低剂量PET图像重建方法、装置、设备及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术适用PET成像技术领域，提供了一种低剂量PET图像重建方法、装置、设备及存储介质，该方法包括：根据采集到的投影数据和PET设备的系统矩阵，通过PET图像重建算法对待重建PET图像进行重建，获得初始重建PET图像，通过梯度运算和字典学习，分别获得初始重建PET图像对应的水平梯度图像稀疏表示和垂直梯度图像稀疏表示，将水平梯度图像稀疏表示和垂直梯度图像稀疏表示从梯度域恢复到图像域，获得重建PET图像，判断重建PET图像是否满足目标函数，是则输出重建PET图像，否则，继续对待重建PET图像执行图像重建、梯度运算以及字典学习的操作，从而提高了低剂量PET图像的重建速度，且降低重建图像的伪影程度，进而提高了低剂量PET图像重建的图像质量。

Low Dose PET Image Reconstruction Method, Device, Equipment and Storage Media

The invention is applicable to the field of PET imaging technology, and provides a low-dose PET image reconstruction method, device, equipment and storage medium. The method includes: according to the collected projection data and the system matrix of PET equipment, the reconstructed PET image is reconstructed by the PET image reconstruction algorithm, the initial reconstructed PET image is obtained, and the initial weight is obtained by gradient operation and dictionary learning, respectively. The sparse representation of horizontal gradient image and vertical gradient image corresponding to PET image are constructed. The sparse representation of horizontal gradient image and vertical gradient image are restored from gradient domain to image domain, and the reconstructed PET image is obtained. To judge whether the reconstructed PET image satisfies the objective function, the reconstructed PET image is output. Otherwise, image reconstruction and ladder are carried out for the reconstructed PET image. The operation of degree operation and dictionary learning improves the reconstruction speed of low-dose PET image, reduces the artifact degree of the reconstructed image, and improves the image quality of low-dose PET image reconstruction.

【技术实现步骤摘要】
低剂量PET图像重建方法、装置、设备及存储介质
本专利技术属于PET成像
，尤其涉及一种低剂量PET图像重建方法、装置、设备及存储介质。
技术介绍
正电子发射断层成像(PositronEmissionTomography，简称PET)是一种发射型成像技术(EmissionTomography，简称ET)，它通过把放射性药物注入体内的方法来显示不同组织的新陈代谢情况。PET技术是继计算机断层成像(ComputedTomography，简称CT)和磁共振成像(MagneticResonanceImaging，简称MRI)之后应用于临床的一种新型影像技术。在PET成像中，放射性药物实际上是个分子载体，它依附于特定的生理组织或病理过程。放射性物质在药物的带领下在人体内有目的的分布。PET成像的目的实际上就是得到放射性物质在人体内部的分布图，它的工作原理是：将一些放射性核元素，如O-15、C-11、N-13和F-18等标记在人体代谢所需的化合物上，然后通过手臂静脉血管注射等方式输入受检者体内。