高级模型迭代重建与滤波反投影在定量检测肺气肿中的价值对比研究

目的:探讨高级模型迭代重建(ADMIRE)与滤波反投影(FBP)在定量检测肺气肿中的临床应用价值。方法:选取2023年1月—12月于利津县中医院进行检查的83例慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者,所有患者均完成标准剂量进行超低剂量CT扫描,且根据临床诊断信息,患者存在不同程度的肺气肿。本组患者的扫描结果采用FBP、ADMIRE 3级、ADMIRE 5级进行重建,比较不同重建算法对应的肺气肿指数(EI)、全肺容积(TLV)、平均肺密度(MLD)以及15%肺衰减值(pere 15)、噪声(SD)值与信噪比(SNR)值以及图像质量的主观评分。结果:标准扫描及超低剂量扫描对应的EI、MLD、pere 15、SNR值、SD值以及图像质量主观评分均有差异。三种重建方法的EI超低剂量扫描、MLD标准扫描、MLD超低剂量扫描、pere 15标准扫描及pere 15超低剂量扫描对比,差异有统计学意义(P<0.05);根据3种重建方法对应的图像质量主客观评价结果,ADMIRE 3级对应的图像质量评分最高,3种方法对应的SD值、SNR值以及主观评分差异均有统计学意义(P<0.05)。结论:在肺气肿定量检测中,辐射剂量可直接影响定量检测结果与图像质量,采用超低剂量CT扫描时,利用ADMIRE 3级进行图像重建,可获得质量较好的CT图像,为肺气肿程度的诊断提供可靠依据。

利用反投影技术快速测定中强震矩震级及破裂过程——以2023年9月9日摩洛哥M_(W)6.9地震为例

利用远场台阵反投影技术可以较少地依赖先验经验,于震后快速获得震源破裂过程时空分布特征,并据此估算矩震级。本文使用美国阿拉斯加宽频带台阵记录到的远场直达P波数据,基于反投影方法,对2023年9月9日摩洛哥M_(W)6.9地震震源破裂过程及震级进行分析。结果显示,地震破裂走向以NE-SW向为主,地震能量在10~20s集中在震中距10km范围内释放,与震源机制解和震中区亚特拉斯山脉走向基本一致。震源破裂持续时间结合在全球分布均匀的GSN台网记录到的P波最大位移数据,在震后约15min即可快速估算出本次地震矩震级为M_(W)7.0,与中国地震台网中心和美国地质调查局发布震级基本一致。

基于反投影注意力网络的遥感影像超分辨率重建

近年来,在诸如环境监测等一系列工作中,遥感影像得到了广泛应用.然而,目前卫星传感器观测到的影像往往分辨率较低,很难满足深入研究的需要.超分辨率(SR)目的是提高图像分辨率,同时提供更精细的空间细节,完美地弥补了卫星图像的弱点.因此,本文提出了一种反投影注意力网络(back-projection attention network,BPAN)用于遥感图像的超分辨率重建,该网络由反投影网络和初始残差注意块两部分组成.在反投影网络中,通过迭代误差反馈机制计算上下投影误差指导图像重建;在初始残差注意块中,引入初始模块融合局部多级特征为重建详细的纹理提供更丰富的信息,以注意模块自适应地学习不同空间区域的重要性,促进高频信息的恢复.为了评价该方法的有效性,在AID数据集上进行了大量的实验,结果表明,本文的网络模型提升了传统深度网络的重建性能,且在视觉效果和客观指标方面有明显提升.

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。

MIT中反投影矩阵的计算与数据处理方法

反投影算法是磁感应断层成像技术(MIT)中一种有效的图像重建算法。该算法中反投影矩阵的计算与检测数据的处理是提高重建图像质量的关键。依据磁感应断层像原理,提出了一种有效的MIT反投影矩阵计算方法和检测数据的处理方法。在所建立的仿真模型和实际模型基础上,分别运用该方法进行了图像重建实验与分析。实验结果表明,该方法应用在反投影算法中可以实现MIT图像重建。重建图像能准确反映成像区域内部电导率变化,具有较高分辨率,扰动目标定位准确,形状信息清晰可见。进而验证了该方法的可靠性和有效性。

