基于Geant4的锥束CT成像系统的仿真研究

提出了基于Geant4的锥束CT成像系统的仿真技术,这样就能建立更真实还能够反映实际CT成像系统的仿真模型。仿真过程中不仅模拟了锥束射线的产生过程,建立了CT成像系统的几何模型,而且对投影成像过程进行了仿真研究。为了验证该仿真方法是否能够达到要求,将实际结果与仿真结果进行了详细的比较,经过多次数据对比结果表明,文中提出的CT系统仿真模型全面地考虑了CT成像过程中的所有物理过程,真实地显示了实际的CT成像,文中实验数据为CT成像系统的进一步研究提供了可靠依据。     

X射线相位衬度CT

X射线相位衬度CT指的是在通过X射线光源来对物体进行成像过程中使用图像的位相衬度来反映物体的密度或者厚度分布,适用于弱吸收物体,还可以减少吸收剂量,放宽成像条件中光源强度的限制和减少对样品(尤其是生物样品)的损伤.介绍了目前用于X射线相位衬度CT的三种方法,实验及图像重建的过程,并分析了各自的优缺点.     

连续波THz-CT 的折射问题研究

设计了基于返波振荡器的连续波太赫兹CT 成像实验装置,实现了用连续太赫兹波对三维物体的CT 断层成像.虽然可以得到较好的重建图像,但由于折射率大于1.5 的材料对太赫兹射线折射较强而影响成像质量.首先通过对聚四氟乙烯模型进行扫描获得投影数据,并利用滤波反投影算法对投影数据进行重建得到断层图像,然后分析了高折射对投影探测及图像重建的影响.最后对人体牙齿样本进行投影扫描和断层重建,获得的断面图像可以反映牙齿内部结构,但由于牙齿高折射率的影响,成像精度和分辨率有待进一步提高.而且牙釉质的厚度会严重影响太赫兹波在牙齿中的透射深度.研究结果可以为提高连续波太赫兹CT 成像质量提供参考,促进其在医学成像特别是牙齿等骨骼成像中的应用.     

基于MLEM迭代的非视域激光图像重建方法

非视域成像技术是一种新型光学成像技术,主要是对拐角处的隐藏物体进行成像.针对目前成像设备复杂和需要场景扫描,导致数据采集速度慢的问题,提出采用纳秒激光和APD阵列探测器的透射式成像试验装置,可以实现快速数据采集,不需要进行场景扫描,相比之前的系统大大缩短了数据采集时间.针对仅能在稀疏角度或有限角度下采集数据而导致图像重...     

基于Mean Shift和插值图像修复算法的CT图像金属伪影消除方法

近年来CT成像技术在临床医学中广泛应用,但当病人体内含有金属移植物时,由于射线硬化等原因很可能在金属物体周围产生亮暗伪影,降低图像质量,影响诊断的准确性.为了消除CT图像中的金属伪影,本文提出基于Mean Shift和插值图像修复的算法,基本流程为用自适应Mean Shift算法预处理CT图像,平滑噪声和轻度伪影,用简化的Mean Shift算法快速精确分割金属物体,由修复组织信息的插值图像生成先验图像,用先验图像的投影数据替换原投影数据得到校正后的CT图像.经过对比实验,文中算法在去除金属伪影的同时,能够保护原有CT图像的组织结构,取得了更好的处理效果.     

带有跟踪X射线源的螺旋线扫描CT

美国通用电气公司的T·L·托特等人发明一种CT设备,该设备能使螺旋线扫描中获得的投影数据的误差减少。被成像的物体同时沿着平动轴兼作运动,而且X射线束是周期性地随同被成像物体移动的,以便在为第一切片获取一组投影数据期间能够正对     

基于联合代数迭代的非视域激光图像重建方法

非视域成像技术采用非传统光学技术,利用间接成像的方法对无法直接观测的隐藏物体进行探测。针对目前试验系统复杂且需要场景扫描,导致数据采集过程复杂且需要大量时间的问题,提出基于阵列式APD的透射式非视域成像试验设置,试验设置操作简单且不需要场景扫描,实现快速数据采集。针对非视域成像技术一般只能获取不完全(缺失)角度的数据,使用反投影算法不能得到理想的重建结果的问题,提出利用联合代数迭代(SART)重建算法对非视域成像物体进行三维重建。试验结果表明：SART算法能够在部分角度数据下,更好地去除反投影算法中的伪影和噪点;在最初的第2和第3次迭代后,通过计算,其峰值信噪比PSNR值提高了1.392 8、2.466 3,其结构相似度SSIM值提高了0.119 8、0.231 2,表明该方法能有效提高非视域物体的图像重建精度。     

空中微动旋转目标的二维ISAR成像算法

 针对具有高速旋转部件的空中微动目标ISAR回波,本文提出一种基于低调频率匹配滤波的刚体与高速旋转部件回波分离方法.同时针对高速旋转部件的回波特点,提出基于逆-Radon变换的成像算法估计高速旋转散射点图像.最终同时得到微动目标刚体以及旋转部件的聚焦良好的ISAR图像.仿真和实测数据处理结果证明了所提算法的有效性.     

