基于深度学习的医用锥形束CT图像散射伪影校正的研究进展

医用计算机断层扫描成像系统中,X射线与物体相互作用产生的康普顿散射光子严重影响了图像质量,尤其在锥形束计算机断层扫描和多层探测器系统中。目前已有许多散射伪影校正方法,归纳为3类:硬件校正、软件校正、软硬件混合校正方法,但近年随着计算机计算能力的提高以及深度学习在医学图像处理领域的发展,出现了一些新的散射校正方法。本文首先介绍传统校正方法;然后详细介绍基于深度学习方法进行散射伪影校正,并将其分为基于图像域和基于投影域的深度学习方法,以及对不同的深度学习网络在散射伪影校正中的应用进行讨论;最后展望深度学习在多源计算机断层扫描技术中的应用前景。      

工业X-CT散射校正技术综述

在工业X-CT成像系统中,散射现象对重建图像的质量有重要的影响,一直是CT研究的热点之一.随着工业X-CT系统的最新发展,锥束CT也逐渐被广泛应用,由于成像质量要求高,散射成二维分布,及新型平板探测器的应用,对散射校正带来更大的挑战.在传统的散射校正方法基础上,近几年出现了众多新的校正方法.本文首先分析了散射干扰的形成原理,介绍了散射评估方法,同时又对目前主要的几种校正方法进行了归纳总结,并对散射校正研究的发展趋势进行了展望.     

超声散射CT技术发展综述

概述超声散射CT（computed tomography）理论的发展过程,分别对X射线CT技术、医学超声CT技术、无散射超声CT技术及超声衍射CT技术相关理论的发展、基本思想及优缺点进行了概述,介绍了主要用于工业超声CT检测的超声散射CT技术的基本概念,特点及意义等。散射超声CT技术不仅不需要反投影重构,而且在一定程度上弥补了线性超声CT方法由于线性假设或弱散射假设带来的不足,具有广阔的应用前景。     

锥束CT散射抑制方法综述

锥束CT严重的散射伪影极大地降低图像质量,成为限制其发展和应用的关键因素。国内外学者对散射抑制或校正方法已做了很多综述性的报道,但是随着锥束CT系统散射抑制研究的进一步推进,出现了一些新的技术。本文分析了X射线散射对CT成像的影响,对常用的散射抑制方法进行归纳总结,梳理散射校正框架,详细介绍基于投影补偿的散射校正技术和常用的散射估计方法,对目前散射校正的问题进行总结,重点讨论了散射校正对噪声的放大作用,为散射抑制的研究和发展提供借鉴作用。      

衍射CT技术和多源全息成象技术的比较研究

在本文中,我们从理论上比较研究了衍射CT技术和多源全息成象技术,讨论了在弱不均匀介质中多源全息成象技术失真的根源,推导出二维多源全息图象重建的快速算法,利用这些算法和计算机产生的非Born近似的正演数据,系统地研究了异常体的尺寸、异常程度的大小和数据采集方式对重建图象的影响.并且把它与衍射CT重建图象作了数值上的比较,所得到的许多结果（见正文结论部分）对于衍射地震CT技术和多源全息成象技术在生产中的应用有着指导意义.     

国内医用CT领域专利申请现状分析

医用CT是一种重要的放射影像诊断设备。本文对国内医用CT专利申请进行了统计和分析,对比国外领先企业的专利技术发展方向,研究了我国在该领域中的专利申请特点和存在的问题,为我国企业选择合理的研发领域、制定研发策略以及相应的专利策略提供参考建议。     

基于平板探测器的锥束CT散射校正方法

针对基于平板探测器的锥束CT系统固然存在的散射伪影,提出在X射线源和被检测物体之间添加一个射束衰减网格装置的散射校正方法。本文首先介绍了射束衰减网格的实验装置,然后推导了基于射束衰减网格的锥束CT散射校正方法,最后通过圆柱样品实验验证了算法的可行性。实验结果表明,研究提出的散射校正方法能有效减少基于平板探测器的锥束CT系统散射伪影,提高了重建切片图像的质量。     

散射问题中柱面坐标波函数的全域变换公式

为满足偏心源和多体散射理论研究发展的需求,阐明了柱面坐标下波函数变换的基本类型,指出了现有变换公式的局限性,提出了全域变换公式,给出了应用实例并讨论了应用前景。研究表明,不同柱面坐标下波函数变换可以分为内域和外域两种基本类型,现有Graf加法公式仅适用于内域变换问题。提出的新公式突破了现有公式的限制,可完成弹性波散射问题中不同圆柱坐标系下波函数全空间域上的变换。应用新公式,构造了圆形空穴的外线源散射和内线源散射的解答,通过实例与大圆弧近似方法进行了对比,表明了新公式的优势和有效性。波函数变换基本类型的划分、全域变换概念的引入和公式构建的原理具有普适性,可以推广到其它坐标系下波函数的坐标变换公式的建立中。     

全球医用CT技术的专利计量研究

以德温特专利数据库收录的1980～2011年间全球医用CT技术领域申请的专利文献为研究对象,通过对专利申请的年度变化、生命周期、专利权人、专利发明人和国际专利分类号等内容的分析,揭示全球医用CT技术的发展现状与趋势,为我国医用CT领域的技术创新和战略发展提供参考。     

超声CT理论与方法综述

目的概述超声CT(Computed tomography)理论的发展过程中提出的的一些主要的理论和方法.方法分别对无散射条件下透射型超声CT、反射型超声CT以及衍射断层成像(diffraction tomography)的相关理论的研究目的、基本思想,以及相应的图像重建算法做了简要的概述,同时介绍了反散射(inverse scattering)问题在超声成像中的应用.结论由于超声传播的复杂性,各种超声CT理论都有其自身的成立条件,从而使得CT理论的应用范围有限.     

