基于最小区域的锥束ART算法快速图像重建

针对锥束ART算法重建速度慢的问题,考虑到工业CT重建目标尺寸差异较大的特点,提出了一种基于最小重建区域的快速三维图像重建方法。由不同视角下的锥束投影构建最小区域包络,对最小区域包络进行膨胀处理,以消除重建目标边界附近所出现的伪影,在此基础上,给出了射线穿过最小重建区域的体素索引及权因子的计算。该方法能够根据重建目标的尺寸自适应地确定最小重建区域,从而最大限度地减少了计算量。实验结果表明,该方法不仅大幅度提高了锥束ART算法的重建速度,而且有效地提高了重建质量。     

基于分段硬化曲线的X射线CT射束硬化校正方法

研究了X射线CT射束硬化的形成机理,分析了射束硬化校正的常用方法,建立了以投影灰度为自变量的射束硬化校正模型,从而降低了射束硬化校正的计算难度。分析了采用多项式拟合射束硬化曲线的优缺点,提出一种基于多项式的分段硬化曲线表达新方法。该方法首先采用过原点的多项式曲线拟合硬化数据,然后通过所得多项式曲线的曲率变化,判断该曲线在拟合区间两端是否出现振荡,并对振荡部分的多项式曲线采用幂函数曲线进行替换,同时保证各段曲线在连接点处C1连续(曲线的C1连续定义为, 两条曲线交于一点且在交点处的一阶导数相等)。计算机CT仿真实验结果表明,该方法对理想CT图像和含噪CT图像的射束硬化校正,均表现出良好的稳定性,并可基本消除射束硬化造成的伪影。     

锥束CT平板探测器成像的余晖建模与校正方法

锥束CT具有高效率和高精度的显著特点, 在医学成像与工业无损检测等领域已得到广泛应用, 但余晖的存在降低了CT图像的质量. 本文借鉴余晖多指数衰减模型的思想, 结合平板探测器输出信号的实际衰减规律, 提出了一种新的基于多指数拟合的余晖衰减建模及校正方法. 首先进行了基于平板探测器的锥束CT成像实验, 结果表明平板探测器各像素的余晖衰减规律具有良好的一致性, 且余晖衰减规律与初始灰度的大小无关; 其后根据建立的余晖衰减模型实现了余晖的快速校正, 并分析比较了余晖校正前后投影图像和切片图像质量, 表明余晖校正后的零件轮廓清晰度得到了显著提升. 该方法无需获取探测器闪烁体成分及其衰减时间常数, 便于实际锥束CT成像系统的余晖检测与校正. 关键词： 余晖 平板探测器 锥束CT 多指数衰减     

CT不完全投影数据重建算法综述

本文主要针对计算机断层成像(computed tomography,CT)不完全投影数据重建中探测器全覆盖稀疏角度重建和探测器部分覆盖截断数据重建问题,综述了其在研究方法上国内外的进展.在探测器对被检测物体可以完全覆盖的情况下,针对稀疏均匀采样和视角受限采样,探讨了离散模型迭代重建算法和压缩感知采样重建算法.在探测器对被检测物体不能完全覆盖的情况下,探讨了锥束螺旋BPF重建算法、加型迭代重建算法和锥束FDK改进算法.论文可以为CT重建领域的研究工作者提供全面的方法梳理和总结,并指出了当前研究的重点和未来研究的方向.     

