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。     

基于半扇束扫描的CT图像迭代重建算法

为解决探测器尺寸受限导致的CT图像重建区域面积受限以及X射线辐射剂量较大问题,提出一种半扇束扫描模式下的CT图像迭代重建算法。该算法将探测器水平偏置,稀疏角度下采集物体投影数据,利用ART-TV迭代算法对投影数据进行重建,达到预设迭代次数后,输出重建图像。实验结果表明:半扫描可扩大重建面积,降低探测器成本;利用迭代重建算法,降低剂量的同时重建优质CT图像。     

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。     

板状物成像方法研究

在工业CT成像应用中,板状物结构件受形状、结构、组分等特征的限制,使得射线能量与有效厚度不匹配,常规的扫描方式易使投影数据缺失,投影数据完备性较差。为此,讨论了一种基于倾斜圆扫描轨迹和代数迭代重建技术的CT成像模式。首先,在倾斜圆轨迹的基础上进行投影几何关系建模,结合空间几何知识完成投影矩阵的刻画;其次,基于迭代重建算法对轨迹的无约束化,研究任意扫描轨迹的迭代重建算法;最后通过板状物成像仿真实验,验证了算法的正确性和可行性。对于板状物结构件,该方法相对于传统的圆轨迹扫描,投影数据更完备,CT重建质量高。     

基于FDK的任意轨迹重建算法研究

为克服工业CT扫描较大工件时CT成像系统有效透照厚度受限,在FDK算法的基础上,突破常规的直线、圆和螺旋轨迹扫描模式,研究推导了任意轨迹的扫描模式。并将FDK算法推广到任意轨迹上,弥补了投影数据的缺失,实现了复杂结构件三维CT重构的任意轨迹重建算法。进行了倾斜圆、马鞍线等扫描轨迹的重建,结果表明:该方法具有扫描速度快、时间短的特点,更能提高长宽比较大的结构件重建质量,是医学CT和工业CT常用的算法,且适用于不同设备各种扫描轨迹。     

大型工业CT流水线图像重建

大型工业CT中，采用等角度扇形束扫描，为达到高分辨率，需要在每个投影下微动探测器。多次采集数据。为了节省成像时间，设想让重建计算和数据采集同时进行，称为流水线图像重建法。研究了这种 水线图像重建方法，并与传统方法的效率进行了比较。     

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。     

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.     

小型静态CT用多焦点X射线源电子束偏转系统研究

第5代全静态电子束CT（EBCT）能在被检测物体、射线源和探测器均处于静止状态下完成CT扫描成像。这种EBCT成像方式既可应用于粉体材料、生物活体样品等易形变物体的CT检测,又可应用于物流包裹、在役管线等的快速CT检测。高精度的电子束偏转系统是静态CT成像多焦点射线源的关键技术之一。本文基于麦克斯韦电磁场相互作用理论,探讨了电子束在均匀磁场、小偏转角、近轴区域内的散焦、畸变及灵敏度特性,研究了影响电子束扫描系统焦点位置重复精度的物理参数及电子束在靶平面上的扫描偏转量与偏转线圈电流的线性关系。并设计、加工制作了一种小型高精度多焦点X射线的电子束偏转扫描系统,实验采用直径0.1 mm标准针规电子束扫描DR投影图像序列,验证了电子束偏转系统有良好的偏转线性,偏转量正比于O点的磁场强度,而与电子束的位置等初始条件无关。实验通过电子束偏转系统控制电子束偏转扫描,获得了熔断式保险管（Ø100 μm）的250个 X 射线视角投影,完成了第5代全静态三维CT重建图像。     

基于全变差和块秩的稀疏角度重建算法

针对少量角度的投影数据重建CT图像问题,将图像的全变差和块秩作为正则项,提出一种稀疏角度重建模型,并采用Bregman迭代算法重建图像。用模拟的投影数据进行了重建数据实验,实验结果表明本算法明显的提高了重建图像的精度和信噪比。同时还研究了基础图像块的大小对重建图像质量的影响。     

Derivative-Hilbert-Backprojection based image reconstruction from truncated projections in helical cone-beam CT