锥束CT精确重建算法研究最新进展

第八届三维图像重建及核医疗学国际会议于2005年7月在美国盐湖城召开.该会议是在CT、PET及SPECT图像重建领域最负盛名的会议之一.本文主要介绍在本次会议上提出的几种最新锥束CT精确重建算法,包括MD-FBP算法、R-line算法等;还讨论了这两种精确锥束重建算法的各自优点,并对CT图像重建领域下一步的研究方向做了展望.     

锥束CT图像重建算法在DSP上的加速方法研究

随着CT技术的发展,重建速度已成为CT系统的重要指标之一,图像重建加速的研究也成为CT研究的热点之一。DSP由于采用哈佛结构,具有专门的硬件乘法器以及广泛采用流水线操作等特点,已开始应用于图像重建加速。本文针对近年来开始应用的三维锥束CT的图像重建算法进行了DSP加速方法研究。首先介绍了DSP应用于图像重建的研究现状,其次,通过对三维重建的典型算法——FDK的算粒分解分析,结合DSP的硬件结构的特点,提出了一种基于DSP的CT图像重建的综合加速技术。该方法通过C的优化、汇编优化和编译优化的综合使用,充分利用了硬件结构和软件流水技术,采用TMS320C6455芯片实现了CT图像重建的加速计算,实验结果表明,该方法取得了较高加速比。     

体积CT投影数据的模拟方法

体积CT是目前研究的热点,也是医疗CT和工业CT的发展方向。在研究体积CT重建算法的过程中,模拟投影数据是必不可少的一部分。本文提出一种体积CT投影数据的模拟方法。这种方法的特点是准确、适用性广,模拟得到的投影数据能够准确反映各断层的细节信息,一方面可以为后继体积CT重建算法提供可靠的投影数据,另一方面也可以根据需要有选择地模拟失真的投影数据。我＇ffJN用此方法对人脑部及某工件的CT投影数据进行了模拟,并对模拟得到的数据采用滤波反投影算法进行重建,将重建后的断层图像与原始图像进行比较,得到了很好的重建结果,进一步验证了该投影数据模拟方法的可行性。     

胰腺癌放疗图像引导锥束CT运动伪影修正技术研究

基于二维平板探测器技术的锥束CT系统广泛应用于放射治疗前的摆位验证,但在以胰腺癌为代表的腹腔肿瘤放疗应用中会遇到呼吸运动和肠道蠕动导致的严重阴影与条状伪影问题,难以从CT影像中分辨病灶区域。由于胰腺等柔性脏器在呼吸运动作用下会存在非刚性形变,体表运动监测结果和实际脏器运动间存在难以量化的偏差,也难以监测以肠道蠕动为代表的不规则运动,故腹腔锥束CT运动伪影修正问题缺乏有效解决方案。本文基于生物动力学理论和人体生理学常识,提出全新的无需运动监测或体内标记物植入的放疗图像引导锥束CT运动伪影修正方法,设计基于伪影图像特征、融合各类CT图像域处理算法的伪影修正策略。将该策略应用于临床腹腔锥束CT影像处理后所得结果表明锥束CT图像质量有显著改善,典型软组织区域的平均CT数误差从90 HU降到30 HU,肠道空腔边界和周边软组织信息得到部分恢复。本文开发的伪影修正策略无需呼吸门控或增加投影数,避免标记物植入手术,可集成到现有工作流,为胰腺癌放疗图像引导提供肿瘤定位信息。      

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.     

锥束CT图像重建算法的快速实现

本文基于锥束CT滤波反投影重建的FDK算法,通过两种算法改进并结合基于共享内存的OpenMP并行技术和代码优化,实现了锥束CT图像的快速重建.基于锥束CT实际投影数据的重建结果表明,图像重建速度得到了较大的提高,断层图像重建质量与FDK原型算法相当.     

潘晓川教授的反投影滤波(BPF)新型重建算法介绍

计算机断面成像(CT)的精确重建方法一直是现代CT成像领域中一个活跃的研究方向。近几年,关于平行束、扇束、锥束CT精确重建的研究取得了一系列重要的突破和创新成果。本文主要介绍了美国芝加哥大学潘晓川教授为首的课题组提出的一类基于反投影卷积(BackprojectionFiltration:BPF)的CT精确重建算法。BPF算法最重要的贡献在于它成功地解决了从沿探测器方向截断的投影数据进行CT精确重建的问题;因此,通过BPF算法能够设计出针对目标的感兴趣区域成像策略,减少成像扫描、重建时间,辐照剂量和散射光子。     

锥束CT图像重建算法

随着螺旋多层面CT的出现，医用CT正在向着螺旋锥束CT转变，从螺旋锥束数据来重建图像有许多优点，但是这种成像方式在数学上比较复杂，技术实现也有相当的难度。本文介绍这一领域的重要成果，特别是近年文献中的基本思想，文中涉及及各种主要重算法，包括准确重建，近似重建和迭代重建算法，简言之，当数据是完整的，无噪音的，应选择准重建方法，当数据是有噪音的和／或受物体运动干扰，近似重建会有较好的性能，而当数据是不可靠的和被载截断时，迭代方法可以发挥作用，今后主要研究方向是对这些算法进行改进，比较它们的特性，并将其优点结合到一起。