X射线图像和CT图像的多维配准

在本文中,我们提出了一种基于Chamfer3-4距离变换和Powell优化的方法,用于X射线图像和CT图像间的配准.该方法首先从X射线图像中分割出目标物体.通过使用投影模型和优化方法,得到了准确的投影矩阵.该方法同样被用于医学介入手术中,处理从三维图像工作站中获取的主动漫游的数据.     

一种局部CT图像重建算法研究

CT作为一种无创检查设备在医学领域得到广泛的应用,但是受重建方法的限制,它通常只能对相对静止的器官进行扫描断层成像,而对运动物体或器官的成像能力较差,通常会存在运动伪影.克服运动伪影的根本途径就是减少数据采集的时间,这可以通过减少采集范围来实现.中间函数重建算法是一种基于傅里叶空间的重建算法,该算法可以选择感兴趣的部位(ROI)进行局部图像重建,减少数据采集的时间,因此可以使用该算法改善临床上运动物体的扫描成像.     

利用抗光晕通道倾泻电荷的帧转移EMCCD电子快门方法

针对帧转移结构电子倍增电荷耦合器件（EMCCD）对高速运动目标成像模糊、高亮度目标成像饱和且细节缺失的问题,提出了利用抗光晕通道倾泻多余电荷和外部时序控制的电子快门方法,通过帧转移时序将感光区电荷转移到与存储区相邻的抗光晕沟道进行倾泻,实现标准视频连续输出中1/25~1/1 000 s连续可调的电子快门,并推导了抗光晕漏极最大倾泻电流与光照强度之间的数学关系式;使用FPGA硬件图像处理消除了曝光时间缩短引起的漏光-拖尾（smear）效应;采用带有抗光晕结构的帧转移EMCCD开发了原理相机进行实验验证。结果表明,通过该方法控制电子快门可以有效降低旋转运动目标的成像模糊,并实现夜间的高动态范围夜视成像,显著提升图像细节。     

基于神经网络的典型地物的偏振多光谱图像分类（特邀）

相比传统的多光谱成像探测,偏振多光谱成像探测方法可以探测目标表面的粗糙度、含水量等更多信息,给目标检测带来了很大便利,但目前主要用于目标探测,尚未广泛应用于目标分类。BP神经网络是目前常用的一种典型神经网络,可以建立从端到端的映射,在训练样本集足够大的前提下,训练完毕且效果良好的神经网络是一种高效、精确、快速的工具。首先,利用基于旋转偏振片和滤波片的偏振光谱成像探测系统获取了典型地物的偏振多光谱图像,对图像进行了预处理,建立了数据集;其次,在该数据集上进行了神经网络的训练,训练后的神经网络可以处理未知的偏振多光谱图像,并实现了对几种典型地物的分类;最后,对神经网络分类的效果进行了评价,并与其他几种典型分类方法的效果进行了对比,发现神经网络方法具有更好的分类精度和效果,相比典型的最大似然分类算法,其总体分类精度可从91.7%提升至94.2%,Kappa系数可从0.851提升至0.898。研究结果表明:基于神经网络的偏振光谱图像分类方法对于改进和优化现有的偏振多光谱图像数据处理方法具有一定的研究意义。     

一种用于高速三维跟踪的小型可开窗复眼系统

为了实现对近景目标的高速三维跟踪,设计了一种小型仿生复眼系统,并将其与可开窗相机相结合。介绍了系统的结构与设计原则,提出了一种适用于多孔径系统的跟踪与探测策略。利用卡尔曼滤波器对图像传感器进行多路并行开窗,从而克服视场与空间分辨率对跟踪速度的制约,在较低代价的前提下实现了高速三维跟踪。采用蔡氏两步法对7子眼复眼镜头进行了统一标定,并建立了归一化多目探测模型,在实时跟踪的基础上实现了三维信息获取。为了验证系统的高速三维跟踪效果,在3 000f/s的帧频下,对一个以10r/s的角速度做匀速圆周运动的目标进行了实时跟踪,并重构出目标在距相机150mm处的三维运动轨迹。实验结果表明,系统能够有效实现对高速运动目标的实时跟踪与三维粗定位。分析了影响系统三维探测精度的因素以及提高精度的方法,为用于全景高速三维探测的复眼跟踪系统的研制奠定了基础。     

反射式光纤在高速旋转叶片振动测量中的应用

采用基于反射式光纤工作原理的新型光纤束式叶尖定时传感器,研制了涡轮机高速旋转叶片振动监测系统,能够高效地收集叶尖定时信号,配合后续的光电转换、数据采集和数据分析,实现了高速旋转叶片的实时振动检测.在现场高速模拟转子的实时监测实验中,该系统的工作性能良好,得到的结果与同时进行监测的应变片实验结果基本一致,分析的异步振动阶次和频率也基本符合,为发动机的在线监测奠定了基础.     

