一种pet图像的重建方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及医学图像处理技术领域，尤其涉及一种PET图像的重建方法和装置。
【背景技术】
[0002]在进行PET (Positron Emission Tomograph,正电子发射断层扫描装置）扫描时， 若药物注射剂量较低时，产生的计数率也较低，从而在PET图像中含有噪声及伪影，导致 PET图像质量较低。
[0003] 针对低剂量的PET图像重建，为了消除图像中的噪声和伪影，目前较通用的PET图 像的重建方法是 PICCS (Prior Image Constrained Compressive Sensing)方法。该 PICCS 方法是通过在迭代过程中使目标图像逐渐接近先验图像，并且在平滑噪声的同时能够将先 验图像的特性继承过来的方法来实现去除低剂量图像所包含的噪声和伪影。
[0004] 现有技术中，获取先验图像的方式有两种，一种是采用预先由完整投影数据重建 出的目标图像，这种获取方式极大地限制了该算法的应用范围，这是因为临床上一般无法 预先获得病人的完整数据先验图像。另外一种算法是对投影数据进行平均化处理或者对多 时相重建图像进行平均化处理的方法获得先验图像。通过这种方式获取的先验图像，虽然 图像均匀性较好，但是图像细节模糊且图像对比度下降。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明的第一方面提供了一种PET图像的重建方法，以克服现有技术 中的PICCS方法的应用范围受限以及重建出的图像细节模糊和对比度较低的问题。
[0006] 基于本发明的第一方面，本发明的第二方面提供了一种PET图像的重建装置。
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
[0008] 一种PET图像的重建方法，包括：
[0009] 获取PET投影数据Y ;
[0010] 根据所述PET投影数据Y，获取初始估计图像；
[0011] 根据所述初始估计图像获取目标估计图像；
[0012] 基于全变差稀疏变换和先验图像Xp，根据所述目标估计图像，建立目标函数，所述 目标函数的表达式为：
[0013]
【主权项】
1. 一种PET图像的重建方法，其特征在于，包括： 获取PET投影数据Y; 根据所述PET投影数据Y，获取初始估计图像； 根据所述初始估计图像获取目标估计图像； 基于全变差稀疏变换和先验图像Xp，根据所述目标估计图像，建立目标函数，所述目标 函数的表达式为：
其中，X为重建图像，a1和a2分别为全变差项| |X| |TV和最小二乘项
的权 重因子，Xk为第k步重建出的目标估计图像，所述先验图像Xp是利用所述PET投影数据Y进行迭代重建得到的图像； 在A*X=Y的约束条件下求解所述目标函数的最小解，所述目标函数的最小解即为重 建的PET目标图像。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于全变差稀疏变换和先验图像Xp， 根据所述目标估计图像，建立目标函数，具体为：基于自适应加权全变差稀疏变换和先验图 像Xp，根据所述目标估计图像，建立目标函数，所述目标函数的表达式具体为：
其中，X为重建图像；a1和a2分别为自适应加权全变差项| |X| |AwTV和最小二乘项
的权重因子；Xk为第k步重建出的目标估计图像；
Ws+l，S，t，t矛口Ws，s，t+l，t为权重因子，s为标量因子。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在A?X=Y的约束条件下求解所述 目标函数的最小解，具体包括： 选择第k步迭代时的自适应加权全变差项的迭代步长< 和最小二乘项的迭代步长< ; 根据所述< 和所述 < 以及所述目标估计图像通过以下公式（IV)计算下一步迭代重 建的图像
其中，xk为第k步重建出的图像； a1和a2分别为全变差项| |X| |AwTV和最小二乘项
的权重因子； 判断迭代重建图像xi,,.是否满足预设条件或迭代重建次数是否达到预设次数，如果 是，确定所述迭代重建图像At,,为PET最终重建图像和所述目标函数的最小解，如果否，将 迭代重建的图像1^作为所述初始估计图像，返回执行所述根据所述初始估计图像获取目 标估计图像的步骤。
4. 根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述基于自适应加权全变差稀疏变换 和先验图像Xp，根据所述目标估计图像，建立目标函数，具体包括： 基于自适应加权全变差法根据所述目标估计图像，建立所述目标函数的自适应加权全 变差项I|X| |AwTV; 基于最小二乘方法，根据所述目标估计图像和所述先验图像建立所述目标函数的最小 二乘项
对所述全变差项IIXIIAwTV和所述最小二乘项
