正则化算法在CT图像重建上的应用

由于受数据采集时间、照射剂量、成像系统扫描的几何位置等因素的约束,计算机断层成像（Computed tomography,CT）技术目前只能在有限角度范围或在较少的投影角度得到数据,这些都属于不完全角度重建问题. 因此,图像重建的算法应用变得尤为重要,本文将现有的几种正则化超分辨率重建算法应用到CT图像重建上并做了一系列的对比分析,分析不同算法下不同的图像重建效果. 首先对低分辨率CT图像进行图像配准,然后再进行样条插值放大,最后运用相关正则化算法进行超分辨率图像重建. 实验结果表明正则化算法的应用一定程度上提高了图像分辨率,其中双边正则化下的重建效果最好,基于L2范数全变分正则化效果较差.     

基于Spark的CT图像FBP重建算法程序并行设计

将常用于CT图像重建的滤波反投影算法程序设计成能够运行在大数据框架Spark中的并行模式,以此来提高计算效率并实现批量图像的重建,缩短图像重建时间。基于分布式计算框架Spark,利用其图像处理工具Thunder,将滤波反投影算法在图像重建过程中设计成并行程序模式,实现图像的片间并行重建。实验结果表明,随着Spark集群规模的不断扩大,在确保重建图像质量的前提下,重建一定数量的CT图像相比单机模式下时间显著缩短,并行滤波反投影算法具有完全加速比,并行效率趋近于1。基于Spark集群实现的滤波反投影算法能够显著提升CT图像重建速度,并实现大量图像并行重建,可扩展其他的CT图像重建算法,对远程医学图像重建平台的建设具有重要参考意义。     

基于折射角的稀疏投影角度相衬CT图像重建

已有基于X射线吸收衬度机制的计算机断层成像( CT)技术很难对由轻元素构成的弱吸收物质进行高质量成像。 X射线相位衬度CT成像是对弱吸收物质具有超高分辨率的一种CT技术,但该技术成像时间长、所需X射线辐射剂量大,不利于临床推广应用,因此,研究稀疏投影角度条件下的X射线相位衬度CT图像重建问题,基于压缩感知图像重建理论,使用折射角信息减少X射线辐射剂量,提出一种X射线相位衬度CT图像重建算法。实验结果表明,与滤波反投影算法相比,该算法在稀疏投影角度下可以得到较高质量的重建图像,在实际数据实验中能获得较高的峰值信噪比和数值准确性。     

基于自适应核回归和代数重建法的低剂量CT图像重建

针对稀疏角度投影数据CT图像重建问题,TV-ART算法将图像的梯度稀疏先验知识引入代数重建法（ART）中,对分段平滑的图像具有较好的重建效果。但是,该算法在边界重建时会产生阶梯效应,影响重建质量。因此,本文提出自适应核回归函数结合代数重建法的重建算法（LAKR-ART）,不仅在边界重建时不会产生阶梯效应,而且对细节纹理重建具有更好的重建效果。最后对shepp-logan标准CT图像和实际CT头颅图像进行仿真实验,并与ART、TV-ART算法进行比较,实验结果表明本文算法有效。      

基于旋转不变NL-means迭代优化的CT图像POCS重建方法

鉴于NL-means算法在图像去噪领域的卓越表现,提出一种基于旋转不变NL-means迭代优化的POCS CT图像重建算法.第一步,进行POCS重建,使图像满足投影一致性和非负性,第二步,对重建图像进行旋转不变NL-means优化,平滑均匀区域,保护边缘信息.以上两步交替进行,直到满足停止迭代准则.在稀疏角度和有限角度两种情况下,对该方法进行shepp-logan体模重建实验,通过对重建图像的视觉和指标评估,所提方法能更有效地抑制图像噪声,信噪比更高,重建结果更接近理想图像.     

有序子集最大似然SPS算法在CT中的应用

研究CT图像技术,就是投影图像重建过程.为了提高X射线CT图像重建的收敛速度和图像质量,将有序子集最大似然可分离的抛物面型替代函数算法(OS-ML-SPS)应用于X射线CT图像重建,通过对Shepp-Logan头部模型的一个切片进行仿真实验,验证了算法的可行性,然后用来重建X射线CT采集的实际投影数据,并与ART算法,FBP算法相比较,重建结果表明,OS-ML-SPS算法的初始收敛速度明显比ART快,其重建的图像质量优于FBP算法.算法为X射线CT图像重建提供了新的研究途径.     

