一種pet圖像的重建方法和裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及醫(yī)學圖像處理技術領域，尤其涉及一種PET圖像的重建方法和裝置。
【背景技術】
[0002] 在進行PET (Positron Emission Tomograph，正電子發(fā)射斷層掃描裝置）常規(guī)檢查 中，由于向人體注射的放射性元素（如F-18等）對人體將產(chǎn)生一定的傷害，注射劑量越大， 掃描時間越長，將明顯降低PET臨床檢查效率且對人體的傷害就越大。但是減少藥物劑量 或縮短掃描時間將導致重建圖像出現(xiàn)大量噪聲。
[0003] 因此，為了能夠獲取符合臨床要求重建圖像的前提下盡量減少藥物劑量和縮短掃 描時間，以提高PET檢查效率，需要尋找一種合適PET圖像的重建方法。
[0004] 現(xiàn)有技術中，針對藥物劑量低和掃描時間短導致的PET圖像噪聲大的問題，常用 的PET圖像的重建方法是在迭代重建過程中對待重建圖像X加以限制，例如先驗條件和全 變差（Total Variation，TV)稀疏變換約束等。迭代重建算法可將待重建圖像的先驗信息 和稀疏變換轉化為約束條件或優(yōu)化準則，使得PET重建圖像優(yōu)化問題轉化為求解具有約束 條件的目標函數(shù)優(yōu)化問題，從而重建出相對較好的PET圖像?，F(xiàn)有技術中PET圖像重建 時采用的目標函數(shù)通常包含兩項：全變差項I |X| Itv和最小二乘項
【主權項】
1. 一種PET圖像的重建方法，其特征在于，包括： 獲取PET投影數(shù)據(jù)Y; 根據(jù)所述PET投影數(shù)據(jù)Y獲取初始估計圖像； 根據(jù)所述初始估計圖像獲取目標估計圖像； 基于全變差法和最小二乘方法，根據(jù)所述目標估計圖像建立目標函數(shù)；所述目標函數(shù) 的表達式為：
其中，X為重建圖像；a 1和a 2分別為全變差項||X| U和最小二乘項||xt -義1|^的 權重因子；Xk為第k步重建出的圖像；為第k-1步重建出的圖像；所述全變差項I |X|| TV 包括所述目標估計圖像的每一個像素點的全變差值； 在A ? X = Y的約束條件下求解所述目標函數(shù)的最小解，所述目標函數(shù)的最小解即為 PET最終重建圖像。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于全變差法和最小二乘方法，根據(jù) 所述目標估計圖像建立目標函數(shù)，具體包括： 基于全變差法根據(jù)所述目標估計圖像建立所述目標函數(shù)的全變差項； 基于最小二乘方法根據(jù)所述目標估計圖像建立所述目標函數(shù)的最小二乘項； 對所述全變差項和所述最小二乘項分別配置第一權重因子a 1和第二權重因子a 2 ; 計算所述第一權重因子a 1與所述全變差項的乘積與所述第二權重因子a 2與所述最 小二乘項的乘積之和，得到的結果即為所述目標函數(shù)。
3. 根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于全變差法根據(jù)所述目標估計圖 像建立所述目標函數(shù)的全變差項，具體包括： 對所述目標估計圖像進行全變差稀疏變換，得到全變差稀疏變換后的目標估計圖像； 計算所述全變差稀疏變換后的目標估計圖像的li范數(shù)； 根據(jù)所述li范數(shù)分別計算所述全變差稀疏變換后的目標估計圖像的每一個像素點 的全變差TV狂,J值，所述全變差稀疏變換后的目標估計圖像的每一個像素點的全變差 TV狂,^值構成所述目標函數(shù)的全變差項。
4. 根據(jù)權利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述基于最小二乘方法根據(jù)所述目標 估計圖像建立所述目標函數(shù)的最小二乘項，具體包括： 計算所述目標估計圖像與所述初始估計圖像的差值； 根據(jù)所述目標估計圖像與所述初始估計圖像的差值，計算1^4 -范數(shù)；所述 -乂范數(shù)即為所述目標函數(shù)的最小二乘項。
5. 根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，所述每一個像素點的全變差值TV狂,J值 作為所述目標函數(shù)最小解求解過程的加權因子；所述求解所述目標函數(shù)的最小解具體為： 根據(jù)所述目標估計圖像通過W下公式（II)計算下一步迭代重建的圖像XiL;
其中，Xk為第k步重建出的圖像； 曰1和a 2分別為全變差項|陽U和最小二乘項I護-義鬥[的權重因子； 皆和分別為全變差項和最小二乘項在第k步迭代重建時的迭代步長； 判斷迭代重建圖像本是否滿足預設條件或迭代重建次數(shù)是否達到預設次數(shù)，如果 是，確定所述迭代重建圖像XI,,為PET最終重建圖像和所述目標函數(shù)的最小解，如果否，將 迭代重建的圖像Afgw作為所述初始估計圖像，返回執(zhí)行所述根據(jù)所述初始估計圖像獲取目 標估計圖像的步驟。
