应用于质子计算机断层成像重建的改进总变分优超化方法

先前的工作表明，总变分优超化（TVS）改善了质子计算机断层成像（pCT）中的重建图像质量。此后 TVS 算法的结构发生了演变，本工作研究了这种新算法结构是否为 pCT 图像质量带来额外益处。对原始 TVS 算法引入的结构和参数变化包括：（1）包含或排除 TV 降低要求，（2）每次可行性寻求迭代中可变数量 $N$ 的 TV 扰动步，以及（3）引入扰动核 $0<\alpha<1$。排除 TV 降低要求检查的结构变化在 $3\le N\le 6$ 时往往具有有益效果，并允许 TVS 算法完全并行化。每次可行性寻求迭代的重复扰动降低了 $3\le N\le 6$ 时的总变分（TV）和材料相关标准偏差。扰动核 $\alpha$（等价于原始 TVS 算法中的 $\alpha=0.5$）在 $\alpha$ 增大超过 $\alpha=0.5$ 时降低了 TV 和标准偏差，但在 $\alpha>0.75$ 时对重建的相对阻止本领（RSP）值产生负面影响。TV 和标准偏差的降低使得可行性寻求可采用比先前更大的松弛参数 $\lambda$，而不会出现原始 TVS 算法中所经历的标准偏差相应增加。本工作表明，与原始 TVS 算法演变相关的修改在适当选择参数值的情况下，在 pCT 图像质量和计算效率两方面均带来益处。