显微CT的锥束重建技术

显微CT技术一直是Iowa大学CT/显微CT实验室研究的焦点。这篇文章报告了我们在锥束显微CT方面最近取得的一些进展。我们利用Feklkamp类算法了多X光源和检测器偏置条件下的近拟图象重建；解释了Grangeat精确重构框架下的图象伪影。最后重点介绍了最近有关一般分块迭代Landweber格式的收敛性结果；给出了模拟和实验结果，探讨了进—步的研究方向。     

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。     

论锥束CT扫描Grangeat-型 Katsevich-型的算法

锥束图象重建算法正在快速发展，并用于重要的生物医学和工业应用中。在本文中，主要讨论有效的精确的、可能用于动态研究的算法，特别是近年发展起来的Grangeat类和Katsevich类的算法。这一选择是基于CT和显微CT的定量的和功能的应用需求。2002年，Lee和Wang提出了圆周和螺旋情形Grangeat类的半扫描锥束算法，解决了短物体重建问题。原理是利用在Grangeat类重建公式中的Radon空间信息，在阴影区域进行适当的数据插值，从而抑制Feldkamp类重建算法的亮度,减低伪影。在圆形和螺旋半扫描情形，首先我们确定位于不同采样冗余区域之间的边界。然后我们导出相应的加权函数以用于特征点的计算。就亮度减低伪影而论，Grangeat类半扫描重建算法优于Feldkamp类半扫描重建算法。2001年Katsevich推导了第一个理论上精确的螺旋锥束滤波反投影型重建公式。其局限性是探测器窗口较大和待重建物体的半径较小。2002年Katsevich改进了他的第一个公式。新的公式对病人的尺寸没有多少限制，而且相对旧公式假设了较小的探测器阵列。最近，Katsevich将他的方法推广到一般的扫描轨迹，证明了早期的两个公式是他的一般结果的特例。针对长物体的动态体成像，我们极其需要改进现有的Grangeat类和Katsevich类的算法。     

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。     

高分辨锥束CT并行重建算法在基于NVDIA GPU显卡计算平台上的实现

目的:探讨高分辨率锥束显微CT断层重建中引入并行计算的必要性及其加速效果。方法:在具有并行计算功能的GPU显卡(NVIDIA QUADRO K5000显卡,显存4G)中为投影图像和重建体数据分配显存空间,每一个像素分配一个线程进行投影图像的各种校正和滤波,再给每个体素分配一线程进行反投影重建,在显存中实现全部断层重建。程序使用C++面向对象方法实现,内核函数用CUDA实现。结果:重建体数据大小是2 048×2 048×128,每个体素用32位浮点数记录,实验采集1 800张投影,每张投影图像大小为2 048×1 536,重建时间小于9 min,是图像采集时间的1/3,是基于CPU重建耗时的2%。将GPU并行重建得到的图像和CPU单线程重建图像结果进行对比,数据结果一致,满足实验设计的要求。结论:并行计算引入高分辨锥束CT重建可大大提高重建速度,并且能实现采集与重建同步进行。     

基于锥束CT的小型部件检测系统设计

利用锥束CT成像的先进理论,设计了一套小型部件检测的系统。该系统能对单个小型部件进行检测,检测时间短,成像分辨率高,并能最终实现三维显示;该装置具有小型化和可移动性的特点,能用于野外作业。     

64层锥束CT扫描的优化系统

近年来X射线断层成像(CT)技术获得了突飞猛进的发展,自1998年推出4层螺旋CT后,CT扫描设备在容积覆盖,空间分辨率,扫描速度,切片数方面取得了长足进展.这不仅给医学应用带来了深远的影响,同时也给CT系统设计提出了巨大的挑战.容积CT(VCT)的设计过程引入了各种策略来战胜其复杂性.这些方法学包括:理论分析,系统性能预测的图像分析工具,各种基于专家背对背评价的参数优化.本文论述了64层CT系统设计中的一些考虑因素及优化过程.这些设计过程保证了锥束CT的优化性能.首批客户的应用反馈显示了我们设计实践的有效率性.     

