投影数据恢复导引的非局部平均低剂量CT优质重建

针对低剂量CT成像质量退化问题,将CT投影数据恢复与图像数据恢复巧妙地融合,提出一种投影数据恢复导引的非局部平均(NL-means)低剂量CT重建方法.首先通过非线性Anscombe变换将满足Poisson分布的投影数据转化为Gaussian分布,以便于投影数据噪声的滤除;然后对滤波后的投影数据执行Anscombe逆变换和滤波反投影(FBP)CT图像重建;最后将投影数据滤波后的FBP图像作为先验构建非局部权值矩阵,并将该权值矩阵用于低剂量CT图像的非局部平均成像.仿真和临床实验结果表明.该方法在噪声消除和伪影抑制两方面均有上佳表现.     

基于Anscombe变换域BM3D滤波的低剂量CT重建

针对低剂量CT图像质量退化问题,提出了一种基于投影域数据恢复的低剂量CT优质重建方法。新方法首先通过非线性Anscombe变换将满足Poisson分布的投影域数据转化Gaussian型分布,然后利用针对Anscombe变换的Gaussian型数据进行自适应Block-Matching and 3D filtering（BM3D）滤波,最后通过对Anscombe逆变换数据执行传统的滤波反投影（Filtered Back Projection,FBP）CT重建。由于Anscombe变换数据的方差已知,且所用BM3D滤波无需人工设置滤波参数,使得方法可实现自适应低剂量CT图像重建。仿真和临床低剂量CT数据的实验表明,方法具有良好的重建鲁棒性,其重建图像的噪声和伪影可同时得到有效抑制。     

基于统计特性的小波噪声抑制在低剂量CT中的应用

较高的照射剂量限制了X线断层成像(computed tomography,CT)技术在筛查及体检中的应用,目前临床常采用降低剂量的解决方案,但CT图像质量亦有明显下降。为提高低剂量CT的重建质量,提出了一种基于投影数据统计特性的小波去噪算法。通过分析低剂量投影数据的噪声特性,发现在投影域其噪声均值和方差接近非线性高斯分布,根据非平稳噪声在平稳小波域中的性质,结合贝叶斯估计方法对小波系数进行基于最小均方误差的自适应滤波,实现了图像信噪分离的目的。滤波完成后,采用常规滤波反投影(FBP)法重建CT图像。较传统算法,该方法具有较高的信噪比,实验结果表明,该算法能够有效地抑制噪声,且较好地保留图像细节。     

加快反投影算法重建PET图像的研究

对反投影的计算方法进行了改进,设计了一种能够提高反投影速度的方法。使用这种方法,对模型数据进行了重建,结果表明,这种方法对图像质量的影响很小。由于实际PET的投影数据中的噪声相对较大,并且,在滤波反投影算法中的重建滤波器对重建图像的高频噪声有某种放大作用,针对这个问题,利用临床PET数据,从投影数据预处理、利用窗函数控制噪声两个方面进行了研究。     

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。     

结合改进扩散和双边滤波的低剂量CT重建

针对低剂量计算机断层扫描(CT)重建图像时出现明显条形伪影的现象,提出一种结合非局部均值模糊扩散和扩展邻域双边滤波的中值先验(MP)重建算法。首先,使用基于非局部均值模糊扩散方法对中值先验分布的最大后验(MAP)重建算法进行改进,以减少重建图像中的噪声;然后,采用基于扩展邻域的双边滤波方法对重建图像进行处理,以保持图像的边缘和细节信息,进一步提高重建图像的信噪比。采用Shepp-Logan模型和胸腔模型来验证算法的有效性,实验结果表明,与滤波反投影(FBP)、中值根先验(MRP)、非局部均值模糊扩散的MP重建(NLMMP)算法和非局部均值双边滤波的MP重建(NLMBFMP)算法相比,所提新算法的归一化均方距离和均方绝对误差最小,且信噪比最高,分别为10.20 dB和15.51 dB。该重建算法可以在对重建图像进行降噪的同时保持了图像的边缘和细节信息,改善了低剂量CT图像质量退化的问题,获得高信噪比和高质量的重建图像。     

