4D-CT reconstruction with unified spatial-temporal patch-based regularization

Daniil Kazantsev; William M. Thompson; William R. B. Lionheart; Geert Van Eyndhoven; Anders P. Kaestner; Katherine J. Dobson; Philip J. Withers; Peter D. Lee

doi:10.3934/ipi.2015.9.447

文章内容

2015年第9卷, 第2版: 447-467. Doi公司：10.3934/ipi.2015.9.447

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基于统一时空补丁正则化的4D-CT重建

1
曼彻斯特大学材料学院曼彻斯特X射线成像设备，曼彻斯特，M13 9PL
2
曼彻斯特大学数学学院，Alan Turing Building，Manchester，M13 9PL
三。
安特卫普大学iMinds-Vision实验室，Wilrijk，B-2610
4
Paul Scherrer Institute（PSI）中子散射与成像实验室，维利根，5232

收到时间： 2013年7月

修订日期： 2014年4月

发布时间： 2015年5月

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摘要

在本文中，我们考虑了一个用于临时演变的CT的有限数据重建问题，其中一些区域在整个扫描过程中是静态的，而一些区域是动态的（剧烈或缓慢变化）。当层析实验中发生运动时，人们希望尽量减少使用的投影数，并迭代重建图像。为了确保迭代方法的稳定性，非常需要空间和时间约束。在这里，我们提出了一种新的时空正则化方法，其中所有时间帧都被重建为空间和时间的统一函数。我们的方法与最新的时空正则化方法有两个主要区别。首先，利用所有可用的时间信息来提高每个时间帧的空间分辨率。其次，我们的方法不单独处理空间和时间惩罚项，而是将它们统一在一个正则化项中。此外，我们通过考虑最可能属于一个强度等级的非局部面片来优化该方法的时间平滑部分。这种修改大大提高了重建图像的信噪比，并减少了计算时间。所提出的方法与投影数据的黄金比例采样相结合使用，这使得人们能够在时间和空间分辨率场景之间找到更好的折衷方案。

