基于FPGA的CT重建加速技术综述

图像重建速度是X-CT成像系统中的一个重要指标。随着X-CT系统的最新发展,对重建物体规模以及重建速度要求的增加,CT重建加速的研究已成为CT研究的热点之一。本文通过软件加速与硬件加速两方面概述CT重建加速的几种主要方法,并结合FPGA的结构特点论述对CT重建加速的适用性以及相对于其他方法的优势。介绍了用FPGA实现重建加速的基本机制以及国内外的研究情况,并对数据结构、数据访问与存储的效率、高级语言等关键问题进行了分析。最后对用FPGA实现CT重建加速的前景进行了展望。     

基于通用显卡实现CT加速重建的技术综述

目的本文综述了通用显卡在CT重建加速中的技术应用.方法通过介绍显卡的发展和现状,以及其特殊结构在CT重建算法中的加速机制.结果阐明了显卡在CT重建中的加速特点和实现方法.结论最后依据显卡发展的最新技术展望了对CT加速算法的改进和在这一方向上的应用前景.     

用于宇宙射线μ子成像的MLS-EM重建算法加速研究

宇宙射线μ子检测技术具有穿透力强、对高Z材料敏感等特点,特别适合检测特殊核材料,是监控核材料走私的有效方式.图像重建问题是实现该技术的一个关键难点,MLS-EM算法是目前成像质量较好的算法,但其过长的运算时间制约了该算法在实际μ子检测系统中的应用.根据μ子检测系统的特点,本文提出了一种加速方法,在使用POCA重建图像作为迭代初值基础上进一步采用OS方法进行EM加速.模拟实验结果表明该方法能够有效地对MLS-EM重建算法进行加速,这对于宇宙射线μ子成像技术早日投入实际应用具有积极的意义.     

医学图像三维表面模型重建

三维表面模型重建是医学图像处理的重要内容,是将CT和MRI等医疗影像设备获得的二维图像重建成三维立体表面显示图像的过程.本文重点研究了其重建算法的具体实现:(1)在建模上采用了基于体素的三维物体体积重建;(2)在显示上提出了基于Ray-Casting的三维物体二维直接显示技术.所以,和传统采用三角面拟合的方法相比,具有图像重建过程无需生成中间数据、无需进行3D物体的边界检测等优点,同时该算法并行性好,易于采用硬件方法实现加速.因此,本研究为医学图像三维表面模型重建应用软件的开发打下了理论基础.     

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。     

基于探测器宽度的FBP改进算法

在实际的CT重建过程中,探测器是有大小的,如果我们在重建算法设计中考虑到这一点,对重建图像来说,将会得到更多更精确的信息量.本文针对实际探测器的结构特点,提出一种新的改进FBP重建算法,将算法与实际结合,并通过实际的工业CT系统进行实验.实验结果表明,改进方法重建出的图像边缘和细节都要比未改进的方法好,而且还有抑制噪声的作用,对工业CT的实际应用有一定的意义.     

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.     

三维锥束扫描CT成像图像重建新进展

介绍了作者在CT成像理论研究和工程应用实践中关于图像重建、图像处理和理解方面的成果,以及对未来的展望.主要的成果包括四个方面:一是研究三维CT重建常用算法的特点和固有误差,提出改进重建图像质量的新方法;二是从研究算法重建的优化准则出发,实现不同的重建方法;三是从应用任务出发对重建图像的性能进行理论和仿真研究;四是从应用实际问题出发,提出图像处理和理解的有效方案.     

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.     

基于PDE的低剂量CT投影降噪研究

随着医学影像诊断技术的广泛应用,人们逐渐开始重视CT扫描中辐射剂量过高的问题,低剂量CT已成为医用CT发展的必然趋势。然而,低剂量CT重建图像质量会发生严重的退化,从而影响医疗诊断。针对以上问题,本文在各向异性扩散模型基础上,提出一种改进的4邻域偏微分投影域降噪算法。为有效地实现图像噪声快速平滑和特征保留,该模型根据相关像素控制率定义了归一权梯度函数。此外,本文根据扩散图像的特征变化规律构造了时变扩散函数,该函数能够自适应调节噪声平滑和轮廓保留之间的平衡。仿真数据和乳腺模体扫描数据结果表明,改进算法能够获得更高质量的重建图像,并具有较好的运算效率。      

