潘晓川教授的反投影滤波(BPF)新型重建算法介绍

计算机断面成像(CT)的精确重建方法一直是现代CT成像领域中一个活跃的研究方向。近几年,关于平行束、扇束、锥束CT精确重建的研究取得了一系列重要的突破和创新成果。本文主要介绍了美国芝加哥大学潘晓川教授为首的课题组提出的一类基于反投影卷积(BackprojectionFiltration:BPF)的CT精确重建算法。BPF算法最重要的贡献在于它成功地解决了从沿探测器方向截断的投影数据进行CT精确重建的问题;因此,通过BPF算法能够设计出针对目标的感兴趣区域成像策略,减少成像扫描、重建时间,辐照剂量和散射光子。

重排的半覆盖螺旋锥束CT的反投影滤波重建

由于传统的螺旋锥束CT系统采用的扫描方法使视场范围受到限制,本文深入分析了螺旋锥束CT的半覆盖扫描方式,提出了螺旋锥束半覆盖扫描的重建算法。该扫描方式只要求射线束覆盖物体横截面的一半以上,探测器的宽度和投影数据量大约是传统螺旋锥束CT的一半,从而节约了探测器的成本。结合扇形束投影的特点和二维反投影滤波(BPF)来实现这种横向截断投影的重建,研究了重排的加权BPF重建方法。该方法首先根据重建的层将半覆盖的螺旋锥束CT投影数据重排为半覆盖的扇形束CT投影,然后用加权的扇形束BPF算法进行重建。同传统视场区域横截面全覆盖的FDK算法相比,该方法即使在大螺距的情况下其重建结果也更接近于真实值,而且均方误差减少了一半,重建时间节约了3/5。

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。

滤波器对滤波反投影重建图像质量的影响

在工业CT无损检测中,切片图像质量直接影响到后续的检测。而滤波函数的选取对图像重建质量影响较大。采用了一种新滤波函数。当新滤波函数的参数a取不同值时,可以近似代替R_L、S_L等滤波函数。通过比较了几种滤波器的空频特性,分析了它们对重建图像质量的影响。仿真与实测数据重建的实验表明新滤波器在a=2时重建图像Gibbs效应小,并具有较高的空间分辨率与密度分辨率。

计算机模拟CT滤波反投影重建的方法

目的:选择合适的滤波函数处理对CT反投影图像进行滤波,从而达到消除反投影所产生的星形伪影的目的。使得CT滤波反投影重建的方法直观地演示出来,也便于比较不同滤波函数的效果,寻找更好的滤波函数。方法:采用计算机软件编程实现计算机模拟CT反投影重建,以VC软件平台IDE集成开发环境,开发出一个具有可视图形界面的上位机软件,通过选择不同的滤波反投影参数,对重建的图像的效果进行定量的比较,探讨滤波函数中不同参数对结果的影响。结果:通过软件编程实现了标准体模图像重建的模拟,界面简单,可以直观地对CT图像进行反投影重建,同时所选择的基于频率域变换的滤波函数也部分消除了重建过程中造成的星形伪影,提高了图像均匀度,使标准体模的重建图像达到预期的理想效果。结论:开发的软件实现了CT反投影重建,能够将标准体模反投影重建的成像过程以更清晰的方式展现出来,有利于在医学物理学理论课和实验课的教学中,直观演示星形伪影及滤波效果,使学生更好地学习CT技术的原理。也有利于尝试新的投影算法,寻找新的滤波函数。

基于滤波反投影的脑磁感应迭代重建算法研究

颅脑磁感应断层成像技术(BMIT)是一种非接触、无创的新兴颅脑医学成像技术,图像重建算法是提高重建图像质量的关键。依据BMIT反投影算法和迭代算法,设计出一套基于滤波反投影的脑磁感应迭代重建方法。首先根据滤波反投影重建算法原理,给出初始电导率分布,其次基于电导率变化敏感性加权计算滤波反投影矩阵,最后利用一步牛顿迭代构成滤波反投影迭代重建算法,通过设置理想条件数G来修正Hessian矩阵,改善重建过程的病态程度,并对待重建数据进行标准化位置校正处理。实验结果表明,该算法成像速度快,重建出的图像具有较高分辨率,能够准确反映成像区域内仿真病变的大小及位置信息,且轮廓清晰,为颅脑磁感应断层成像技术应用于临床监护奠定了基础。

