基于有序子集的惩罚加权最小二乘低剂量CT优质重建算法研究

为解决低剂量CT图像重建的噪声问题,在经典的加权最小二乘迭代算法的基础上,采用有序子集设计策略,针对此问题进行低剂量CT图像优质重建.有序子集技术下惩罚加权最小二乘算法,可以较有效处理低剂量条件下CT重建信息量不足带来的缺点.同时有序子集的引入,使得新算法较经典的惩罚加权最小二乘算法在速度上得到很大提高,低剂量CT的重建图像仍可保持较佳的图像质量和较高的空间分辨率.     

一种基于指数型先验分布的正电子发射断层图像重建算法

背景:最大似然估计算法是正电子发射断层图像重建的经典算法,能够在信息量不足的情况下获得分辨率和噪声特性均优于滤波反投影重建的重建结果.但是MLEM算法具有不稳定性,即随迭代次数的增加,图像噪声反而会增加.目的:针对MLEM算法的图像噪声问题,提出一种基于指数型先验分布约束的MAP重建算法.方法:将指数先验分布代替传统MAP重建中的高斯先验,并用信噪比和归一化均方误差来判断重建质量.结果与结论:实验证明,该算法不仅能够抑制噪声,而且能够保持重建图像的边缘,不会造成过分平滑.     

结合各向异性扩散滤波Thin Plate先验正电子发射断层图像重建的算法

背景:在正电子发射断层成像中,MAP重建方法通过引入先验分布约束,可以明显提高重建图像的质量,但不合适的先验分布项可能会造成重建图像过度平滑或出现阶梯状边缘伪影.目的:针对基于传统局部先验信息的MAP方法易于导致重建图像过平滑或产生阶梯状边缘伪影的问题,提出了一种结合各向异性扩散滤波的、基于Thin Plate先验的改进MAP重建算法.方法:重建算法由两步组成:基于双向扩散系数的PDE各向异性扩散滤波和基于Thin Plate先验的MAP估计.重建图像通过这两步交替迭代得到.文中采用归一化均方根误差和信噪比定量评价重建图像质量.结果与结论:结合了基于双向扩散系数的PDE各向异性扩散滤波,并将Thin Plate二次二阶先验模型引入到MAP重建算法中,所获得的重建结果图像在抑制噪声、边缘保持方面取得了良好的效果,SNR、RMSE以及视觉评价等方面均有较大程度的改善.     

Philips GEMINI PET/CT五种常规图像重建算法图像质量的比较

目的 探讨Philips GEMINI PET/CT五种常规图像重建算法对PET图像质量的影响.方法 对Jaszack模型进行PET/CT显像,分别运用滤波反投影Hanning滤波(FBP-Hanning)、滤波反投影Butterworth滤波(FBP-Butterworth)、有序子集最大期望值法(OSEM)、行处理最大拟然算法(RAMLA)及三维行处理最大拟然算法(3D-RAMLA)对模型显像的各组原始数据进行图像重建.比较模型显像在不同重建算法及不同计数状态时图像分辨率、图像均匀性、图像对比度以及重建时间的差异.结果 模型显像中,3D-RAMLA、RAMLA、OSEM、FBP-Hanning及FBP-Butterworth所需重建时间分别为180 s、130 s、120 s、85 s、80 s.在高计数状态下,FBP-Butterworth最小可分辨4.8 mm的"热区"立柱,FBP-Hanning、OSEM、RAMLA及3D-RAMLA最小可分辨6.4 mm的"热区"立柱.在各种重建算法中,3D-RAMLA的图像对比度明显优于其他算法,RAMLA及3D-RAMLA的图像均匀性指标优于其他算法.随着采集计数的减少,各重建算法均出现图像分辨率、图像均匀性以及图像对比度的下降,其中以FBP-Butterworth下降最为显著.结论 不同重建算法及不同计数状态下PET图像质量存在不同程度的差异,在临床显像中应根据需要选择适当的图像重建算法.     

3D均值中值滤波参数对3D有序子集期望最大化重建图像的影响

目的 采用3D均值中值滤波器对重建前投影数据进行滤波处理，并调整参数定量分析3D均值中值滤波参数选取对有序子集期望最大化（OSEM）重建图像的影响。方法 对分析模拟软件（ASIM）模拟的3D模体投影数据进行3D均值中值滤波处理。利用开源断层图像重建（STIR）软件中的OSEM算法对滤波前后投影数据进行重建，视觉和定量评估重建图像。结果 滤波参数K与图像质量密切相关。K值过大时重建图像边缘保持效果较差，图像过平滑；K值过小则不能抑制噪声，重建图像细节模糊。结论 重建图像噪声大小以及边缘保持效果对滤波参数K十分敏感。根据梯度分布直方图确定滤波参数选取范围，结合梯度分布比从中折中选择适当参数，既可去除噪声，又能保护图像边缘。     

