基于医学X射线成像物理模型的模体投影仿真计算

为了逼真模拟X射线CT投影数据,提出一种结合X射线能谱分布函数和组织边界逼近策略的投影仿真算法.该算法将模体内各区域CT值映射为组织密度和各元素质量分数,用XCOM软件计算组织质量衰减系数,确定X射线穿越各区域边界的位置,最后根据X射线能谱参数、组织密度、组织质量衰减系数、相邻边界间的距离计算出经过衰减的X射线能谱分布函数与模体投影数据.该算法比解析模拟算法编程简单,比离散模拟算法存储空间小、计算精度高.对模拟投影进行Feldkamp锥形束三维重建,显示出预期的射束硬化效果.

基于双侧滤波与短时傅里叶变换的改进双域滤波

与单域图像去噪方式不同,双域图像去噪方式将工作于不同域的两种去噪算法有效结合到一起,能在保持图像细节的同时抑制图像噪声。但是双域图像去噪需已知图像噪声方差,在实践应用中很难精确确定。为此针对图像含有的非平稳噪声,基于双侧滤波与短时傅里叶变换(short-time Fourier transform,STFT)的双域滤波方法,开展三方面工作:(1)用含噪图像与双域滤波去噪图像间的差异图像估计噪声图像;(2)基于双侧滤波权系数估计非平稳噪声方差;(3)改进双域滤波,使之适应非平稳噪声情况。实验结果及相关定量分析表明,与相应的双域滤波相比改进算法可以更有效地保护图像细节并抑制图像噪声。

CT模体投影解析计算及其在射束硬化校正中的应用

为了开发出有效的医学诊断X射线CT（计算机断层扫描）射束硬化校正方法,结合X射线源能谱分布以及数学CT模体内各区域的几何形状和材料成分,提出一种宽能谱X射线投影解析计算方法.首先在仅考虑人体组织的前提下将CT值映射为材料成分,然后采用解析方法确定区域边界,最后根据X射线能谱分布计算投影数据.与线积分投影比较,该方法不但能够生成更真实的投影,而且能够为射束硬化校正与CT重建研究提供统一的投影数据.FORBILD头部模体实验结果表明,骨校正的骨区域CT值不一致误差比水校正的小4-5 Hu,比单能谱重建的大5-6 Hu.

基于感兴趣区域CT重建的运动估计

为了对感兴趣区域运动信息进行估计,首先扩展中心切片定理并推导微分约束条件,然后用有限Hilbert变换算法求出方位角与径向图像导函数,最后用改进的光流方程求解极坐标系下的运动场。与一般运动估计算法相比,该算法不使用图像域差分运算计算导函数,因此具有更高精度,并且极坐标系下的运动估计更加适合医学诊断需要。数值仿真也验证了该算法的可行性。

“医学成像与图像分析”专栏编者按

随着CT技术和其他专业学科的发展,CT理论与技术在工业、地球物理、医学影像、工程勘探、无损探测、现代农业、安全检测等领域得到了广泛的应用。目前医学成像还广泛涉及MRI、PET、SPECT、超声、心电、脑电、EPRI等传统和新兴成像方式。

基于视觉特征的尺度空间信息量度量

图像的多尺度表示指的是从原始图像出发,导出一系列越来越平滑、简化的图像。这种简化意味着信息的丢失。如果能定量描述每一个尺度中图像的信息,这对于多尺度表示来说有着重要的作用。虽然Sporring等人提出的尺度空间信息熵度量能解决一些问题,但是并不满足从视觉理论和直观的基础上提出的尺度空间信息量度量的基本要求,例如形态不变性等,为此在M arr视觉理论基础上定义了一个新的具有视觉意义的尺度空间信息度量,并在典型的高斯尺度空间中,证明了它确实满足从视觉理论和直观的基础上提出的尺度空间信息量度量的基本要求。数值试验验证了这种定义在视觉上是可靠的,从而为图像尺度的自适应选择提供了一种可靠的方法。

锥束X射线CT投影的蒙特卡罗仿真

提出了一种锥束X射线CT(计算机断层扫描)投影的蒙特卡罗计算方法,对X光子逐次抽样并以随机步长跟踪,将探测器区域内的沉积能量转化为投影信号,使用蒙特卡罗计算工具EGSnrc执行后台批处理计算,得到符合成像物理学的仿真投影.经过合理加速和参数优化,计算量较通用默认设置降低了2个数量级.对生成的锥束投影进行重建,结果显示出预期的射束硬化和散射伪影.该方法易于进行二次开发,贴近真实设备,是锥束X射线CT原型机散射校正的基础.将仿真投影与真实的物理设备测量数据进行比较,平均误差为1.18%.