基于光子计数能谱CT的含能材料等效原子序数测量方法

双能CT或能谱CT可以测量材料的等效原子序数,对含能材料的成分检测和生产工艺改进具有重要意义,但现有方法存在复杂度高、设备要求高等缺点。为提高等效原子序数的测量精度,并降低设备要求和算法复杂度,提出了一种基于新型CeTe光子计数探测器的等效原子序数测量方法。该方法利用材料的衰减特性,重新推导了两个能量区间线性衰减系数之比与等效原子序数的关系。该方法不依赖于双能CT或能谱CT的专业知识,只需利用光子计数探测器对三种已知材料进行能谱CT扫描与重建,即可得到等效原子序数的标定曲线,并对未知材料进行等效原子序数测量。在实际应用中,只需保证标定实验和测量实验在相同条件下进行,即可将重建误差、探测器响应误差、射束硬化效应和散射效应等影响因素纳入到标定曲线（相当于重新对NIST数据进行了特定扫描条件下的标定）,并抑制上述因素对最终结果的影响。相较于其他方法,该方法鲁棒性和通用性较强,且大幅降低了设备要求和算法复杂度。同时,该方法允许相对较宽的能量区间,可以较充分的利用X射线源所发出的光子,使检测效率满足了工业检测和医学成像的需要,具有良好的商业应用前景。实验结果表明,在当前标定范围（等效原子序数6～13）和扫描条件下,该方法测量的等效原子序数相对误差小于2%,具有较高的可靠性。在实际含能材料生产检测中,该方法在不破坏含能材料的情况下对高衰减杂质成分进行了有效判断,指出了高衰减杂质是实际生产过程中混入的高原子序数杂质,而不是高密度的含能材料。这表明该方法能够有效解决含能材料生产中的成分检测难题,并有望促进含能材料生产工艺的改进,具有重要的工程意义。     

Scatter correction method for cone-beam CT based on interlacing-slit scan

Cone-beam computed tomography(CBCT) has the notable features of high efficiency and high precision, and is widely used in areas such as medical imaging and industrial non-destructive testing. However, the presence of the ray scatter reduces the quality of CT images. By referencing the slit collimation approach, a scatter correction method for CBCT based on the interlacing-slit scan is proposed. Firstly, according to the characteristics of CBCT imaging, a scatter suppression plate with interlacing slits is designed and fabricated. Then the imaging of the scatter suppression plate is analyzed, and a scatter correction calculation method for CBCT based on the image fusion is proposed, which can splice out a complete set of scatter suppression projection images according to the interlacing-slit projection images of the left and the right imaging regions in the scatter suppression plate, and simultaneously complete the scatter correction within the flat panel detector(FPD). Finally, the overall process of scatter suppression and correction is provided. The experimental results show that this method can significantly improve the clarity of the slice images and achieve a good scatter correction.     

Point spread function modeling and image restoration for cone-beam CT

X-ray cone-beam computed tomography(CT) has such notable features as high efficiency and precision,and is widely used in the fields of medical imaging and industrial non-destructive testing, but the inherent imaging degradation reduces the quality of CT images. Aimed at the problems of projection image degradation and restoration in cone-beam CT, a point spread function(PSF) modeling method is proposed first. The general PSF model of conebeam CT is established, and based on it, the PSF under arbitrary scanning conditions can be calculated directly for projection image restoration without the additional measurement, which greatly improved the application convenience of cone-beam CT. Secondly, a projection image restoration algorithm based on pre-filtering and pre-segmentation is proposed, which can make the edge contours in projection images and slice images clearer after restoration, and control the noise in the equivalent level to the original images. Finally, the experiments verified the feasibility and effectiveness of the proposed methods.     

基于锥束CT序列图像的三维缺陷检测方法

根据锥束CT序列图像各向同性及缺陷实体在序列图像层间位移和变化较小的特点,提出了一种适合锥束CT序列图像的三维缺陷检测方法。首先结合多目标跟踪思想,利用三维连通区域标记算法提取三维缺陷实体,并建立缺陷对应关系哈希表,以解决缺陷检测中目标轨迹的分叉;然后根据噪声目标的固有特性,对虚假缺陷信息进行有效删除,最终可获得真实缺陷目标实体,缺陷提取精度可达到像素。通过对空心涡轮叶片蜡模锥束CT图像进行实验,结果表明。该方法能准确地提取有较强噪声影响的序列图像的三维缺陷。