一种用于正电子检测正弦矩阵图的感兴趣区域提取方法技术

本发明专利技术公开了一种用于正电子检测正弦矩阵图的感兴趣区域提取方法。根据正弦矩阵图的数据存储规则和感兴趣区域的物理位置范围进行感兴趣区域的提取；利用最大似然估计法对提取了感兴趣区域的正弦矩阵图进行图像重建，获得切片图；构建PCNN网络结构，利用PCNN网络对切片图进行处理，完成切片图的感兴趣区域的提取。本发明专利技术通过感兴趣区域的提取与单独处理，最大限度地保留感兴趣区域的信息，单独对感兴趣区域进行图像重建，在损失不关心区域信息的条件下，最大限度地保留了感兴趣区域的原始信息，有利于提高感兴趣区域的成像分辨率，有利于对病变部位的准确判断。

A ROI Extraction Method for Positron Detection Sinusoidal Matrix Graph

The invention discloses a region of interest extraction method for positron detection sinusoidal matrix graph. According to the data storage rules of sinusoidal matrix graph and the physical location range of the region of interest, the region of interest is extracted; the sinusoidal matrix graph of the region of interest is extracted by maximum likelihood estimation method to reconstruct the image and obtain the slice image; the structure of PCNN network is constructed, and the slice image is processed by PCNN network to extract the region of interest of the slice image. By extracting and processing the region of interest separately, the method can preserve the information of the region of interest to the greatest extent, reconstruct the image of the region of interest separately, and retain the original information of the region of interest to the greatest extent under the condition of losing the information of the region of interest, which is conducive to improving the imaging resolution of the region of interest and accurate judgment of the lesion.

