基于重投影的CT图像硬化伪影校正

在工业计算机断层成像(CT)技术中所用的X射线源通常是多能的,检测过程中只能获得多能投影数据,若直接重建图像则会出现硬化伪影,硬化伪影校正是提高重建图像质量的一重要步骤。本文采用重投影的方法来校正由于射线硬化导致重建图像出现的硬化伪影,通过硬化校正后的重建CT图像质量得到显著提高。     

基于Wiener滤波的反投影图像重建算法

CT是一种先进的成像技术,投影重建图像为关键技术之一,目前CT图像重建算法多采用滤波反投影针对投影数据不足所产生伪影的问题,经分析伪影产生的原因后,提出了一种基于Wiener滤波与反投算法。算法利用Wiener滤波对传统的滤波反投影图像重建算法进行改影图像重建算法相结合的新图像重建算法,该克服重建图像伪影。通过对典型流型进行实验仿真,证明改进后的算法对重建图像的质量有明进,能较好地显改善。     

编码孔径辐射成像定位技术

随着核物理技术的广泛应用及其辐射防护对放射源的成像需求在不断增加。编码孔径成像定位系统作为一种高精度的放射源成像及定位装置,可以准确定位放射源的位置并重建放射源的大致形状,本文探究编码孔径成像定位中的多种重建算法对具有连续能谱的放射源位置及形状重建效果对比,从而确定不同重建算法的优缺点及其适用的场景。利用Geant4软件对编码孔径成像定位系统进行模拟,得到相关数据再使用δ解码算法、精细采样平衡解码算法、卷积神经网络算法、最大似然最大期望值法（MLEM）进行编程实现并重建放射源的位置。结果表明：4种重建算法都可以清晰地定位到放射源的位置;δ解码算法和精细采样平衡解码算法重建图像有伪影;卷积神经网络算法对于线源、面源重建效果较差,可以通过扩展训练集解决;MLEM算法的对比度-噪声比（CNR）值较高,重建效果较好,但是对线源和面源重建会丢失部分细节信息。     

测量中的非线性对集装箱CT重建图像的影响

采用平板校正法,以减弱由于测量中非线性因素的影响使集装箱CT成像产生的伪影.在具体的实验过程中,通过对大尺寸样品投影数据的校正,明显减少了重建图像的伪影.因此,利用该方法可以改善由于测量中的非线性影响所产生的CT重建图像的伪影,从而提高重建图像的质量.     

CT图像线状伪像产生的原因和校正方法

在采用面探测器阵列进行三维直接重建CT图像的时候,经常出现大量的线状伪像,对于图像质量和真正缺陷的识别影响很大.这些伪像大多是由投影数据中的随机疵点引起的.文章在雷当域用疵点邻域的均值代替疵点数值的方法来处理CT图像的线状伪像.试验结果证明这种方法简单有效,几乎能去除所有的线状伪像,提高了图像质量,对重建的时间几乎没有影响.     

OSEM算法在编码板成像中的应用

为提高γ辐射编码成像中MLEM算法在图像重建时的速度及质量,论文基于核医学ECT图像重建中的OSEM算法思想在图像重建时对编码成像所得投影数据进行分组,并采用精细采样平衡相关法的重建结果作为初值进行迭代。通过实验对该算法进行验证。实验表明:OSEM算法可以有效提高收敛速度,改善重建图像质量。在γ辐射编码成像中采用OSEM算法是有效且可行的。     

全帧CCD探测器CT扫描数据读出与拖影校正研究

以光纤耦合全帧CCD方式制作的X射线探测器在实验室高精度X射线CT扫描中广泛应用。由于X射线的强穿透特性,全帧CCD探测器通常工作在无快门模式,图像拖影是该模式下必定存在的伪影。本文针对全帧CCD探测器CT扫描图像拖影校正进行研究,提出了非曝光行校正法校正投影图像拖影,避免了利用暗像元校正法校正投影图像拖影时可能会带来的条形伪影;针对动态曝光CT扫描,设计了基于辐射屏蔽的投影图像感兴趣区域快速读出模式,通过降低电荷转移时间有效抑制投影图像拖影的产生,提高探测器有效信号动态范围。实验结果表明：应用非曝光行校正法能有效校正投影图像拖影、提高投影图像质量;采用投影图像感兴趣区域快速读出模式可有效解决动态曝光CT扫描图像拖影校正难题。     