Dynamic X-ray computed tomography

Dynamic computed tomography (CT) imaging aims at reconstructing image sequences where the dynamic nature of the living human body is of primary interest. The main applications concerned are image-guided interventional procedures, functional studies and cardiac imaging. The introduction of ultra-fast rotating gantries along with multi-row detectors and in near future area detectors allows huge progress toward the imaging of moving organs with low-contrast resolution. This paper gives an overview of the different concepts used in dynamic CT. A new reconstruction algorithm based on a voxel-specific dynamic evolution compensation is also presented. It provides four-dimensional image sequences with accurate spatio-temporal information, where each frame is reconstructed using a long-scan acquisition mode on several half-turns. In the same time, this technique permits to reduce the dose delivered per rotation while keeping the same signal to noise ratio for every frame using an adaptive motion-compensated temporal averaging. Results are illustrated on simulated data.     

一种用于近场成像的修正广义相干处理方法

本文提出一种适用于近场转台成像的修正广义相干处理法，即对每一小转角内的距离－多普勒成像结果进行近场修正，从而实现近场大转角成像的方法，与球面反投影法相比，该方法计算量少，成像质量好。     

相控阵天线模式项散射特性研究

相控阵天线是隐身武器平台的重要散射源。该文通过相控阵天线散射模型对其模式项宽带散射特性进行仿真计算,并采用旋转目标散射中心成像方法对天线RCS仿真数据进行微波成像,研究了相控阵天线模式项散射的基本规律,并得到其散射中心分布图。仿真结果表明,相控阵天线斜置和天线端口阻抗匹配可大大减小威胁区域内模式项散射。研究结果对相控阵天线模式项RCS缩减工作具有良好的指导意义。     

Time-resolved interventional cardiac C-arm cone-beam CT: an application of the PICCS algorithm

Time-resolved cardiac imaging is particularly interesting in the interventional setting since it would provide both image guidance for accurate procedural planning and cardiac functional evaluations directly in the operating room. Imaging the heart in vivo using a slowly rotating C-arm system is extremely challenging due to the limitations of the data acquisition system and the high temporal resolution required to avoid motion artifacts. In this paper, a data acquisition scheme and an image reconstruction method are proposed to achieve time-resolved cardiac cone-beam computed tomography imaging with isotropic spatial resolution and high temporal resolution using a slowly rotating C-arm system. The data are acquired within 14 s using a single gantry rotation with a short scan angular range. The enabling image reconstruction method is the prior image constrained compressed sensing (PICCS) algorithm. The prior image is reconstructed from data acquired over all cardiac phases. Each cardiac phase is then reconstructed from the retrospectively gated cardiac data using the PICCS algorithm. To validate the method, several studies were performed. Both numerical simulations using a hybrid motion phantom with static background anatomy as well as physical phantom studies have been used to demonstrate that the proposed method enables accurate reconstruction of image objects with a high isotropic spatial resolution. A canine animal model scanned in vivo was used to further validate the method.     

基于光纤模式数据采集方案的阵列快拍成像雷达

阵列快拍成像雷达采用阵列天线雷达成像体制,通过高速微波开关切换和高速数据采集,可以同时实现对目标的空间分辨和时间分辨,即实现雷达快拍成像,该技术在飞行器平台的辅助导航、交通监测等领域具有广阔的应用前景。阵列快拍成像雷达的特点是能够快速成像,核心技术包括微波信号收发、高速数据采集与传输、实时成像处理及阵列天线高速微波开关切换。其中,高速数据采集与传输是实现快速成像是正确成像的关键,数据缺失会导致图像散焦。本文首先分析了阵列快拍成像雷达成像原理及信号采样对数据采集与传输系统的要求;继而提出了基于光纤传输模式的数据采集与传输系统方案,系统采用四路高速AD对雷达基带信号进行采样,在FPGA中进行复数运算,通过光纤通道传送到主控计算机,系统传输速率可以达到2.5Gbps;最后,通过阵列快拍成像实验验证了系统的性能。