基于DSP的PET图像重建方法

以美国德州仪器公司的高性能数字信号处理器TMS320C6455为核心,在低成本DSP（Digital Signal Processor）平台上优化并实现了一种基于滤波反投影的PET（Positron Emission Tomography）图像重建算法FBP （Filtered Back Projection）。实验结果表明,通过针对性的算法和代码优化,系统能够在40秒内完成512×512分辨率PET图像的重建,并获得满足应用需要的图像清晰度。基于DSP平台的PET图像重建方法在PET医学图像重建及其他医学成像领域具有良好的应用前景。     

加快反投影算法重建PET图像的研究

对反投影的计算方法进行了改进,设计了一种能够提高反投影速度的方法。使用这种方法,对模型数据进行了重建,结果表明,这种方法对图像质量的影响很小。由于实际PET的投影数据中的噪声相对较大,并且,在滤波反投影算法中的重建滤波器对重建图像的高频噪声有某种放大作用,针对这个问题,利用临床PET数据,从投影数据预处理、利用窗函数控制噪声两个方面进行了研究。     

面向PET图像重建的结构先验导引的自适应点云方法

正电子发射断层成像(PET)重建的核心是解决重建精度和重建速度的问题.针对传统重建方法中以PET符合计数值表达待求图像的每个点像素值的规则点表达框架的问题,提出利用结构先验导引的自适应点云表达待求图像的点云表达框架的方法,从而可在保证重建精度的条件下有效地提高重建速度.该方法采用两步布点的方法引入点云表达框架:第一步基...     

一种基于Fourier-小波矩的PET图像重建方法

正电子发射断层图像(PET)重建问题是一种不适定问题,通常需要采用正则化方法以抑制噪声,提高重建质量.本文提出一种新的非正则化重建方法,即基于Fourier-小波基函数的特征重建算法.Fourier-小波基函数结合了小波基函数和Fourier调和函数的特征,使我们便于对其进行小波分析和Fourier分析.在本文的算法中,我们采用迭代方法,计算图像的Fourier-小波矩(FWM),并由FWM恢复图像.此外我们利用Fourier-小波基函数的旋转不变性节省算法存储空间,简化计算,并且利用此性质,推导出一种类似Row-Action(RA)方法的快速收敛算法,以提高收敛速度.我们将FWM算法同几种常用算法进行了比较,实验结果表明,FWM算法的重建效果同传统的MAP算法接近,具有较好的应用前景.     

基于Mumford-Shah 正则项的PET 图像重建方法

在正电子发射断层（Positron emission tomography,PET）重建算法中,正则项常被用来抑制噪声。现将Mumford-Shah（MS）正则项,构造出一种新的变分结构用以进行PET图像重建。采用了Ambrosio和Tortorelli提出的Г-收敛逼近方法,将MS函式对边界积分转化为一类合适的辅助光滑函数的区域积分。在仿真测试中,将算法与传统滤波反投影（Filtered back projection,FBP）算法、最大似然估计方法（MLEM）和最大后验概率估计方法作比较。通过实验对算法的效率和可行性进行了分析。实验结果表明,本文算法在噪声抑制和边界保留上均有较好的表现。     

CT图像重建滤波反投影算法中指数滤波器的研究

CT技术的核心是图像重建,而图像重建的决定因素是重建算法,其优劣直接影响对重建结果准确性的判断。CT图像重建算法可以分为迭代法和解析法两大类,其中解析法具有比较严密的数学理论基础,且处理速度快,所以在CT技术领域得到广泛应用。在解析重建算法中,滤波反投影算法拥有较高的运算效率,能获得较好的图像重建质量,而且滤波反投影算法的成本低,易于通过并行实现,便于进一步提高其重建速度,所以该算法为解析法中的主流算法。根据滤波反投影算法的实现原理,其中滤波函数的选取对重建结果、重建速度等方面有着举足轻重的作用。针对滤波函数的选择进行研究,首先在分析常用R-L和S-L滤波函数的基础上,引入指数滤波函数的研究,并借助调整指数参数的取值,分析了该函数在无噪声和有噪声情况下对图像重建的影响。通过实验仿真的方法,验证了指数滤波函数在保证较好的空间分辨率的情况下,保持了良好的图像重建特性。     

