一种快速的光栅相衬层析成像方法

数字X光层析成像由于其低辐射剂量和增强的图像对比度,广泛应用于医学诊断中.结合X光相衬成像的优异的软组织成像能力,X光相衬层析成像方法可以获得更好的软组织成像能力.本文的目的是提出一种快速的、低辐射剂量的X光相衬层析成像方法及算法.本方法在数据采集过程中光栅的位移和样品的旋转同时进行,它区别于传统的相位步进方法,采集到的数据是不完全的.我们提出了一种新型的重建方法,即内聚焦式重建.实验验证了提出的快速光栅相衬层析成像方法,结果表明在同等辐射剂量情况下,快速光栅相衬层析成像优于传统的基于相位步进的方法.由于快速光栅相衬层析成像采用连续的物体转动和光栅移动,其成像速度更快,避免了潜在的运动伪影.     

一阶相衬CT重建算法的最新进展

本文简要地解释了衍射增强成像方法和光栅相衬成像方法的物理原理,详细地介绍了以这两种成像方法为基础的一阶相衬CT的物理模型及其重建算法的最新进展,着重分析这些重建算法的思路、特点和性能。这些重建算法基于相衬成像的物理原理,能够从一阶投影数据出发,直接重建样品内部的折射率分布,从而得到了弱吸收物质的高衬度CT图像。     

X射线相位衬度显微成像的原理与进展

当前医学影像学的发展趋势是提高人体软组织成像的衬度分辨率及空问分辨率,由宏观影像学向微观影像学的方向发展。微观影像学能看见微米级的组织和细胞结构,能在活体上无损和动态地观察人体内部器官的微细病理变化,从而能早期做出准确的细胞病理学的定性和定位诊断,以及早期进行精确的定点清除治疗。在提高软组织成像的衬度分辨率方面,相位衬度成像技术是国内外关注的热点。据报道,软组织的X射线相位衬度的分辨率约为常规X射线CT吸收衬度分辨率的1000倍。本文以北京同步辐射装置产生的同步X射线束为光源,应用衍射增强成像（DEI）技术,对人和动物脏器的软组织进行相位衬度成像。结果表明：相位衬度显微成像可清晰显示肺泡、。肾小管、肝小叶等微细的组织结构,其空间分辨率可达20微米,这些在常规X射线CT吸收衬度成像是看不见的。医学相位衬度（简称“相衬”）显微CT成像将是医学显微影像学的未来发展方向。     

关于同轴法X射线相衬CT的重建算法研究

本文详细介绍同轴法X射线相衬CT的基本定理,及其三维重建算法.该算法可直接恢复相位并且重建物体内部的相位(折射率)分布.在北京同步辐射装置上进行同轴法实验,直接重建出样品内部的折射率分布,并与传统FBP重建算法进行对比分析,讨论了影响重建算法的若干因素.     

基于迭代法的同轴法X射线相衬成像的相位复原

相位复原问题是指在只有强度可以测量的情况下,从强度数据中提取出物体的相位信息。相位复原是同轴法X射线相衬成像的关键问题之一。本文采用误差递减法,通过限制物体的空间大小,结合测量到的强度数据,在物体的空域和频域都进行约束。通过反复迭代,进行带宽外推,最终实现物面和像面的相位复原。仿真实验证明了此迭代算法的收敛性,并且以塑料管为样品,在上海光源采集到同轴法X射线相衬成像的实验数据,对上述算法进行了验证。     

基于全局低分辨率CT扫描的合成层析成像技术

合成层析成像可由有限几个投影数据重建三维物体,与传统CT相比,该方法所需的射线剂量少得多.由于投影数据不完备,导致的重建图像伪影是合成层析成像的一个主要问题.本文提出一种对感兴趣区域进行合成层析成像方法,和其他方法相比可以得到更好的重建图像质量.该方法首先对目标进行低分辨率全局扫描,然后对感兴趣区域进行高分辨率局部扫描,最后,利用两次扫描的投影数据集合重建感兴趣区域的图像.数值仿真结果表明,用本方法重建感兴趣区域图像,要明显好于没有使用全局扫描信息的方法.     