条带模式SAR快速反投影成像算法研究

从波束投影方式和飞行轨迹与测绘带几何关系入手,提出了一种适用于条带模式下合成孔径雷达成像的快速反投影算法。该方法通过分析条带模式合成孔径雷达的特点,结合反投影算法的计算过程,减少标准反投影算法中的计算冗余,从而在保持标准反投影算法高的成像精度的优点下显著减少了计算量。该快速算法处理所需内存空间小,且易于实现并行处理,可有效地提高处理效率。与标准反投影算法仿真结果进行比较,验证了该快速反投影算法的有效性。

扇束CT极坐标反投影重建算法的对称优化

为了提高扇束滤波反投影(FBP)算法重建图像的速度,提出一种极坐标反投影算法的优化快速重建方法。算法利用三角函数对称性对多幅预处理后的投影数据同时进行极坐标反投影运算;在反投影数据坐标转换时运用像素位置参数的对称性,以减少双线性插值的计算量。实验结果表明,在不牺牲重建图像质量前提下,与传统卷积反投影重建算法相比,优化算法的重建速度提高8倍以上。该优化方法也适应于三维锥束重建,并可推广到多层螺旋三维重建。

基于滤波反投影重建法的CT系统参数标定及成像模型

CT(Computed Tomography)可以利用样品对射线能量的吸收特性进行断层成像,获取样品内部的结构信息。一种典型的二维CT系统如图1(a),平行入射的X射线垂直于探测器平面,每个探测器单元看成一个接收点,且等距排列。X射线的发射器和探测器相对位置固定不变,整个发射-接收系统绕某固定的旋转中心逆时针旋转180次。对每一个X射线方向,在具有512个等距单元的探测器上测量经位置固定不动的二维待检测介质吸收衰减后的射线能量,并经过增益等处理后得到180组接收信息。

一种反投影模型下的图像重建迭代算法

现有的图像重建迭代算法,通常是基于对投影模型及其几何物理意义的分析形成迭代格式,通过研究投影模型与反投影模型在几何物理意义上存在的相互对应关系,建立了一种反投影模型下的图像重建迭代算法.基于反投影模型中扫描射线和重建点的几何位置关系,引入重建点离散化模型,考察了全体扫描射线对重建点的贡献因子,给出了一种反投影系数矩阵的估计方法,并形成了迭代格式,进而建立了反投影模型下的图像重建迭代算法.数据实验结果给出了反投影模型下的图像重建迭代算法的有效性验证.该算法的成像结果有较好的密度分辨率,有助于进一步研究并构建直接成像的快速实用算法.

改进的大锥角锥束CT圆轨迹反投影滤波算法

锥束CT圆轨迹反投影滤波(BPF)算法能够有效处理数据截断问题,在感兴趣区域成像研究中具有重要的地位。但是当锥角增大时,重建图像的顶端和底端会出现严重的伪影,从而影响图像质量。为解决该问题,从扇束圆轨迹BPF算法出发,重新推导了锥束圆轨迹BPF算法,通过对锥束伪影成因分析,提出了一种基于锥角大小和轴向距离大小的权重函数,修正了重建过程中差分反投影图像求解部分,达到抑制伪影的目的。实验结果表明,改进的大锥角锥束CT圆轨迹BPF算法能够在锥角增大时有效地抑制锥角效应,提高重建图像质量。

基于反投影坐标快速算法的木材CT检测系统研究

针对木材内部结构复杂、不同树种间密度差异大的特点,提出了一种反投影坐标快速算法,基于此算法构建一套木材无损检测CT成像系统。该系统由X射线发射器、等距平板检测器、旋转载物平台和计算机数据采集成像软件构成。以集成材和小径级原木为试验对象,验证反投影坐标快速算法的可行性。首先采集并修正投影数据;其次根据射线源到旋转中心的距离计算出投影坐标值;最后设置滤波函数并与投影数据作卷积运算,重建木材断层图像。结果表明:应用反投影坐标快速算法,使CT系统图像重建工作平均用时缩短至1 s以内,断层图像分辨率达0.052 mm^2,可显示木材内部裂纹、孔洞等缺陷及节子、年轮、早晚材变化等构造特征,验证了该算法应用于木材无损检测成像系统的有效性。

