基于低维流形先验的低剂量CT重建方法

来源：计算机工程与应用杂志2023年第18期北京时间：

作者：牛善洲, 梁礼境, 李硕, 张梦真, 邱洋, 刘汉明, 李楠

单位：1.赣南师范大学 数学与计算机科学学院，江西 赣州 341000；2.赣南师范大学 赣州市计算成像重点实验室，江西 赣州 341000；3.赣南师范大学 经济管理学院，江西 赣州 341000

摘要：针对低剂量CT成像问题，提出了一个基于低维流形先验的低剂量CT重建方法。对投影数据进行统计建模，将低维流形正则化作为先验信息引入到投影数据恢复过程中，从而达到抑制噪声的目的，再使用传统的滤波反投影（filtered back-projection，FBP）算法进行CT图像重建。在Shepp-Logan体膜实验新方法重建结果与FBP、PWLS-QM（penalized weighted least-squares via quadratic?membrane）以及PWLS-DL（penalized weighted least-squares via dictionary learning）方法重建结果相比，相对均方根误差分别降低了64.87%、54.81%和7.02%；结构相似性指标分别提高了16.78%、1.88%和1.91%。在XCAT体膜实验中，新方法重建结果与FBP、PWLS-QM以及PWLS-DL方法重建结果相比，相对均方根误差分别降低了37.46%、22.17%和11.48%；结构相似性指标分别提高了3.33%、0.73%和1.22%。在临床数据实验中，新方法重建结果与FBP、PWLS-QM以及PWLS-DL方法重建结果相比，相对均方根误差分别降低了45.96%、25.61%和15.87%；结构相似性指标分别提高了19.12%、7.46%和8.63%。仿真和临床数据实验结果表明，新方法在有效抑制低剂量CT图像中噪声和伪影同时，可以很好地保持图像的结构信息和空间分辨率。

关键词：低剂量CT,图像重建,投影数据恢复,惩罚加权最小二乘,低维流形先验