基于Feldkamp算法的SPECT锥形投影重建

单光子发射计算机断层成像（SPECT）是核医学的一种重要技术,其目前在临床上有广泛的应用。Feldkamp算法是CT锥形投影重建中使用较为广泛的一种近似重建算法。该算法具有以下四个好处：允许非完全的扫描轨迹、允许局部探测覆盖、计算效率高、较少的图像噪声和振铃效应。同时Feldkamp算法易于移植,所以本文选用这种算法,将其应用于锥形投影SPECT图像重建中。     

双跨孔距超声兰姆波层析成像无损检测重排算法研究

针对滤波反投影重建算法不能直接重建双跨孔距的兰姆波数据,提出了在滤波反投影重建之前将采集的兰姆波数据重排成平行束数据,以满足重建条件。首先介绍了滤波反投影算法及重排算法,然后采用双跨孔距结构对有缺陷的铝板进行超声兰姆波检测,通过提取S0模态的走时数据,得到铝板中的双跨孔距结构兰姆波投影数据。最后,将投影数据重排后进行滤波反投影重建成像。重建结果表明,通过对投影数据的重排可以实现双跨孔距结构兰姆波检测的滤波反投影重建成像,得到缺陷的基本信息。     

重排的半覆盖螺旋锥束CT的反投影滤波重建

由于传统的螺旋锥束CT系统采用的扫描方法使视场范围受到限制,本文深入分析了螺旋锥束CT的半覆盖扫描方式,提出了螺旋锥束半覆盖扫描的重建算法。该扫描方式只要求射线束覆盖物体横截面的一半以上,探测器的宽度和投影数据量大约是传统螺旋锥束CT的一半,从而节约了探测器的成本。结合扇形束投影的特点和二维反投影滤波(BPF)来实现这种横向截断投影的重建,研究了重排的加权BPF重建方法。该方法首先根据重建的层将半覆盖的螺旋锥束CT投影数据重排为半覆盖的扇形束CT投影,然后用加权的扇形束BPF算法进行重建。同传统视场区域横截面全覆盖的FDK算法相比,该方法即使在大螺距的情况下其重建结果也更接近于真实值,而且均方误差减少了一半,重建时间节约了3/5。     

自适应Radon单像素成像

使用单像素探测器实现成像需要大量采样。对于目标区域仅占场景一部分的情况时,我们提出了自适应Radon单像素成像方法,能够使用单像素探测器实现目标区域的定位和成像。本文对该方法的目标定位方式、编码采样算法、重建算法等进行研究,以减少单像素成像的采样数量。基于Radon变换的基本原理,使用图像在水平和垂直方向的投影信息,以获取场景中目标区域的大小和位置。建立自适应Radon-Hadamard单像素成像模型,仅对目标区域进行单像素采样,然后使用滤波反投影技术重建目标区域。研究结果表明:所提出的自适应Radon单像素成像方法能够实现对场景中目标区域的成像,采样数量远低于重建图像的分辨率,重建图像的结构相似性系数大于95%,有效的提高了单像素成像方法的成像效率。     

复合扫描计算机分层成像研究

针对薄板类工件成像,计算机分层成像(CL)技术因无损、直观而应用广泛。 CL 成像方法主要分为直线扫描和圆周扫 描, 直线扫描效率高, 圆周扫描数据均匀性好。 然而, 由于两者的投影数据均不完备, 均存在分层图像混叠及图像边缘不清 晰的问题。 基于此,提出了一种复合扫描 CL(HyCL)成像方法, 由直线扫描和圆周扫描组成。 建立了几何模型, 采用同时迭代 重建图像(SIRT)算法进行了仿真及成像实验, 分析了成像效果及层间混叠表现。 实验结果表明, 相比于相对平行直线移动扫 描 CL(PTCL)、正交直线移动扫描 CL(OTCL)及圆周扫描 CL(RCL), HyCL 的重建结果能够有效减少混叠伪影, 图像特征轮廓 信息能够保留得较为清晰且均匀, 对比度更好。     

