We investigated the imaging performance of a fast convergent ordered-subsets algorithm with subiteration-dependent preconditioners (SDPs) for positron emission tomography (PET) image reconstruction. In particular, we considered the use of SDP with the block sequential regularized expectation maximization (BSREM) approach with the relative difference prior (RDP) regularizer due to its prior clinical adaptation by vendors. Because the RDP regularization promotes smoothness in the reconstructed image, the directions of the gradients in smooth areas more accurately point toward the objective function's minimizer than those in variable areas. Motivated by this observation, two SDPs have been designed to increase iteration step-sizes in the smooth areas and reduce iteration step-sizes in the variable areas relative to a conventional expectation maximization preconditioner. The momentum technique used for convergence acceleration can be viewed as a special case of SDP. We have proved the global convergence of SDP-BSREM algorithms by assuming certain characteristics of the preconditioner. By means of numerical experiments using both simulated and clinical PET data, we have shown that the SDP-BSREM algorithms substantially improve the convergence rate, as compared to conventional BSREM and a vendor's implementation as Q.Clear. Specifically, SDP-BSREM algorithms converge 35\%-50\% faster in reaching the same objective function value than conventional BSREM and commercial Q.Clear algorithms. Moreover, we showed in phantoms with hot, cold and background regions that the SDP-BSREM algorithms approached the values of a highly converged reference image faster than conventional BSREM and commercial Q.Clear algorithms.


翻译:我们调查了一个快速趋同的定序子算法(SDPs)的成像性能,该算法以亚化依赖最小值的先决条件值(SDPs)来进行正电子排放断层摄影(PET)图像重建,特别是,我们考虑使用SDP(SDP)的成像性性能,该方法与以前(RDP)的相对差异值相匹配,因为供应商先前的临床适应性(BSR)成像性能正规化(RDP)的成像性能。因为RDP的正规化有助于重建图像的平稳性能,而平滑地区的梯度向向向目标函数最小值最小值的方向比可变区域更准确地指向最小值最小值最低值的方向(SDP),有两个SDP(PET)的SDP(PET)平流层平级递增级分级(SDP-BSR)的递升级性能(SDP-BSR)比SDP-SR(SEM)的常规递增率、S-BEM(S-SR)的递增率(S-SR)的SD-B-SL)和SEM(SL)的递增率(S-SR),比B-SR(S-SR)的递增到B-R)的SLLL)的递增率(S-SR(S-EM)和B-S-SR(S-S-EM)的伸进(B-R)的递归)的递进性能(SL)的递进率(SL)的达)和(SL)。

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