正電子發(fā)射斷層圖像重建算法研究.pdf

1、正電子發(fā)射斷層掃描(Positron Emission Tomography，PET)是當今最高層次的核醫(yī)學影像技術，它在腫瘤學，心血管疾病學，神經系統(tǒng)疾病研究，以及新藥開發(fā)研究等領域中顯示出卓越的性能。由投影數據進行圖像重建在PET研制中占有重要的地位，隨著先進的核醫(yī)學斷層影像設備的廣泛應用和計算機技術的迅速發(fā)展，其研究越來越受到人們的重視。本文討論了正電子發(fā)射成像的重建問題。正電子成像過程是對正負電子湮滅產生的光子對進行計數，而重建

2、的目的是要恢復放射性核素的位置分布信息。一般來說，重建算法總是將連續(xù)的密度分布離散化為像素，且認為每個像素的密度分布均勻，它的正電子發(fā)射是空間Poisson過程。根據成像系統(tǒng)的線性，投影值也服從Poisson分布。
　　 本文闡述了各種PET圖像重建算法，主要有解析法和迭代法。解析法主要是濾波反投影重建，它的特點是算法簡單，速度快但重建圖像的質量不好。迭代法分為代數迭代重建算法和統(tǒng)計迭代重建算法。代數迭代重建算法是一類以代數方程

3、理論為基礎的算法。而統(tǒng)計迭代重建算法是以各種統(tǒng)計規(guī)則為基礎的算法，主要有基于最小均方誤差準則的圖像重建方法，基于最大似然估計的圖像重建方法(Maximum Likelihood Expectation Maximization，MLEM)以及基于最大后驗概率(Maximum a posterior，MAP)的貝葉斯圖像重建方法。迭代法由于能夠在重建的過程中考慮各種物理和統(tǒng)計模型，就重建圖像質量而言，它們要好于解析法。有序子集可分離拋物線

4、替代函數(Ordered Subsets Separable Paraboloidal Surrogate，OSSPS)算法認為是一種有效的PET圖像重建算法，它能夠重建出比傳統(tǒng)的最大似然期望值最大化算法質量更好的圖像，然而它在重建的過程中需要人為指定松弛參數來保證重建結果不發(fā)散，這必然降低圖像重建的重復性。文中將增量優(yōu)化傳遞算法應用于PET圖像重建中，并采用替代函數來代替原有的目標函數得到一種新的PET圖像重建算法，EMIOT(Emi

5、ssion Image Reconstruction based on Incremental Optimization Transfer)，它不需要人為指定松弛參數，提高了重建實驗的重復性，同時它的重建性能和OSSPS的相當。
　　 基于中值先驗分布函數的PET圖像重建算法(Median Root Prior Image Reconstruction，MRP)重建的圖像仍然含有大量噪聲，這是因為中值濾波器不能夠有效去除PET圖

6、像中的高斯和Poisson噪聲。文中提出將基于偏微分方程的各向異性擴散濾波器和中值濾波器結合起來用于PET圖像重建中，新算法重建的圖像無論是從視覺效果還是從客觀標準都要好于傳統(tǒng)的MAP和MRP?；谄⒎址匠痰母飨虍愋詳U散濾波器能夠有效去除核醫(yī)學圖像中的噪聲，為此我們將它應用于MLEM每次迭代中間得到一種簡單的正則化的重建算法，MLEM-PDE。大量的實驗表明，它重建的圖像質量較好，能夠用于PET圖像重建中，尤其適用于低劑量放射性藥物的