硬X射线衍射增强峰位成像CT的几何失真纠正方法

近年来X射线相位衬度成像技术作为一种新的成像方式凭借其空间分辨率高的优势已经成为生物、医学以及材料科学等领域一种新的独具本领的研究工具。本文针对平行束情况下应用相位衬度成像技术得到的放置在胶囊内的苍蝇及蜜蜂投影图片进行重建,对系统几何失真进行了分析和纠正,很好地提高了重建图像的质量,验证了利用目标自身的信息进行自动校正的可行性。     

双频电磁波电导率层析成像反演

介绍一个新的跨井电磁波层析成像方法,该方法利用两个频率的透射电磁波的电场强度之比值重建研究区域的电导率分布图像,无需计算发射天线的初始辐射场强与辐射方向因子.详细讨论了双频电磁波电导率层析成像的方法与其适用条件,并给出了应用实例.双频电磁波电导率层析成像适用于良导介质(＞0.01 S/m)和1-100MHz工作频率情况.该方法应用于实际数据,获得了较传统吸收成像更精细的层析图.     

多震相菲涅耳体射线走时同时反演成像

高频假设下的地震射线理论以及相应的地震成像理论表明,在射线稀疏条件下,不可能得到较高分辨率的构造成像;而有限频射线理论更符合实际地震的传播规律,即地震波的走时不仅与中心射线(传统的几何射线)上的速度分布有关,而且与中心射线附近一定范围(称其为第一菲涅耳体)内的速度异常分布有关.鉴于此,本文提出了计算多震相地震波菲涅耳体有限频射线的方法,并定义了走时敏感核函数,同时给出了利用多震相菲涅耳体有限频射线进行速度模型和反射界面同时反演成像的公式.利用多震相走时资料,使用传统射线层析成像方法与有限频射线层析成像方法进行了速度和界面的同时反演成像.结果表明,当射线密度较小时,无论是对速度模型的重建还是对反射界面几何形状的更新,有限频射线层析成像方法均优于传统射线层析成像方法, 而变频有限频射线层析成像则是实际地震层析成像的首选反演算法.      

基于U型生成对抗网络的编码孔径CT成像方法

针对编码孔径CT成像非连续稀疏采样只能通过代数类迭代重建算法的缺点,本文提出一种基于U型生成对抗网络的编码孔径CT成像方法。通过构建基于U型生成对抗网络的非连续稀疏投影的动态博弈模型,结合联合损失函数,预测正弦图的结构性缺失,实现编码孔径CT成像分析类（非迭代）快速重建。实验结果表明,在辐射剂量降低95％ 的条件下,基于U型生成对抗网络的编码孔径CT成像方法实现了峰值信噪比大于30 dB @ 256×256的高质量重建。相比于目前最先进的编码孔径CT成像方法,其重建时间降低了约两个数量级。      

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。     

基于3MNet去噪网络的快速EPRI成像

电子顺磁共振成像（EPRI）是一种先进的氧成像技术。当前EPRI的瓶颈问题是扫描速度过慢,其原因是每个角度下的投影信号需要被重复采集几千次,以压制随机噪声。一种实现快速扫描的方法是减少投影信号的重复采集次数,然而这又使得投影信号信噪比降低,重建出来的图像噪声较大。为有效压制重建图像中的噪声,本文提出一种基于多通道、多尺度、多拼接的（3MNet）图像去噪网络,以实现高精度快速EPRI成像。该网络由3个子网络构成。第1个子网络是基于注意力机制的卷积网络,其输出的特征图像与输入图像拼接以构成后端网络的输入;第2个子网络是3通道卷积网络;第3个子网络是多尺度卷积网络。实验结果表明,本文提出的3MNet网络可以实现EPRI图像的高精度去噪,进而实现快速成像。     

