇都會導致數據和圖像的噪聲與稀疏采樣偽影的特性產生較大差異。另外，在臨床實踐中，SPECT原始投影數據和圖像的噪聲水平還受很多因素的影像響：如不同種類或劑量的放射性藥物，放射性藥物在不同病人或同一病人不同部位之間的差異化分布、以及常規圖像重建算法的參數設置等。因此，單一的、固定參數的卷積神經網絡無法很好的地完成SPECT稀疏采樣斷層重建的降噪和去偽影的功能。

發明內容

針對上述缺陷，本發明的目的在于提出基于SPECT數據采樣與噪聲特性的斷層圖像重建方法，特別針對稀疏采樣的SPECT數據，旨在解決上述的問題中的一項或多項，以縮短SPECT斷層成像采集時間，進行提升效率。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

基于SPECT數據采樣與噪聲特性的斷層圖像重建方法，包括步驟：

步驟A，使用泊松噪聲模型評估SPECT原始投影數據的噪聲水平，選擇與噪聲水平相匹配的第一卷積神經網絡對SPECT原始投影數據進行降噪處理；

步驟B，對降噪后的投影數據應用基于物理模型、參數固定的統計迭代重建算法，得出初步重建圖像；

步驟C，應用與SPECT投影數據采樣角度數目相匹配的第二卷積神經網絡對初步重建圖像進行后處理，去除因稀疏采樣引起的偽影；