基于特殊窗函数的局部CT图像重建算法及其分析

为了减少X射线对人体的伤害,局部图像重建成为人们研究的重点之一.本文研究了基于一种特殊窗函数的局部图像重建算法.通常,直接用局部区域的投影数据重建局部图像,会使重建图像产生常数偏移,我们将局部区域边缘的投影数据延拓为相应沿径向未知投影数据的方法,改进了局部重建图像,并给出了基于特殊窗函数重建时,该方法的误差分析.另外,本文将该算法应用于扇形束图像重建,并通过数值实验验证了此特殊窗函数应用于扇形束重建时同样有效.     

选择性重排FDK算法及其GPU加速优化

FDK算法是目前三维图像重建的主流算法,但是传统重排FDK算法存在占用内存量较大、重建效率不高的问题,本文提出一种选择性重排FDK算法。根据重排前后投影数据的结构关系,计算出一轮重排所加载的最少锥形束投影,并使用循环队列对有限帧数的投影进行选择性加载,显著降低了重建对内存的消耗。此外,利用新算法较好的并行性,借助图形处理单元(GPU)对算法进行了硬件加速,大大提升算法的执行效率。为验证算法有效性,对5123规模的仿真数据和实际数据进行重建,在不损失重建精度的前提下,新算法占用内存约为传统算法的1/3或1/5。本文算法对传统重排FDK算法进行了改进,有效降低了计算机内存占用,较好地解决了大规模投影数据重建问题。      

基于模型融合的有限角度CT迭代重建方法

针对有限角度扫描的CT重建,提出一种基于模型融合的CT迭代重建方法。模型来源于患者的早期Dicom图像。对扫描角度有限的投影数据,用统计迭代算法进行初步重建,得到预重建图像;将预重建图像与模型进行融合,得到融合图像;然后再次投影,补全原始投影缺失的部分,根据补全的投影数据重建出中间结果,之后重复投影、融合、重建过程直到满足终止条件。仿真实验表明,该算法能完整重建整个目标,在有效保留原目标特征的同时提高了小角度投影数据重建的质量。     

基于GPU实现的数字合成X射线体层成像投影数据的模拟方法

数字合成X射线体层成像技术能利用有限角度下的投影数据重建物体任意断层的图像.在数宁合成X射线体层成像重建算法研究中,模拟投影数据是重要的步骤,本文提出了一种基于GPU光线投射算法的数字合成X射线体层成像投影数据模拟方法.比较传统CPU模拟手段,GPU模拟方法计算速率快,且基于硬件支持的三线性插值能够得到更加接近实际的投...     

一种用于小体积偏置探测器锥束CT系统的反投影滤波重建算法

在传统的CT系统中,系统的硬件成本和计算量都是非常巨大的.本文深入分析了一种利用偏移放置的面阵探测器的锥束CT系统,在这种系统中X射线束仅仅覆盖被扫描物体的一半体积,投影数据在探测器方向上是截断的,探测器尺寸和投影数据量都减少为传统CT系统的一半.在这种扫描方式下,现有的重建方法是首先利用重排算法获得180度范围内的平行束投影数据,然后再利用滤波反投影(FBP)算法重建出物体的三维图像.但是重排算法不可避免地会引入误差,降低重建图像的空间分辨率.本文提出了一种反投影滤波(BPF)形式的直接反投影重建方法,该方法不需要对投影数据重排,直接反投影滤波重建出最终的图像.因此,该算法在数学上更简洁,计算速度更快,能够更多地保留重建图像的高频信息.最后,数值模拟实验结果验证了该系统和重建算法能够获得高质量的CT图像.     