改进权值非局部均值超声图像去噪

目的 超声图像斑点噪声会影响诊断的准确性和可靠性。通过分析超声图像斑点噪声统计模型,结合非局部均值滤波算法,提出一种基于超声斑点噪声模型的改进权值非局部均值（NLM）滤波算法。方法 算法针对超声图像灰度信息对图像进行预处理,利用超声图像斑点噪声模型改进传统NLM算法的权值计算函数,基于图像特征确定最优采样间隔进行下采样,利用改进后的权值计算函数对图像进行NLM去噪处理。结果 分别采用人工合成与真实超声图像对本文算法性能进行测试,并与传统非局部均值滤波算法、非局部总变分（NLTV）等算法进行去噪效果比较,同时采用均方误差、峰值信噪比和平均结构相似性作为滤波算法性能的客观评价指标。本文算法能快速完成超声图像的去噪处理,峰值信噪比较其他算法可以提高0.2 dB以上,可以降低均方误差,提高平均结构相似性,缩短处理时间,并得到较好的图像质量和视觉效果。结论 根据超声图像斑点噪声模型对NLM算法的权值计算函数进行优化,使得NLM图像滤波算法能更好地适用于超声图像的去噪,基于超声斑点噪声模型的改进权值NLM算法相较于其他算法,滤波效果更佳,适合超声图像去噪。     

基于多相位图像相似性的肺4D-CT超分辨率重建

肺4D-CT为放射治疗提供全面的图像引导,在当今肺癌治疗中起着重要的作用。然而,由于采集时间和人体所能承受辐射剂量的限制,无法得到高分辨率（[Z]轴方向）CT图像,因此,通常采集到的肺4D-CT图像[Z]轴方向细节部分往往不够清晰。针对这一问题,提出了一个基于多相位相似性的非局部均值超分辨率重建方法,来提升肺4D-CT图像的质量。该方法利用多相位图像之间的互补信息,以非局部均值滤波为基础,来恢复图像的高分辨率细节结构;另外,由于呼吸运动,肺4D-CT图像中不同相位图像肺区域的灰度会有所差异,为保证重建高分辨率图像的灰度不变性,引入全局约束以修正重建图像的整体灰度。采用一套公共肺4D-CT数据集评估提出的方法,该数据集由10组肺4D-CT数据组成,每组数据包含10个相位。实验表明,在恢复图像的细节和增强分辨率方面,该方法要优于传统的线性插值和凸集投影（Projection Onto Convex Set,POCS）超分辨率重建算法。     

噪声对PET图像质量的影响研究

研究PET图像噪声与质量的关系,作为选择最适当的PET重建迭代次数或迭代停止的依据.利用蒙特卡罗模拟Siemens ECAT PET扫描仪,用OSEM、MLEM迭代重建算法获得Huffman、Utah重建图像,使用了SSIM、PSNR两种不同质量评价方法估算图像质量并以标准偏差评估噪声.结果显示Huffman图像噪声随着迭代次数增加,图像质量随着迭代次数降低;均值滤波除燥会降低图像质量;利用Utah重建图像进行再度计算也得同样结果.说明噪声影响到图像质量的计算,噪声滤除会造成最优图像的计算错误.精准的估算噪声并且有效的滤除,将可获得真正最优迭代图像,作为停止迭代依据.     

CT图像SART重建技术的CUDA并行实现

在计算机断层扫描(CT)图像重建领域,当投影数据不完备或者含有噪声时,相对于滤波反投影(FBP)算法,联合代数重建方法(SART)能重建出质量更高、更符合临床诊断要求的图像。但SART方法非常耗时,而算法的并行实现是解决这一问题的有效途径之一。提出一种基于nVIDIA通用设备计算架构(CUDA)实现的SART并行运算方法。实验结果表明,该方法在不牺牲重建图像质量的基础上,重建时间大为缩减,更有利于临床应用。     

