PET圖像統(tǒng)計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)這一檢測技術(shù)可謂是如今核醫(yī)學(xué)中最先進的，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)生了一對沿相反方向的光子。利用環(huán)形探測器進行光子計數(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)點有成像速度快和計算復(fù)雜度低，但是對于優(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)的物理特性和觀測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計模型，所以重建結(jié)果要好于解析法。經(jīng)典的統(tǒng)計迭代算法有最大似然估計(MaximumLikelihood，MLEM)、最小二乘(Lea

3、stSquare,LS)算法、基于Bayesian的最大后驗(MaximumAPosterior,MAP)方法等等。統(tǒng)計迭代算法大部分都不能避免收斂速度慢這一缺點，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)量會迅速的下降。針對此問題，本文研究一種基于小波的有序子集的統(tǒng)計迭代加速算法，將多分辨率技術(shù)運用到OSEM的每個子集中，目的是抑制噪聲，同時還能穩(wěn)定求解過程。實驗的仿真結(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，實驗數(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。實驗結(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PET圖像重建算法?；贐ayesian的最大后驗(MAP)算法引入了圖像的先驗分布約束信息，從而