一種基於粒子濾波的靜態pet圖像重建方法
2023-05-12 22:41:01 1
專利名稱：一種基於粒子濾波的靜態pet圖像重建方法
技術領域：
本發明屬於正電子發射斷層成像技術領域，具體涉及一種基於粒子濾波的靜態 PET圖像重建方法。
背景技術：
正電子斷層成像PET (Positron Emission ^Tomography)，是一種核醫學成像技術。 與CT成像不同，PET為功能成像，能得到病人體內新陳代謝的情況，從而可以比CT、MRI更早地探測出病灶。比如葡萄糖是人體必需的物質，能夠參與人體的新陳代謝，葡萄糖在體內的分布從一個側面反映了人體新陳代謝的情況，所以，通過追蹤葡萄糖在病人體內的濃度分布，就可以得知體內哪些部位新陳代謝不正常，從而得知那些部位發生了病變。普通的葡萄糖並不能被體外的任何探測器探測到，但是，通過在葡萄糖中加入同位素，能達到這個目的。同位素在隨著葡萄糖擴散的過程中，不斷衰變而產生正電子(e+)，正電子極不穩定，它與周圍的負電子(e_)湮滅，發出一對光子，這對光子能夠穿透人體組織發射到體外，從而就可以被探測器探測到。通過探測這一對光子，就可以得到一條符合線(LOR)。如果將探測器排列成環狀或者其他陣列，就可以接收來自體內的大部分光子，從而得到一系列符合線，這些符合線和體內正電子湮滅的位置有一定的關係，通過這些符合線，就可以重建出病人體內同位素標記的葡萄糖的濃度分布圖，即PET圖像。由正負電子湮滅產生的一對光子在飛行途中，並不一定是暢通無阻的，途中可能經歷散射、衰減，受這些因素影響的光子對將不再是沿著互成180°的直線前進，當一對探測器探測到這對光子的時候，其產生的符合線未必經過正負電子湮滅的地方，即出現了定位錯誤，在PET成像中稱為散射符合；兩個毫不相關的光子如果同時被探測器探測到，那探測系統將認為這是由一對正負電子湮滅產生的，將它們的連線記錄為符合線，這樣的記錄也是假事件，在PET成像中成為隨機符合。由於以上這些原因以及病人體內的幹擾，使得 PET採集到的數據包含了許多噪聲，這些噪聲直接影響重建後的PET圖像質量。所以，重建算法的魯棒性(Robust)決定了 PET圖像的質量，這也是為什麼重建算法成為現今PET領域的研究熱點。目前PET重建的方法大致可以分為解析法、迭代法和狀態空間法三種解析法是以濾波反投影算法(FBP)為代表的一種方法，該算法是基於傅立葉變換來實現由投影數據得到原始數據。但是由於是解析算法，並不能很好的處理PET數據中的噪聲，導致濾波反投影算法得到的圖像偽影很重，質量很差。迭代法中以ML-EM和MAP (maximum a posteriori)算法較為典型。ML-EM算法根據最大似然估計原理，將病人體素(Voxel)濃度作為待估計值、建立似然函數、求得極大值。MAP算法根據原始數據和PET的統計特性建立後驗函數再求其最大值，從而得到體素濃度分布。但迭代算法對模型的依賴過大，所以把基於泊松分布的算法運用在非嚴格按照泊松分布的數據上，得到的結果勢必不理想；除了統計特性，決定PET圖像的還有生理先驗、結構先驗等信息，而這些信息在統計迭代算法中並不能有效地被利用，這也是ML-EM和MAP 的巨大缺陷。 狀態空間法能夠將PET成像的過程模型化，使其物理過程得到數學的表達，通過狀態空間，能很好地把PET掃描中的統計特性、生理特性和結構特性結合起來，從而達到改進重建質量的目的。目前現有的狀態空間求解方法為卡爾曼濾波，該方法假設數據分布符合高斯分布，這與PET數據的統計特性不符，所以重建得到的PET圖像效果不是很理想，這也是目前困擾著狀態空間方法的問題之一。
發明內容
本發明提供了一種基於粒子濾波的靜態PET圖像重建方法，利用粒子濾波很好地將PET的物理過程和統計信息結合起來，解決了現有PET重建方法所存在的上述技術缺陷， 提高了 PET圖像重建的質量。一種基於粒子濾波的靜態PET圖像重建方法，包括如下步驟(1)根據PET成像原理，建立PET圖像的狀態空間方程
權利要求
1. 一種基於粒子濾波的靜態PET圖像重建方法，包括如下步驟(1)根據PET成像原理，建立PET圖像的狀態空間方程
2.根據權利要求1所述的基於粒子濾波的靜態PET圖像重建方法，其特徵在於所述的線性平均採樣法是通過對待估計濃度值的概率分布區間進行(s-1)等分，得到s個節點， 對應的每個節點值即為PET圖像中任一體素的每一粒子濃度值。
3.根據權利要求1所述的基於粒子濾波的靜態PET圖像重建方法，其特徵在於所述的採樣個數為500。
全文摘要
本發明公開了一種基於粒子濾波的靜態PET圖像重建方法，包括(1)建立狀態空間方程；(2)對體素進行粒子採樣；(3)求取粒子權重值；(4)對粒子進行重採樣；(5)求取粒子濃度真值和粒子權重真值；(6)計算每一體素的待估計濃度值。本發明通過利用狀態空間結合粒子濾波，將PET的數據統計特性和生理特性聯合起來重建PET圖像，提高了圖像的解析度和銳度，更好地還原了真實的PET圖像，同時將PET中噪聲的數據模型定為泊松分布而非高斯分布，更符合PET掃描的真實情況，從而使得重建過程中對噪聲的過濾和優化更加有效，得到的重建結果比ML-EM、FBP等傳統重建方法更接近PET真實情況，效果更佳。
文檔編號G06T11/00GK102184559SQ201110128490
公開日2011年9月14日 申請日期2011年5月17日 優先權日2011年5月17日
發明者餘風潮, 劉華鋒 申請人:劉華鋒, 杭州浙大濱松光子科技有限公司