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。     

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。     

锥束X-CT系统校准方法的实际应用分析

FDK算法是应用在锥束CT系统中最有代表性的重建算法之一,该算法是在假设CT成像系统满足理想成像关系的条件下得到的。然而实际的锥束CT成像系统很难完全满足理想成像关系的要求,系统的几何失配会极大影响重建图像的质量,因此必须在重建之前对成像系统进行校准,获得系统的几何失配参数,并在重建过程中修正几何失配参数造成的影响。本文以之前所提出的锥束CT系统校准方法为基础,分析了在实际应用这种校准方法时需要注意的关键问题,然后利用所搭建的锥束XCT系统得到实际的校准结果和重建结果。结果证明之前所提出的应用于锥束XCT系统的校准方法对于测量系统的几何失配参数是有效可行的。     

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。     

圆轨道锥束重建精度与锥角关系的研究

目的：深入研究Radon空间的数据缺失与锥角的关系改进算法。方法：相对于二维CT重建，锥束重建有着诸多优势，因此目前得到越来越广泛的应用。圆轨道锥束重建，因为算法上的简洁性以及工程实现的可行性，成为了锥束重建比较乐于采用的形式。但是由于圆轨道几何结构的限制，使其不能够得到完备的锥束重建数据，只有在锥角较小的情况下才能得到，因此深入研究Radon空间的数据缺失与锥角的关系以改进算法。结果：通过一定的近似得到了一个它们之间比较简单的关系。结论：基于这一关系提出了改进算法     

基于C型臂的有限角锥形束三维重建算法

本文提出了一种基于C型臂的有限角锥形束三维重建迭代算法,针对C型臂的几何结构给出了相应的FDK算法的表达,在迭代外推的过程中恰当地加入了非负、有界、投影数据质量守恒等先验知识以及相邻角度的投影数据保持一定的光滑性这一正则化准则。实验结果表明,这种新方法能较好地消除条状伪影,并能显著提高重建图像的对比度。     

几种降低锥束CT辐射剂量的方法

千伏级锥束CT在放射治疗、外科手术、口腔疾病诊断等领域都有广泛的应用。然而,频繁地使用千伏级锥束CT,也会给患者甚至医生带来额外的射线辐射损伤。相关统计结果表明,X射线辐射能够诱发癌症,特别是儿童和女性对射线辐射异常敏感。因此,合理使用锥束CT,同时降低锥束CT辐射剂量,对于降低射线辐射并发症风险显得非常重要。本文总结了降低锥束CT辐射剂量的常用措施,包括降低管电流、局部扫描、脉冲扫描、短扫描以及少投影扫描。辐射剂量的降低有可能会在重建图像中引入噪声、伪影。针对特定的问题,本文也提出了对应的补偿方法。     

口腔锥形束CT剂量评估模式的研究现状?

基于平板探测器的口腔锥形束计算机断层成像（CBCT）具有X射线Z方向（本文中指平行于CT旋转轴的方向）宽准直、180°至360°投影角度范围可选、扫描视野尺寸可调节、全扇束或半扇束偏置模式可选等特点。受检者头部的吸收剂量分布与传统多排探测器CT （MDCT）和其他临床CBCT （例如放射治疗图像引导的CBCT、介入手术的CBCT等）的吸收剂量分布相比更加复杂。因此,至今还没有有效的、取得国际共识的口腔CBCT剂量评估模式。本文调研了CT剂量评估的相关研究,将口腔CBCT剂量评估模式总结为由相互联系的剂量表征量和受检者医疗照射剂量（本文中指基于人群平均数据的有效剂量和受检者特异的组织器官吸收剂量）两个层面构成。同时指出,口腔CBCT剂量表征量研究的关键问题是如何准确地描述口腔CBCT扫描一个均匀圆柱体模时,体模的垂直于Z方向的中间平面的吸收剂量分布规律,目前,面平均吸收剂量是最有潜力解决该问题的剂量表征量;口腔CBCT可以直接采用MDCT的受检者医疗照射剂量评估原理,但还需要解决的关键问题是如何提供准确的受检者对X射线的衰减情况;同时,口腔CBCT的剂量评估模式研究还应该探讨锥形束X射线阳极效应、锥角效应的影响。      

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。     

Splatting算法在三维CT迭代算法中的应用

采用代数重建技术重建三维物体,提出了一种基于splatting原理的ART权值计算方法,以增强重建图像的空间分辨率。该算法基于三维锥束扫描方式,采用双三次样条局部基函数作为插值核,并利用其足印函数对物体进行插值来计算像素的权值。与常量插值相比,这种方法对物体的灰度值有更精确的近似,在相同的实验条件下可重建出分辨率高的物体。给出了适用于三维锥束重建的splatting算法的具体实现,并对实验数据进行了实物重建及误差分析。