X射线CT转台单侧两次螺旋扫描单层重排重建算法

锥束计算机断层成像(CT)在临床医学及工业无损检测等诸多领域获得了越来越广泛的应用。但是,受面阵探测器尺寸等硬件条件限制,锥束CT的成像视野有限,难以满足实际应用中对大尺寸物体成像的需求。为了扩展锥束CT的视野,提出了锥束CT转台单侧两次螺旋扫描单层重排重建算法。该算法在转台的同一侧进行两次螺旋扫描,通过统一成像几何条件,将两组螺旋锥形束投影重排为多层平行束投影,利用平行束投影的对称性去除数据的横向截断,得到一组完全覆盖物体横截面的平行束投影数据,再通过滤波反投影方式得到重建图像。实验结果表明,该方法的成像视野扩展率可达2.56,且成像质量与传统全覆盖算法相当。     

基于纹影法的聚焦超声声场重建算法研究

为了从聚焦超声声场纹影图像直接重建声场声压分布图像,首先根据水中声波与光波的作用规律,利用Zernike相衬技术得到纹影系统中空间声压分布与纹影图像中光强的关系,再通过纹影系统获得聚焦超声声场实时图像,最后根据纹影系统的物理特性经过反投影重建算法重建出凹球壳聚焦超声换能器的空间声压分布。分析可知,理论声焦域横向与声轴大小分别为0.15 mm、1.4 mm,重建声场电功率为12 W时横向最接近为0.25 mm,30 W时声轴最接近为1.35 mm。与球壳换能器的理论声压分布进行对比的结果表明,该方法具有一定可行性,可以用于聚焦超声换能器的声场分布检测。     

时域反卷积算法用于提高超声反射CT成像分辨率

超声反射ＣＴ成像通常采用反射回波的包络作为投影，按一定算法进行重建，以实现对物体内某一截面的成像。由于超声换能器的发射脉冲具有一定宽度，这样，被检测物体内相距较近的缺陷回波信号将产生混叠，使得重建像中难以区分各相距较近的缺陷。针对这一问题，本文应用时域反卷积（ＴＤＤ）算法对缺陷回波信号进行预处理，再进行图像重建，理论和实验结果表明，成像分辨率得到提高，图像质量明显改善。     

复杂曲面构件的超声虚拟声源阵列成像*

利用虚拟声源和合成孔径聚焦相结合的复合成像技术解决复杂曲面构件超声检测图像中的缺陷位置失真问题。首先,在水浸检测条件下利用128阵元线性阵列换能器中采集曲面构件内部缺陷的B扫描数据。通过相邻阵元界面回波时间差构建虚拟声源,并将其定义为声波在水-构件双层界面上的入射点。然后,根据实际阵元-虚拟声源-聚焦目标三者之间的声传播路径,通过合成孔径聚焦技术将各路阵元的接收信号反推至虚拟声源处进行图像的延时叠加重建,最终获得复杂曲面构件中缺陷的超声图像。结果表明,与传统B扫图像和合成孔径聚焦图像相比,虚拟源-合成孔径聚焦图像能够准确呈现复杂曲面构件的表面轮廓,精确表征构件内部的缺陷位置。     

乳腺超声断层成像系统的有限元仿真分析

本文利用有限元仿真软件COMSOL进行乳腺超声断层成像仿真,仿真模型置于水中,重建区域包含乳腺软组织和一个圆形铁块障碍物。256个换能器等角度环形分布于乳腺外部,采用一个换能器发射、其余所有换能器接收的方式进行,依次进行256次仿真来实现环形扫描。仿真得到随时间变化的二维声压分布云图,提取接收电压获得信号矩阵。利用等角扇束滤波反投影重建算法进行图像重建,仿真实验结果证明了换能器呈360?进行环形扫描的方式可行。     

锥束射线RT扫描大视场三维CT成像方法研究

受探测器尺寸和重建锥角的限制,基于单圆轨道扫描和FDK算法的三维CT成像方法难以对大物体进行三维CT成像。提出了一种基于平板探测器,采用锥束RT扫描方式的成像方法,推导了其三维CT成像算法。首先把对回转物体进行三次锥束平移透照的投影数据重新排成为更大范围的倾斜平行投影数据,然后经过加权滤波和反投影重建,获得物体的三维层析结果。仿真结果表明,该方法在重构大物体图像时,获得了满意的图像质量。水平方向视场是单圆轨道FDK算法视场的2.88倍,在垂直方向减少了锥角过大形成的伪影,提高了物体的重构精度。     

基于射线模型的超声声速层析算法研究进展*

得益于超声换能器硬件的进步和数据采集速度的提升,超声层析成像近年来得到了越来越多的关注,特别是乳腺成像领域。超声层析成像中的声速图像分布可以为乳腺组织表征提供良好的定量分析数据,进而使得超声层析成像在乳腺癌的诊断方面有着良好的应用前景。目前,超声声速层析重建方法主要包括基于射线模型和全波模型的两大类算法。基于射线模型的声速重建算法在速度方面具有优势,近年来成为超声层析成像中一类重要的图像重建方法。本文将从射线前向过程、声波的第一到达时间提取以及声速重建的反问题等方面阐述基于射线模型的声速重建算法研究现状,并展望其在成像速度和成像质量方面的发展趋势。     

