锥束CT混合检测样本建模与投影仿真*

根据锥束CT仿真原理,设计了仿真系统的功能结构和数据模型,提出并实现了混合检测样本的建模方法和装配技术,在此基础上研究了射线与混合检测样本求交的一般算法,并给出了一个验证实例。实验结果表明,该锥束CT仿真系统具备对多零件、多材质、多类型的混合检测样本进行投影仿真的能力,可以满足面向复杂工业零部件的锥束CT仿真需求。     

螺旋轨迹Shepp-logan模型的投影仿真

锥束螺旋CT是现代CT 领域内一个活跃的研究方向.为了验证三维CT 重建算法的有效性和准确性,研究仿真模型的投影数据是十分必要的.本文首先利用解析几何和求解二次方程的方法推导了螺旋轨迹扫描下的锥束射线投影仿真公式,给出3D Shepp-Logan头部模型在不同螺距下的投影仿真结果.其次,采用Katsevich方法实现了...     

三维锥束CT中几何参数的校正研究

计算机断层成像技术在工业和医学中的应用,三维锥束CT(Computed Tomography)是显微CT和工业CT目前研究的热点.三维锥束CT系统一般采用FDK重建算法,算法要求锥束中心射线垂直于探测器且投影在探测器中心,然而由于系统机械精度的不足难满足要求,从而给重建结果带来伪影.为解决上述问题,提出了一种投影数据的校正方法:在重建前首先根据几何参数对每幅投影数据进行修正,修正完后再进行重建.实验结果证明:改进后能有效地改善几何参数误差引起的图像失真,对三维锥束CT扫描系统的几何校正具有重要意义.     

定步长压缩感知锥束CT重建算法

针对锥束CT成像系统中投影数据不完全的图像重建问题,提出了一种定步长压缩感知锥束CT重建算法。首先将锥束CT重建问题归结为投影数据均方误差作为数据保真项、全变分作为正则项的无约束优化问题,分析目标函数的Lipschitz连续性;然后近似计算Lipschitz常数,求出梯度下降步长,利用梯度下降法进行重建;最后对CT投影数据采用联合代数重建算法更新重建图像。在每次迭代过程中调整梯度下降步长,提高重建算法的收敛速度。Shepp-Logan模型的无噪声实验结果表明,该算法的重建图像信噪比分别比联合代数重建算法、自适应最速下降-凸集投影算法、BB梯度投影算法的重建图像信噪比高出13.7728 dB、12.8205 dB、7.3580 dB。仿真试验表明该重建算法提高了收敛速度,同时减少了重建图像的相对误差,极大提高了用少量投影数据重建的图像质量。     

定步长压缩感知锥束CT重建算法

针对锥束CT成像系统中投影数据不完全的图像重建问题,提出了一种定步长压缩感知锥束CT重建算法。首先将锥束CT重建问题归结为投影数据均方误差作为数据保真项、全变分作为正则项的无约束优化问题,分析目标函数的Lipschitz连续性;然后近似计算Lipschitz常数,求出梯度下降步长,利用梯度下降法进行重建;最后对CT投影数据采用联合代数重建算法更新重建图像。在每次迭代过程中调整梯度下降步长,提高重建算法的收敛速度。Shepp-Logan模型的无噪声实验结果表明,该算法的重建图像信噪比分别比联合代数重建算法、自适应最速下降-凸集投影算法、BB梯度投影算法的重建图像信噪比高出13.7728dB、12.8205dB、7.3580dB。仿真试验表明该重建算法提高了收敛速度,同时减少了重建图像的相对误差,极大提高了用少量投影数据重建的图像质量。     

锥束CT的惩罚SART重建算法

联合代数迭代方法(SART)对重建图像空间是无约束的,其迭代到一定次数后,图像空间的噪声会不断增加。为了解决这一问题,针对三维锥束CT情况,研究了一种增加惩罚项的联合代数迭代算法,同时研究了该算法与有序子集结合的方法。计算机仿真试验表明:在锥束CT图像重建中,该方法能够在抑制噪声的同时提高重建图像的收敛速度。     

一种Grangeat圆轨迹锥束CT重建阴影区域填充方法

通过分析圆轨迹锥束CT(cone-beam CT,简称CBCT)扫描Radon域的数据缺失问题,比较了前人提出的Radon阴影区域数据缺失填充方法的特点,提出了一种基于距离权重变量的阴影区域填充方法.该方法采用阴影区域边界数据作为数据源,以距离作为权重函数计算填充数据.计算机模拟重建实验表明,所提出的方法在填充数据准确度、减少伪影、大锥角图像重建等方面比简单的常数填充法以及衍生算法效果更好.该填充方法特别适用于Grangeat类锥束CT重建算法,拓展了圆周锥束CT的实际应用范围.     