一种基于先验图像的锥束CT 金属伪影校正算法

为了有效抑制锥束CT(CBCT)重建中金属植入物引入的伪影,提出一种基于先验 图像的金属伪影校正算法。首先对含金属伪影的重建图像进行双边滤波、金属阈值分割、组织 聚类等预处理,获得金属图像和不含金属信息的先验图像;再对二者正向投影,获得金属投影 区域和先验投影数据;而后利用先验投影数据及金属边界邻域的投影数据对金属投影区域插值, 获得修复的投影数据;最后利用FDK 算法对修复的投影数据重建,并将其与金属图像融合,获 得最终的校正图像。为了验证该算法的性能,利用三维Shepp-Logan 头部模型数据和临床头部 CT 数据开展金属伪影校正实验,结果表明：与常用的线性插值算法和图像修补算法相比,该算 法的校正图像均方根误差最小、峰值信噪比最大。这说明该算法在有效保留图像边缘信息的同 时,可有效地抑制金属伪影。     

基于加权随机森林的图像超分辨率算法研究

针对目前图像超分辨率重建效果欠佳的问题,提出一种基于加权随机森林的图像超分辨率重建算法.利用随机森林对图像块的特征进行聚类,并引入岭回归模型建立每类叶子结点中高、低分辨率图像块的映射关系,重建时根据测试低分辨率图像块所属的类别以及在每类叶子结点中的K近邻近似拟合误差,进行加权预测获得高分辨率图像块.将图像的非局部自相似性与迭代反投影算法相结合对预测的高分辨率图像进行后处理以提高重建质量.实验结果表明,所提出算法可以有效提高峰值信噪比,具有较好的可视效果.     

基于稀疏表示与非局部相似的图像去噪算法

针对受加性高斯白噪声(AWGN)与椒盐噪声(SPIN)以及随机值冲击噪声(RVIN)组成的混合噪声污染的图像进行去噪的问题,提出一种在现有加权编码算法的基础上将图像稀疏表示和非局部相似先验融合的改进算法。首先,利用基于字典的图像稀疏表示构建去噪变分模型,对模型中的数据保真项设计一个权重因子来抑制冲击噪声的干扰;其次,利用非局部平均思想对混合噪声图像进行初始去噪,在得到的图像中构建掩膜矩阵将冲击噪声点排除进而求取非局部相似先验知识;最后,将非局部相似先验与稀疏先验融合进变分模型的正则项中,求解变分模型得到最终去噪图像。实验结果表明,在不同的噪声比率下,所提算法与模糊加权非局部平均算法相比,峰值信噪比(PSNR)提高了1.7 dB,特征相似性指数(FSIM)提高了0.06;与加权编码算法相比,PSNR提高了0.64 dB,FSIM提高了0.03。该算法对于纹理较强的图像可以显著提升去噪效果,能有效地保留图像的本真信息。     

加强的低秩表示图像去噪算法

由于低秩表示（Low-Rank Representation,LRR）模型中核范数对非零奇异值的估计不足,所以利用参数化的非凸惩罚函数来估计非零奇异值,同时结合全变差（Total Variation,TV）范数保持图像边缘信息和加强区域平滑性的能力,通过对LRR模型中的系数矩阵施加TV范数约束,提出了一个新的图像去噪算法,并且采取交替最小化方法求解对应模型。利用图像的内在非局部自相似性先验,所提算法能够在有效发现和移除噪声的同时,增强恢复图像的结构和区域平滑性,提高图像的恢复质量。实验结果表明,与其他去噪算法相比,无论是客观评价还是视觉效果,所提算法都实现了具有竞争力的去噪表现,特别是在噪声强度较大时。     

基于非局部自相似性的谱聚类图像去噪算法

常见的图像去噪方法只是单独地利用了无噪图像或含噪图像的先验信息,并没有将这两种图像的先验信息有效地结合起来。针对这个问题,提出一种 联合无噪图像块的先验信息和含噪图像块的非局部自相似性进行去噪的图像去噪算法。首先,对无噪图像块进行谱聚类,通过谱聚类进行学习,图像中的相似块被聚集到同一类,并将学习得到的聚类信息用于含噪图像块的聚类;然后,向量化同一类中的含噪图像块并聚集形成一个矩阵,该矩阵中包含的原始图像数据构成一个低秩矩阵;再通过一个低秩逼近过程估计出相应的原始图像数据;最后,根据逼近得到的原始图像数据重建图像。实验结果表明,相较于已有的自适应正则化的非局部均值去噪算法以及基于主成分分析和局部像素聚类的两级图像去噪算法,提出的算法不仅可以获得较大的峰值信噪比,而且还能较好地保存图像的细节,取得了更好的去噪效果。     

