[发明专利]一种基于图像分割的动态PET图像重建及示踪动力学参数估计方法

权利要求书

1.一种基于图像分割的动态PET图像重建及示踪动力学参数估计方法，包括如下步骤：

(1)利用探测器对注入有放射性药剂的生物组织进行探测，动态采集得到对应各个时刻的符合计数向量，并建立符合计数矩阵Y；

(2)使动态的PET图像序列组合成PET浓度分布矩阵X，根据PET成像原理，建立PET测量方程；

(3)通过对PET测量方程引入全变分约束，得到基于TV的PET图像重建模型L(X)；

(4)利用房室模型匹配估计示踪动力学参数，建立关于X和Ф的同步重建模型S(X，Ф)；

(5)基于预处理得到的区域分割结果，对示踪动力学参数矩阵Ф进行聚类，得到聚类分割模型C(Ф)；

(6)将上述三个模型L(X)、S(X，Ф)和C(Ф)相结合得到同步重建的目标函数LSC(X，Ф)如下：

其中：γ和∈均为权重系数；

(7)对目标函数LSC(X，Ф)进行最优化求解后即得到PET浓度分布矩阵X和示踪动力学参数矩阵Ф。

2.根据权利要求1所述的动态PET图像重建及示踪动力学参数估计方法，其特征在于：所述符合计数矩阵Y由各符合计数向量按时序排列组成，所述PET浓度分布矩阵X由各时刻对应的PET浓度分布向量按时序排列组成。

3.根据权利要求1所述的动态PET图像重建及示踪动力学参数估计方法，其特征在于：所述PET测量方程的表达式如下：

Y＝GX+R+S

其中：G为系统矩阵，R和S分别为反映随机事件和散射事件的测量噪声矩阵。

4.根据权利要求3所述的动态PET图像重建及示踪动力学参数估计方法，其特征在于：所述PET图像重建模型L(X)的表达式如下：

其中：α为权重系数，TV(X)为关于X的全变分正则项，g_ij为系统矩阵G中第i行第j列元素值，y_im为符合计数矩阵Y中第i行第m列元素值，x_jm为PET浓度分布矩阵X中第j行第m列元素值，r_im为反映随机事件的测量噪声矩阵R中第i行第m列元素值，s_im为反映散射事件的测量噪声矩阵S中第i行第m列元素值，i、j和m均为自然数且1≤i≤N，1≤j≤K，1≤m≤M，N为符合计数向量的维度，K为PET浓度分布矩阵X的行数即PET图像的像素点个数，M为PET浓度分布矩阵X的列数即采样时间长度。

5.根据权利要求4所述的动态PET图像重建及示踪动力学参数估计方法，其特征在于：所述全变分正则项TV(X)的表达式如下：

其中：D(x_jm)为关于x_jm的二维差分向量，该向量第一行元素值为x_jm-x_j，m+1，第二行元素值为x_jm-x_j+1，m，x_j，m+1为PET浓度分布矩阵X中第j行第m+1列元素值，x_j+1，m为PET浓度分布矩阵X中第j+1行第m列元素值，|| ||₂表示2范数。

6.根据权利要求1所述的动态PET图像重建及示踪动力学参数估计方法，其特征在于：所述同步重建模型S(X，Ф)的表达式如下：

其中：μ为权重系数，Ψ为字典矩阵，^T表示转置，||||₂表示2范数，||||₁表示1范数。