针对小动物的锥束CT重建的研究及验证

基于经典3D Shepp-Logan模型,应用射线追踪和射线衰减定律得到锥束CT的模拟仿真数据.利用FDK三维重建算法实现锥束CT图像重建,采用仿真图像对重建算法进行了验证,通过搭建的锥束CT系统和自制仿体进行了层析成像和图像重建.结果表明:算法可较为准确地重建出原物体的空间分布和密度关系,针对仿真数据的中心断层重建图像的空间分辨率可达到8lp/mm.     

针对小动物的锥束CT重建的研究及验证

基于经典3D Shepp-Logan模型,应用射线追踪和射线衰减定律得到锥束CT的模拟仿真数据.利用FDK三维重建算法实现锥束CT图像重建,采用仿真图像对重建算法进行了验证,通过搭建的锥束CT系统和自制仿体进行了层析成像和图像重建.结果表明:算法可较为准确地重建出原物体的空间分布和密度关系,针对仿真数据的中心断层重建图像的空间分辨率可达到8 lp/mm.     

一种基于FDK的锥束CT重建的改进方法

在实际的锥束CT扫描过程中,由于探测器的离散化,对每个探测器单元来说都有一定大小.那么相对于被扫描物体的每个体素点,在某一个角度下过它的射线打在探测器上是有一定面积的,如果取体素截面大小和探测器单元大小相近,过它的射线是分布在相邻的几个探测器单元上的,在重建过程中,如果依据落在各个探测器单元上的射线所占面积的大小考虑到那些探测器单元的信息对被重建体素点的影响,会提高重建图像的边缘清晰度,本论文利用实际的锥束扫描数据,采用传统的FDK方法和改进的FDK方法对物体重建,通过比较得出用新方法重建的图像边缘比传统FDK方法清晰,而且新方法还有抑制噪声的作用。     

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。     

螺旋锥束CT中两种解析重建算法的研究

 研究了锥束螺旋Katsevich和FDK重建算法,并对这两种算法进行比较。实验结果表明：当投影数据没有噪声的时候,FDK算法和Katsevich算法均能取得较好的效果,当对实际物体进行重建的时候,投影数据含有噪声, Katsevich算法需要对投影数据求导,而它对投影数据的噪声较敏感,重建质量有所下降。     

一种基于Radon逆变换的半覆盖螺旋锥束CT重建算法

半覆盖螺旋锥束计算机断层成像能够扩展传统螺旋锥束计算机断层成像的成像视野, 实现小面板探测器成像超视野物体. 但是, 各角度下的投影都存在数据截断, 会使重建结果中产生截断伪影, 降低图像质量. 本文提出了一种基于Radon逆变换的半覆盖螺旋锥束重建算法, 该算法在滤波时先使用局部算子, 再使用全局算子. 局部算子不受数据截断的影响, 并且降低了运算后的值由于数据截断所造成的不连续性, 因此, 减少了随后全局运算产生的截断误差. 仿真和实际实验结果均验证了本文算法的有效性. 和现有算法的对比也表明, 本文算法针对半覆盖螺旋锥束投影具有更强的截断伪影抑制能力, 能够有效提高重建图像的质量.     

光栅成像的锥束相位CT重建算法

X射线相位衬度成像对弱吸收物质有着独有的高密度分辨率,在医学、生物学、材料学等领域显示出良好的应用前景.但是其中的干涉成像法、衍射增强成像法和同轴成像法具有一定局限性,难以被广泛应用.光栅成像克服了以往相位衬度成像的缺陷,也使相位衬度成像向锥束成像发展成为可能.本文致力于锥束相位X射线计算机断层摄影术(CT)重建算法的研究,根据基于光栅的锥束相位成像的特点,利用吸收CT中FDK (Feldkamp-Davis-Kress)重建算法的思想,发展出适用于锥束相位成像的CT重建方法.该方法为滤波反投影类型,以相位一阶导数像为投影值,直接重建物体的相位项.通过仿真验证了算法的正确性.     