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。     

基于电子束扫描阵列微焦点射线源的倒置结构Micro-CT成像研究

倒置几何结构CT成像系统理论上具有扫描视场大、图像信噪比好、锥束伪影小等优点,但其多焦点、稀疏角的扫描模式亦会带来投影数据截断、稀疏和局部数据冗余等问题。本文利用电子束扫描阵列微焦点射线源和高分辨率小面积探测器等构建了一种新型高分辨率、大视场的倒置几何结构Micro CT实验系统(IG Micro CT)。针对该系统多焦点、稀疏角扫描模式下的投影数据截断和稀疏等特点,提出一种图像先验约束的全变分正则化SART迭代CT图像重建算法。首先通过仿真实验对图像重建算法进行了验证,并对阵列微焦点数量、旋转扫描分度数量等扫描参数进行优化,最后在IG Micro CT实验系统上获得了高分辨的Micro CT测试图像。实验结果表明,本文提出的算法适用于IG Micro CT系统,解决了投影数据截断、稀疏采样和局部数据冗余带来的条状等伪影问题,并验证了IG Micro CT这种新型成像方式的可行性。     

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。     

基于基图像TV模型的CT射束硬化校正方法

X射线CT中,X射束硬化导致重建图像中出现伪影,严重影响了图像质量。论文深入分析了射束硬化对原始投影数据的影响,并提出了一种基于基图像TV模型的射束硬化校正方法。该方法首先依据射束硬化的物理特征建立了带有可调参数的初步校正模型;其次,在不同的可调参数条件下,原始投影数据经该模型预处理变换得到多组预处理投影序列;再次,分别对预处理投影序列进行重建得到一系列校正基图像;最后,将基图像的线性组合作为最终重建图像。其中,加权系数的最优解是以最终重建图像的全变分(Total Variation,TV)函数作为目标函数,通过迭代法求得。为验证该算法,对真实的铝柱体模和工业检测件进行了实验,结果表明,该算法对射束硬化引起的杯状和条状伪影均有显著的抑制效果。     

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。     

一种纵、横向视野不同的编码孔径伽玛相机的方法论述与模拟验证北大核心CSCD

对基于M-M编码方式的编码孔径成像系统的方法进行了论述,通过蒙特卡罗软件MCNP对基于M-M编码方式的成像系统建立模型。使用不同能量的放射源在不同的位置,对不同厚度的编码准直器进行照射,并对所获得的重建图像SNR进行了分析与说明,确定了最佳的码板厚度为10 mm。随后模拟了基于最佳码板参数的成像系统对单点源、多点源以及形状源的响应,其中单点源的重建图像SNR达到40.36,成像系统也成功重建出了形状源的形状,且背景都没有波动的旁瓣。以上结果证明M-M编码方式优异的性能,具备替代MURA或者URA在特殊场景的应用潜力。可为后续的基于M-M编码方式的编码孔径伽玛相机的研制奠定基础。     

双正则化参数法超分辨率重建核磁共振图像

针对基于稀疏编码的超分辨率算法噪点、伪影较多的问题,提出一种双正则化参数核磁共振图像超分算法。该算法引入在线字典学习方法,以训练正则化参数λt分开训练生成精确的超完备字典对,并调整重建正则化参数λr,得到最佳的稀疏系数用于恢复目标高分图像。实验结果表明:改进算法比双字典学习超分法的目标图像峰值信噪比和结构相似性平均值分别提高了1.30 d B和0.023,有效地抑制了噪点和边缘伪影,较大幅度地提升了核磁共振图像的超分效果。     