6. -種PET圖像的重建裝置，其特征在于，包括： 第一獲取單元，用于獲取PET投影數(shù)據(jù)Y ; 第二獲取單元，用于根據(jù)所述PET投影數(shù)據(jù)Y獲取初始估計圖像； 第=獲取單元，用于根據(jù)所述初始估計圖像獲取目標估計圖像； 目標函數(shù)建立單元，用于基于全變差法和最小二乘方法，根據(jù)所述目標估計圖像建立 目標函數(shù)；所述目標函數(shù)的表達式為：
其中，X為重建圖像；a 1和a 2分別為全變差項|陽U和最小二乘項||X* -義"1;的 權重因子；Xk為第k步重建出的圖像；為第k-1步重建出的圖像；所述全變差項I |X|| TV 包括所述目標估計圖像的每一個像素點的全變差值； 計算單元，用于在A ? X = Y的約束條件下求解所述目標函數(shù)的最小解，所述目標函數(shù) 的最小解即為PET最終重建圖像。
7. 根據(jù)權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述目標函數(shù)建立單元具體包括： 全變差項建立子單元，用于基于全變差法根據(jù)所述目標估計圖像建立所述目標函數(shù)的 全變差項； 最小二乘項建立子單元，用于基于最小二乘方法根據(jù)所述目標估計圖像建立所述目標 函數(shù)的最小二乘項； 權重因子配置子單元，用于對所述全變差項和所述最小二乘項分別配置第一權重因子 曰1和第二權重因子曰2 ; 計算子單元，用于計算所述第一權重因子a 1與所述全變差項的乘積與所述第二權重 因子a 2與所述最小二乘項的乘積之和，得到的結果即為所述目標函數(shù)。
8. 根據(jù)權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述全變差項建立子單元包括： 稀疏變換子單元，用于對所述目標估計圖像進行全變差稀疏變換，得到全變差稀疏變 換后的目標估計圖像； 第一計算子單元，用于計算所述全變差稀疏變換后的目標估計圖像的li范數(shù)； 第二計算子單元，用于根據(jù)所述li范數(shù)分別計算所述全變差稀疏變換后的目標估計圖
像的每一個像素點的全變差TV狂&t)值，所述全變差稀疏變換后的目標估計圖像的每一個 像素點的全變差TV狂,J值構成所述目標函數(shù)的全變差項的加權因子。
9. 根據(jù)權利要求7或8所述的裝置，其特征在于，所述最小二乘項建立子單元包括： 第=計算子單元，用于計算所述目標估計圖像與所述初始估計圖像的差值； 第四計算子單元，用于根據(jù)所述目標估計圖像與所述初始估計圖像的差值，計算 I少--義'--'I[范數(shù);所述I義義鬥[范數(shù)即為所述目標函數(shù)的最小二乘項。
10. 根據(jù)權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述每一個像素點的全變差值TV狂,J 值作為所述目標函數(shù)最小解求解過程的加權因子；所述計算單元包括： 第五計算子單元，用于根據(jù)所述目標估計圖像通過W下公式（II)計算下一步迭代重 建的圖像不t，,；
其中，Xk為第k步重建出的圖像； 曰1和a 2分別為全變差項IIXII TV和最小二乘項II義4 -戶-t的權重因子； 和和分別為全變差項和最小二乘項在第k步迭代重建時的迭代步長； 判斷子單元，用于判斷迭代重建圖像不1"是否滿足預設條件或迭代重建次數(shù)是否達到 預設次數(shù)，如果是，確定所述迭代重建圖像為PET最終重建圖像和所述目標函數(shù)的最 小解，如果否，將迭代重建的圖像作為所述初始估計圖像，并將迭代重建的圖像;C、,,作 為所述初始估計圖像的信號傳送至所述第=獲取單元。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種PET圖像的重建方法和裝置，所述方法包括：獲取PET投影數(shù)據(jù)Y；根據(jù)所述PET投影數(shù)據(jù)Y獲取初始估計圖像；根據(jù)所述初始估計圖像獲取目標估計圖像；基于全變差法和最小二乘方法，根據(jù)所述目標估計圖像建立目標函數(shù)；所述目標函數(shù)的表達式為：在A·X＝Y的約束條件下求解所述目標函數(shù)的最小解，所述目標函數(shù)的最小解即為PET最終重建圖像。采用本發(fā)明的目標函數(shù)不會將投影數(shù)據(jù)中的固有噪聲引入到目標圖像中。因而利用本發(fā)明實施例提供的PET圖像的重建方法，能夠使得圖像背景變得均勻，提高了PET圖像的圖像質量。
【IPC分類】G06T11-00
【公開號】CN104599301
【申請?zhí)枴緾N201410837072
【發(fā)明人】李運達, 劉勺連, 孫智鵬
【申請人】沈陽東軟醫(yī)療系統(tǒng)有限公司
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年12月29日