比较以自适应性统计迭代重建技术和滤过反投影重建的低剂量腹部CT的图像质量

目的比较应用自适应性统计迭代重建技术(ASIR)和滤过反投影(FBP)两种重建技术获得不同低剂量腹部CT扫描图像的质量及对病变的优化显示。方法选取22例临床诊断肝脏占位而接受腹部增强扫描的患者,在常规动脉期扫描后门静脉期分别以150mAs和100mAs对病变中心上下10cm范围进行连续扫描,分别用FBP及3个水平(30%、50%、70%)的ASIR重建图像,测量并比较图像噪声及容积CT剂量指数(CIDIvol),并对所得图像进行图像质量评分。结果与FBP相比,ASIR可降低图像噪声,减少伪影,增加诊断信心度(P<0.001)。采用150mAs及100mAs扫描时,30%ASIR和50%ASIR图像的诊断信心度评分较好,CIDIvol分别为12.74mGy、8.59mGy,均低于常规扫描剂量(P<0.05)。150mAs时,与FBP比较,30%ASIR、50%ASIR和70%ASIR重建图像中,肝实质、背景肌肉及门静脉的平均噪声均有所降低,分别为(18.74%、30.39%、41.49%)、(18.73%、30.67%、41.85%)、(22.66%、37.14%、43.61%);100mAs时,则分别降低(20.37%、32.22%、43.32%)、(18.63%、30.48%、41.57%)和(21.39%、35.09%、45.72%)。100mAs-30%ASIR图像噪声与150mAs-FBP图像噪声差异无统计学意义(P>0.05),而扫描剂量降低32.96%。结论采用ASIR重建算法可有效提高图像质量,降低腹部CT扫描辐射剂量。

激光反射层析成像中滤波反投影算法特性研究

激光反射层析成像技术是一种新型的远距离、高精度成像手段。滤波反投影是反射层析图像重构中采用的基础性算法,而滤波器的性能对重构图像的质量有较大影响。分析四种典型滤波器的时频特性,进行激光对目标探测的仿真实验,接收激光反射回波,用多种滤波器分别对回波数据进行处理后重建图像。与原始图像相比并进行图像质量评价,以分析各种滤波器对成像的影响。研究结果表明,在有Poisson噪声干扰的情况下,接收激光反射回波图像的振荡与滤波器有关,重建滤波器的主瓣高度和旁瓣衰减对重建图像的空间分辨能力产生影响。

冠状动脉CT血管成像iDose4迭代重建与滤波反投影重建图像质量和辐射剂量比较

目的比较iDose4迭代重建与滤波反投影(FBP)重建在冠状动脉CT血管成像(CCTA)的图像质量和辐射剂量,评价iDose4迭代重建的临床应用价值。资料与方法所有患者采用FBP和iDose4两种重建方法行64层CCTA检查。对采用iDose4重建的患者根据体重指数(BMI)分为管电压120kV组和100kV组;FBP组重建时管电压固定为120kV。采用四分法评价图像质量,并计算图像信噪比(SNR)和对比噪声比(CNR)。结果 iDose4120kV组和FBP120kV组图像质量评分分别为(3.2±0.8)分和(3.0±0.7)分,SNR分别为16.5±3.8和13.8±3.9,CNR分别为21.6±6.8和17.6±6.6,辐射剂量分别为(5.5±1.6)mSv和(8.5±1.4)mSv,差异均有统计学意义(P<0.05),其中辐射剂量下降36%。iDose4100kV组和FBP120kV组图像评分分别为(3.1±0.6)分和(3.0±0.8)分,SNR分别为16.8±3.0和17.1±4.4;CNR分别为24.6±6.8和19.8±6.2,辐射剂量为(4.2±1.1)mSv和(8.6±1.2)mSv,差异均有统计学意义(P<0.05),其中辐射剂量下降51%。结论管电压固定为120kV时iDose4迭代重建较FBP重建可显著提高图像质量,并降低辐射剂量;低管电压(100kV)的iDose4迭代重建与高管电压(120kV)的FBP重建图像质量无显著差异,但可以显著降低辐射剂量。

应用插值滤波反投影快速重建300MW电站锅炉准三维温度场

基于辐射传递模型和投影重建技术的图像法温度场测量为研究电站锅炉燃烧工况的变化,进行燃烧诊断提供了新的手段。针对现有温度场重建算法无法满足实时在线监测的要求,提出了基于二元矩形插值公式的滤波反投影重建算法,通过对火焰图像中获取的投影数据进行插值后滤波反投度分布切片,校正后的比色法测温公式被用来计算断面内各点的温度值,最后通过 OpenGL 技术将各断面的温度显示在三维坐标中。该算法降低了温度场重建的时间复杂度,从现场 300WM 电站锅炉的实际测试,达到了现场在线监测的要求。

