具有加速因子的OSEM重建算法用于X射线荧光CT研究

有序子集最大期望值算法(Ordered Subsets Expectation Maximization,OSEM)具有较高的图像重建质量和较短的计算时间,已经被应用于内源CT(如SPECT、PET、同步辐射X射线荧光CT)的图像重建中。本文提出了一种具有加速因子的OSEM算法应用于X射线荧光CT的图像重建,通过引入加速因子h来调制校正因子的步长加快OSEM算法的收敛速度,研究了不同加速因子和不同子集数的AOSEM算法对重建图像质量的影响。计算机模拟及实验结果表明,在获得同等质量重建图像的同时,具有加速因子的OSEM算法的重建速度是常规OSEM的两倍。     

旋转调制器成像的蒙特卡罗仿真及图像重建

基于时间调制的旋转调制器(RM)成像技术是一种可以对硬X射线、γ射线等成像的技术。为利用RM成像技术优势,开展了RM技术在核监测领域应用的研究工作。通过蒙特卡罗仿真,模拟准直器旋转过程,布置7个NaI探测器测量,获得受调制的探测器输出,再用NCAR、MLEM和OSEM算法分别对输出数据进行重建。相对NCAR算法,MLEM算法在抑制噪声的同时,不会在重建源图像周围引入随机边缘。OSEM算法可以加速MLEM算法的收敛过程,提高计算速度。MLEM和OSEM重建图像的角度分辨率可达1.2°,与仿真系统几何角度分辨率比较,达到了约3.8倍的超分辨能力。     

高分辨针孔SPECT三维图像重建的实现

采用一种新颖的查找表法来实施有序子集期望值最大化（OSEM）的针孔SPECT图像重建算法,有效地将针孔响应修正包含在查找表中,进而实现高分辨针孔SPECT的三维图像重建。标准Jaszczak模具的成像实验结果表明：该方法不但能显著减少图像重建过程的计算时间和内存占用,且能显著改善重建图像的分辨率。因此,查找表法是能够快速实现针孔SPECTOSEM图像重建算法,并能将针孔响应修正包含在查找表中以获取高分辨断层图像的有效方法。     

基于约束的MLEM图像重建算法

在编码孔γ相机的二维辐射图像重建中,最大似然期望最大化法(maximum likelihood expectation maximization,MLEM)相较传统线性算法能更好地抑制噪声,恢复出高质量的图像,但其缺点是收敛速度慢,且在投影数据有较高统计涨落或含有较大噪声时,迭代次数过高会导致重建图像中噪声急剧增加,图像质量转而变差。本文基于直接解调法思想对MLEM算法进行优化,在MLEM迭代重建过程中加入先验物理约束条件,并将交叉相关法重建结果作为迭代初值。仿真结果表明,添加约束后的MLEM迭代收敛速度得到加快,重建图像的收敛性显著改善。MLEM算法中添加合理约束条件是提高其重建图像质量的一种有效方法。     

编码板成像系统MLEM算法优化

为增强γ辐射编码成像系统中最大似然期望最大化(Maximum Likelihood Expectation Maximization,MLEM)算法对噪声的抑制,提高算法重建质量,基于互补编码板成像相减去除噪声的思想,对原有MLEM算法进行改进,提出了MLEM互补算法,并引入修正因子?对MLEM互补算法的收敛程度进行控制。通过模拟及实验方式验证了MLEM互补算法的有效性,给出了不同情况下MLEM互补算法达到最优值时修正因子?的拟合曲线。结果表明,MLEM互补算法可有效抑制噪声,提高重建图像质量。修正因子?的拟合曲线可以有效确定MLEM算法的最佳?值。     

基于MURA编码孔成像测量Pu部件对称性的数值模拟分析

通过分析MURA编码孔成像技术的原理,实现了MLEM重建算法的源物体图像重建。使用数值模拟方法,分析了413keV单能γ面源的MURA编码板成像全过程,通过对比分析重建源物体分布与实际源物体分布,验证了重建算法及程序的正确性。并通过MNCP程序模拟假想的Pu部件模型,在编码孔成像过程中,像平面上射线投影强度分布、直接重建及简单扣本底重建源物体分布,从而论证了MURA编码孔成像测量Pu部件对称性的可行性。数值模拟结果表明,编码孔成像测量Pu部件对称性与小孔成像相比,在保护敏感信息和提高射线利用效率方面,具备一定的优势。     

MURA编码辐射成像系统的解码方法

近年来,随着核辐射成像技术的发展及应用的需求,核辐射成像设备在高灵敏度、高分辨率、高信噪比以及携带方便等方面受到越来越多的关注,编码孔径准直器代替传统的平行孔和针孔准直器顺应了这种发展趋势,成为核辐射成像领域的研究热点。本文主要介绍一种新型便携式辐射成像探测系统中修正均匀冗余阵列(Modified Uniformly Redundant Arrays,MURA)编码孔径准直器的成像方法,研究其解码过程、校正方法和解码矩阵的算法:δ解码算法和精细采样平衡解码算法。在MATLAB环境下对两种解码算法进行了对比仿真,并对单个放射源与多个放射源情况分别进行了图像重建实验。实验结果表明,精细采样算法要比δ解码算法更能使成像系统对单源或多源进行清晰成像。     