工业CT窄角扇束卷积反投影图像重建

高能X射线工业CT机的图像重建属窄角扇束扫描方式下的图像重建.文中提出并讨论了基于卷积反投影图像重建算法的窄角扇束扫描方式下的图像重建,并针对窄角扇束扫描方式下的两种不同步距的同步平移方式,给出不同的卷积反投影图像重建算法,对高能X射线工业CT机的图像重建有指导作用.     

基于卷积神经网络的时频域CT重建算法

针对采用时域滤波器解析重建后图像存在伪影和图像细节丢失等问题,提出了一种基于卷积神经网络（CNN）的时频域计算机断层扫描（CT）重建算法。首先,在频域中构建了基于卷积神经网络的滤波器网络,实现投影数据的频域滤波;其次,利用反投影操作算子对频域滤波后结果进行域转换得到重建图像;接着,在图像域构建网络对来自反投影层的图像进行处理;最后,在采用最小均方误差损失函数基础上引入多尺度结构相似度损失函数组成复合损失函数,减轻神经网络对结果图像的模糊效应,保留重建图像细节。图像域网络和投影域滤波网络联合作用,最终得到重建结果。在临床数据集上验证了所提算法的有效性,相较于滤波反投影（FBP）算法、全变分（TV）算法及图像域残差编解码CNN（RED-CNN）算法,当投影数目分别为180和90时,所提算法重建结果图像信噪比（PSNR）和结构相似度（SSIM）最高,且归一化均方根误差（NMSE）最小;当投影数目为360时,所提算法仅次于TV算法。实验结果表明,所提算法可以提高CT图像重建图像质量,是一种可行且有效的方法。     

基于改进二维图像重建算法的工业CT系统

基于对工业CT图像二维重建算法的研究，结合傅立叶切片理论和迭代算法，提出了修正的二维投影重建算法，大大减少了计算量，提高了抗噪性，得到了清晰、准确的断层图像，通过VC++设计开发了工业CT图像处理软件系统，使重建图像的质量得以提高，为试验数据提供了更方便和系统的管理，实现了工业CT图像缺陷判断的计算机自动化检测。     

三维锥束重建中滤波器的设计

设计了几种用于CT三维锥束图像重建的滤波器,并将其对图像质量的影响进行了分析。CT是一种先进的成像技术,现已被应用于多个领域。CT图像重建算法多采用滤波反投影法,滤波是此方法的核心部分。本文介绍了三维锥束近似重建的基本原理,分析并设计了几种用于CT锥束图像重建的滤波器,并且通过投影数据的图像重建结果分析了不同滤波函数对断层图像重建质量的影响。实验结果证明：所设计的几种滤波器能较好的满足实际图像重建的要求。     

基于离散剪切波正则化的低剂量CT图像统计重建算法

提出一种低剂量医学CT图像重建方法,能够在少视角投影或低X-射线管电流投影的情况下保证重建图像的质量。减少扫描视角的数量或者降低X-射线管电流强度均可以降低辐射剂量,从而减少X射线对人体伤害,但是前者会造成扫描数据欠完备,后者会使投影数据信噪比指数下降,传统算法不能保证重建图像满足诊断要求。提出一种离散剪切波变换正则化的低剂量CT图像统计迭代重建算法,在数据保真项加入符合数据统计特性的系数加权,以降低噪声对重建结果的影响,并将待建图像在剪切波域可以稀疏表示作为先验信息,利用增广拉格朗日方法将此先验信息作为正则化项加入目标函数,缩小了解空间,使不完备投影数据获得稳定而准确的重建。实验数据表明,重建图像在投影数据远远不满足完备性条件,或投影数据信噪比急剧下降的情况下,本算法能够重建出高质量图像。在辐射剂量降低到滤波反投影FBP算法的10%甚至更低时仍然能够得到清晰保留结构细节的重建图像。     

非均匀反投影重建方法

本文提出了一种新的计算机断层象(CT)的重建方法--非均匀反投影重建法.该方法 是根据射线上各象元灰度的大小对投影差值进行非均匀加权分配的,而不是采用传统重建方 法中的均匀分配.这种重建方法较好地消除了重建图象中普遍存在的干涉条纹,可明显改善 图象质量.特别是在只有少数几个投影方向数据的非完全投影情况下,该方法效果更好.     