改进的大锥角锥束CT圆轨迹反投影滤波算法北大核心CSCD

锥束CT圆轨迹反投影滤波(BPF)算法能够有效处理数据截断问题,在感兴趣区域成像研究中具有重要的地位。但是当锥角增大时,重建图像的顶端和底端会出现严重的伪影,从而影响图像质量。为解决该问题,从扇束圆轨迹BPF算法出发,重新推导了锥束圆轨迹BPF算法,通过对锥束伪影成因分析,提出了一种基于锥角大小和轴向距离大小的权重函数,修正了重建过程中差分反投影图像求解部分,达到抑制伪影的目的。实验结果表明,改进的大锥角锥束CT圆轨迹BPF算法能够在锥角增大时有效地抑制锥角效应,提高重建图像质量。     

一种圆轨迹锥束CT中截断投影数据的高效重建算法

本文基于数据重排方法, 提出了T-BPF (Tent-BPF)算法, 该算法先将锥束投影数据重排成平行投影数据, 然后使用一种推导的BPF型算法重建重排后的平行投影数据. T-BPF算法将原BPF算法反投影中变化的角度积分限变成固定的, 反投影中各层循环之间没有了相关性, 这意味着T-BPF算法较原BPF算法具有更好的可并行性. 实验结果显示: 使用GPU对256³的Shepp-Logan体模的图像重建进行并行加速, T-BPF算法在保证重建质量的前提下, 加速比达到了1036, 较原BPF算法有很大提升. T-BPF算法为截断投影数据的3D图像快速重建提供了方法. 关键词： X射线光学 CT 图像重建 GPU     

层析成像图像重建算法综述

介绍了层析成像技术的图像重建算法,并从正向问题数学模型的简化和反向问题数学模型的映射结构的角度比较了各种算法的特点和优劣。研究表明:用本质是线性算法的各种变换方法重建图像存在严重失真,而卷积滤波的引入可以使变换方法的重建效果有所改善;基于导数搜索的迭代算法对初始值依赖性强、收敛速度慢并且容易陷入局部最优解;基于Fourier变换的方法具有本质的局限性;小波变换则可以同时刻画图像时域和频域的细节特征;有限元法通过重建对象像素的智能划分可以简化正问题的复杂性;而具有物理背景的蒙特卡罗法、模拟退火法、遗传算法、粒子滤波法及神经网络法更适合于复杂且非线性的图像重建;智能化、仿生化、并行化以及各种算法的融合是层析成像图像重建算法的发展趋势。     

基于压缩传感和代数重建法的CT图像重建

代数重建法(ART)是一种重要的CT图像重建方法,适合于不完全投影数据的图像重建,其缺点是重建速度慢。为提高图像重建的质量和速度,利用压缩传感理论提出了一种基于ART的高质量图像重建算法。该算法将CT图像的梯度稀疏性结合到ART图像重建中,在每次迭代中的投影操作结束后用梯度下降法调整全变差,减小图像梯度的l1范数。实验结果验证了该算法的有效性。     

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.     

螺旋锥束计算机断层成像倾斜扇束反投影滤波局部重建算法

螺旋锥束计算机断层成像(CT)作为常用的临床诊断工具,如何尽可能地减少其辐射剂量是热点研究领域之一.局部成像利用准直器减小射线直照区域,能够有效降低CT辐射剂量.然而,局部成像会造成投影数据横向截断,产生局部重建问题.现有螺旋反投影滤波(BPF)算法只能实现局部曲面重建,难以实现局部体区域重建.在圆轨迹扇束BPF算法的基础上,通过加权修正和坐标扩展,提出了螺旋锥束CT倾斜扇束反投影滤波(TFB-BPF)重建算法.该算法把重建区域按层划分,对各层构建倾斜的扇形束几何,并使用经过加权修正的TFB-BPF算法逐层进行重建.该算法最大的优势是滤波线(与原始螺旋锥束BPF算法中PI线等价)在二维平面内选择,算法更加简洁高效,并且能够应用于局部体区域的重建.实验结果表明,算法能够有效重建物体局部体区域,并且重建图像质量较好,没有明显的截断伪影.     

