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。     

CT解析重建方法进展:从圆轨迹扫描到多源直线扫描成像

从1971年Hounsfield完成世界上首次X射线计算机断层成像(CT)扫描以来,CT技术在扫描方式上经历了5代发展,并在医疗、安检等领域深刻地影响着人们的生活.在扫描方式不断进步的同时,重建方法也在不断发展.与迭代算法相比,解析算法具有重建速度快、误差分析简单以及占用运算资源小等特点,成为CT系统中常用的成像算法....     

对一种非圆轨迹扫描下扇束重建公式的讨论

目的 在CT扇束重建中,源到中心的距离有时需要变化,在这种条件下推导出来的重建公式一般都含有源到中心距离的导数,这不利于公式的实际应用。资料WANG Ge等人在《A Derivative-Free Noncircular Fan-Beam Reconstruction Formula》中提出了一个不含源到中心距离导数的重建公式,并证明在满足三个假设的条件下该公式是一个准确重建公式。但在这个结论的推导过程中存在漏洞,导致这个结论是不成立的。结果 本文指出了这个推导漏洞,对结果重新作了讨论,并且用计算机进行了模拟。结论 得到了很好的效果。     

三维锥束代数重建算法的投影排序方案

代数重建算法中的投影访问顺序对重建图像的收敛速度和精度有很大的影响。针对三维锥束代数重建算法,比较了几种投影序列排序方案的重建图像收敛速度:顺序访问方案,多水平级排序方案,素数分解排序方案,加权距离排序方案。通过仿真实验得到的实验结果表明:在三维锥束ART算法中按照后三种投影序列排序方案排序后的图像重建比顺序访问方案的收敛速度快,并且WDS排序方案的收敛速度最好。     

采用薄圆筒模体和Hough变换自动确定工业CT中心的方法

确认旋转中心是工业CT系统必然遇到的问题。本文提出对薄圆筒模体的切片图像自动识别,通过随机Hough变换识别薄圆筒模体的圆心位置和半径,从而计算出当前圆心与实际圆心的差别,据此可以计算出需要矫正的尺寸,减少确认旋转中心的复杂度并增加可靠性。     

CT机型与管电压对图像质量影响的体模研究

目的:使用体模评价两种CT机型两组管电压下的图像质量。方法:采用西门子SOMATOM Force CT和飞利浦IQon Spectral CT分别扫描Catphan500图像质量控制体模的CTP 528和CTP 515组件。对比研究两台机器4组图像,分别为Force_120kVp,Force_140kVp,IQon_120kvp以及IQon_140kvp图像;4组图像均为20 mGy剂量。评价指标包括高对比度分辨率[CTP 528最佳线对（1～2 lp/cm）]、低对比度分辨率[CTP 515 1％ 浓度下最小孔径（直径2～15 mm）]、图像噪声、对比噪声比（CNR）和信噪比（SNR）。结果:Force_120kVp和IQon_120kvp两组图像的高对比度分辨率最高（均为6 lp/cm）。4组图像低对比度分辨率相同（最小孔径均为5 mm）。Force_120kVp图像噪声最小（2.500±0.000）,且SNR最高（30.806±1.398）;噪声和SNR在4组图像间差异具有统计学意义。IQon_140kvp图像的CNR最高（3.325±0.300）,各组图像间差异无统计学意义。结论:不同机型不同管电压下的图像质量存在差异;两台机器120 kVp图像的对比度分辨率略好于140 kVp图像;Force CT的120 kVp图像相比140 kVp图像的图像噪声更小,而IQon Spectral CT的两组图像噪声参数无显著差别。      

再论非圆轨迹不含导数的扇形束扫描重建公式

黄朝志等发现在1993年发表的非圆轨迹不含导数的扇束重建公式推导中的一个错误。他们的结论是：在假设的条件下,不含导数的重建公式不是精确的,但是一个很好的近似重建公式。在本文中,作者分析了该错误的影响,讨论了用于非圆轨迹不含导数的精确扇束重建的矫正办法,并提出了一些未解决问题。     

