[发明专利]基于二范数约束和平滑约束的点源图像重建方法及成像仪

说明书

本发明公开了一种基于二范数约束和平滑约束的点源图像重建方法及相应的成像仪，所述点源图像重建方法包括：获取放射源即所述点源所发射的辐射粒子在成像仪中的探测器中分布p以及相关系统传输矩阵a；设定所述点源图像即所述放射源分布图像的初值f⁽⁰⁾；基于二范数约束和平滑约束，对所述放射源分布图像的值f进行迭代运算，以重建所述点源图像。本发明的点源图像重建方法减少重建图像的伪影，保证图像的平滑度，提高了重建辐射图像的信噪比；本发明的成像仪能够实现高质量的重建图像。

技术领域

本发明属于辐射探测成像技术领域，特别涉及一种基于二范数约束和平滑约束的点源图像重建方法，同时提供相应的成像仪。

背景技术

当前，核技术已经渗透到了人类生产生活的各个领域，在工业、农业、环境和医学中得到了广泛的应用。伽马光子辐射是核技术应用中主要的核辐射类型之一。对核技术应用中放射源所释放的伽马射线进行探测，从而实现对放射源的监控，对于核技术应用的可控性、打击核走私、防止核泄漏以及应对核恐袭均具有重要意义。

辐射成像仪或辐射探测器是对放射源的空间分布进行成像的重要设备，其核心工作原理是利用辐射成像仪探测、测量或者说采集所述放射源发射辐射粒子(通常是伽马射线)的事件(以下称为辐射粒子事件)后，利用对应的系统传输模型或者说系统传输矩阵(系统传输矩阵元a_ij即空间第i个角度位置的放射源所发射的辐射粒子被辐射成像仪的第j个像素单元探测的概率或相对概率)，并利用图像重建算法计算空间中辐射粒子的方向分布图像，从而获得放射源在空间中分布信息，以得到放射源的空间分布的图像。

由于辐射粒子事件数据的低计数以及泊松统计特性，在现有的辐射成像仪的应用中，普遍使用的重建方法为基于统计模型的优化方法，如极大似然期望最大化算法(Maximum Likelihood Expectation Maximization，MLEM)。所述极大似然期望最大化算法的核心思想在于利用设定的初始的放射源图像(以下简称辐射图像)初值以及系统传输模型计算探测器内辐射粒子事件分布，并与探测所得的辐射粒子事件分布进行对比，将二者的差异利用系统传输模型反投影回辐射图像域并更新辐射图像值，通过上述方法反复迭代更新辐射图像值从而得到辐射图像。

在实际的应用中，由于探测或者说测量的辐射粒子事件计数少，因此测量数据的信噪比较差，利用传统的MLEM统计迭代方法进行辐射图像重建会存在两个方面的问题：1)图像的伪影严重；2)随着迭代过程的进行，测量数据的噪声逐渐被所述MLEM统计迭代方法放大，因此最终的辐射图像的信噪比较差。

发明内容

在辐射成像仪的应用中，最常见的应用场景是对点源或类点源成像(即放射源只分布在空间中的一个小区域)，这相当于是一个先验信息，即最终的辐射图像应该保证像素值(代表此处的放射源的强度)聚集到一个小区域。另一方面，放射源的空间分布出现瞬变的概率很小，即其空间分布具有较好的平滑特性。针对当前MLEM统计迭代方法存在的问题，本发明提供一种基于二范数约束和平滑约束的点源图像重建方法及相应的成像仪，所述点源图像重建方法拟从以上两个先验模型出发减少重建图像的伪影，同时提高图像的信噪比。

本发明提供的基于二范数约束和平滑约束的点源图像重建方法，包括步骤：

获取放射源即所述点源所发射的辐射粒子在成像仪中的探测器中分布p以及相关系统传输矩阵a；

设定所述点源图像即所述放射源分布图像的初值f⁽⁰⁾；

基于二范数约束和平滑约束，对所述放射源分布图像的值f进行迭代运算，以重建所述点源图像。

进一步，所述探测器中分布p为矩阵形式，所述探测器中分布p的矩阵元p_j为所述探测器测量得到的所述辐射粒子在所述探测器的第j个像素单元的计数，所述探测器中分布p的维数为所述探测器的像素单元的个数M，1≤j≤M。