基于全變分(TV)的3D PET圖像重建.pdf

1、PET作為核醫(yī)學(xué)先進(jìn)技術(shù)的代表，通過設(shè)備內(nèi)探測(cè)系統(tǒng)接收活體內(nèi)湮滅產(chǎn)生的光子對(duì)，記錄下事件發(fā)生的位置并最終反演出活體內(nèi)的生理過程。除了2D采集方式外，PET經(jīng)常采用3D采集的方式。PET的3D采集取消了2D采集中探測(cè)器環(huán)之間的金屬隔板，考慮了更多的響應(yīng)線，提高了計(jì)數(shù)率，同時(shí)也大大地提高了圖像的信噪比，只有充分利用PET的3D投影數(shù)據(jù)才能得到更好的PET重建圖像。然而3D采集下的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)大于2D采集，導(dǎo)致3D PET圖像重建的速度比較慢。<

2、br>　　為了提高3D PET圖像重建的速度，各國(guó)研究者們提出了很多新的方法。其中，直接傅里葉重建以重建速度快，實(shí)現(xiàn)難度低等特點(diǎn)，迅速成為人們研究的熱點(diǎn)，但是由于傅里葉變換沒有考慮圖像的種種特性，也沒有充分利用PET成像區(qū)域平滑的特點(diǎn)，例如腫瘤因其新陳代謝旺盛在PET成像中會(huì)吸收大量的同位素示蹤劑，在重建的圖像中腫瘤所在區(qū)域的強(qiáng)度要明顯高于周圍區(qū)域的，通過直接傅里葉重建出來的腫瘤區(qū)域會(huì)很模糊難以辨認(rèn)。
　　本文針對(duì)3D PET圖像

3、重建速度慢和傳統(tǒng)重建方法質(zhì)量差的問題，進(jìn)行深入的研究和探索。我們的研究過程可總結(jié)如下:
　　(1)利用傅里葉重組(FORE)方法將采集的3D數(shù)據(jù)重組成一系列的2D數(shù)據(jù)，這些2D投影數(shù)據(jù)可以被用于傳統(tǒng)的2D重建方法，這樣我們可以把3D PET圖像重建的問題轉(zhuǎn)化為更易解決的2D重建問題。
　　(2)對(duì)于重組后的2D投影數(shù)據(jù)，在直接傅里葉重建的基礎(chǔ)上，引入了全變分(TV)作為正則項(xiàng)，結(jié)合全變分保持邊緣和去除噪聲的特點(diǎn)以及直接傅里葉

4、重建快速易行的特點(diǎn)，我們建立了基于全變分的3D PET圖像重建模型。
　　(3)我們采用可變步長(zhǎng)的伯格曼分離算子算法(BOSVS)來求解我們基于全變分的目標(biāo)函數(shù)，將傳統(tǒng)的伯格曼分離算子算法(BOS)中的固定步長(zhǎng)變量化，大大提高了算法的收斂速度。
　　(4)為了驗(yàn)證本文模型和算法的有效性，我們?cè)O(shè)計(jì)了蒙特卡羅仿真數(shù)據(jù)和真實(shí)人體數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)表明與直接傅里葉重建方法相比，不論是整體重建結(jié)果，小區(qū)域或小物體成像結(jié)果還是低計(jì)數(shù)率數(shù)