关键词：

数学学科分类：一次：65F10、65F22；次要：62P30。

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[1]	S.Bougleux、G.Peyre和L.Cohen，反问题的非局部正则化，反向探测。成像，5（2011），511-530.doi:10.3934/ipi.2011.5.511。
[2]	K.S.Brown、S.Schluter、A.Sheppard和D.Wildenschild，《关于用x射线显微层析术测量三相流体界面特性的挑战》，显微镜杂志，253（2014），171-182.doi:2011年10月11日/jmi.12106。
[3]	A.Buades、B.Coll和J.M.Morel，《图像去噪算法与新算法综述》，多尺度模型。模拟。，4（2005），490-530.doi:10.1137/040616024.
[4]	C.L.Byrne，应用的迭代方法，Natick，MA：彼得斯，2008.doi:10.1201/b10651。
[5]	P.L.Combettes和J.-C.Pesquet，《信号处理中的近距离分裂方法》，in科学与工程反问题的定点算法Springer Optim公司。申请。，{49}，施普林格，纽约，2011，185-212.doi：10.1007/978-1-4419-9569-8_10.
[6]	高海峰，蔡建峰，沈振中，赵海峰，基于稳健主成分分析的四维CT，物理医学生物学。，56（2011），3181-3198.doi:10.1088/0031-9155/56/11/002.
[7]	X.Jia，Y.Lou，B.Dong，Z.Tian和S.Jiang，通过时间非局部正则化从少量投影数据重建4D CT，in医学图像计算和计算机辅助干预——MICCAI 2010《计算机科学讲稿》，6361，施普林格，柏林-海德堡，2010，143-150.doi:10.1007/978-3-642-15705-9_18.
[8]	A.P.Kaestner、S.Hartmann、G.Kuhne、G.Frei、C.Grunzweig、L.Josic、F.Schmid和E.H.Lehmann，ICON光束线-SINQ冷中子成像设施，物理学研究中的核仪器和核方法，659（2011），387-393.doi:2016年10月10日/j.nima.2011.08.022。
[9]	A.P.Kaestner、B.Muench、P.Trtik和L.G.Butler，动态过程的时空计算机断层扫描，SPIE光学工程，50(2011), 1-10.
[10]	J.Kaipio和E.Somersalo，《统计反问题：离散化、模型简化和反犯罪》，计算与应用数学杂志，198（2007），493-504.doi：2016年10月10日/j.cam.2005.09.027。
[11]	A.C.Kak和M.Slaney，计算机断层成像原理，IEEE出版社，纽约，1998.doi：10.1137/1.9780898719277.
[12]	D.Kazantsev、W.R.B.Lionheart、P.J.Withers和P.D.Lee，GPU在时空域中使用高阶PDE正则化加速4D-CT重建程序。CMSSE公司，3，西班牙阿尔梅里亚，2013，843-852。
[13]	D.Kazantsev，S.R.Arridge，S.Pedemonte，A.Bousse，K.Erlandsson，B.F.Hutton和S.Ourselin，一种用于3D SPECT重建的解剖学驱动的各向异性扩散滤波方法，物理医学生物学。，57（2012年），3793-3810.doi：10.1088/0031-9155/57/12/3793.
[14]	T.Kohler，基于黄金分割的迭代重建投影接入方案2004年IEEE研讨会记录核科学，第6卷，IEEE，2004，3961-3965.doi：10.1109/NSSMIC.2004.1466745。
[15]	D.S.Lalush和M.N.Wernick，迭代图像重建，in发射层析成像（编辑：Mark T.Madsen），学术出版社，2004年，443-472.doi:10.1016/B978-012744482-6/50024-7。
[16]	D.S.Lalush和B.M.W.Tsui，在门控心脏SPECT中使用先验运动模型进行快速4D重建的块迭代技术，物理医学生物学。，43（1998），875-886.doi:10.1088/0031-9155/43/4/015.
[17]	李S.Z，图像分析中的马尔可夫随机场模型，施普林格，2009.doi:10.1007/978-1-84800-279-1.
[18]	J.Nocedal和S.Wright，数值优化，施普林格，2006.doi:10.1007/978-0-387-40065-5.
[19]	W.J.Palenstijn、K.J.Batenburg和J.Sijbers，使用图形处理单元（GPU）的迭代电子断层扫描重建的性能改进，结构J。生物。，176（2011），250-253.doi:2016年10月10日/j.jsb.2011年7月17日。
[20]	PB正则化包（开源代码），http://ccpforge.cse.rl.ac.uk/gf/project/ccpi_itr/frs/？action=FrsReleaseView&release_id=364。
[21]	K.Perlin，《改善噪音》，ACM T.图形。，21（2002），681-682.doi:10.1145/566654.566636.
[22]	J.Qi和R.M.Leahy，发射计算机断层扫描中的迭代重建技术，物理医学生物学。，51（2006），R541-R578.doi：10.1088/0031-9155/51/15/R01。
[23]	A.Rahmim、J.Tang和H.Zaidi，动态PET中的四维（4D）图像重建策略：超越传统的独立帧重建，医学物理。，36（2009），3654-3670.doi:10.1118/1.3160108.
[24]	L.Ritschl、S.Sawall、M.Knaup、A.Hess和M.Kacherrieß，使用自适应时空稀疏先验的迭代4D心脏显微CT图像重建，物理医学生物学。，57（2012），1517-1526.doi:10.1088/0031-9155/57/6/1517.
[25]	L.I.Rudin、S.Osher和E.Fatemi，基于非线性总变差的噪声去除算法，物理D。，60（1992），259-268.doi：2016年10月17日-2789（92）90242-F。
[26]	M.Strobl、I.Manke、N.Kardjilov、A.Hilger、M.Dawson和J.Banhart，《中子射线照相术和层析成像的进展》，《物理学杂志》。D：申请。物理学。，42（2009），1-21.doi:10.1088/0022-3727/42/24/243001.
[27]	W.M.Thompson、W.R.Lionheart和E.J.Morton，《高速X射线CT系统实时成像》，年程序。第六届过程层析成像国际研讨会, 2012.
[28]	G.Van Eyndhoven、K.J.Batenburg和J.Sijbers，CT中结构变化物体的基于区域的迭代重建，IEEE传输。关于图像处理，23（2014），909-919.doi:10.1109/TIP.2013.2297024。
[29]	H.Wu、A.Maier、R.Fahrig和J.Horneger，4D-CT重建的时空总变差正则化（STTVR），程序。SPIE公司，8313（2012年），237-240.doi：10.1117/12.911162。
[30]	G.Wang和J.Qi，使用基于补丁的边缘保持正则化的惩罚似然PET图像重建，IEEE医学影像汇刊，31（2012），2194-2204.doi:2010年10月10日/三月12日211378。
[31]	Z.Yang和M.Jacob，反问题的非局部正则化：一个统一的变分框架，IEEE传输。关于图像处理， 22（2013），3192-3203.doi:10.1109/tip.2012.2216278。
[32]	Z.Yang和M.Jacob，无显式运动估计运动补偿动态成像的鲁棒非局部正则化框架2012年IEEE第九届生物医学成像国际研讨会（ISBI），2012年，1056-1059年。doi：10.1109/ISBI.2012.6235740。