基于 GPU 加速技术的 C 形臂 Cone Beam CT 三维 图像快速重建方法

平板探测器技术的发展使得锥形束计算机断层扫描技术(Cone Beam Computerized Tomography,CBCT)成为一种重要的成像技术,有着十分广泛的应用.基于C形臂的CBCT,除了具有CBCT的技术优势外,还特别适合在影像引导介入手术中应用.然而,如何在满足手术实时性要求的同时获得高分辨率高质量的三维断层图像,仍是个十分具有挑战性的课题.文章提出一种基于GPU加速技术的C形臂CBCT三维图像快速重建方法:在算法层面应用GPU并行加速技术对重建算法进行优化,在系统层面通过设计分布式系统和延迟隐藏机制,大大提升了由二维投影图像重建三维体数据的效率.在保持重建精度的前提下,优化后的GPU加速的FDK算法极大地提升了重建过程的计算效率.延迟隐藏机制进一步提升了系统的运行效率.在使用90帧投影时,系统效率提升了26%,重建延迟加速了2.1倍;当使用120帧投影时,系统效率提升39%,重建延迟加速达到3.3倍.     

中心投影变换及其在二值图像检索中的应用

图像的形状是描述图像的重要视觉和语义特征,可通过图像中像素点的区域分布表现出来。本文针对二值图像,运用中心投影变换,使二维的图像模式转化为基于角度的一维模式,该一维模式表示图像在等角距的各个方向上的投影,在此基础上实现二值图像的检索。实验结果表明,中心投影是图像的一个全局特征,中心投影交换能有效地刻画二值图像的形状信息,检索结果及排列顺序与主观判断很一致。     

一种基于POCS约束的图像代数重建算法

不完全投影数据的代数重建问题一直是CT应用中的热点问题.通过对相互垂直角度投影图像之间的关系分析,文中提出一种改进的代数重建(ART)算法.该算法采用记录射线穿过网格编号和射线与网格相交长度的方法计算投影系数矩阵,并在反投影过程中对不完全投影数据采用凸集投影约束的方法进行重建.实验表明该算法与ART算法相比,图像重建的速度与图像重建的质量都得到较大提高.     

基于未标定单平面造影图像的冠状动脉树三维重建

提出了一种基于两幅未标定单平面造影图像的冠状动脉树三维重建新方法.该方法在不对设备和图像进行标定的情况下,仍然能够对低阶的畸变进行校正,对C型臂运动模型进行估计,并且充分利用到了病床的运动信息;同时,该方法不仅能够用于投影焦距不变的系统,同样也能够应用于投影焦距发生较大改变的系统,具有较大的灵活性.实验结果统计表明:该文提出的冠状动脉三维重建方法具有较高的有效性和鲁棒性,能够获得小于0.26mm的重投影误差,大大提高了基于非标定造影图像冠状动脉三维重建的精度.     

基于平板探测器的锥束CT投影图像校正

在分析基于平板探测器的锥束CT投影图像缺陷的产生原因和特性的基础上,提出校正的方法,分别对投影图像进行暗场、像元响应不一致的一步校正和光场不均匀校正、像素坏点去除。通过在同一锥束CT系统中相同电压、电流水平情况下,采集不同积分时间下的空气投影图和相同条件下的暗场图,并对其像素值变化进行分析、拟合和对比,得到系统的线性参数矩阵、光场分布图和坏点位置图。对空气投影图像进行校正,并将其作为不完全参照,计算射线吸收系数,用于锥束CT重建。实验结果表明,该方法能有效去除锥束CT投影图像的噪声,抑制物体重建切片的大量环状伪影的产生,提高锥束CT系统重建图像的质量。