少投影钢管截面CT重建研究

通过钢管截面CT图像,可以获取其大部分的参数指标,全面检测钢管质量.但是CT图像重建往往需要大量投影数据,这些数据的采集和计算非常耗时.为了加快钢管检测的速度,本文研究了少投影条件下钢管截面的图像重建算法并通过模拟数据验证了其重建的效果.我们分别用ART、MAP和OSEM这三种迭代重建算法对仿真模型进行了重建试验,并根据钢管本身的先验知识分布对算法做了改进,使重建图像质量有了明显的改善.模拟试验的结果表明,ART、MAP和OSEM算法可以实现少于20组投影数据下钢管截面较为精确的重建,并且可以做到10组投影下的近似截面重建.     

改进ADMM-TV算法重建CT图像

将ADMM算法与TV算法结合,并在原始ADMM-TV算法的基础上进行了改进,提出基于ADMM-TV的改进算法,该改进算法能够在迭代过程中自适应地选取到更优的λ值,从而提高ADMM算法进行稀疏重建的成像质量。最后进行phantom图像的仿真实验,并将原始算法与改进算法在相同实验环境下进行对比,结果表明,改进算法能够实现更好的重建效果,并且能够有效提高图像信噪比,同时具有一定的抗噪能力。     

探测器分块排列的CT系统及其图像重建

为解决CT系统中扫描视野受限及低剂量成像问题,提出一种探测器分块排列的CT系统及其稀疏角度CT图像迭代重建方法。探测器分块排列可扩大CT图像物体扫描视野,稀疏角度采集投影数据能有效降低辐射剂量,同时采用ART-TV迭代算法重建CT图像。仿真实验表明:该方法可有效扩大CT系统扫描视野,在稀疏角度获取投影数据采集方式下,利用ART-TV迭代重建算法可重建优质CT图像,实现降低辐射剂量的目的。     

基于蒙特卡罗模拟3-DPET图像重建的研究

应用蒙特卡罗模拟软件GATE对GeDiscoveryLSPET/CT扫描系统进行模拟,获得三维投影数据,分别采用三维有序子集最大期望值法（3-DOSEM）与三维滤波反投影法（3-DFBP）进行图像重建,从空间分辨率、成像的对比度以及信噪比等方面对3-DOSEM法与3-DFBP法的重建结果进行比较。结果显示,对蒙特卡罗方法模拟获得的三维投影数据,采用3-DOSEM法重建比3-DFBP法重建得到的图像质量好。     

Hybrid reconstruction algorithm for computed tomography based on diagonal total variation

Inspired by total variation(TV), this paper represents a new iterative algorithm based on diagonal total variation(DTV) to address the computed tomography image reconstruction problem. To improve the quality of a reconstructed image, we used DTV to sparsely represent images when iterative convergence of the reconstructed algorithm with TV-constraint had no effect during the reconstruction process. To investigate our proposed algorithm, the numerical and experimental studies were performed, and rootmean-square error(RMSE) and structure similarity(SSIM)were used to evaluate the reconstructed image quality. The results demonstrated that the proposed method could effectively reduce noise, suppress artifacts, and reconstruct highquality image from incomplete projection data.     

松弛系数-有序子集-最大似然期望算法在60Co集装箱CT检测中的应用

将松弛系数和迭代间像素值约束引入有序子集一最大似然期望算法中,构造出应用于发射CT中的ROSEM算法引入到透射式工业CT中。不仅加快了图像重建的收敛速度而且改善了重建图像的质量。针对ROSEM、代数迭代算法（ART）和卷积反投影算法（CBP）,分别做了模拟实验和实际汽车CT检测以及集装箱CT检测实验,并分析比较了它们在^60Co集装箱CT检测中的应用。ROSEM算法无论在重建速度还是重建质量上都优于ART算法,其重建图像质量和CBP算法相当。     

