[发明专利]一种高清PET图像重建方法

说明书

一种高清PET图像重建方法，根据PET探测系统结构对称性在视野内局部空间标识定点位置；放置点源进行定点采样；采用三维有序子集期望最大值法对点源的list‑mode数据进行重建；利用高斯函数拟合求解图像空间定点体素点扩散函数值，并构建全空间各点的系统响应函数估计；根据系统响应函数估计修正图像重建模型；构建梅兹滤波函数，在图像空间修正图像重建模型；将扫描对象实测数据输入修正后的图像重建模型，获得高清PET图像。本发明基于点扩散函数对list‑mode数据进行精确地系统建模，减少系统响应函数建模所需的实验时长及数据存储空间，降低计算复杂度，并利用梅兹滤波函数进行滤波处理，提高图像信噪比和对比度。

技术领域

本发明涉及一种图像重建方法，具体是一种高清PET图像重建方法，属于医学影像图像处理技术领域。

背景技术

正电子发射断层显像(Positron Emission Tomography，以下简称PET)是目前临床前科研及临床实践诊断与指导治疗的一种先进性核医学影像设备，已经广泛应用于肿瘤、心血管疾病和神经系统疾病等方面。

由于从正电子湮灭物理过程，到探测器探测过程及电子读出系统，再到图像重建算法，这些过程涉及不同因素的影响(包括正电子发射阶段：正电子射程、伽马光子的非共线性、光子的组织衰减特性、光子发生康普顿散射等；光子探测阶段：系统死时间、探测效率和几何特性、晶体间穿透、晶体间散射、晶体尺寸、晶体间深度效应等；图像重建阶段：核素衰变校正、组织衰减校正、符合数据散射及随机校正等)，所以想要达到高精准识别微小病灶存在极大的挑战；这不仅需要在投影空间和图像空间中进行精确地系统建模，同时需要以具体的数学形式解释各个影响因素的具体作用，并将其体现在图像重建过程中。

当在投影空间和图像空间进行系统建模时，所建立的标准模型为系统矩阵(systemmatrix，SM)。其中，深度效应(depth of interaction，DOI)(图2所示)造成探测结果与真实过程的差异，导致探测精度降低，对PET系统空间分辨率影响尤为重要。对于深度效应，目前主要有两种解决方案：硬件方法和软件方法，硬件方法即采用多层不同材质的闪烁晶体进行探测，软件方法即采用点扩展函数(point spread function，PSF)方式(图3所示)对DOI效应造成的空间点扩散现象进行具体描述，属于系统响应函数(system responsefunction，SRF)建模的一种。

PSF建模主要包括三种方法：分析模型、蒙特卡洛模拟(monte carlo，MC)、实验方法，分析模型主要是由入射角确定的晶体间穿透作用的分析模型，以将单个探测器模糊扩展到符合探测器对的径向模糊，然而这种方法忽略了晶体间散射的贡献，只考虑了晶体间穿透作用，准确性比其他两种方法低；MC模拟PSF响应函数仅估计任何给定的直接或倾斜二维正弦图内径向和方位角之间的模糊；利用实验方法获取PET系统视野内每一定点位置上体素的空间变化PSF值是一项巨大的工作，不仅耗时长、严重浪费计算机存储资源，而且对后期实验数据的分析与处理也极具挑战性。

为解决由于晶体间深度效应而导致重建后图像分辨率和对比度降低，从而影响对微小病灶的高精准识别的问题，需要对PET系统进行更加精确的建模，即高清PET图像重建。目前常见的高清重建算法是采用GATE模拟，得到正弦图的PSF响应函数，然后对正弦图进行高清恢复，这就是正弦图恢复算法。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种高清PET图像重建方法，减少系统响应函数建模所需的实验时长及数据存储空间，降低计算复杂度，提高图像分辨率和对比度。

为实现上述目的，本发明提供一种高清PET图像重建方法，包括以下步骤：

①根据结构对称性的PET探测系统在视野内局部空间标识定点位置；

②在定点位置放置点源进行定点采样，数据以list-mode格式存储；

③采用统计迭代三维有序子集期望最大值法对点源的list-mode数据进行重建；