基于Split-Bregman算法的能谱计算机层析图像重建

与传统计算机层析(CT)成像技术相比,能谱CT可在一次扫描中得到物体在不同能谱通道下的投影图像,这有利于区分物体的材质,提高信号噪声比。基于光子计数探测器的能谱CT是近年来成像领域研究的热点。由于能谱通道变窄,每个能谱通道内的噪声增加。为了有效降低通道内的噪声,采用基于全变分最小化的SplitBregman算法进行图像重建。根据重建模体的先验信息,进行能谱通道的划分;采用Split-Bregman算法对含噪声和稀疏角的能谱投影数据进行重建。仿真结果表明,基于Split-Bregman算法的能谱CT图像重建方法能够有效减少能谱通道内噪声的影响,满足物体材质区分的需求。     

数字全息显微术中三种相位展开算法的比较研究

为了解决数字全息显微术相位重建中的欠采样问题,引用一种基于横向剪切干涉术的改进型最小二乘法相位展开算法,并与基于离散余弦变换的原始最小二乘法算法以及质量图导向路径算法进行比较。采用欠采样高斯函数进行计算机模拟,并进行了实验验证,结果表明了横向剪切干涉术方法的有效性。上述改进型最小二乘法相位展开算法在解决包裹相位图中的欠采样问题更有效,从而能够更精准地重建物体的相位信息。     

基于Radon逆变换的相对平行直线扫描CT解析重建

计算机断层成像(CT)技术广泛应用于医学诊断、工业检测等领域。近年来,提出了一种相对平行直线扫描CT(PTCT),采取射线源-探测器对物体作相对平行直线移动的扫描方式来采集数据,其结构简单、应用灵活、成本低。针对PTCT图像重建,提出了一种基于Radon逆变换的解析重建算法(PTCT-DHB)。相比于经典的PTCT滤波反投影算法(PTCT-FBP),该算法将斜坡滤波器分解为求导和希尔伯特变换两个步骤,提升了抗噪性能。搭建了PTCT实验系统,进行了仿真实验和实际实验。实验结果表明,与PTCT-FBP算法相比,本文算法重建图像的均方根误差值降低了0.0108,峰值信噪比值提升了4.437,结构相似性值提升了0.0041,PTCT-DHB算法能有效抑制高频噪声,快速地重建高质量CT图像。     

高分辨率快速数字化光声CT乳腺肿瘤成像

提出了一种基于聚焦线性阵列探测器的快速光声计算机断层成像技术（光声CT）.在光声二维图像重建中,根据阵列探测器机械扫描和电子扫描相结合的组合扫描模式,提出了改进的有限场滤波反投影重建算法.一方面该算法适合多元探测器旋转扫描模式,另一方面探测器的指向性函数作为反投影的权重因子提高了系统的横向分辨率.同时,该成像系统还利用柱面声透镜实现Z轴方向上的聚焦扫描以实现三维层析成像.实验中,这套成像系统空间分辨率达到0.2mm,Z轴方向分辨率为1.5mm,扫描一幅二维图像仅需150s,得到 关键词： 光声CT 有限场滤波反投影算法 声透镜聚焦 乳腺肿瘤检测     

X射线光场成像技术研究

X射线三维成像技术是目前国内外X射线成像研究领域的一个研究热点.但针对一些特殊成像目标,传统X射线计算层析(CT)成像模式易出现投影信息缺失等问题,影响CT重建的图像质量,使得CT成像的应用受到一定的限制.本文主要研究了基于光场成像理论的X射线三维立体成像技术.首先从同步辐射光源模型出发,对X射线光场成像进行建模;然后,基于光场成像数字重聚焦理论,对成像目标场在深度方向上进行切片重建.结果表明:该方法可以实现对成像目标任一视角下任一深度的内部切片重建,但是由于光学聚焦过程中的离焦现象,会引入较为严重的背景噪声.当对其原始数据进行滤波后,再进行X射线光场重聚焦,可以有效消除重建伪影,提高图像的重建质量.本研究既有算法理论意义,又可应用于工业、医疗等较复杂目标的快速检测,具有较大的应用价值.     