【技术实现步骤摘要】
一种用于正电子检测正弦矩阵图的感兴趣区域提取方法
本专利技术属于正电子检测领域，特别涉及了一种用于正电子检测正弦矩阵图的感兴趣区域提取方法。
技术介绍
PET(PositronEmissionTomography，正电子发射型计算机断层显像)，主要用于人体、小动物肿瘤、癌症、神经受体、脑代谢等的诊断、定位、评估及新的医学药品的研发。在现代医学检测中，PET检测技术凭借其精确、低放射性、能够对早期的癌变部位进行检测的特性，受到越来越多的关注。通常，检测的过程如下：将人体所需的化合物用能发射正电子的放射性核素标记，注射进患者的体内，放射性核素由于能够发射正电子，它在患者体内会与周围的电子发生反应，出现湮灭现象，成对产生逆向发射的511keV的γ光子对。PET中的探测器探测成对出现的γ光子对，即符合响应线(lineofresponse,LOR)，通过数据采集得到大量LOR，校正和滤波后，进行LOR数据的重组形成层析投影数据，即以正弦矩阵图的形式存储。正弦矩阵图通常需要通过滤波反投影法或最大似然估计法等图像重建算法进行图像重建，进而得到人眼可以识别的断层切片图像。在医学检测中，通常是针对PET得到的断层图像进行病变判断与病变部位定位。然而，PET检测的原始数据是以符合响应线的形式呈现，而记录符合响应线信息的正弦矩阵图是直接反应检测原始数据的。由正弦矩阵图到断层切片图的图像成像过程实质上是通过符合线数据对切片图的估计过程，因此无论是哪种成像算法在对切片图进行重建的过程都会对原始信息或多或少有所丢失或发生畸变。因此，在检测中，对特别关注的疑似病变区域，用常规的图像处理方法针对重建后的切片图进行感兴趣区域的单独处理显得不足。
技术实现思路
为了解决上述
技术介绍
提出的技术问题，本专利技术提供了一种用于正电子检测正弦矩阵图的感兴趣区域提取方法。为了实现上述技术目的，本专利技术的技术方案为：一种用于正电子检测正弦矩阵图的感兴趣区域提取方法，包括以下步骤：(1)根据正弦矩阵图的数据存储规则和感兴趣区域的物理位置范围进行感兴趣区域的提取；(2)利用最大似然估计法对提取了感兴趣区域的正弦矩阵图进行图像重建，获得切片图；(3)构建PCNN网络结构，利用PCNN网络对切片图进行处理，完成切片图的感兴趣区域的提取。进一步地，步骤(1)的具体过程如下：(101)将PET探测器排布为圆环形，对所有探测器按照排布顺序进行编号，并将探测器任意两两作为一组，组成探测器对，根据正弦矩阵图的定义，确定每个探测器对的对应符合响应线在正弦矩阵图二维矩阵中的(r，θ)坐标，其中，横坐标r表示环形探测器探测视野中心点到符合响应线的距离，纵坐标θ表示符合响应线的垂直线与水平方向的夹角；(102)以被测对象在探测视野中的物理位置为依据，将被测对象中重点检查区域作为感兴趣区域，在探测视野中进行位置的框定；(103)根据感兴趣区域像素点位置与探测器对的位置，分别找出每个像素点处发生正电子湮灭对应产生的符合响应线以及对应的探测器对，并对应于正弦矩阵图中的位置进行标注；根据此方法将所有感兴趣区域像素点发生湮灭形成的符合响应线的位置进行记录，确定正弦矩阵图中全部的感兴趣区域位置信息；(104)PET探测器对目标对象进行检测，得到该对象的检测数据形成的正弦矩阵图；根据步骤(103)中记录的感兴趣区域的位置信息，将检测得到的正弦矩阵图中对应感兴趣区域位置的数据保留，其他数据都置0，由此获得目标对象的提取了感兴趣区域的正弦矩阵图。进一步地，在步骤(101)中，组成一组探测器对的两个探测器之间至少相隔2个探测器。进一步地，步骤(2)的具体过程如下：将尺寸为m×m的切片图像的m2个像素表示成一维数据形式，xj为第j像素中的核素浓度，j＝1,2,…,m2，yi为第i组探测器对所记录的正电子放射数，在xj处放射源放射的正电子被第i组探测器对所记录的正电子放射数yi服从参数为pijxj的Poisson分布，即：其中，pij为xj处放射正电子被第i组探测器对计数的概率；检测正电子数偏离其总体均值的数量当作噪声，将式(1)改写成：其中，ei表示噪声项，I为探测器对数目；在Poisson噪声模型下式(2)的极大似然函数：其中，Y表示所有探测器对，X表示图像所有像素，假定各个探测器对的数据相互独立；从优化的角度，极大似然函数等价于极大化的对数似然函数：将极大似然函数准则下PET成像问题归结为以下的约束优化问题：maxL(X)(5)其中的约束是待估参数物理意义相一致的简单非负约束，最终以上述问题的解作为放射性核素浓度分布参数的估计值，重建PET图像的目标函数：X*＝argmaxL(X)(6)利用如下的最大似然期望统计迭代公式求解式(6)：其中，上标k表示第k次迭代的值；经过10次迭代，得到j＝1,2…,m×m，按照m×m的二维图形拉成一维数据相反的方法，把还原成m×m的二维图像，即得到二维切片图。进一步地，步骤(3)的具体过程如下：(301)根据切片图的信息对PCNN网络进行参数设置，构建用于切片图感兴趣区域提取的PCNN网络结构；(302)将步骤(2)中得到的切片图各像素作为输入，将切片图输入到构建好的PCNN网络中，对切片图进行处理，得到各神经元的输出值，当输出值为1时，该神经元发生点火，记录发生点火的该像素位置，构建M矩阵；(303)根据步骤(302)中得到的M矩阵，得到对应于切片图中感兴趣区域的像素位置信息，保留切片图中感兴趣区域的灰度数据，其他区域数据置0，从而完成切片图感兴趣区域的提取。进一步地，在步骤(302)中，将发生点火的位置置1，而其他位置置0，构建M矩阵，且M矩阵的大小与切片图的大小相同；在步骤(303)中，读取M矩阵中数值为1的数据位置，就得到了对应于切片图中感兴趣区域的像素位置信息。采用上述技术方案带来的有益效果：(1)本专利技术减小了正弦矩阵图到切片图的图像重建过程的计算量。由于本专利技术根据正弦矩阵图的特点与感兴趣区域的物理位置范围进行感兴趣区域的提取，得到的数据量比传统的正弦矩阵图少许多，因而在计算的过程中，会减小计算量，提高成像速度。(2)本专利技术提高了感兴趣区域的成像质量。对得到的切片图，再进一步进行感兴趣区域的提取与单独处理，根据感兴趣区域成像数据的特点，利用PCNN对感兴趣区域进行单独提取与处理，减小周围数据对感兴趣区域成像的影响，进一步提高感兴趣区域的成像质量。附图说明图1是由符合响应线得到正弦矩阵图的过程示意图，图1中的标号说明：1、响应线；2、探测环；3、正弦矩阵图；图2是本专利技术的整体方法流程图；图3是单个像素对应符合响应线存储在正弦矩阵图的示意图；图4是PCNN中心神经元与周围神经元位置关系示意图，图4中的标号说明：1、切片图；2、中心神经元；3、a-h周围神经元；图5是用于对切片图中坐标为(i,j)的像素点处理的PCNN结构图。具体实施方式以下将结合附图，对本专利技术的技术方案进行详细说明。正电子放射成像技术(PositronEmissionTomography，PET)是通过将放射性核素分布在待测区域而后检测多个断层各个角度的放射强度以重建核素在特定区域的分布图的成像技术。这些放射性核素的引入是通过将其标记在被测参数相关的物质中，放射性核素中的同位素发生β+本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于正电子检测正弦矩阵图的感兴趣区域提取方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)根据正弦矩阵图的数据存储规则和感兴趣区域的物理位置范围进行感兴趣区域的提取；(2)利用最大似然估计法对提取了感兴趣区域的正弦矩阵图进行图像重建，获得切片图；(3)构建PCNN网络结构，利用PCNN网络对切片图进行处理，完成切片图的感兴趣区域的提取。