SPECT/CT活度定量中校准体模和重建方法的选择

本文探讨了SPECT/CT校准体模和重建方法的选择,以用于临床SPECT/CT的准确活度定量。分别对活度已知的点源、大圆柱、小圆柱3种校准体模进行SPECT/CT扫描,然后对每个断层数据依次采用4种重建方法（FBP、OSEM、OSEM+AC、OSEM+AC+SC）进行重建,并据此计算校准因子。将小圆柱作为活度定量的对象进行定量误差计算。OSEM+AC和OSEM+AC+SC的平均相对定量误差均小于10%,FBP和OSEM的平均相对定量误差均大于20%。OSEM+AC的平均相对定量误差在采用小圆柱做校准体模时与OSEM+AC+SC无显著差异,而在采用大圆柱和点源时,分别较OSEM+AC+SC的小3.38%和6.48%（P<0.05）。3种体模的对比中,采用OSEM+AC时差异不显著,采用其他重建方法时差异显著。采用OSEM+AC+SC时,小圆柱作校准体模的定量误差较大圆柱和点源的结果分别小3.92%和6.42%（P<0.05）。结果表明,基于CT和迭代算法的衰减校正可有效提升活度定量准确性,但散射校正的效果不佳;校准体模应尽可能与目标定量对象相似。合理选择校准体模和重建方法,可有效提升SPECT/CT的活度定量准确性。     

An iterative image reconstruction algorithm for SPECT

Properties of two algorithms for iterative reconstruction of SPECT images, LS-MLEM and LS-OSEM,are studied and compared with the ML-EM algorithm in this paper. By using projection data of heavy-noise, their effectiveness in improving SPECT image quality is evaluated. A phantom with hot and cold lesion is used in the investigation. The reconstructed images using LS-MLEM or LS-OSEM show that there is not a rapid increase in image noise,and the ＂best＂ estimate is assuming that the reconstructed images satisfy the statistical model. The major advantage of using LS-MLEM or LS-OSEM algorithm in SPECT imaging is in their ability to accurately control for heavy-noise. And LS-OSEM algorithm obviously improves the convergence rate.     

基于平板探测器投影数据预处理的三维CT重构算法研究

大面积非晶硅平板探测器(flat panel detector-FPD)在工业透射射线成像领域得到越来越多的应用。基于FPD的圆轨道FDK型三维计算机层析成像技术(Computed Tomography,3D-CT)检测速度快,但成像质量不及2D-CT。为发挥3D-CT速度优势,抑制噪声同时提高图像重建的质量。以由平板探测器得到的二维投影数据为研究对象,提出了一种对投影数据分别进行高频和低频两次滤波的投影预处理方法,然后将分别重建的图像叠加最终得到高质量的重建图像。由算法的仿真实验结果表明,重建图像质量得到明显改善,系统噪声得到抑制。     

Compressed sensing and Otsu’s method based binary CT image reconstruction technique in non-destructive detection

This paper tries to address the problem of binary CT image reconstruction in non-destructive detection with an algorithm based on compressed sensing(CS) and Otsu's method, which could reconstruct binary CT image of test object from incomplete detection data. According to binary CT image characteristics, we employ Splitbregman method based on L1/2regularization to solve piecewise constant region reconstruction. To improve the reconstructed image quality from incomplete detection data, we utilize a priori knowledge and Otsu's method as the optimization constraint. In our study, we make numerical simulation to investigate our proposed method,and compare reconstructed results from different reconstruction methods. Finally, the experimental results demonstrate that the proposed method could effectively reduce noise and suppress artifacts, and reconstruct high-quality binary image from incomplete detection data.     

GPU梯度自适应SART图像重建算法

针对SART迭代重建算法所需投影数据量大且迭代时间长的问题,将TV算法引入SART中,动态调节梯度步长来加速算法的收敛性能,实现用少量投影数据重建出高质量的图像。为加快算法的执行速度,将SART-TV算法在GPU上并行加速。用SART算法和SART-TV算法对Shepp-Logan模型重建,仿真实验表明:在采样数据相同的情况下,SART-TV算法较SART算法可以重建出更好的图像,且基于GPU的SART-TV算法的迭代时间明显低于基于CPU的SART-TV算法。     

Imaging performance evaluation in depth-of-interaction PET with a new method of sinogram generation:A Monte Carlo simulation study

In conventional PET systems,the parallax error degrades image resolution and causes image distortion.To remedy this,a PET ring diameter has to be much larger than the required size of field of view(FOV),and therefore the cost goes up.Measurement of depth-of-interaction(DOI)information is effective to reduce the parallax error and improve the image quality.This study is aimed at developing a practical method to incorporate DOI information in PET sinogram generation and image reconstruction processes and evaluate its efficacy through Monte Carlo simulation.An animal PET system with 30-mm long LSO crystals and 2-mm DOI measurement accuracy was simulated and list-mode PET data were collected.A sinogram generation method was proposed to bin each coincidence event to the correct LOR location according to both incident crystal indices and DOI positions of the two annihilation photons.The sinograms were reconstructed with an iterative OSMAPEM(ordered subset maximum a posteriori expectation maximization)algorithm.Two phantoms(a rod source phantom and a Derenzo phantom)were simulated,and the benefits of DOI were investigated in terms of reconstructed source diameter(FWHM)and source positioning accuracy.The results demonstrate that the proposed method works well to incorporate DOI information in data processing,which not only overcomes the image distortion problem but also significantly improves image resolution and resolution uniformity and results in satisfactory image quality.