基于模型的钨靶X射线球管光谱重建

X射线光谱信息是进行X射线曝光剂量控制、X射线成像质量评估、X射线双能量成像等必不可少的,为此本文提出一种基于模型的钨靶X射线球管光谱重建方法.该方法首先建立一个具有物理意义的7参数球管光谱模型,再通过测量的光谱衰减数据求解模型参数进而重建光谱.实验中,对若干球管电压分别选择不同厚度的铝板和铜板作为衰减器测量衰减数据,结合模型由衰减数据重建光谱.实验表明,该方法可利用较少的衰减数据重建包含特征辐射的球管光谱,算法简单易行.与原始光谱获得的衰减数据相比,重建光谱获得的衰减数据误差低于0.3%;与修正的手册光谱相比,重建光谱误差低于5%.

基于小波变换的X射线图像超动态范围重建

针对小动态范围X射线成像设备提出一种X射线图像超动态范围重建方法.将成像对象进行两次不同球管电压下的低剂量曝光,对两次曝光得到的图像进行多分辨率小波分解.根据一定规则重构分解系数,将重构的系数进行小波逆变换重建一幅宽动态范围图像.实验表明,该方法能有效扩展图像的灰度动态范围,并且两次低剂量曝光并未增加患者皮肤表面吸收剂量.

基于CT数据一致性的双多项式射束硬化校正改进

针对目前各种校正算法对条状伪影校正效果不显著,分析了条状伪影的产生原因.由此考虑射线穿过不同骨厚度对软组织投影贡献的影响,对基于H-L一致性条件的双多项式校正算法的软组织校正多项式改进.Forbild头部模体的仿真结果表明,该改进方法对杯状伪影和条状伪影都有良好的校正效果.

岩石的各向异性对地震勘探信号的影响

地球内部的岩层通常都存在着一定程度的各向异性。这种岩石各向异性的存在,将会对地震勘探子波信号的时域特性和频域特性产生影响,并会引起地震子波信号产生一些异常,还会严重地扭曲地震子波信号的时间剖面和AVO分析。文章用计算结果分析了岩层的各向异性对P-波反射系数和时-深转换的影响。

六角晶系固体中传播的平面波的极化研究I:理论推导

文章依据Christoffel方程推导出了六角晶系固体内传播的准-波和准-波的极化系数的解析表达式,论证了准-波的极化方向垂直于准-波的极化方向,给出了相速度方向和能量速度方向与极化方向之间的关系,为分析六角晶系固体的各向异性对准-波和准-波的极化行为的影响提供了一个理论依据。

基于先验信息的二值血管锥束迭代重建

基于旋转DSA(Digital Subtraction Angiography)的血管三维重建是当前医学图像处理领域的一个新的研究热点,具有广阔的应用前景.本文在SART(Simultaneous Algebraic Reconstruction Technique)算法的基础上,根据穿过每个体素的锥束射线误差的加权平均值,构造了二值体素状态转移的概率函数,实现了一种适用于二值三维图像的迭代重建算法.针对二值三维血管的特点,本文采用最大均匀性准则作为重建目标的先验信息对迭代过程进行约束,使得迭代过程具有很好的体积聚类功能,大大提高了三维图像的重建质量.以Defrise模型和冠状动脉模型作为研究对象,试验结果表明,本文的重建算法在抑制噪声保持目标结构信息等方面优于经典的Feldkamp算法.

一种新的声波测井信号的首波检测方法

声波测井信号传统的首波检测仅仅是采用门槛技术对声波测井信号进行处理,没有考虑到实际首波幅度大小对测量精度的影响。文章针对这一问题,从数字信号处理角度出发,结合声波测井信号在套管中传播的物理机理,针对双发双收测井仪的测量的声波测井信号提出了一种新的首波检测方法。实验仿真结果表明,该方法可以有效地找出声波测井信号波峰的极值点,从而快速确定首波的准确位置。