基于投影视角加权的直线CL重建算法

计算机分层成像对板状构件的无损检测有其独特的优势,但由于投影角度有限,导致重建图像存在有限角伪影和分层图像模糊。为提高计算机分层成像图像质量,提出了基于投影视角加权的滤波反投影算法,有效抑制了高密度特征对其它层的干扰现象。首先,根据不同投影视角分层图像间的不相似度,确定不同投影视角的加权系数;而后,对投影进行加权反投影重建;最后,分析了3种不同加权系数对重建图像质量的影响,同时引入层灵敏度曲线的调制度作为定量评价指标,未加权和3种不同加权系数层灵敏度曲线的调制度依次为0.082,0.267,0.290,0.294。实验结果表明,该算法减少了分层图像混叠,层灵敏度曲线的调制度提升了约0.2,重建图像质量显著提升。     

基于反投影的MIT动态图像重建方法研究

磁感应断层成像(magnetic induction tomography,MIT)是一种无创、非接触的新型医学成像技术,图像重建算法是实现MIT快速、精确成像的关键.提出一种改进的反投影图像重建算法,首先根据成像区域的磁场分布,由磁力线确定反投影路径,降低了直线反投影用于磁场成像的定位误差;其次根据MIT电磁关系推导,构建了边界检测数据的修正模型,据此对边界相位差数据进行修正处理,进一步提高了重建图像定位准确性;最后分别对成像区域内扰动目标电导率大小变化及位置变化2种情况,构建了序列重建图像,对该图像序列联合分析获取纵向阻抗变化信息,反映了成像体随时间变化的动态信息.实验结果表明该算法具有重建速度快、定位准确的特性,能够准确反映成像区域内部电导率变化,结合序列图像联合分析实现MIT动态成像.     

基于Monte Carlo模拟的系统矩阵解析算法

系统矩阵是单光子发射计算机断层成像系统(SPECT)中迭代重建算法的关键因素.蒙特卡洛(MC)模拟是计算系统矩阵最准确、最常用的方法,但是标准的MC算法最大的缺点就是耗时太长.为此,提出一种新的解析算法:利用MC模拟的投影数据,拟合准直器的点扩散函数,并以此作为计算系统矩阵的解析表达式.该新算法既缩短了计算耗时又包含了MC投影信息,使得解析计算的系统矩阵与MC模拟的结果相当.因此,该方法可用于修正准直器张角效应对系统矩阵计算的影响.本文采用解析计算得到的系统矩阵,重建了均匀泛源和Jaszczak模型的MC投影图像,重建图像能真实的反映原始图像.     

一种大视野超分辨结构光照明显微成像方法

近年来结构光照明显微术(SIM)在技术发展和应用方面都受到了广泛关注。然而,传统采用空间光调制器(SLM)进行条纹投影的SIM成像视野有限。为满足生物医学研究中高通量显微成像的需求,本文基于SIM开发一种基于激光干涉的大视野超分辨荧光显微成像系统。将用于投射条纹图案的2D光栅和用于控制条纹方向相移的SLM相结合,突破数字投影设备对条纹数量和精细度的限制。开发一种空域重建超分辨图像的算法来提高成像速度。最后,搭建1套结构光照明荧光显微成像系统样机,在20×放大倍数和物镜NA 0.75的条件下,验证了本文方法的有效性,在分辨率提升至1.8倍的同时视野可达1 380μm×1 035μm,所述空域超分重建算法能够大幅降低计算耗时。     

流场超声层析成像中图像的迭代滤波反投影重建

为提高流场超声层析成像的图像重建质量,提出了一种迭代滤波反投影图像重建算法。该算法借鉴联合迭代重建算法的原理,将滤波反投影算法引入迭代重建过程。首先,利用滤波反投影算法,通过投影数据残差重建误差图像对流场图像进行修正,实现图像的迭代重建。然后,通过优化迭代步长,使每步迭代后投影数据残差均取得极小值以便加快收敛速度。最后,基于流场连续、紧支撑分布的特点,在迭代重建过程中引入投影数据的细分内插和流场图像的圆域修正。实验表明:相比于滤波反投影算法,迭代滤波反投影算法可使理论流场重建的图像误差平均减少26%,流量误差由1.77%减小至±0.25%以内;程序运行时间为0.63s,仅为联合迭代重建算法的0.89%。该算法可实现对直管段内和单弯管下游实际流场的可靠重建,满足流场高精度实时成像的要求。