高密度差多层球壳双能CT图像重建方法

对含高密度差材料的大尺寸多层球壳构件采用双能CT方法进行无损检测,当采用高能射线扫描时,低Z材料区对射线基本无阻挡,而采用低能射线扫描时又会被高Z材料区截断,因此需要根据双能射线投影特征开展针对性的图像重建方法研究。首先,根据材料结构特征建立仿真模型,分别模拟得到高、低能射线的投影正弦图,然后采用滤波反投影和代数重建法等算法进行图像重建。通过仿真和比较分析,得出先融合投影再重建图像的方法要整体优于先分别重建再融合图像的方法。另外,为保证图像重建质量,在进行扫描射线能量选择时,要考虑提高局部投影质量,更要尽量减少被截断的总投影量。     

大型试件的X射线CT检测方法探讨

当对投影长度大于探测器长度的大型试件做平行光束CT时 ,可以认为投影被截断了。从数学上讲 ,这种情况下的解析法重建如滤波反投影法是不适宜的。然而从工程应用上来说 ,这又不是绝对的。就几种情况讨论了通过补充假数据 ,通过在 0～ 2π范围内对试件成像得到了完整的CT切片 ,获得了切片的精确重建     

探测器偏置重建算法在工业CT检测中的应用

工业CT检测对象的大小是不固定的,最大限度地利用已有探测器的成像面积非常重要。采用探测器偏置来获得更大的扫描视野,并推导相应的重建算法。该算法首先使用Parker类型函数对采集到的投影数据中的冗余部分进行加权,然后采用扇束滤波反投影重建算法重建得到断层图像。在实验中使用实际工业CT系统分别采集钢制线对块与铝合金变速器外壳的投影数据进行重建算法的验证,重建结果证明了使用的探测器偏置重建算法的正确性与有效性,且空间分辨率和标准扫描的重建结果保持一致,这个方法可以在工业CT成像上有效使用。     

代数重建技术在板壳结构断层重建中的应用

针对板壳结构用锥束射线倾斜扫描时数据缺失等问题,利用代数重建技术(ART)进行了断层重建。计算机模拟结果表明,由ART重建出的切片图像质量远好于先前用滤波反投影(FBP)重建出的切片图像质量。对影响ART算法的各种因素进行了调整,即选取适当的初始图像和收敛因子就可获得最佳的图像质量。     

基于先验组分的多谱CT序列DCM融合算法研究

多谱CT成像是通过不同谱段的CT图像表征检测对象中的不同组分。为了便于在同一视图中显示所有组分的信息,需要研究多谱CT序列的融合方法;但是常用融合方法如加权平均法、小波变换融合法等都是针对图像细节信息的优化,不能表达组分的物理特性,从而导致融合图像的灰度不具有物理表征性,影响CT的定量检测。为此,结合具有物理表征特征的数据约束模型(DCM),开展了基于先验组分的多谱CT序列DCM融合算法研究。首先通过能谱滤波分离的成像方法获得多个能谱范围内的多能投影数据,采用TV-OSEM算法重建不同能谱段的CT序列;其次,利用传统DCM模型和改进DCM模型分别对多谱CT序列进行融合,传统DCM模型是严格单能的,由于滤波后能谱的非严格单能特性,其融合结果不能表征出对象序列中的全部组分。针对此问题提出了改进DCM模型。改进DCM模型选择了新的体元定义,并且在多谱CT序列融合中引入先验组分作为参照,通过先验物质对融合结果中其他物质进行校准,实现检测对象中各组分位置的准确分布。仿真实验表明,该方法可从物理表征正确性的角度,实现多谱CT序列融合,在满足CT序列中不同组分区分的同时,其融合图像的灰度具有物理可参照性,有利于后续的CT定量检测。     

锥束CT成像质量影响因素研究

CT成像质量受诸多因素影响,有必要系统地研究各因素带来的影响以得到更好的成像效果。基于兰州大学核科学与技术学院研制的锥束CT系统,在近探测器几何条件下,采用一铝制标准件,通过对比实验研究了投影采集范围及步长、管电压及管电流、焦点尺寸、样品在转台位置、硬化校正和图像优化等因素对CT系统成像质量的影响。结果表明,当投影采集完备时,投影采集范围对成像质量影响较小,减小扫描步长能提高成像质量;适当提高管电压能降低硬化伪影,提高管电流能减小图像噪声;较小的焦点尺寸能提高图像空间分辨率,但在近探测器几何条件下不明显;样品在转台位置不影响CT系统还原样品结构;硬化校正能明显消除硬化伪影;最后,对于单一材质样品通过阈值去噪能优化图像质量。以上研究为CT系统的研制和应用提供了参考。     

厚度模压电超声换能器无源声学材料研究进展*

厚度模压电超声换能器作为超声波发射、接收以及电信号间转换的载体,是超声成像与检测系统的核心器件,一般由压电层、匹配层和背衬层3部分组成。超声换能器的性能一定程度上决定着整体超声设备的性能,影响了其在工业、医学、军事等领域的应用。该换能器的关键性能指标(带宽、灵敏度)除了受到压电层的影响,还与匹配层、背衬层等无源声学材料的设计密切相关。该文综述了近年来厚度模压电超声换能器无源声学材料(匹配层、背衬层和声透镜)的研究进展,提出了当前该类材料面临的难题和解决途径,并对其未来发展方向进行了展望。