基于小型加速器中子源的快中子层析实验研究

利用快中子穿透能力强的特点实现层析成像,对于大尺寸的无损检测具有重要意义。但快中子探测效率低,非期望信号引起图像噪声大,原始投影图像信噪比相对较低,实现快中子层析成像难度较大。本文利用中国工程物理研究院核物理与化学研究所研制的小型中子成像检测仪,获取了轻重材料混杂件不同角度下的快中子成像投影图像,通过对投影图像进行预处理提高图像信噪比,并采用迭代重建算法对投影图像进行重建,成功获取了模拟样件的三维结构分布,具备了内部轻材料孔洞缺陷的检出能力,表明采用小型加速器中子源可以实现快中子计算机断层扫描(Computed Tomography,CT)成像。     

不同强度射线源工业CT扫描参数优化研究

以含有不同强度射线源的高精度工业CT设备为研究对象,开展了投影数K与每个角度投影测量次数M等扫描参数优化配置的研究。建立了Matlab扇束CT仿真平台,基于不同扫描参数,模拟了不同射线强度下的CT投影与重建仿真,并采用人眼主观评价及CT重建图像客观评价相结合的方法对仿真图像质量进行了评估,给出了在限定检测时间条件下的扫描参数K、M优化配置准则及相应计算公式。在包含X光机和⁶⁰Co两种不同射线源的高精度工业CT设备上开展了锥束CT验证试验,试验结果表明,CT扫描参数优化方法及公式可行有效,为高精度工业CT检测设备的优化使用提供了一种技术手段。     

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。     

MC法模拟多路平行束准直器对比度

采用MC法模拟设计了用于SPECT成像的多路平行束(MPB)准直器,将MPB系统重建的模具图像与平行束(PB)系统重建图像进行对比。用OS-EM迭代算法重建图像并计算对比度、信噪比、归一化标准偏差三个指标用于评价图像质量。结果表明:随着迭代次数增加,MPB系统重建图像中热源的对比度高于PB系统,对于小半径热源这个差值更明显,但是冷源的对比度低于PB系统;两个系统有可比较的重建图像收敛速度,随着迭代次数增加,MPB系统的噪声特性略差于PB系统。     

大孔径厚针孔成像数值模拟研究

为解决cm级尺寸射线源的空间分布诊断,本文提出大孔径厚针孔成像方法。采用Geant4软件编写蒙特卡罗程序模拟5、10和15 mm大孔径厚针孔的成像过程,采用Matlab软件实现逆滤波、Wiener滤波和Lucy-Richardson复原算法,以均方根误差σ作为复原效果评判标准,优化了Wiener滤波信噪比参数和Lucy-Richardson算法迭代次数参数。将复原算法应用于不同孔径厚针孔的图像复原,发现理想逆滤波算法会引起噪声放大;Wiener滤波算法图像复原解存在较严重的伪影;Lucy-Richardson算法可获得清晰的复原图像。结合Lucy-Richardson算法的5、10、15 mm大孔径厚针孔成像获取的图像的σ是0.5 mm孔径传统针孔成像结果的1.15、1.21、1.26倍。结果表明,结合图像复原算法的大孔径厚针孔成像技术能获得与传统针孔成像接近的源图像测量结果,初步验证了该方法具有可行性。     

射线检测不清晰度评估方法的数值模拟分析

不清晰度是评价射线检测图像质量的一个重要指标,尤其是对于数字射线检测技术而言;在射线检测实际应用中,不清晰度值通常用双线型像质计来测量,但现行技术标准所规定的测量方法还有待进一步明确或完善。为探究双线型像质计的使用原理、双线型像质计影像与不清晰度间的关联,构建了双线型像质计与刀口工具的射线成像模型,利用数值模拟方法获取了特定射线源特性、透照布置所对应的两种测试工具的响应,然后进行了不清晰度的测量与对比分析。结果表明,由于射线源焦点强度分布的不同,特定不清晰度值下双线型像质计影像的可识别程度会有所不同,但基本上可使用双线型像质计响应曲线的20%调制度作为分限能力的定量判据。