基于自适应准则的闪光照相图像重建

 针对闪光照相图像低信噪比的特点,提出了一种自适应的图像重建算法。该算法以代数法(ART)迭代重建为基础,在迭代重建过程中引入了两个权重矩阵,其中一个矩阵用来控制重建过程中的高频分量以保持重建结果的边界;另一个矩阵控制重建结果的平坦区域以提高重建结果的信噪比。通过在迭代过程中更新这两个矩阵来实现图像的自适应重建。数值模拟结果表明,相对于传统的单准则ART重建算法,该方法具有更好的抗噪能力和边界保持能力。     

基于自适应准则的闪光照相图像重建

针对闪光照相图像低信噪比的特点,提出了一种自适应的图像重建算法。该算法以代数法(ART)迭代重建为基础,在迭代重建过程中引入了两个权重矩阵,其中一个矩阵用来控制重建过程中的高频分量以保持重建结果的边界;另一个矩阵控制重建结果的平坦区域以提高重建结果的信噪比。通过在迭代过程中更新这两个矩阵来实现图像的自适应重建。数值模拟结果表明,相对于传统的单准则ART重建算法,该方法具有更好的抗噪能力和边界保持能力。     

Multiple helical scans and the reconstruction of over FOV-sized objects in cone-beam CT

In cone-beam computed tomography(CBCT),there are often cases where the size of the specimen is larger than the field of view(FOV)(referred to as over FOV-sized(OFS)).To acquire the complete projection data for OFS objects,some scan modes have been developed for long objects and short but over-wide objects.However,these modes still cannot meet the requirements for both longitudinally long and transversely wide objects.In this paper,we propose a multiple helical scan mode and a corresponding reconstruction algorithm for both longitudinally long and transversely wide objects.The simulation results show that our model can deal with the problem and that the results are acceptable,while the OFS object is twice as long compared with the FOV in the same latitude.     

基于区域进化的区域增长图像分割

为克服经典区域增长算法中门限选择困难、分割稳定性不高与串行处理速度慢的不足,提出了基于区域进化的快速区域增长图像分割算法。引入了新的区域能量表示模型,并给出了迭代进化形式。在区域增长过程中,逐渐增加区域增长的门限,通过对能量函数的动态优化来逼近最佳分割结果。仿真实验表明,该方法能有效地避免经典区域增长算法中门限选择的困难,采用区间连通处理技术代替单一像素串行迭代处理方式,可使分割速度提高十多倍。     

A modified discrete algebraic reconstruction technique for multiple grey image reconstruction for limited angle range tomography

The `missing wedge', which is due to a restricted rotation range, is a major challenge for quantitative analysis of an object using tomography. With prior knowledge of the grey levels, the discrete algebraic reconstruction technique (DART) is able to reconstruct objects accurately with projections in a limited angle range. However, the quality of the reconstructions declines as the number of grey levels increases. In this paper, a modified DART (MDART) was proposed, in which each independent region of homogeneous material was chosen as a research object, instead of the grey values. The grey values of each discrete region were estimated according to the solution of the linear projection equations. The iterative process of boundary pixels updating and correcting the grey values of each region was executed alternately. Simulation experiments of binary phantoms as well as multiple grey phantoms show that MDART is capable of achieving high‐quality reconstructions with projections in a limited angle range. The interesting advancement of MDART is that neither prior knowledge of the grey values nor the number of grey levels is necessary.     

利用对称区域生长算法实现三维ICT图像的快速分割

图像分割作为一种基础的分析手段在工业计算机断层(Industrial Computed Tomography,ICT)检侧中有着广泛的应用.随着CT扫描方式从二维断层扫描向三维立体扫描的发展,对于CT图像的分析也由二维图像处理发展为三维序列图像处理,所以传统的图像分割手段已经不能很好地适应这种需求了.以目前在计算机视觉...