低光子数PET图像的投影空间统计重建方法

提出了一种适用于低光子数观测数据的正电子发射断层图像重建的最大后验概率密度(Maximum a pos-terior,MAP)方法。与传统的MAP算法不同,本文将投影空间看作Gibbs随机场,并在该空间构造投影空间先验模型。根据系统的局部冲击响应对先验项进行修正,使得该方法能够获得近似一致的空间分辨率。实验结果表明,该方法在观测数据光子数较低的情况下,能够获得较好的图像重建结果。     

投影数据恢复导引的PET图像滤波

为了提高正电子发射断层成像（Positron Emission Tomography,PET）重建图像质量,提出一种投影数据导引的PET图像优质重建方法。新方法利用恢复投影数据的重建图像冗余信息优化非局部均值权重。对投影数据进行恢复,采用传统的滤波反投影（Filtered Back Projection,FBP）法进行PET图像重建,利用非局部均值（Non-local means）的思想计算权值矩阵,利用该权值先验矩阵导引直接重建FBP图像的非局部均值滤波。仿真和临床PET数据实验表明,方法可以在满足临床应用的需求下,有效地改善PET重建图像质量。     

基于动态后验模拟的PET图像重建

正电子发射成像是一种有效的生理功能性成像手段，但是由于投影数据中噪声大而给重建带来困难，为此提出了利用其他高质量的解剖成像结果的分割模板先验来进行完全Bayesian重建以提高重建效果，分割模板先验可以表示为包含超验参数的Markov场形式，但是它的非凸性和超验参数的存在使得无法用常规的方法得到最大后验估计，为此采用动态后验模拟算法计算后验平均估计，基于满足条件分布的动态后验模拟法可以同时更新象素的密度和超验参数，并且容易得到重建的方差和置信区间，将这种方法和似然估计、最大后验估计结果进行比较，重建的结果无论在空间分辨率和抑制噪声方面都有取得了好的效果。     

结合各向异性中值扩散的PET图像重建算法

为了有效提高正电子发射断层成像图像的质量,通过把各向异性中值扩散滤波器融合到中值根先验算法中,提出了一种新的基于Bayesian理论的图像重建算法。新算法的每次迭代过程都可以分为两步:首先用各向异性中值扩散滤波器抑制重建图像中的噪声;然后用中值根先验算法重建图像。仿真实验结果表明,在正电子发射断层成像中,新算法不仅能有效地抑制噪声,还能精确地保护图像的边缘。此外,与其他类似算法相比,新算法吸收了各向异性中值扩散滤波器的优点,在迭代过程中对梯度阈值和扩散次数不敏感,易于实现,实用性强。     

基于飞行时间信息与稀疏正则化的PET图像重建

<正>电子发射型计算机断层成像(PET)作为一种重要的临床影像技术,其图像重建技术非常重要.本文将γ光子飞行时间信息(TOF)加入到系统响应矩阵并提出基于TOF的图像重建算法.基于压缩感知原理,利用全变差和小波变换对图像进行稀疏化,以它们为正则项构建目标函数;并运用惩罚函数的方法将目标函数求解分解为二次优化和稀疏约束2个子问题,运用交替求解的方法逐一求解,降低了求解的复杂性.采用蒙特卡罗对Derenzo模型进行仿真重建并比较不同算法的成像效果,结果表明,加入TOF信息和利用稀疏约束能够更好地拟制噪声,图像重建效果优于传统算法.文中进一步研究了系统时间分辨率和时间采样间隔对图像重建的影响,结果表明,时间分辨率越高、时间采集间隔越短,重建效果越好.     