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。     

图像引导放疗中的锥束CT灌注成像方法

为了实现图像引导放疗与功能成像结合的功能图像引导放疗,研究运用图像引导放疗中的锥束CT影像设备进行CT灌注成像的可能性。为了解决锥束CT不能快速成像,进而不能获取准确的体素时间-密度曲线(IDC)的问题,提出了一种基于投影数据的体素密度建模方法。首先,运用计算机仿真技术模拟出锥束CT投影数据;然后,对各体素密度值进行数学建模;最后,利用计算机最优化值求解技术,编程实现模型具体参数的计算。实验证明,该模型得到的TDC和DCE-CT实测获得的TDC有很高的吻合度。该模型实现图像引导放疗中的锥束CT灌注成像是可行的。     

锥束CT的图像分块OSEM重建算法

在计算机断层成像(CT)中,有序子集最大期望值算法(OSEM)能够在较短的时间内重建出高质量的图像。对含有噪声的投影数据,投影旋转分度子集划分的不同会影响到图像的重建质量和收敛速度。针对三维锥束CT情况,研究了一种基于图像分块的变子集OSEM重建方法,该方法将图像空间分割成等大小的图像块,然后在迭代过程中,对于不同的图像块用变化的子集进行图像重建。计算机仿真实验表明:该方法在锥束CT图像重建中,能够在抑制噪声的同时提高重建图像的收敛速度。     

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。      

采用正向光线跟踪的照相机成像实时模拟

模拟了理想透镜模型和真实透镜模型的成像过程，采用从场景到底片的正向光线跟踪，计算底片所接收的光照度，真实地模拟底片的曝光过程．在改变透镜参数时，利用光线连贯性加快了绘制速度，这对于真实透镜模拟效果尤为明显．文中以两个几何场景和一幅景深很大的深度图像的摄像效果模拟为例，展示了不同参数下不同的景深和聚焦效果．     

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。     

CT图像重建滤波反投影析算法的精度研究

CT是常被用于医学和工业领域的计算机断层成像技术,这是一种优质无损诊断技术,即利用投影数据重建物体断层图像。对于精密部件的检测在图像重建无损检测应用中需要有更高的精度要求,CT应用中期待解决的关键问题是怎么样能直接重建出满足工程目标的CT图像。本文就系统地深入地研究了解析式图像重建算法的精度。在重建算法中滤波反投影（FBP）算法是解析法的根本,所以本文以该算法的实现,利用定积分数值计算方法,根据反投影的特点,提出了基于辛普生公式的精确反投影方法。     

三维锥束CT投影数据的模拟

三维锥束CT是目前研究的热点,也是医学CT和工业CT的发展方向。三维重建算法的可靠性和准确性的研究过程中,模型的设计以及投影数据的模拟是必不可少的一部分。本文详细介绍了3DShepp-Logan头部模型的设计思路、推导了等距锥束射线投影仿真公式,基于3DShepp-Logan头部模型进行了投影数据模拟,并利用FDK算法的重建结果验证了思路的可行性和模型计算的准确性。     

基于清波反投影法的计算断层成像(CT)仿真

计算断层成像是一种先进的可视化技术．它利用物体材料与射线相互间的物理特性和计算机的运算能力，对通过物作横断面若干方向的投影数据，经过专门的算法反演得到物体横断面的物理特性，在生物医学工程、航空航天、石化工业、无损检测等领域具有非常广泛的应用价值．本文介绍了断层成像基本原理，重点就基于滤波反投影法的图像重建算法进行了讨论，并给出了采用该算法的计算机仿夏实验的结果，最后指出了进步研究的方面．     

基于汉宁窗函数的滤波器的设计

在CT图像重建中,滤波反投影是目前采用最为广泛的算法,滤波器又是滤波反投影的重要组成部分,因此滤波器的设计是滤波反投影算法的关键.滤波器的设计主要是其窗函数的选择,本文基于汉宁窗函数的特点,提出了一种可调节参数的窗函数.通过仿真实验,给投影数据加入噪声,采取不同的参数进行图像重建,考察不同的参数对噪声的抑制作用.实际检...     

影响ART算法重建CT图像的因素浅析

CT的基本原理是由投影重建图像,关于重建算法,提出了许多算法,其大致可以分为两大类:一类称为解析法,一类是迭代法。其中在常用的迭代重建算法即代数重建技术[1,2](Algebraic Reconstruction Technique简称为ART)ART算法中,很多因素影响图像重建的质量和效果,本文进行了一些参数仿真分析,成像效果比较。     

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.