基于Chambolle-Pock框架的核TV多通道图像重建算法

总变差最小化算法是一种基于压缩感知理论的图像重建算法,能够从稀疏投影或含噪投影数据中高精度地重建图像,已经被广泛应用于计算机断层成像、磁共振成像、电子顺磁共振成像。能谱CT、T1或T2加权的MRI及EPRI均属于多通道成像。逐通道TV算法可以实现较高精度的图像重建,然而忽略了各通道图像之间的相似性。核TV算法是一种考虑了通道间图像相似性的TV类算法,可以实现高精度图像重建。面向多通道图像重建,以CT重建为研究范例,本文提出一种Chambolle-Pock算法框架下的核TV多通道图像重建算法。通过仿真模体和真实CT图像模体的重建实验,验证算法的正确性,分析算法的收敛性,探索算法参数对收敛速率的影响,评估算法的稀疏重建能力及含噪投影重建能力。结果表明,相对于逐通道TV算法,所提算法可以取得更高的重建精度。核TV算法是一种高精度的多通道图像重建算法,可以应用于各种成像模态的多通道重建场合。      

由投影重建图像的对称网格迭代算法

本文对于工业CT检测中常用的代数迭代重建算法提出了改进,利用投影射线之间存在的几何对称结构,提出了图像重建的对称网格迭代算法(简写为SM-IRT).该算法简化了投影系数矩阵的计算,调整了迭代算法逐线校正的迭代顺序.对模拟数据和工业CT实测数据进行了重建图像的数值实验,结果表明:与常规算法比较,本文提出的新算法重建速度快,成像精度高.     

基于改进重建滤波器的局部CT重建算法

鉴于实际工程应用需求,基于截断投影数据的CT图像局部重建是X射线CT重建的一个重要课题,本文概述了现有的局部重建算法,分析了其优缺点,提出了一种基于改进重建滤波器的局部CT重建算法。通过对滤波函数的改进,使其能量主要集中在中心位置,使旁瓣迅速下降,进而使滤波函数具有局部重建功能。另外改进的滤波函数压制了低频信息,突出了高频信息,具有提高成像空间分辨率的功能,但对图像噪声有所放大,实际实验数据验证了算法的可行性。     

一种改进投影系数计算的快速ART算法

代数重建(ART)是图像重建领域中的重要方法。为了提高ART算法的重建速度,本文提出了一个新的通过判别射线与网格的相交状况快速计算投影系数的算法。该算法主要使用简单的诸如加减法以及比较运算来计算投影系数。避免了传统算法中的求交排序计算,因而重建速度大大提升。仿真实验使用Shepp-Logan模型,实验结果显示该算法重建效率优于传统算法。     

数字合成X射线体层成像的小波-伽辽金重建算法

数字合成X射线体层成像技术的重建问题是在有限投影数据条件下的病态重建问题。本文通过分析数字合成X射线体层成像技术的系统模型,获得重建问题的系统方程。在对系统方程进行正则化改造的基础上,提出了一种新的重建算法——自适应小波-伽辽金重建算法。该算法融合了伽辽金方法的计算简洁和小波内在的多尺度特性,更好地适应了待重建图像的求解。仿真实验结果表明,与ART重建算法相比,自适应小波-伽辽金重建算法在保证重建质量前提下能加快收敛,从而大大地节省了计算时间。     

板状构件X射线层析截面重建方法与实验

为了实现对板状构件的截面重建与缺陷检测,建立了X射线层析截面重建系统。对该系统的成像方法、重建精度、层析截面重建算法等进行研究。首先,提出并论述了采用特殊的成像方式获取X射线透视图像实现分层摄影功能的方法和层析截面重建原理。接着,对上述成像系统进行重建精度分析和运动系统校准。然后,根据上述成像方法获取已知形状检测工件的透视图像,并根据校准结果进行修正,对获取的图像按层析截面重建方法进行重建实验。最后,根据实验重建结果,进行仿真实验并优化重建参数。实验结果表明：探测器旋转步进角为0.5°时,重建图像伪影减小,使用S-L滤波器后,轮廓边缘更为清晰。该层析截面重建方法能有效重建X射线最大入射角内的信息,增大入射角并适当调整检测物角度,可获得清晰的截面图像。     