两层大地中三维体的激发极化与电阻率响应的积分方程模拟

用散射、叠加方法推导出两层大地的并矢格林函数。使用这些函数,含三维异常体的二层大地的边值问题转变为积分方程。使用矩量法,可解此积分方程。 使用偶极-偶极装置计算了激发极化和电阻率响应的几个数值结果,并对这一算法作了几方面检验。     

齿科CT测试体模的设计及评估

体模是用于客观评价齿科CT图像质量的重要介质。医用行业标准“YY/0795-2010口腔X射线数字化体层摄影设备专用技术条件”推荐使用“DIGIDENT牙科测试体模”, 该体模能够较好地检测出部分参数, 但是没有测量层厚的模块;用于评价密度分辨率和空间分辨率的模块不够完善。本文提出一种既适用于评估齿科CT图像质量又可用于双能减影实验的测试体模。经实验验证, 使用该体模检测齿科CT各项指标的效果要优于使用现有体模的检测效果。该体模的提出为齿科CT检测体模的设计提供了一种新思路。     

两层大地中三维体的激发极化与电阻率响应的积分方程模拟

用散射、叠加方法推导出两层大地的并矢格林函数。使用这些函数,含三维异常体的二层大地的边值问题转变为积分方程。使用矩量法,可解此积分方程。 使用偶极-偶极装置计算了激发极化和电阻率响应的几个数值结果,并对这一算法作了几方面检验。     

CT技术在安检领域应用综述

在现有的安检技术中,X光CT技术是比较成熟、有效的手段之一。第一代X光CT安检机存在着较高的误报及漏报,CT技术的发展可以有效地解决这一问题。X光CT安检机与普通X射线安检机相比,有很多优点,技术有了本质上的提高,尤其是实现了三维成像和能够测定物体密度及原子序数,有效解决了普通X射线安检机成像的重影问题,能够自动与危险品的物理特征进行比对,减少人为因素的影响,既减轻安检人员的劳动强度,又能保证安检效果。     

铸件的工业CT三维检测技术

通过对工业CT扫描得到的连续二维图片进行三维重建,得到试件的三维重建图像,从而可用于复杂构件的三维结构分析、缺陷硷测,并可与快速成型系统相结合,实现对复杂零件的快速复制,在产品开发及制造过程中起到了重要作用。     

基于GATE的正电子发射断层成像仿真研究

探讨利用GATE仿真软件,来模拟正电子发射断层成像的扫描过程,并进行图像重建研究。介绍了GATE仿真过程中,若干关键参数的设置及计算方法:包括PET探测器的结构设置,被扫描物体的空间结构与活度分布设置,γ光子检测过程中探测器性能参数设置。此外,还讨论了从光子计数数据生成正弦图,以及随后的图像重建过程。作为示例,对西门子公司的Inveon小动物PET扫描仪的进行了仿真成像,成功获得了图像。     

Numerical simulations of mantle convection: Time-dependent,three-dimensional,compressible, spherical shell