分别配置第一权重因子a1和 第二权重因子a2 ; 计算所述第一权重因子a1与所述自适应加权全变差项的乘积与所述第二权重因子a2与所述最小二乘项的乘积之和，得到的结果即为所述目标函数。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于自适应加权全变差法根据所述 目标估计图像建立所述目标函数的自适应加权全变差项I|X| |AwTV，具体包括： 对所述目标估计图像进行自适应加权全变差稀疏变换，得到自适应加权全变差稀疏变 换后的目标估计图像； 根据所述自适应加权全变差稀疏变换后的目标估计图像计算所述权重因子3口 Ws，s，t+1，t; 根据所述权重因子1+1，3#和《3^ +1^以及标量因子6通过所述公式（111)计算11范 数，所述li范数即为所述自适应加权全变差项I|X|IAwTV，所述标量因子S根据所述PET投 影数据Y选择得到。
6. -种PET图像的重建装置，其特征在于，包括： 第一获取单元，用于获取PET投影数据Y; 第二获取单元，用于根据所述PET投影数据Y，获取初始估计图像； 第三获取单元，用于根据所述初始估计图像获取目标估计图像； 目标函数建立单元，用于基于全变差稀疏变换和先验图像Xp，根据所述目标估计图像， 建立目标函数，所述目标函数的表达式为：
其中，X为重建图像；a1和a2分别为全变差项| |X| |TV和最小二乘项
的权 重因子；Xk为第k步重建出的目标估计图像；所述先验图像Xp是利用所述PET投影数据Y进行迭代重建得到的图像； 计算单元，用于在A?X=Y的约束条件下求解所述目标函数的最小解，所述目标函数 的最小解即为重建的PET目标图像。
7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述目标函数建立单元包括目标函数建 立子单元，所述目标函数建立子单元用于基于自适应加权全变差稀疏变换和先验图像Xp， 根据所述目标估计图像，建立目标函数； 所述目标函数的表达式具体为：
其中，X为重建图像；a1和a2分别为自适应加权全变差项| |X| |AwTV和最小二乘项
的权重因子；Xk为第k步重建出的目标估计图像；
Ws+l，S，t，t矛口Ws，s，t+l，t为权重因子，s为标量因子。
8. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述计算单元包括： 选择子单元，用于选择第k步迭代时的自适应加权全变差项的迭代步长< 和最小二乘 项的迭代步长 第一计算子单元，用于根据所述 < 和所述 < 以及所述目标估计图像通过以下公式 (IV)计算下一步迭代重建的图像
其中，Xk为第k步重建出的图像； a1和a2分别为全变差项| |X| |AwTV和最小二乘项
的权重因子； 判断子单元，用于判断迭代重建图像是否满足预设条件或迭代重建次数是否达 到预设次数，如果是，确定所述迭代重建图像为PET最终重建图像和所述目标函数的 最小解，如果否，将迭代重建的图像作为所述初始估计图像，并将所述迭代重建的图像 作为所述初始估计图像的信号发送至所述第三获取单元。
9. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述目标函数建立子单元具体包括： 自适应加权全变差项建立子单元，用于基于自适应加权全变差法根据所述目标估计图 像，建立所述目标函数的自适应加权全变差项I|X| |AwTV; 最小二乘项建立子单元，用于基于最小二乘方法，根据所述目标估计图像和所述先验 图像建立所述目标函数的最小二乘项
权重因子配置子单元，用于对所述全变差项I|x| |AwTV和所述最小二乘项
：分 别配置第一权重因子a1和第二权重因子a2 ; 第二计算子单元，用于计算所述第一权重因子a1与所述自适应加权全变差项的乘积 与所述第二权重因子a2与所述最小二乘项的乘积之和，得到的结果即为所述目标函数。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述自适应加权全变差项建立子单元包 括： 自适应加权全变差稀疏变换子单元，用于对所述目标估计图像进行自适应加权全变差 稀疏变换，得到自适应加权全变差稀疏变换后的目标估计图像； 第三计算子单元，用于根据所述自适应加权全变差稀疏变换后的目标估计图像计算所 述权重因子Ws+i，s，t，t矛口Ws，s，t+l，t; 第四计算子单元，用于根据所述权重因子1+1，3#和《3^ +1^以及标量因子6通过所 述公式（III)计算li范数，所述1:范数即为所述全变差项，所述标量因子s根据所述PET 投影数据Y选择得到。
【专利摘要】本发明提供了一种PET图像的重建方法，所述方法包括：获取PET投影数据Y；根据所述PET投影数据Y获取初始估计图像；对所述初始估计图像进行迭代重建得到目标估计图像；基于全变差稀疏变换和先验图像Xp，根据所述目标估计图像，建立目标函数，所述目标函数的表达式为：其中，所述先验图像Xp是利用所述PET投影数据Y进行迭代重建得到的图像；在A·X＝Y的约束条件下求解所述目标函数的最小解，所述目标函数的最小解即为重建的PET目标图像。通过本发明提供的方法能够得到的图像具有清晰的细节信息以及较高的图像对比度，而且提高了PICCS算法在PET图像重建领域中的广泛应用。本发明还提供了一种PET图像的重建装置。
【IPC分类】G06T11-00
【公开号】CN104574459
【申请号】CN201410849977
【发明人】李运达, 孙智鹏, 刘勺连
【申请人】沈阳东软医疗系统有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月29日