标记化合物在参与体内代谢的过程中，放射性核元素发生衰变，释放出正电子(带一个正电荷的电子)，正电子与其周围的(带负电)电子发生湮灭，产生两个能量为511keV的伽马光子。这对光子在一条直线上朝相反的方向射出，利用体外的伽马照相机可以探测到特定区域放射的所有光子，然后设计一定的算法，就可以近似得到放射性物质在人体内部的分布情况。由于在PET检查中使用的放射性药物会对近距离接触该药物的人员产生辐射，而受到辐射的人员患癌的几率会远高于正常人，同时放射性药物的消耗在PET检查的成本中占有一定比重。因此，根据国际放射防护委员会(InternationalCommissiononRadiologicalProtection，简称ICRP)提出的合理使用低剂量(AsLowAsReasonablyAchievable，简称ALARA)原则，在PET临床诊断时，以期用最小的剂量获得满足临床需求的图像，尽量降低对患者的辐射剂量。然而，在对低剂量采样得到的测量数据进行PET图像重建时，现有传统的PET图像重建算法重建图像的速度慢，进而使得重建图像产生运动伪影，这些伪影将会直接影响医生的诊断行为。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种低剂量PET图像重建方法、装置、设备及存储介质，旨在解决由于现有技术无法提供一种有效的低剂量PET图像重建方法，导致低剂量PET图像重建速度慢、且重建图像质量差的问题。一方面，本专利技术提供了一种低剂量PET图像重建方法，所述方法包括下述步骤：当接收到对低剂量PET图像进行重建的请求时，获取通过PET设备采集到的投影数据，并获取所述PET设备的系统矩阵；根据所述投影数据以及所述系统矩阵，通过预设的PET图像重建算法对预先初始化的待重建PET图像进行图像重建，获得初始重建PET图像；对所述初始重建PET图像进行梯度运算，获得所述初始重建PET图像对应的水平梯度图像和垂直梯度图像；对所述水平梯度图像和所述垂直梯度图像分别进行字典学习，获得对应的水平梯度图像稀疏表示和垂直梯度图像稀疏表示；通过最小二乘法将所述水平梯度图像稀疏表示和所述垂直梯度图像稀疏表示从梯度域恢复到图像域，获得重建PET图像；判断所述重建PET图像是否满足预设的目标函数，是则，输出所述重建PET图像，否则，将所述重建PET图像设置为所述待重建PET图像，并跳转到通过预设的PET图像重建算法对预先初始化的待重建PET图像进行图像重建的步骤。另一方面，本专利技术提供了一种低剂量PET图像重建装置，所述装置包括：参数获取单元，用于当接收到对低剂量PET图像进行重建的请求时，获取通过PET设备采集到的投影数据，并获取所述PET设备的系统矩阵；初始重建单元，用于根据所述投影数据以及所述系统矩阵，通过预设的PET图像重建算法对预先初始化的待重建PET图像进行图像重建，获得初始重建PET图像；梯度图像获取单元，用于对所述初始重建PET图像进行梯度运算，获得所述初始重建PET图像对应的水平梯度图像和垂直梯度图像；字典学习单元，用于对所述水平梯度图像和所述垂直梯度图像分别进行字典学习，获得对应的水平梯度图像稀疏表示和垂直梯度图像稀疏表示；重建图像获取单元，用于通过最小二乘法将所述水平梯度图像稀疏表示和所述垂直梯度图像稀疏表示从梯度域恢复到图像域，获得重建PET图像；以及重建图像判断单元，用于判断所述重建PET图像是否满足预设的目标函数，是则，输出所述重建PET图像，否则，将所述重建PET图像设置为所述待重建PET图像，并触发所述初始重建单元执行通过预设的PET图像重建算法对预先初始化的待重建PET图像进行图像重建的步骤。另一方面，本专利技术还提供了一种计算设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述低剂量PET图像重建方法所述的步骤。另一方面，本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述低剂量PET图像重建方法所述的步骤。本专利技术根据采集到的投影数据和PET设备的系统矩阵，通过PET图像重建算法对待重建PET图像进行重建，获得初始重建PET图像，通过梯度运算和字典学习，分别获得初始重建PET图像对应的水平梯度图像稀疏表示和垂直梯度图像稀疏表示，将水平梯度图像稀疏表示和垂直梯度图像稀疏表示从梯度域恢复到图像域，获得重建PET图像，判断重建PET图像是否满足目标函数，是则输出重建PET图像，否则，继续对待重建PET图像执行图像重建、梯度运算以及字典学习的操作，从而提高了低剂量PET图像的重建速度，且降低重建图像的伪影程度，进而提高了低剂量PET图像重建的图像质量。附图说明图1是本专利技术实施例一提供的低剂量PET图像重建方法的实现流程图；图2是本专利技术实施例二提供的低剂量PET图像重建装置的结构示意图；图3是本专利技术实施例二提供的低剂量PET图像重建装置的优选结构示意图；以及图4是本专利技术实施例三提供的计算设备的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。