PET圖像統(tǒng)計(jì)迭代重建算法的研究與優(yōu)化.pdf

1、正電子發(fā)射斷層成像(PositronEmissionTomography，PET)這一檢測(cè)技術(shù)可謂是如今核醫(yī)學(xué)中最先進(jìn)的，成像方面也一直在深入研究。PET的原理是將一定量的放射性核素注射到人體內(nèi)，這些放射性物質(zhì)發(fā)生衰變產(chǎn)生正電子，人體內(nèi)的負(fù)電子與這些正電子再相互作用而出現(xiàn)湮滅反應(yīng)，產(chǎn)生了一對(duì)沿相反方向的光子。利用環(huán)形探測(cè)器進(jìn)行光子計(jì)數(shù)，得到人體內(nèi)的放射性核素密度的分布情況，從而可以辨明所探測(cè)的器官是否有病變或者癌變等信息。
　　本

2、文首先闡述了PET的成像原理，然后討論了PET經(jīng)典的幾種重建算法，所有算法主要分為解析法和迭代法。濾波反投影(FilterBackProjection，F(xiàn)BP)算法可謂是其中經(jīng)典的解析法，它的優(yōu)點(diǎn)有成像速度快和計(jì)算復(fù)雜度低，但是對(duì)于優(yōu)化圖像無能為力。迭代算法在迭代過程中用到了成像系統(tǒng)的物理特性和觀測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)模型，所以重建結(jié)果要好于解析法。經(jīng)典的統(tǒng)計(jì)迭代算法有最大似然估計(jì)(MaximumLikelihood，MLEM)、最小二乘(Lea

3、stSquare,LS)算法、基于Bayesian的最大后驗(yàn)(MaximumAPosterior,MAP)方法等等。統(tǒng)計(jì)迭代算法大部分都不能避免收斂速度慢這一缺點(diǎn)，所以多種加速算法被提出，如經(jīng)典的采用有序子集的EM算法（OrderedSubsetsExpectationMaximization,OSEM）被廣泛應(yīng)用，廣義的空間更新期望最大化算法（SAGE)以及Byrne等人提出的基于塊迭代的EM算法（BI-EM）等等。
　　經(jīng)典的

4、有序子集最大期望(OSEM)算法可以加快算法的收斂速度，但是在迭代一定次數(shù)后重建質(zhì)量會(huì)迅速的下降。針對(duì)此問題，本文研究一種基于小波的有序子集的統(tǒng)計(jì)迭代加速算法，將多分辨率技術(shù)運(yùn)用到OSEM的每個(gè)子集中，目的是抑制噪聲，同時(shí)還能穩(wěn)定求解過程。實(shí)驗(yàn)的仿真結(jié)果證明，該方法能優(yōu)化圖像提高圖像質(zhì)量，且還可以繼續(xù)加快算法的收斂速度，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也證明了不僅能取得較好的圖像視覺效果而且還能達(dá)到更高的信噪比。
　　經(jīng)典的MLEM算法不僅僅是收斂速度慢

5、，而且還不能有效地抑制噪聲。因此，在迭代過程中通常加入正則項(xiàng)來改善MLEM的重建圖像。本文提出一種新的基于小波收縮和各向異性擴(kuò)散結(jié)合的有效去噪算法，將該混合去噪算法應(yīng)用到PET重建方法MLEM中從而形成一種新的優(yōu)質(zhì)重建方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法能獲得較高的信噪比和較好的圖像視覺效果。
　　最后，本文研究了一種基于混合去噪模型的中值先驗(yàn)PET圖像重建算法?；贐ayesian的最大后驗(yàn)(MAP)算法引入了圖像的先驗(yàn)分布約束信息，從而