工业CT中机械径跳投影数据仿真

在工业X射线CT检测系统中,当对某一物体进行检测的时候,系统中的载物台机架会进行不断的旋转,在旋转过程中,机架将会伴随有机械径跳,径跳会影响到探测器接收到的光子数,最后对投影数据有一定的影响,进而影响重建出的物体图像。本文主要分析了载物台机架发生机械径跳的原因,以及径跳对探测器接收X射线光子的影响;在对以上原因进行分析的基础上,提出了在考虑CT机架径跳时的CT投影公式,并对这一投影进行仿真。     

利用部分投影的二维CT旋转中心偏移快速校正

现有的CT重建算法都依赖于转台旋转中心的准确定位,否则会引起重建图像的伪影。目前已有的旋转中心估计方法的共同特点是利用180°或360°的投影数据。获取这些投影,需要比较长的扫描时间,占用比较多的资源。为此,在平行束扫描和扇形束扫描两种情形下,本文提出利用部分视角的投影来对转台旋转中心进行快速定位的方法。在平行束情形,利用物体空间质心与投影空间的质心的对应关系定理,由60°的投影即可准确测量出旋转中心的位置。在扇形束情形,通过将扇形束投影重排成平行束投影,仍可由扇形角再进行60°的投影准确测量出旋转中心的位置。      

X射线断层扫描投影图像背景不一致的校准

在X射线断层扫描(X-ray CT)成像过程中,经常会出现射线源、样品和探测器三者之间的相对移动,导致采集的投影图像(Projection image)以及亮场图像(flat field image)的空间位置配准关系出现偏差。这直接影响了投影图像背景的正常扣除,以及后续的CT图像重建。本文利用互相关方法,求出各投影图像背景与探测器原始采集位置之间的不一致量。然后将投影图像和亮场图像作相应变换,最后扣除背景得到校准后的图像。由于该方法对图像灰度较为敏感,所以在对实际样品校准之前,本文先对该样品投影图像及亮场图像进行了照度归一化。实验结果表明,该方法能够有效校正由射线源、样品和探测器之间相对移动造成的CT投影图像背景不一致,获得较好的CT投影图像和重建切片。      

图像重建算法FBP与OSEM在工业CT应用中的对比研究

滤波反投影法(FBP)与有序子集最大期望值法(OSEM)是图像重建中最为常用的两种方法,本文研究了这两种重建方法在工业CT中的应用,就不同的探测器数目、不同的旋转投影角度取样数、不同的噪声水平,对两种方法的重建效果进行对比与分析,结果表明在某些条件下迭代法OSEM重建图像质量明显好于解析法FBP。     

一种基于投影变换的旋转型CL重建算法

相对于传统计算机断层成像(CT),计算机层析成像(CL)对于扁平状物体的检测具有独特的优势。旋转型CL不严格满足滤波反投影(FBP)算法的条件,针对这一问题本文提出了一种基于投影变换的旋转型CL FBP重建算法。首先介绍了旋转型CL的扫描结构;然后阐述了该结构下投影的生成方法及基于投影变换的投影数据重构方法;最后利用重构后投影数据进行滤波反投影,并通过仿真重建实验验证了算法的有效性。      

锥束微型CT图像重建中射线源位置的修正

目的:针对利用锥束光X射线机构建的微型CT系统,对射线源的微小偏差进行校准。方法:以FAXITRONMR_20型cone-beam数字X射线机为实验对象,利用金属球模型的二维投影图像计算出射线源垂直投影位于探测板平面相对坐标。对常用的锥束CT滤波逆投影算法,给出了在非标准位置扫描时的锥束CT的修正公式。结果:通过投影测量法发现所使用仪器的射线源和探测器中心存在1.056mm的偏差,并进行了修正;以模型实验显示了修正前后的结果。结论:该方法可以精确测量射线源的相对位置,通过软件修正,重建清晰的CT图像。     

基于以太网的锥束CT高速数据传输方案设计

基于锥束CT的实时成像系统经常要求实时获得投影数据并快速重建,如何将获得的投影数据不丢失地快速传递到图像重建单元进行重建是系统设计的一个关键问题。本文提出了一种基于Linux和以太网的数据获取方案,通过在探测器和重建计算机之间引入投影数据缓存系统,较好地解决了重建计算机和CT采集模块间由于实时性能差异所造成的通讯不稳定和数据丢失。本方案所设计的系统成本低廉、易于实现并且具有较好的通用性,对一个快速数据获取和重建系统而言具有较强的实用价值。     

基于主成分分析的多能谱CT图像分析方法研究

基于光子计数探测器的能谱CT,可以同时采集多个能谱通道的投影数据,并获得相应能量范围内物质的吸收特征,可以有效应用于物质识别与材料分解。主成分分析是一种很好的多元数据分析技术,可以用于处理多能谱CT数据。本文分别在投影域和图像域对能谱CT数据进行主成分分析,并对分析结果做出系统比较。为了减少噪声的影响,提高能谱CT图像的彩色表征性能,提出双域滤波与像素值平方相结合的方法,用于含噪声的主成分图像去噪,然后将所选取的主成分图像映射到RGB颜色通道。实验结果表明,无论是在投影域还是图像域进行主成分分析,都可以获取清晰的CT图像,识别出物质的不同成分。相较于在图像域的主成分分析方法,在投影域进行主成分分析能够保留物质的更多细节,获取更清晰的彩色CT图像。      