A New Model and Reconstruction Method for 2D PET Based on Transforming Detector Tube Data into Detector Arc Data

The popular Radon transform approximation used in the modeling and reconstruction of positron emission tomography (PET) images fails to account for the non-trivial size of PET detectors. Currently, all reconstruction algorithms which account for detector width are based on the iterative EMML (expectation maximization maximum likelihood) method which uses computational approximations of the true point spread function. Starting with the angle-of-view model for the point spread function, a new integral equation model is obtained by applying a simple linear transformation to the emission sinogram which produces detections in arcs of various widths, instead of the usual detector tubes. In this paper, an exact mathematical representation for the new point spread function is obtained in terms of line integrals involving the Green's function and Poisson kernel for the unit disk. By applying appropriate mathematical transforms, this representation leads to a method for reconstructing two dimensional PET images in terms of an orthogonal basis consisting of tensor products of classical harmonics and Bessel functions. The paper contains details of the mathematical derivation of the representation for the point spread function, and the resulting reconstruction technique. It also contains numerical results which indicate that this new method produces images which are comparable (and sometimes superior) in quality to the EMML method, with a reconstruction speed which is similar that of the filtered back projection method.     

一种基于非线性扩散方程的PET重建方法

正电子发射断层重建是一类不适定问题,因此正则化方法常用来抑制噪声提高重建的质量.依据Mumford-Shah泛函模型提出了该类重建问题的统一变分模型.基于这一模型,提出了一种新的基于扩散方程的PET重建算法,同时给出了线性和非线性两种方法.实验结果表明,两种方法均有良好的重建性能,并且非线性方法通过合理的设置参数,能体现出较为优越的抗噪声性能和边缘保持特性.     

正电子发射层析成像的鲁棒最小二乘重建

提出的鲁棒最小二乘算法综合考虑了正电子发射层析成像中的各种误差,适用于实际正电子发射层析成像系统．实验结果表明：该算法比传统的最小二乘重建算法具有更加鲁棒的重建特性．     

基于DM642的图像分割算法的设计与实现

给出了基于DSP的图像分割算法的实现方法,以高性能数字媒体处理器DM642为核心搭建系统平台。先用Matlab语言实现图像分割算法,再通过特定的命令加参数,以及转换程序,将该程序转化为CCS所支持的程序,经调试、编译、链接通过后,将程序下载到DSP中,完成算法在DSP中的快速实现。实验结果表明,在DSP平台中实现图像分割算法,大大提高了运算速度,对于提高图像处理的实时性和促进图像处理系统的产品化,都具有重大意义。     

基于DSP的图像处理系统的应用研究

本文介绍了一种基于FPGA＋DSP结构的具有通用性、可扩充性的高速数字图像处理系统硬件平台。重点介绍了以高速数字信号处理器TMS320DM642和可编程逻辑器件XC2S300E为核心的图象处理系统的硬件实现方案以及通过DSP对FPGA芯片的动态配置来实现软件控制的设计思路。     

三维锥束重建中滤波器的设计

设计了几种用于CT三维锥束图像重建的滤波器,并将其对图像质量的影响进行了分析。CT是一种先进的成像技术,现已被应用于多个领域。CT图像重建算法多采用滤波反投影法,滤波是此方法的核心部分。本文介绍了三维锥束近似重建的基本原理,分析并设计了几种用于CT锥束图像重建的滤波器,并且通过投影数据的图像重建结果分析了不同滤波函数对断层图像重建质量的影响。实验结果证明：所设计的几种滤波器能较好的满足实际图像重建的要求。     

基于自适应核回归和代数重建法的低剂量CT图像重建

针对稀疏角度投影数据CT图像重建问题,TV-ART算法将图像的梯度稀疏先验知识引入代数重建法（ART）中,对分段平滑的图像具有较好的重建效果。但是,该算法在边界重建时会产生阶梯效应,影响重建质量。因此,本文提出自适应核回归函数结合代数重建法的重建算法（LAKR-ART）,不仅在边界重建时不会产生阶梯效应,而且对细节纹理重建具有更好的重建效果。最后对shepp-logan标准CT图像和实际CT头颅图像进行仿真实验,并与ART、TV-ART算法进行比较,实验结果表明本文算法有效。 