Abstract

We describe nonlinear time-dependent numerical simulations of whole mantle convection for a Newtonian, infinite Prandtl number, anelastic fluid in a three-dimensional spherical shell for conditions that approximate the Earth's mantle. Each dependent variable is expanded in a series of 4,096 spherical harmonics to resolve its horizontal structure and in 61 Chebyshev polynomials to resolve its radial structure. A semiimplicit time-integration scheme is used with a spectral transform method. In grid space there are 61 unequally-spaced Chebyshev radial levels, 96 Legendre colatitudinal levels, and 192 Fourier longitudinal levels. For this preliminary study we consider four scenarios, all having the same radially-dependent reference state and no internal heating. They differ by their radially-dependent linear viscous and thermal diffusivities and by the specified temperatures on their isothermal, impermeable, stress-free boundaries. We have found that the structure of convection changes dramatically as the Rayleigh number increases from 10⁵ to 10⁶ to 10⁷. The differences also depend on how the Rayleigh number is increased. That is, increasing the superadiabatic temperature drop, δT, across the mantle produces a greater effect than decreasing the diffusivities. The simulation with a Rayleigh number of 10⁷ is approximately 10,000 times critical, close to estimates of that for the Earth's mantle. However, although the velocity structure for this highest Rayleigh number scenario may be adequately resolved, its thermodynamic structure requires greater horizontal resolution. The velocity and thermodynamic structures of the scenarios at Rayleigh numbers of 10⁵ and 10⁶ appear to be adequately resolved. The 10⁵ Rayleigh number solution has a small number of broad regions of warm upflow embedded in a network of narrow cold downflow regions; whereas, the higher Rayleigh number solutions (with large δT) have a large number of small hot upflow plumes embedded in a broad weak background of downflow. In addition, as would be expected, these higher Rayleigh number solutions have thinner thermal boundary layers and larger convective velocities, temperatures perturbations, and heat fluxes. These differences emphasize the importance of developing even more realistic models at realistic Rayleigh numbers if one wishes to investigate by numerical simulation the type of convection that occurs in the Earth's mantle.     

基于FDK算法减小误差的研究

本文介绍了一个重建误差和扫描半径之间的关系,并在此关系的基础上提出了一种新的基于不同半径的两个同心圆轨道的算法,利用估算的重建误差改善重建结果。随后进行了数值仿真实验。通过数值模拟实验评价了此算法的性能,结果表明新的算法能比已有的同类算法更好地估计重建误差,从而获得更精确的重建结果,在锥角≤±10°时都能获得相当好的重建结果,在锥角更大时也能起到很好的改善作用。最后本文讨论了此类算法的局限性。     

主动脉夹层继发破口发生部位与受累分支相关性研究

目的：分析主动脉夹层（AD）内膜破口发生部位与主动脉受累分支相关性。方法：回顾性分析我院2006年1月至2009年12月经64-MDCTA检查诊断为AD及AD术后复查患者71例,结合多种图像后处理技术分析,AD患者内膜破口发生部位与主动脉受累分支轴位出现内膜破口相关性大小。结果：64-MDCTA轴位图像结合多种图像后处理技术,可明确显示71例患者主动脉剥离内膜破口,共显示内膜破口270个。71例AD患者主动脉分支受累208支,其中,主要分支受累131支（闭塞1支）,其中36支受累分支其相应横轴位内膜出现破口,占27.48%,存在弱相关性;主动脉壁支受累77支,其中73支受累分支其相应横轴位内膜出现破口,占94.81%,相关性较好。结论：AD内膜破口发生部位与主动脉受累分支有明显相关性。     

稀疏信号恢复理论在CT图像重建中的应用

新的图像重建算法一直是CT成像前沿研究中的热点问题之一,而实际中常常遇到的有限角度重建问题则是其中的难点.Terence Tao和他的同事提出了一种稀疏信号恢复理论,为解决这个问题提出了可能的应用策略.我们在本文中介绍了这个理论并给出了在锥束CT重建中应用的初步结果.这种理论和策略的实现对很多应用情况都有重要的意义,为该领域的发展开辟了新的方向,也必将对该领域的发展产生重大影响.     

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。     

南京片状细砂不排水循环三轴试验的数值仿真

基于软件ABAQUS的二次开发平台,引入Byrne修正的Martin和Finn孔压应变模型,并与土体动力黏塑性记忆型嵌套面模型相结合,通过编制Fortran子程序,嵌入到软件ABAQUS中,实现了软件ABAQUS的有效应力算法,对南京片状细砂土的不排水循环三轴试验进行三维数值仿真。通过与循环三轴试验结果的比较,发现数值模拟结果基本上能再现南京片状细砂的不排水循环特性,如不排水循环三轴试验的动应力?应变关系、应变累积、应变软化等;且数值仿真结果较好地反映了试验结果的振动孔压发展特征。研究的意义在于理想三维数值模拟试验能够突破常规的室内土工试验能力及其局限性,这为今后饱和砂土不排水循环特性的宏、细观机理的进一步研究奠定了基础。