Joumal of Computer Applications
计算机应用,
20
日,
33
(1):
53 - 56, 68
ISSN 1001-9081
CODEN JYIIDU
2013-01-01
http://www.joca.cn
文章编号
:1001
-9081(2013)01
-0053
-04
doi:l0.
3724/SP.
J.
1087.2013.00053
迭代图像重建中系统矩阵与重建图像质量关系研究
陈洪磊,贺建峰,刘俊卿,马
磊
(昆明理工大学信息工程与自动化学院,昆明
650500)
(
*通信作者电子邮箱
postgraduate@
kmus
t.
edu.
cn)
摘
要:针对现有系统矩阵算法复杂、效率低的问题,提出了一种简易的线段加权算法。对比传统线段加权算法,
所提算法大大减少了对直线与网格相交情况的判断,使用二维方式对网格进行编号,并且基于提出的算法对传统线
段加权法计算系统矩阵过程进行了改进。采用改进方法计算的系统矩阵重建图像,并且对重建图像质量进行评价。
实验结果表明,所提算法的运算速度比
Siddon
改进算法提高了
3
倍以上,并且重建图像的质量随着线段加权法中计
算线段数目增加而逐步提高。
关键词:系统矩阵;投影系数;线段加权
;Siddon
改进算法;图像质量评价
中图分类号:
TN957.
52;
T
凹
9
1.
413
文献标志码
:A
Study on relationship between system matrix and reconstructed image quality in
iterative image reconstruction
CHEN
Honglei
,
HE
Jianfeng
'.,
LIU
Junqing
,
MA
Lei
( College
of
Information
Engineering
α nd
Automation, Kunming University
of
Science
α nd
Technology, Kunming
Yunn
α
n
650500, China)
Abstract:
In view of complicated and inefficient calculation of system matrix, a simple length weighted algorithm
was
proposed. Compared with the traditional length weighted algorithm, the proposed algorithm reduced situations of the
intercepted photon rays with the grid and the grid index of the proposed approach was determined in the two-dimensional
coordinate. The computational process of the system matrix was improved based on the proposed algorithm. The image
reconstructed with the system matrix
was
constructed through the
new
proc
四
s
,
and the quality of the reconstructed image
was
assessed. The experimental results show that the operation speed of the proposed algorithm is more than three times faster than
Siddon improved algorithm
, and the more lengths in the length weighted algorithm get considered, the better quality of the
reconstructed image has.
Key
words:
system matrix; projection coefficient; length weighted; Siddon improved algorithm; image quality
assessment
0
引言
迭代图像重建已成为正电子发射断层成像(
Positron
Emission Tomography
,
PET)
技术中的主要方法,而系统矩阵
是
PET
迭代图像重建过程中的关键因素。系统矩阵也称为
系统响应矩阵,它反映了放射
γ
射线对图像像素的贡献。常
规的迭代算法:最大似然期望值最大化
(Maximum
Likelihood
Expectation
Maxi
自由
ation
,
MLEM)
算法
[1]
和有序子集一期望值
最大化
(Ordered
S
巾
-sets
Expectation Maximization,
OSEM)
算
法
[2]
关键都在于事先求得精确的系统矩阵。系统矩阵是由
投影系数构成的,所以计算投影系数是构建系统矩阵的先决
条件。
线段加权法是计算系统矩阵最简单且最常用的方法。其
基本原理如图
1
中的一个子网格为一个像素,那么射线
R
穿
过像素
J
的线段就为
AB
,
计算
AB
的长度并且确定像素
J
的位
置,同理计算出穿过其他像素的射线线段长度,射线没有穿过
的网格就为
0
。
线段加权法通常只计算一条射线,这使得系统矩阵包含
收稿日期
:2012-07
-12;
修回日期
:2012-08-17
。
重建图像的信息较少,重建的图像质量不高。由于传统的线
段加权算法计算效率较低,计算多条射线开销过大,本文提出
了-种简单、高效的线段加权算法,大大降低计算多条线段的
开销,使得重建图像的质量得到提升,并且还通过实验研究了
计算的线段数目与重建图像质量的关系。
射线飞
像勤
图
I
线段加权法示意图
1
线段加权构造系统矩阵
1.
1
投影系数的计算
投影系数就是线段加权中所要求的穿过像素的线段长
度。系统矩阵就是由一定顺序排列的投影系数构成的,计算
基金项目:留学回国人员科研启动基金资助项目
(2010-1561)
;云南省教育厅科学研究基金资助项目
(2012J090)
。
作者简介:陈洪磊(1
986
一)
,男(傣族)
,云南普泻人,硕士研究生,主要研究方向:医学图像重建;
贺建峰(1
965
一),男,云南开远人,教授,
博士,主要研究方向:医学图像处理;
刘俊卿(1
986
- )
,男,河南洛阳人,硕士研究生,主要研究方向:医学图像重建;
马磊(
1978
一)
,男(回
族)
,云南昆明人,讲师,硕士,主要研究方向:信号处理、软件工程。