基于反投影的MIT动态图像重建方法研究

磁感应断层成像(magnetic induction tomography,MIT)是一种无创、非接触的新型医学成像技术,图像重建算法是实现MIT快速、精确成像的关键。提出一种改进的反投影图像重建算法,首先根据成像区域的磁场分布,由磁力线确定反投影路径,降低了直线反投影用于磁场成像的定位误差;其次根据MIT电磁关系推导,构建了边界检测数据的修正模型,据此对边界相位差数据进行修正处理,进一步提高了重建图像定位准确性;最后分别对成像区域内扰动目标电导率大小变化及位置变化2种情况,构建了序列重建图像,对该图像序列联合分析获取纵向阻抗变化信息,反映了成像体随时间变化的动态信息。实验结果表明该算法具有重建速度快、定位准确的特性,能够准确反映成像区域内部电导率变化,结合序列图像联合分析实现MIT动态成像。

反投影全球子台网P波记录研究2010年4月14日玉树地震破裂过程

我们运用反投影远震P波研究了2010年4月14日玉树地震的破裂过程.通过台站响应函数对从IRIS下载的经过波形筛选的206个震中距在30°～95°间的台站进行选取.29个能够得到最好台站响应函数且波形相似度高的台站的记录被用于最终的反投影研究.在研究中我们运用4阶方根叠加法和2 s窗长、1 s滑动的滑动窗对总时长为100 s,始于P波前20 s的波形记录进行反投影.反投影结果显示玉树地震震源破裂时间为20 s,破裂尺度为60 km.在玉树地震的整个破裂过程中能量主要在两个时间和空间上释放.一个能量释放点是震后6 s,位于震中附近;另一个是震后12 s,位于震中位置东南,靠近结古镇的区域,且这次能量释放是玉树地震破裂过程中能量最大的.最大能量释放地点和实际震害最重的区域相吻合.反投影远震P波得到的震源破裂模型是软件自动生成的震动图的有效补充,能为震后应急救援服务.

图像域迭代重建算法与滤波反投影法对肝脏CT图像质量和扫描剂量影响的比较研究

目的:评价图像域迭代重建算法(iterative reconstruction in image space,IRIS)与滤波反投影法(filtered backprojection,FBP)对肝脏CT图像质量和扫描剂量的影响。方法:采用西门子emotion 16层螺旋CT,在上腹部常用扫描管电压130 kV条件下,曝光量分别采用250、230、210、190、170、150、130、110、90、70、50、30、20 mAs对尸体标本进行上腹部扫描,采用IRIS与FBP分别对扫描后的原始数据进行重建。以130 kV、250 mAs FBP重建图像作为对照,比较不同扫描剂量条件对肝脏图像质量的影响,探讨IRIS对降低肝脏CT扫描剂量、提高肝脏CT图像质量的作用。结果:在相同扫描条件下,IRIS重建图像质量优于FBP重建图像质量;在同等图像质量的前提下,IRIS可以降低40%的扫描剂量。结论:与FBP相比,IRIS可以显著降低扫描剂量,提高肝脏CT图像质量。

步进变频穿墙成像雷达中反投影算法研究

反投影(back-projection,BP)算法具有很高的成像精度并容易进行各种形式的补偿,是广泛应用于穿墙、探地等领域的一种有效的时域成像算法。该文把时域反投影算法应用到步进变频穿墙雷达成像中,并根据墙壁的参数提出了用最短时间法对墙壁的影响进行补偿。通过对实测数据的处理可以看出,反投影算法在穿墙雷达中具有很好的成像精度,最短时间法也能很好地补偿墙壁对目标成像位置的影响。

惯性约束聚变实验中编码成像的反投影解码

描述了惯性约束聚变实验中编码成像原理及解码方法。以环孔显微镜为例，对ＩＣＦ实验中编码成像的解码进行数字研究。采用反投影算法进行数值解码，并编制数值解码程序，对两个实例进行模拟计算。模拟结果表明该算法的图像解码复原精度高。