计算机辅助下腰椎CT图像自动化测量及其临床价值

目的:探讨计算机自动化测量下腰椎CT图像及其对腰椎管狭窄症的诊断价值。方法:应用Matlab自动测量程序对下腰椎CT图像进行自动分割和测量,完成对100例正常者和193例腰椎管狭窄症患者L4/5及L5/S1的椎管矢状径(APDC)、椎管面积(CAC)、硬膜囊面积(CAD)和硬膜外间隙(LAC)的测量,并进行统计学分析,利用正常组各项指标的95%下限值判断193例腰椎管狭窄症患者的狭窄节段,验证其诊断符合率。结果:腰椎管狭窄组L4/5及L5/S1两节段的APDC、CAC、CAD和LAC均显著小于正常组(P<0.01或0.001)。正常组L4/5的APDC、CAC、CAD和LAC的95%下限值分别为12.63mm、215.31mm^2、139.16mm^2和28.50mm^2,L5/S1分别为13.05mm、240.74mm^2、133.94mm^2和29.67mm^2。APDC、CAC、CAD和LAC对L4/5椎管狭窄的诊断符合率分别为63%、85%、82%和98%,对L5/S1分别为67%、86%、73%和96%。结论:计算机辅助下腰椎CT自动化测量精确、快速,可信度高,有助于腰椎管狭窄症的诊断。

正交频分复用系统非线性信道估计算法

为了提高正交频分复用(OFDM)系统的传输质量和有效性,提出了一种基于最小二乘支持向量机的OFDM非线性信道估计算法.通过在OFDM符号中插入导频而获得训练数据,利用最小二乘支持向量机将训练数据映射到高维空间,并在此空间采用结构风险最小化准则对时变信道频率响应函数进行回归估计,把低维空间的非线性估计转化为高维空间的线性估计,提高了估计的精度.仿真结果表明,该算法能够有效地减小由多径引起的频率选择性衰落的影响,与传统算法相比,在同一误码率条件下的信噪比提高了3～7dB.

高分辨原子像中原子峰位置的精确自动判定与电极化畴的快速可视化

针对材料原子尺度的量化研究正变得日益重要,而处理高分辨透射电子显微镜(HRTEM)像耗时耗力的现状,对计算机自动提取HRTEM像原子尺度信息的算法进行了研究,实现了HRTEM像中原子峰位置的自动准确提取;并在此基础上完成了布拉维格子的自动构建。利用前述两项关键图像信息,计算了钙钛矿钴氧化物中原子位置发生的周期性变化和铁电材料中电极化畴翻转等重要物理量,实现了对材料中晶胞尺度晶格形变的量化分析,以及形变和畴结构的快速可视化。当涉及大量图像处理时,其所实现的晶胞尺度晶格形变和畴结构的定量测量与快速可视化方法为分析材料原子及纳米尺度性能提供了一种强有力的分析手段。此外,自动提取HRTEM原子像信息也为后续探索模拟像和实验像的自动匹配及确定精确成像参数与真实原子位置打下了基础。

基于双域滤波与距离变换的螺旋CT图像风车伪影校正

X射线螺旋CT成像过程中,z轴方向采样不足会引起风车伪影,使图像质量严重下降,易导致误检漏检。本文提出了一种基于双域滤波与距离变换的方法对螺旋CT重建图像风车伪影进行校正。首先,通过计算机仿真生成CT投影数据并通过FDK重建得到带有风车伪影的螺旋CT图像。然后,利用不同半径大小的双侧滤波核来校正风车伪影并观察校正效果。最后,根据距离变换来调整双侧滤波核半径大小以此来抑制风车伪影,得到校正后螺旋CT图像。本文通过计算机仿真实验验证了所提方法的可行性与有效性,该方法在校正风车伪影的同时能够较好地保留原始螺旋CT图像中细节信息,未来将采用真实螺旋CT数据进行深入验证。

改进CPD算法及其在面部点云配准中的应用

针对面部点云配准中头发颜色与面部肤色存在差异,导致配准效率降低的问题,提出一种改进的相干点漂移(Coherent Point Drift,CPD)算法。该算法先提取面部点云的距离和颜色信息,将颜色信息转化为亮度信息,再仿照双侧滤波算法计算对应的亮度权值系数。将亮度权值系数与距离权值系数相融合,得到新的加权系数,有效降低头发区域点的权重,以提高算法的配准精度与效率。最后,将改进的CPD算法应用于面部点云配准。实验结果表明,该算法能够将两点云的距离标准差平均降低66.01%,运算时间平均缩短18.57%,显著提高了面部点云配准效果。

可同时抑制多种图像伪影的最优骨校正

X线CT系统球管发射宽能谱X光子,使得重建图像中出现射束硬化伪影,如杯形和条纹伪影;成像对象体内还可能存在金属植入物,使得重建图像中出现金属伪影。多种图像伪影的同时出现,势必严重退化临床诊断精度,有必要深入研究加以抑制。本文利用数据一致性条件构造目标函数;利用非线性最小二乘和交替迭代优化算法求解最优尺度因子;最终得到可同时校正杯形、条纹和金属伪影的最优骨校正方法。计算机仿真实验结果表明,该方法的确能够自适应确定出最优尺度因子,从而同时校正多种图像伪影。