扇束CT探测器偏转的重建图像伪影校正

对于CT扇束扫描,射线源焦点与被测工件旋转中心的连线不垂直于探测器所在直线时,采用标准的滤波反投影重建算法重建出的图像会存在伪影,降低图像质量。本文基于经典滤波反投影重建算法理论,分析了此类伪影形成的原因,给出了利用投影原始数据（正弦图）计算校正算法所必需的几何参数的方法。本方法无需专用模体,不必进行二次扫描,方便、快捷并有效。计算机仿真及实验结果证明本方法的有效性。     

Feldkamp-type-VOI锥束CT重建算法加速的研究

本文具体介绍了一种Feldkamp-type感兴趣区域锥束CT重建方法.首先,我们分析了算法的特点:继而利用锥束扫描模式存在的对称性的反投影优化性质进行算法优化;最后,通过Shepp-Logan数值模拟实验显示优化方法可有效提高图像重建的速度且几乎不影响图像质量.     

基于光谱估计和图像重建的双能量CT迭代算法

已知的光谱信息对双能量CT（DECT）重建具有重要的意义,但在实际应用中,光谱信息很难直接获得,此外,双能量CT的重建算法对噪声敏感,因此,在重建算法中需要设计对应的噪声抑制方法来提升重建图像质量。本文提出了一种同时更新双能量CT估计光谱和重建图像的迭代方法,该方法不需要提前获得光谱信息,估计光谱和重建图像可以通过提出的算法同时获得。两组实验用来验证算法的有效性。实验结果表明,提出方法不仅能够准确估计光谱,也可以同时提升DECT重建图像质量。      

一种基于数据外插改进的ART迭代算法

本文针对有限角度的投影数据的CT图像重建问题,提出了一种基于数据外插改进的ART算法.该算法的基本思想足运用已知角度的投影数据来补全未知角度的投影数据,再用ART算法进行图像重建.最后用模拟的投影数据进行了重建图像的数值实验.实验结果表明该算法不但提高了重建图像质量,同时也提高了图像达代的收敛速度.     

由相叠低分辨投影数据重建高分辨图像

本文提出了由平行的相叠低分辨投影数据重建高分辨图像的两个新算法，即虚拟探测器法和直接重建法，并给出和分析了数值模拟结果。     

X射线三维显微镜及其典型应用

X射线三维显微镜（显微CT）是目前发展最热门、成长最快的CT成像技术门类之一,在微纳制造技术、新材料以及电子科学等领域起着十分重要的作用并得到广泛的应用。X射线三维显微镜能够以亚微米的细节分辨能力对被检测对象内部结构进行无损的三维成像,是一种新型的检测设备。本文介绍了三英精密仪器有限公司研制的nano Voxel-2000系列X射线三维显微镜的结构和工作原理,展示了该仪器在系统设计、成像方法及应用分析方面的特色。该系列的X射线三维显微镜最大管电压为150 k V,采用5μm的微焦源实现低于500 nm的成像分辨率,能够进行不同尺寸样品、不同分辨率的成像。在此基础上,探讨了X射线显微镜的典型应用,主要对样品的内部结构、形貌进行表征。希望典型应用的实例能起到抛砖引玉的作用,吸引更多学者利用X射线三维显微成像技术开展科学研究,拓宽X射线三维显微镜的应用领域。     

一种基于多能统计的射束硬化校正方法

在X射线层析成像(X-CT)系统中,传统的CT重建算法都基于射线源是单能的假设提出的,而实际的射线源是多能的,直接由多能投影数据用传统的重建算法重建图像,会导致硬化效应。本文把实际的多能谱细化成若干个子能谱,根据光子数服从Poisson分布这一规律建立数学模型,在传统迭代重建算法的基础上,借用统计的方法进行参数估计。实验结果表明该方法可以有效消除重建图像中的杯状伪影,提高重建图像质量。     

显微CT的锥束重建技术

显微CT技术一直是Iowa大学CT/显微CT实验室研究的焦点。这篇文章报告了我们在锥束显微CT方面最近取得的一些进展。我们利用Feklkamp类算法了多X光源和检测器偏置条件下的近拟图象重建；解释了Grangeat精确重构框架下的图象伪影。最后重点介绍了最近有关一般分块迭代Landweber格式的收敛性结果；给出了模拟和实验结果，探讨了进—步的研究方向。