In helical cone-beam computed tomography(CT), Feldkamp-Davis-Kress(FDK) based image reconstruction algorithms are by far the most popular. However, artifacts are commonly met in the presence of lateral projection truncation. The reason is that the ramp filter is global. To restrain the truncation artifacts, an approximate reconstruction formula is proposed based on the Derivative-Hilbert-Backprojection(DHB) framework. In the method, the first order derivative filter is followed by the Hilbert transform. Since the filtered projection values are almost zero by the first order derivative filter, the following Hilbert transform has little influence on the projection values, even though the projections are laterally truncated. The proposed method has two main advantages. First, it has comparable computational efficiency and image quality as well as the conventional helical FDK algorithm for non-truncated projections. The second advantage is that images can be reconstructed with acceptable quality and much lower computational cost in comparison to the Laplace operator based algorithm in cases with truncated projections. To point out the advantages of our method, simulations on the computer and real data experiments on our laboratory industrial cone-beam CT are conducted. The simulated and experimental results demonstrate that the method is feasible for image reconstruction in the case of projection truncation.     

基于SART算法的CL硬化伪影校正方法研究

X射线薄板层析成像(CL)系统是一种针对板状构件的新型断层成像系统,该系统中存在射束硬化现象。本工作研究了一种基于SART算法的硬化伪影校正算法（SART-BHC算法）,通过对该算法的研究及对CL系统矩阵的计算,使该方法能应用于CL中。通过模拟与实验相结合的方式,利用蒙特卡罗方法获得CL投影的模拟数据,在实际CL中获得实验数据,然后利用SART-BHC与FPB算法对两种数据分别重建。结果表明,SART-BHC算法可应用于CL中,不需要任何先验知识,能很好地校正硬化伪影,并对层间混叠有抑制作用。     

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。     

A fully three-dimensional reconstruction algorithm with thenonstationary filter for improved single-orbit cone beam SPECT

Conventional single-orbit cone beam tomography suffers from incomplete sampling and an inadequate three-dimensional (3D) reconstruction algorithm. The commonly used Feldkamp reconstruction algorithm simply extends the two-dimensional (2D) fan beam algorithm to 3D cone beam geometry. A truly 3D reconstruction formulation based on the 3D Fourier slice theorem is derived for a single-orbit cone beam SPECT. In the formulation, a nonstationary filter which depends on the distance from the central plane of the cone beam is derived and applied to the 2D projection data in directions along and normal to the axis of rotation. This algorithm was evaluated using both computer simulation and experimental measurements. Significant improvement in image quality was demonstrated in terms of decreased artifacts and distortions in cone beam reconstructed images. However, compared with the Feldkamp algorithm, a fivefold increase in processing time is required     

基于多周循环步进式插值扫描轨迹的工业CT柔性检测技术研究

为了在一次CT检测过程中同时实现被检工件的精细检测与内部缺陷快速发现的两种检测需求,提出了一种新型CT检测方案。该方案将一种改进的圆形CT投影扫描轨迹与不完全投影插值算法有效融合,实现了投影采集与最优图像实时重建的同步进行。为验证该技术的可行性,设计了相应的扇束CT仿真平台及试验模体,仿真试验结果表明,该检测技术在CT扫描过程中可及时发现被检工件的内部缺陷,扫描结束后可获得工件的精细CT图像,有效满足了工业CT用户在多种检测目的之间自由切换的柔性检测需求。     

HLCC法定量评价CBCT图像伪影

为解决CBCT图像评价标准不一问题,本文提出了一种基于HLCC的CBCT图像伪影定量评价方法。该方法通过CUDA模拟CBCT投影,然后用重排算法转换射束获得HLCC曲线,建立三个评价伪影严重程度的定量指标。实验结果表明:定量指标数值越小,表明图像伪影程度越轻,且带伪影的HLCC曲线的三个评价指标数值是不带伪影数值的4~846倍。图像伪影的主次关系可总结为:散射伪影射束硬化伪影几何伪影余晖伪影无伪影。该方法可在投影阶段客观判断图像伪影的严重程度,简单快捷。     

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。     

由相叠的低分辨扇形束投影数据重建高分辨CT图像

在研究扇形束插值代数重建法基础上，提出了由相叠的低分辨扇形束投影数据重建高分辨CT图像的两个新算法，即扇形束的虚拟探测器法和扇形束的直接重建法，并给出和分析了数值模拟结果。     

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。