[发明专利]PET中利用图像总变化约束的基于优化的重建

说明书

在一种发射成像方法中，使用包括辐射探测器(12)的发射成像扫描器(10)来采集针对对象的发射成像数据。通过执行约束优化程式来重建发射成像数据以生成重建图像，所述约束优化程式包括所采集的发射成像数据与将重建图像变换为发射成像数据的所述成像扫描器的数据模型之间的数据保真度的度量。在所述重建期间，所述约束优化程式的每次迭代都受图像变化性约束的约束。所述重建图像被显示在显示设备上。所述发射成像可以是正电子发射断层摄影(PET)成像数据，其是任选地使用稀疏探测器阵列采集的。所述图像变化性约束可以是使用高斯模糊矩阵定义的潜像的图像总变化(图像TV)小于最大值的约束。

本发明是在国立卫生研究院(NIH)授予的资助CA158446、CA182264和EB018102的政府支持下完成的。政府对本发明享有一定的权利。

技术领域

下文大体涉及医学成像技术、正电子发射断层摄影(PET)技术、图像重建技术等。

背景技术

图像重建是先进的正电子发射断层摄影(PET)成像的开发和应用的关键组成部分。已经基于期望最大化(EM)、行作用最大似然(RAMLA)、最大后验(MAP)和惩罚最大似然(PML)算法开发了一些已知的PET图像重建算法。这些算法也已经被扩展到列表模式、飞行时间(TOF)PET成像和4D时空/参数图像重建。尽管如此，PET成像中图像质量的进一步改进将是有利的。例如，这样的改进可以使得能够使用具有降低密度的探测器的PET探测和电子技术，而没有(或减少)伴随的图像质量的损失。在(至少基本上)保持图像质量的同时降低探测器的密度的能力将实现PET成像设备成本的减少并且还可以提供益处，诸如由于减小的数据集大小被重建而得到更高效的数据处理。

下文公开了解决上述问题和其他问题的新的且改进的系统和方法。

发明内容

在一个公开的方面中，一种发射成像设备包括：发射成像扫描器，其包括用于采集发射成像数据的辐射探测器；电子数据处理设备，其被编程为重建由所述发射成像扫描器采集的发射成像数据以生成重建图像；以及显示设备，其被连接以显示所述重建图像。通过执行约束优化程式来重建所述发射成像数据以生成所述重建图像，所述约束优化程式受图像变化性约束||T(u)||≤t₀约束，其中，t₀是图像变化性约束参数，u是在所述约束优化程式的当前迭代的所述重建图像，T(u)是稀疏化图像变换，并且||…||是输出针对经变换的图像T(u)的严格正标量值的范数。

在另一公开的方面中，一种发射成像方法包括：使用包括辐射探测器的发射成像扫描器来采集针对对象的发射成像数据g_m；通过执行优化程式来重建所述发射成像数据以生成重建图像，其中，g(u)表示所述发射成像扫描器的数据模型，所述数据模型将在所述优化程式的当前迭代的所述重建图像u变换成发射成像数据，并且D(g_m,g(u))表示所述g_m与g(u)之间的数据保真度的度量；在所述重建期间，通过图像变化性约束||T(u)||≤t₀来约束所述优化程式的每次迭代，其中，t₀是图像变化性约束参数，T(u)是稀疏化图像变换，并且||…||是输出针对经变换的图像T(u)的严格正标量值的范数；并且在显示设备上显示所述重建图像。

在另一公开的方面中，一种正电子发射断层摄影(PET)成像设备包括：PET扫描器，其包括用于采集PET成像数据的辐射探测器的孔环；电子数据处理设备(20)，其被编程为重建由所述PET扫描器采集的PET成像数据以生成重建图像；以及显示设备(34)，其被连接以显示所述重建图像。通过执行以下约束优化程式来重建所述PET成像数据以生成所述重建图像：

其受||f||_TV≤t₀和f_j≥0约束