同步辐射光成像中的最大似然迭代重建法

本研究主要目的在于探讨与评估在同步辐射光源显微成像时使用不同的图像重建算法时的图像质量与重建速度.此次实验我们采用鸟类的羽毛做为受测物体,并且使用位于新竹科学工业园区内的同步辐射研究中心的同步辐射光源及高分辨X光摄影机来取得X光的影像.本研究使用两种不同的算法来重建图像,分别为滤波反投影法与梯度最大似然迭代重建法,作为这次评估的算法.由重建图像的结果显示,我们可以发现梯度最大概似迭代式重建法在边缘的地方有模糊化的现象,另外在图像质量方面,滤波反投影算法的影像上的环状伪影较梯度最大似然迭代算法明显.因此本研究就针对目前同步辐射的图像重建法做一探讨,并对两种不同的重建算法做一适当的评估,以期望提供不同的图像重建法给予不同需求的使用者.     

任意扫描轨迹的CT成像方法研究

在工业CT成像应用中,由于复杂结构件形状、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,本文通过改变轨迹来弥补投影数据缺失,推导任意轨迹的成像模式。首先,在任意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,进行任意轨迹成像模式下的迭代重建;最后通过小锥角、大锥角以及厚度差异比较大的构件成像仿真实验,验证算法的正确性和可行性。对于厚度差异比较大的工件,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。     

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。     

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。      

自适应统计迭代重建技术在髋关节64排CT低管电流检查中的应用

目的：探讨自适应统计迭代重建（ASIR）技术在髋关节64排CT低管电流检查中的应用。方法：106例髋关节64排螺旋CT扫描患者,随机选取53例患者采用常规管电流220 m As扫描,并采用滤过反投影（FBP）方式重建。另外53例患者采用低管电流50 m As扫描,并采用30%ASIR技术。对两组髋关节图像的辐射剂量和图像质量进行评价,并比较不同重建图像在同一层面的图像噪声值和信噪比。结果：常规管电流组与低管电流组的CT剂量指数（CTDIvol）分别为（15.55±0.20）m Gy、（3.56±0.15）m Gy,低管电流组平均CTDIvol较常规管电流组降低77.1%;常规管电流组与低管电流组的剂量长度乘积（DLP）分别为（297.82±2.9）m Gy·cm、（67.59±3.3）m Gy·cm,低管电流组平均DLP较常规管电流组降低77.3%,低管电流组与常规管电流组相比,辐射剂量大大降低（P〈0.05）。常规管电流组图像质量评分为优、良、差的患者分别为49、4和0例;低管电流组图像质量评分为优、良、差的患者分别为42、11及0例。两组图像的差异无统计学意义（P〉0.05）。图像噪声值分别为31.44、44.29,差异有统计学意义（P〈0.05）。图像信噪比分别为11.03、10.06,差异有统计学意义（P〈0.05）。结论：ASIR技术应用于64排螺旋CT髋关节低管电流扫描,大幅降低辐射剂量的同时,图像质量也能满足临床诊断的需要。     

基于非局部全核变分方法的稀疏角多能CT重建

稀疏角采样与减小X射线源电流可有效降低多能谱CT低辐射剂量,然而会导致投影数据不足且包含较大噪声,重建图像会严重降质。针对这一问题,本文对传统全核变分（TNV）正则化方法进行推广,利用非局部梯度向量构成的雅克比矩阵的低秩特性,提出非局部全核变分（NLTNV）正则化方法。该方法用单个正则项同时建模能谱CT图像的结构相似性、梯度域稀疏性与非局部自相似性3种先验信息,能恢复稀疏角度投影含较大噪声（剂量较低）时图像的结构特征,并且有效缓解了用多正则项建模多能谱CT图像不同先验信息所导致的正则化参数过多问题。此外,基于NLTNV的重建模型为凸优化模型,保证了算法的稳定性与收敛性。实验结果表明,与TNV正则化方法相比,本方法显著提升重建图像的整体质量。      

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。