滤波反投影图像重建算法研究

CT是一种先进的成像技术,被广泛应用于工业无损检测和医学图像处理中。目前CT图像重建算法多采用滤波反投影算法。本文介绍了滤波反投影算法的基本原理,讨论了滤波函数的设计,给出了采用该算法的计算机仿真重建结果。实验结果表明,重建精度依赖于具体的滤波函数,而且在投影数据完全时可获得较高质量的重建图像。

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。

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。

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。

用快速哈达玛变换加速滤波反投影算法的滤波过程

为了加速滤波反投影算法的滤波过程,提出了用快速哈达玛变换(FHT)实现线性卷积的快速算法。分析了哈达玛变换的特点和快速算法的时间复杂度,设计了用FHT计算线性卷积的矩阵表达式,并推导出了哈达玛域滤波器的增益矩阵的求解公式,分析了该方法的加速原理及其适用条件。理论分析表明,该方法比FFT线性卷积法快了一倍。仿真实验表明,该方法在不影响图像重建精度的情况下,相对于FFT线性卷积法,将滤波过程的速度提高了近一倍。

SPECT骨断层重建的滤波反投影法和有序最大期望值法的比较

目的:比较SPECT骨断层图像重建的有序最大期望值法(OSEM)与滤波反投影法(FBP)的图像效果。方法:32例患者进行SPECT骨断层显像,采集部位以脊柱为主。给药(30mCi99mTc-MDP)3～4h后进行断层图像采集。由1位技师对图像数据分别进行OSEM和FBP(包括Metz窗函数和Butterworth窗函数)图像重建。由3位核医学医师独立双盲阅片。结果:OSEM放射条纹状伪影远远少于FBP,图像分辨率和图像清晰度也优于FBP。结论:骨断层重建方法OSEM法优于FBP法。

基于滤波反投影算法的血管内光声图像重建

将目前在光声断层(PAT)成像中得到广泛应用的滤波反投影(FBP)重建算法应用到血管内光声(IVPA)成像中,提出一种简单快速的二维图像重建方法。首先,对组织产生的光声信号进行滤波、逆卷积和时域一阶求导的预处理;然后,针对IVPA在血管腔内封闭成像的特殊性,采用权重法将预处理后的光声信号数据对导管以外的成像区域沿弧线进行反投影,得到成像平面内每个网格点处的初始光声压。最后,得到反映血管壁组织结构形态的横截面灰阶图像。对仿真血管模型的实验表明,采用所提出的方法重建IVPA图像的结构,相似性指标(SSIM)可达到0.571 7。合理选择滤波函数、滤波截止频率以及测量位置数,可以提高IVPA重建图像的质量;对光声信号进行时域一阶求导处理,能有效地突出重建图像中的组织结构信息。该方法为后续图像重建算法的优化奠定基础。

RL滤波函数的改进对卷积反投影图像重建的影响

在工业无损检测中,利用X射线CT成像的算法———卷积反投影算法对图像进行重建时,滤波函数对图像重建质量影响很大.作者利用多点平均法对RL滤波函数作了改进,发现3点平均法的滤波函数对图像的重建质量有明显的改善.

一种滤波反投影算法的加速方式

提出了滤波反投影(filtered back projection,FBP)算法的基于被动式射线驱动和预插值的反投影策略。首先对滤波后的投影采用线性插值预插值到更加精细的间隔上,然后对每个角度下的滤波投影用被动式射线驱动法反投影,得到重建图像。反投影时为了减少求取投影地址时三角函数的运算,将三角函数值事先求得并存到查找表中,需要时调用。反投影时采用简单的最邻近插值法插值,以节省插值时间。仿真实验表明,这种方法可以有效提高反投影速度。