基于平板探测器的高能工业CT数据采集系统

本文介绍了一套实用的高能工业CT数据采集系统,它基于商用的平板探测器为数据获取源,针对高能工业CT系统的实现,设计开发了一套CT投影数据采集及预处理系统。该数据采集系统经过试验验证,成功获取了DR图像和CT投影数据,证明了其设计思路和实现方案是完全可行的。     

利用IMAGE卫星观测数据重建地球等离子体层的磁赤道面分布

美国利用IMAGE卫星的极紫外辐射（EUV）探测器对地球等离子体层进行了连续5年的遥感成像观测。由于IMAGE卫星数据是沿观测路径上的积分投影数据,并且存在地球“遮挡”、“阴影”、“数据缺失”等问题,无法直接利用传统的CT方法对等离子体层进行三维重建。本文利用地球磁场模型,基于地球等离子体层的物理性质,建立一个联系地球磁赤道面密度与投影数据的EUV成像模型,实现了从单个角度的EUV观测图像进行地球等离子层三维重构的方法。      

基于光子计数探测器的能谱CT的研究

本文的目的是评估光子计数探测器对CT成像的性能的影响,我们对一款基于碲锌镉(CZT)的光子计数探测器进行了性能测试,并搭建一个成像平台。首先对探测器系统进行能量增益的校正以及坏像素点校正,以减少探测器响应的不均匀性对CT成像的影响。然后对探测器进行能量-阈值标定,以确定探测器的工作能量阈值。最终搭建成像系统,对X光能量分别大于36和45keV的数据,获得了模体的重建结果,并对结果进行了分析。      

一种基于双平面扫描方式的双能静态CT系统

静态CT技术相较于传统的螺旋CT，在扫描速度上有着革命性的优势，这使得其在行李安检等领域有着巨大的应用前景。目前，要实现静态CT系统的实际应用，需要解决几何尺寸误差标定、有限角重建、双能投影数据匹配等一系列实际问题。本文提出了一种基于分布式X射线源和双平面扫描方式的双能静态CT系统。该系统采用碳纳米管冷阴极射线管，实现X射线源的高速启停；并采用双平面扫描方式，提高投影数据的覆盖角度以减小伪影，并通过采集双能投影数据实现物质识别。本文详细介绍该静态CT系统的系统设计、几何校正及成像方法等内容。实际实验结果显示该系统可对箱包及其内部物体进行三维成像，获得较为理想的形状及材料信息，在行李安检领域具有较高的实际应用价值。      

基于高紧支性移动最小二乘法的骨密度能谱探测技术研究

双能X射线骨密度仪系统具有测量精度高、时间短、剂量低等独特优势,是目前X射线骨密度测定技术的“金标准”。本文采用半导体CdZnTe探测器模块搭建半导体光子计数骨密度能谱测量平台,针对CdZnTe半导体探测器信号特点,使用移动最小二乘算法进行不同材料高低能拟合校正。移动最小二乘算法通过权函数改变目标数据点周围节点对其影响程度,可以让数据点的拟合方向更具灵活性。研究分析移动最小二乘算法对双能X射线骨密度测量数值的数据处理流程,完成基于移动最小二乘高低能拟合校正算法的骨密度测量实验。实验结果表明,本文所设计实现的基于移动最小二乘算法的骨密度双能拟合技术在实际应用中能达到较好的拟合误差精度,其中探测器像素单元在高能条件下拟合平均误差为0.032%,低能条件下拟合平均误差为0.036%。进一步数据分析表明,边缘像素单元与中心像素单元在高低能条件下的拟合误差差异仅为0.012%和0.011%。该算法能够有效提高半导体光子计数探测器的骨密度测量精度,降低探测器边缘像素单元信号不均匀性差异带来的误差影响,对目前线阵或面阵光子计数半导体探测器像素差异对骨密度诊断的影响具有良好的改善作用。      

基于Radon变换的CT图像杯状伪影校正

目的:目前的射束硬化校正算法大多需要能谱、检测器特性等信息。针对硬化校正的复杂性,提出一种基于图像后处理的硬化校正方法。方法:首先将带有杯状伪影的水模体CT图像中水的部分分割出来并对其做Radon变换以获取水的投影信息,以此信息构建带有未知系数的校正模型;然后将校正模型与理想图像对比,当它们之间的差异最小时,确定出校正模型的未知系数。利用确定出来的系数和预校正图像软组织的投影信息组合成的校正模型校正实际CT图像,以此消除实际CT图像中的硬化杯状伪影。结果:通过模拟数据验证表明,该方法能去除医用CT中由于射束硬化而引起的杯状伪影。结论:本文提出的方法在不需要能谱信息及投影数据的情况下就能进行杯状伪影的校正,提高了硬化校正的灵活性。      

考虑实际投影成像平面位置的扇束滤波反投影(FFBP)算法

扇束滤波反投影(Fan-beam Filtered Back Projection- FFBP)算法理论公式中,投影成像平面位于旋转中心;而实际CT扫描系统中,投影成像平面与旋转中心都存在一定距离.考虑到实际投影成像平面位置,本文推导了它的FFBP算法(即IFFBP-Improved Fan-beam Filtered Back Projection算法),比较了此两种情况下(即忽略成像平面与旋转中心距离)FFBP、IFFBP算法重建质量.计算机模拟和实验结果证明了IFFBP算法的正确性.