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基于正则化重建的发射断层成像中的快速拟牛顿算法及预处理的进一步改进。

Fast Quasi-Newton Algorithms for Penalized Reconstruction in Emission Tomography and Further Improvements via Preconditioning.

出版信息

IEEE Trans Med Imaging. 2018 Apr;37(4):1000-1010. doi: 10.1109/TMI.2017.2786865.

DOI:10.1109/TMI.2017.2786865
PMID:29610077
Abstract

This paper reports on the feasibility of using a quasi-Newton optimization algorithm, limited-memory Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno with boundary constraints (L-BFGS-B), for penalized image reconstruction problems in emission tomography (ET). For further acceleration, an additional preconditioning technique based on a diagonal approximation of the Hessian was introduced. The convergence rate of L-BFGS-B and the proposed preconditioned algorithm (L-BFGS-B-PC) was evaluated with simulated data with various factors, such as the noise level, penalty type, penalty strength and background level. Data of three F-FDG patient acquisitions were also reconstructed. Results showed that the proposed L-BFGS-B-PC outperforms L-BFGS-B in convergence rate for all simulated conditions and the patient data. Based on these results, L-BFGS-B-PC shows promise for clinical application.

摘要

本文报告了在发射断层成像(ET)中使用拟牛顿优化算法、带边界约束的有限内存 Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno(L-BFGS-B)对惩罚图像重建问题的可行性。为了进一步加速,引入了一种基于海森近似的附加预处理技术。使用具有不同噪声水平、惩罚类型、惩罚强度和背景水平等因素的模拟数据评估了 L-BFGS-B 和所提出的预处理算法(L-BFGS-B-PC)的收敛速度。还对三名 F-FDG 患者采集的数据进行了重建。结果表明,在所模拟的所有条件和患者数据中,所提出的 L-BFGS-B-PC 在收敛速度上均优于 L-BFGS-B。基于这些结果,L-BFGS-B-PC 有望应用于临床。

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