【技术特征摘要】
1.一种用于正电子检测正弦矩阵图的感兴趣区域提取方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)根据正弦矩阵图的数据存储规则和感兴趣区域的物理位置范围进行感兴趣区域的提取；(2)利用最大似然估计法对提取了感兴趣区域的正弦矩阵图进行图像重建，获得切片图；(3)构建PCNN网络结构，利用PCNN网络对切片图进行处理，完成切片图的感兴趣区域的提取。2.根据权利要求1所述用于正电子检测正弦矩阵图的感兴趣区域提取方法，其特征在于，步骤(1)的具体过程如下：(101)将PET探测器排布为圆环形，对所有探测器按照排布顺序进行编号，并将探测器任意两两作为一组，组成探测器对，根据正弦矩阵图的定义，确定每个探测器对的对应符合响应线在正弦矩阵图二维矩阵中的(r，θ)坐标，其中，横坐标r表示环形探测器探测视野中心点到符合响应线的距离，纵坐标θ表示符合响应线的垂直线与水平方向的夹角；(102)以被测对象在探测视野中的物理位置为依据，将被测对象中重点检查区域作为感兴趣区域，在探测视野中进行位置的框定；(103)根据感兴趣区域像素点位置与探测器对的位置，分别找出每个像素点处发生正电子湮灭对应产生的符合响应线以及对应的探测器对，并对应于正弦矩阵图中的位置进行标注；根据此方法将所有感兴趣区域像素点发生湮灭形成的符合响应线的位置进行记录，确定正弦矩阵图中全部的感兴趣区域位置信息；(104)PET探测器对目标对象进行检测，得到该对象的检测数据形成的正弦矩阵图；根据步骤(103)中记录的感兴趣区域的位置信息，将检测得到的正弦矩阵图中对应感兴趣区域位置的数据保留，其他数据都置0，由此获得目标对象的提取了感兴趣区域的正弦矩阵图。3.根据权利要求2所述用于正电子检测正弦矩阵图的感兴趣区域提取方法，其特征在于，在步骤(101)中，组成一组探测器对的两个探测器之间至少相隔2个探测器。4.根据权利要求2所述用于正电子检测正弦矩阵图的感兴趣区域提取方法，其特征在于，步骤(2)的具体过程如下：将尺寸为m×m的切片图像的m2个像素表示成一维数据形式，xj为第j像素中的核素浓度，j＝1,2,…,m2，yi为第i组探...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚敏，赵增浩，赵敏，张越淇，郭瑞鹏，徐君，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32