一种基于频域外推的不完全角度CT重建算法

不完全角度重建问题一直是CT图像重建领域研究的重点和难点。目前,通常的不完全角度重建方法是基于空域的迭代方法,但由于正反投影的高计算复杂度,空域迭代方法存在计算耗时,对硬件资源需求大等问题。本文提出了一种基于外推的邻近网格迭代算法（INNG-TV）。首先,平行束采样的数据通过傅里叶变换和样条插值到频域空间,然后在迭代的过程中,傅立叶空间投影已知部分的数据始终不变,缺失部分数据通过对重建图像进行INNG外推得到,同时在图像空间对重建图像做非负、最小化总变分等先验及优化约束。     

基于相对TV最小的CT图像重建算法

总变差（TV）最小算法是一种有效的CT图像重建算法,可以对稀疏或含噪投影数据进行高精度重建。然而,在某些情况下,TV算法会产生阶梯状伪影。在图像去噪领域,相对TV算法展现了优于TV算法的性能。鉴于此,将相对TV模型引入图像重建,提出相对TV最小优化模型,并在自适应梯度下降-投影到凸集（ASD-POCS）框架下设计对应的求解算法,以进一步提升重建精度。以Shepp-Logan、FORBILD及真实CT图像仿真模体进行重建实验,验证了该算法的正确性并评估了算法的稀疏重建能力和抗噪能力。实验结果表明,相对TV算法可以实现逆犯罪,可以对稀疏或含噪投影数据进行高精度重建,与TV算法相比,该算法可以取得更高的重建精度。      

多层螺旋CT后处理技术对气管支气管异物的诊断价值

目的:评价多层螺旋CT三维重建及仿真内窥镜技术对气管支气管异物的诊断价值。方法:对20例支气管异物、1例气管异物、1例先天性气管性支气管发育异常、1例气管良性肿瘤患儿行多层螺旋CT检查并进行三维重建及仿真内窥镜技术显示气管支气管病变;三维重建技术包括多平面重建、最大密度投影、最小密度投影、表面遮盖显示和容积再现,CT仿真内窥镜对气管支气管异物的显示与支气管镜所见具有一致性。结果:多层螺旋CT三维重建及仿真内窥镜可准确、直观地显示气管支气管异物的位置、大小、形态、密度及阻塞程度。结论:多层螺旋CT三维重建及仿真内窥镜可准确评价气管支气管异物,是一种准确无创性诊断方法,为临床治疗提供直观的影像学资料,具有较高的临床诊断及指导价值。     

基于CNN和Transformer耦合网络的低剂量CT图像重建方法

在投影角度个数不变的情况下,降低每个角度下的射线剂量,是一种有效的低剂量CT实现方式,然而,这会使得重建图像的噪声较大。当前,以卷积神经网络（CNN）为代表的深度学习图像去噪方法已经成为低剂量CT图像去噪的经典方法。受Transformer在计算机视觉任务中展现的良好性能的启发,本文提出一种CNN和Transformer耦合的网络（CTC）,以进一步提高CT图像去噪的性能。CTC网络综合运用CNN的局部信息关联能力和Transformer的全局信息捕捉能力,构建8个由CNN部件和一种改进的Transformer部件构成的核心网络块,并基于残差连接机制和信息复用机制将之互联。与现有4种去噪网络比较,CTC网络去噪能力更强,可以实现高精度低剂量CT图像重建。      

利用计算机断层成像方法由观测图像重建等离子体层全球密度分布——投影数据不完备问题

在用计算机断层成像方法由EUV观测图像重建等离子体层全球密度分布时,地球的遮挡和有限角度都会导致投影数据不完备,从而无法精确重建出等离子体层的密度分布.本文针对该问题,提出一种基于图像总变差极小化的代数迭代算法.通过重建等离子体层投影数据缺失最为严重的中心子午面,证明该算法能够显著提高重建图像的质量. 并且在IMAGE卫星仅能达到90°的有限投影角度下,此算法重建图像的相关系数可达0.760,而代数迭代算法的相关系数仅为0.696.     

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.     

地震CT在芭蕉箐隧道地质灾害诊断中的应用

计算机层析成像简称为CT,是一种利用在物体周边所得到的某种物理量的一维投影数据,经过计算机处理,重建物理特定层面上的二维图像和依据一系列二维图像构成三维图像的技术.本文详细介绍了地震CT探测技术在芭蕉箐隧道中探测应用情况.针对芭蕉箐隧道上、下行线中部均出现坍塌,按照规范的方法对所设计的方案进行了勘测,经过野外数据采集、室内资料处理和地质解释等阶段的工作,本次勘探取得了预期的成果.     

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。