自适应超分辨率图像的重建算法

背景:超分辨率重建已经在视频、遥感等许多领域内的到广泛的研究与应用。目的:介绍一种自适应超分辨率重建算法,以期从序列低分辨率图像中重建出高分辨率图像。方法:采用常数λ=2/3作为正则化参数和自适应步长作为第一种方案。第二种方案充分考虑到低分辨率图像中的运动误差估计、点扩散函数以及加性高斯白噪声对重建算法的影响。实验构造出新的非线性自适应正则化函数,进而利用实验方法分析代价函数的凸性。通过数学理论,根据代价函数凸性实验得到自适应步长因子,从而改进了图像的空间分辨率和算法的收敛速度。结果与结论:为验证此算法的有效性,采用光学图像进行实验。方案二图像峰值信噪比增高,其收敛速度为方案一的2倍以上;方案二的平均计算需要的时间为68.25s。结果证实,自适应超分辨率图像重建算法对图像分辨率和迭代的收敛速度均改善显著,其稳定性较好。     

自适应超分辨率图像的重建算法（英文）

背景：超分辨率重建已经在视频、遥感等许多领域内的到广泛的研究与应用。目的：介绍一种自适应超分辨率重建算法,以期从序列低分辨率图像中重建出高分辨率图像。方法：采用常数λ=2/3作为正则化参数和自适应步长作为第一种方案。第二种方案充分考虑到低分辨率图像中的运动误差估计、点扩散函数以及加性高斯白噪声对重建算法的影响。实验构造出新的非线性自适应正则化函数,进而利用实验方法分析代价函数的凸性。通过数学理论,根据代价函数凸性实验得到自适应步长因子,从而改进了图像的空间分辨率和算法的收敛速度。结果与结论：为验证此算法的有效性,采用光学图像进行实验。方案二图像峰值信噪比增高,其收敛速度为方案一的2倍以上;方案二的平均计算需要的时间为68.25s。结果证实,自适应超分辨率图像重建算法对图像分辨率和迭代的收敛速度均改善显著,其稳定性较好。     

噪声与基于解析解自适应网格荧光分子成像重建的关系

背景:荧光分子断层成像已经成为近年来发展很快的分子影像技术,噪声对这种成像技术提出了挑战.目前噪声对成像结果具体影响的研究还是空白.目的:利用基于解析解的自适应网格荧光分子断层重建方法,研究信号噪声对重建结果的影响.方法:在作者之前提出的基于解析解的自适应网格荧光分子断层重建算法的基础上,观察分析了噪声对荧光分子断层成像的影响.结果与结论:通过在仿真数据中添加噪声,得到了不同信噪比下的重建结果及噪声与重建精度之间关系的规律.实验结果表明,基于解析解的自适应网格荧光分子断层重建算法具有较好的抗噪性.     

重建算法对SPECT空间分辨力的影响

目的 探讨重建算法对SPECT断层成像分辨力的影响。方法 采用Siemens Symbia T SPECT机,对长轴分布5条线源的椭圆柱分辨力模型进行成像。选择Hann和Butterworth 2种滤波反投影法（FBP）,每种窗函数各选择3种截止频率;Flash 3D和有序子集最大期望值（OSEM）法2种迭代法,各选择5种平滑函数;分别对图像进行断层重建。以线源半高宽（FWHM）代表重建图像的分辨力,计算5条线源6个层面上的径向、切向和轴向FWHM,并行多元线性回归分析。结果 FBP重建中,FWHM随窗函数截止频率增大而变小;同一截止频率下,Butterworth重建图像的FWHM小于Hann。迭代法中,FWHM随平滑函数核宽度增大而变大;Flash 3D和OSEM法重建图像径向及切向FWHM差异无统计学意义,而轴向Flash 3D图像的FWHM显著小于OSEM。结论 重建算法及参数设定对断层图像分辨力的影响较大,应根据临床需要和经验适当选择。     

基于交替投影的CT图像重建算法

目的 探讨基于交替投影的CT图像重建算法的可行性。方法 将CT图像的重建转化为凸集优化问题,将重建模型分解为多个约束,并确定其对应的凸集,通过交替投影的方式在其交集中找到可行解。对TV先验项构成的凸集的求解,通过定义TV函数的上方图集,利用点到这个凸集的切向超平面的连续投影,找到起始点到TV凸集最近的点。分别采用CPTV算法、TV-POCS算法和基于交替投影的CT图像重建算法对Shepp-Logan头部图像进行重建,比较不同算法对不同角度投影图像重建后的均方根误差（RMSE）。分别采用TV-POCS算法和基于交替投影的CT图像重建算法对小鼠脊椎轴位图像进行重建,比较两种算法的归一化均方距离（d）和归一化平均绝对距离（r）。结果 CPTV算法所重建的图像平滑性较差,伪影较多,而TV-POCS算法和基于交替投影的重建算法不仅有效抑制了噪声,还保护了图像的边缘,图像质量较高。基于交替投影的重建算法的RMSE比另外两种算法下降速度更快,收敛值更小。基于交替投影的重建算法重建图像的d和r值均小于TV-POCS算法（0.064 0 vs 0.262 4,0.073 7 vs 0.298 2）。结论 采用基于交替投影的重建算法重建有限角度的CT投影图像不需参数估计,且图像质量更高,收敛速度更快。