基于相关噪声特性的迭代质子 CT 图像重建停止准则
医学物理
2023-09-06 v2
摘要
背景:基于体素的 CT 图像重建滤波反投影算法具有由滤波器定义的噪声特性,而迭代算法必须在收敛的某一点停止,且不一定能为具有不同程度异质性的图像产生一致的噪声特性。目的:用于 pCT 图像重建的最小二乘迭代算法收敛到唯一拟合质子的 RSP 解。我们提出一种停止准则,其给出的解具有体素间 RSP 噪声相关性相对较低的属性。这提供了一种生成具有一致噪声特性的 pCT 图像的方法,该特性对质子治疗计划有用,后者依赖于沿体素线求和 RSP。方法:利用来自原型临床质子成像系统的具有不同异质性的模拟与真实图像,我们计算均匀感兴趣区域内体素对之间的平均 RSP 相关性随体素间距离的变化。我们定义参数 r,即到唯一解的剩余距离相对于估计 RSP 噪声的比值,我们的停止准则基于 r 降至选定值以下。结果:我们发现对于较大的 r 值体素间存在强相关性,而对于较小 r 值则存在反相关性。当 r 在 0.5 到 1 范围内时,体素相对不相关,且与更小的 r 值相比具有更低噪声且仅轻微损失空间分辨率。结论:未使用特定度量或理由来停止迭代的迭代算法可能产生具有未知且任意收敛或平滑水平的图像。我们通过当 r 达到 0.5 到 1 范围时停止迭代来解决此问题。这定义了一种具有一致统计特性、对临床使用(包括 pCT 图像治疗计划)最优的 pCT 图像重建方法。
引用
@article{arxiv.2204.06594,
title = {A stopping criterion for iterative proton CT image reconstruction based on correlated noise properties},
author = {Ethan A. DeJongh and Alexander A. Pryanichnikov and Don F. DeJongh and Reinhard W. Schulte},
journal= {arXiv preprint arXiv:2204.06594},
year = {2023}
}
备注
Accepted for publication in Journal of Applied Clinical Medical Physics