以下结合具体实施例对本专利技术的具体实现进行详细描述：实施例一：图1示出了本专利技术实施例一提供的低剂量PET图像重建方法的实现流程，为了便于说明，仅示出了与本专利技术实施例相关的部分，详述如下：在步骤S101中，当接收到对低剂量PET图像进行重建的请求时，获取通过PET设备采集到的投影数据，并获取PET设备的系统矩阵。本专利技术实施例适用于医学图像处理平台、系统或设备，例如个人计算机、服务器等。当接收到对低剂量PET图像进行重建的请求时，获取通过PET设备在低剂量条件下采集到的投影数据，并获取PET设备的系统矩阵，该系统矩阵是根据PET设备的几何结构信息计算得到的。在步骤S102中，根据投影数据以及系统矩阵，通过预设的PET图像重建算法对预先初始化的待重建PET图像进行图像重建，获得初始重建PET图像。在本专利技术实施例中，根据投影数据以及系统矩阵，通过预设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低剂量PET图像重建方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：当接收到对低剂量PET图像进行重建的请求时，获取通过PET设备采集到的投影数据，并获取所述PET设备的系统矩阵；根据所述投影数据以及所述系统矩阵，通过预设的PET图像重建算法对预先初始化的待重建PET图像进行图像重建，获得初始重建PET图像；对所述初始重建PET图像进行梯度运算，获得所述初始重建PET图像对应的水平梯度图像和垂直梯度图像；对所述水平梯度图像和所述垂直梯度图像分别进行字典学习，获得对应的水平梯度图像稀疏表示和垂直梯度图像稀疏表示；通过最小二乘法将所述水平梯度图像稀疏表示和所述垂直梯度图像稀疏表示从梯度域恢复到图像域，获得重建PET图像；判断所述重建PET图像是否满足预设的目标函数，是则，输出所述重建PET图像，否则，将所述重建PET图像设置为所述待重建PET图像，并跳转到通过预设的PET图像重建算法对预先初始化的待重建PET图像进行图像重建的步骤。

【技术特征摘要】
1.一种低剂量PET图像重建方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：当接收到对低剂量PET图像进行重建的请求时，获取通过PET设备采集到的投影数据，并获取所述PET设备的系统矩阵；根据所述投影数据以及所述系统矩阵，通过预设的PET图像重建算法对预先初始化的待重建PET图像进行图像重建，获得初始重建PET图像；对所述初始重建PET图像进行梯度运算，获得所述初始重建PET图像对应的水平梯度图像和垂直梯度图像；对所述水平梯度图像和所述垂直梯度图像分别进行字典学习，获得对应的水平梯度图像稀疏表示和垂直梯度图像稀疏表示；通过最小二乘法将所述水平梯度图像稀疏表示和所述垂直梯度图像稀疏表示从梯度域恢复到图像域，获得重建PET图像；判断所述重建PET图像是否满足预设的目标函数，是则，输出所述重建PET图像，否则，将所述重建PET图像设置为所述待重建PET图像，并跳转到通过预设的PET图像重建算法对预先初始化的待重建PET图像进行图像重建的步骤。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标函数表示为：其中，g为所述投影数据，M为所述系统矩阵，f为所述待重建PET图像，v1为预设大于0的惩罚参数，和表示水平方向和垂直方向的差分算子，表示所述f的梯度图像，和分别表示所述f的水平梯度图像和垂直梯度图像，为从所述中提取出的第l个图像块的向量表示，D为预设的过完备字典，αl为所述第l个图像块所对应的稀疏系数，T0为所述每个图像块的稀疏度。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述初始重建PET图像进行梯度运算的步骤，包括：根据预设的水平梯度图像公式和预设的垂直梯度图像公式对所述初始重建PET图像进行梯度运算，获得所述初始重建PET图像对应的水平梯度图像和垂直梯度图像，其中，所述水平梯度图像公式为所述垂直梯度图像公式为为所述初始重建PET图像，j和k分别为所述中像素的坐标。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述水平梯度图像和所述垂直梯度图像分别进行字典学习的步骤，包括：根据预设的图像块数量对所述水平梯度图像和所述垂直梯度图像进行图像块提取，得到对应的水平梯度图像块和垂直梯度图像块；对所述水平梯度图像块和所述垂直梯度图像块进行字典学习，获得对应的所述水平梯度图像稀疏表示和所述垂直梯度图像稀疏表示。5.一种低剂量PET图像重建装置，其特征在于，所述装置包括：参数获取单元，用于当接收到对低剂量PET图像进行重建的请求时，获取通过PET设备采集到的投影数据，并获取所述PET设备的系统矩阵；初始重建单元，用于根据所述投影数据以及所...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡战利，杨永峰，梁栋，刘新，郑海荣，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44