基于解剖非局部先验的模糊扩散PET重建算法

针对传统最大后验(MAP)算法出现阶梯伪影以及不能有效保持重建图像低梯度值处细节信息的问题,提出了一种基于解剖非局部先验的模糊扩散正电子发射计算机断层扫描(PET)重建算法。首先,对中值先验分布的MAP重建进行改进,在每次中值滤波前引入结合模糊函数的各向异性扩散滤波器;然后,采用模糊隶属度函数作为各向异性扩散过程的扩散系数,并结合解剖非局部先验来考虑图像的细节信息。仿真结果表明,与传统算法相比,该算法提高了信噪比(SNR),具有良好的抗噪性;同时视觉效果较好,图像边缘清晰,在抑制噪声和边缘保持方面取得了良好的折中。     

有序子集最小二乘OS—LS图像重建迭代算法

为推导一种新的快速图像迭代重建方法，首先将有序子集(ordered subsets，OS)技术应用到最小二乘图像重建迭代算法(least square reconstruction，LS)；然后对仿真Phantom模型数据和实际医用正电子发射断层成像仪(PET)数据进行重建，并研究了在不同子集划分下的重建结果，同时分析比较了不同子集的选取对OS—LS重建罔像质量以及重建收敛速度的影响。重建结果表明，这种基于有序子集的最小二乘图像重建迭代算法(OS—LS)具有较高的重建图像质量和较短的计算时间，相对于传统LS算法的重建，OS—LS的收敛速度加速了约L倍(L为子集个数)．其重建图像质量也好于传统的滤波反投影(FBP)方法的重建．町应用在PET图像重建中。     

基于Contourlet变换的图像压缩感知重构

根据图像信号在Contourlet变换域的稀疏特性,分析Contourlet变换的基本原理,提出一种基于Contourlet变换的压缩感知重构方法。针对Contourlet变换的基函数并不严格规范正交、无法构造正交变换矩阵的问题,采用改进梯度投影算法恢复稀疏处理后的系数,在保证图像质量的情况下,实现图像的低速率重构。实验结果表明,该算法的鲁棒性较好。     

基于改进伪中值滤波和非局部均值滤波的红外图像滤波方法

首先对伪中值滤波算法进行了改进:噪声检测过程融入像素点灰度值、几何距离等因素,实现噪声点从图像像素点中的逐步分离;采用加权滤波的方法滤除噪声。其次对改进非局部均值滤波算法的先验信息获取方法进行了改进:对噪声图像进行提升小波变换,采用一种新型阈值函数选择低频分解系数,对高于阈值的系数进行重构得到参考图像,计算参考图像的相似度权值并将其作为改进非局部均值滤波算法的先验信息。最后基于2种改进算法提出了一种红外图像滤波方法,即依次采用改进伪中值滤波算法和基于先验信息的改进非局部均值滤波算法对红外图像进行滤波处理,然后将其与参考图像进行融合,以修正被过度滤波的图像。实验结果表明,该方法针对高密度噪声的红外图像有较好的滤波效果。     

基于小波包变换的非局部均值去噪方法

在非局部均值滤波的基础上,为了更有效地去除图像噪声,提出一种基于小波包变换的非局部均值去噪算法。首先对图像进行小波包变换,通过小波域系数估计图像的高斯噪声参数,然后计算经小波包分解后高频子带内小波系数的相似度,并以此作为权值来对小波系数进行调整,最后通过小波包逆变换对图像进行重建。实验结果表明与传统的非局部均值去噪算法相比较,该算法能在去噪的同时有效地保持图像的边缘细节等信息,取得更好的去噪效果。