iDose4迭代重建与滤波反投影重建在CCTA图像中的应用价值比较

目的:探讨iDose4迭代重建在冠状动脉CT血管造影(coronary CT angiography,CCTA)中的应用价值。方法:选择冠心病患者124例,均行CT扫描iDose4迭代重建与滤波反投影(filtered back-projection,FBP)重建。iDose4迭代重建患者依体质量指数(body mass index,BMI)进行分组,BMI≥20 kg/m2为迭代组1(135 k V),共56人,BMI<20 kg/m2为迭代组2(110 k V),共68人;FBP组均采用110 k V管电压进行扫描。分别对信噪比(signal noise ratio,SNR)、对比噪声比(contrast to noise ratio,CNR)及图像质量进行比较分析。结果:迭代组1与FBP组的SNR、CNR、辐射剂量及图像质量评分差异均存在且差异具有统计学意义(P<0.05)。迭代组2与FBP组的CNR及辐射剂量差异均存在且差异具有统计学意义(P<0.05),SNR、图像质量评分差异不具有统计学意义(P>0.05)。结论:低压iDose4重建法在64排CCTA中辐射剂量小且图像质量好,值得在临床中推广应用。

基于小波变换的滤波反投影算法

滤波反投影算法是Ｒａｄｏｎ 逆变换最常用的一种数值计算方法，在ＣＴ技术和信号处理中得到了广泛的应用。本文把小波变换应用于滤波反投影算法中，给出了一种用小波变换对投影数据作滤波处理的方法，这种方法与常规方法比较，具有精度高，抗噪能力强，参数易于选取等优点。文中给出了模型和实际地震资料处理实例，证明了该方法的有效性。

基于距离-慢时间匹配滤波和复值反投影的快速旋转目标三维成像算法

本文针对快速旋转目标的三维成像问题,首先,建立雷达目标成像的几何模型,推导了快速旋转目标的距离-慢时间域回波信号的解析表示;其次,提出了基于匹配滤波和复值反投影的三维成像算法。该算法首先构造距离-慢时间域匹配滤波器,对滤波器参数即旋转目标的半径方向取值进行搜索,综合各参数取值处的匹配滤波结果,通过设置阈值获得目标三维位置;同时,利用复值反投影方法消除散射点遮挡、散射系数变化及低信噪比复杂情况造成的失配影响,重建准确的目标三维像;最后,对复杂情况下的散射点目标成像进行了仿真并对比分析了匹配滤波和本文算法的成像结果,并利用圆顶锥模型的电磁计算数据进行成像,结果证明了本文算法的有效性。

扇束工业CT滤波反投影重构算法的快速实现

扇束工业CT一般采用滤波反投影算法进行CT图像重构,其计算复杂度为O(N3)。如果不进行优化,这种算法的计算速度很难达到工业构件检测的要求。利用正、余弦函数的性质,提出了针对扇束滤波反投影重构算法的一种优化方法。分析表明,这种优化方法理论上可以使运算速度提高3倍。计算机模拟和实验显示,在实际实现中,同时采用这种方法与几何参数表方法可以使重构速度提高6倍以上。

螺旋锥束计算机断层成像倾斜扇束反投影滤波局部重建算法

螺旋锥束计算机断层成像(CT)作为常用的临床诊断工具,如何尽可能地减少其辐射剂量是热点研究领域之一.局部成像利用准直器减小射线直照区域,能够有效降低CT辐射剂量.然而,局部成像会造成投影数据横向截断,产生局部重建问题.现有螺旋反投影滤波(BPF)算法只能实现局部曲面重建,难以实现局部体区域重建.在圆轨迹扇束BPF算法的基础上,通过加权修正和坐标扩展,提出了螺旋锥束CT倾斜扇束反投影滤波(TFB-BPF)重建算法.该算法把重建区域按层划分,对各层构建倾斜的扇形束几何,并使用经过加权修正的TFB-BPF算法逐层进行重建.该算法最大的优势是滤波线(与原始螺旋锥束BPF算法中PI线等价)在二维平面内选择,算法更加简洁高效,并且能够应用于局部体区域的重建.实验结果表明,算法能够有效重建物体局部体区域,并且重建图像质量较好,没有明显的截断伪影.