基于等角多段探测器的非均匀采样CT直接FBP重建算法研究

本文提出了一种基于等角多段探测器的非均匀采样计算机断层成像(Computed Tomography,CT)系统,并针对该系统推导了直接滤波反投影重建算法,分析了算法在处理非均匀采样CT数据时的局限性,特别是算法中权重函数的非光滑性对重建图像的影响。本文的理论推导和仿真实验结果显示:尽管直接滤波反投影(Filtered Back Projection,FBP)重建算法可能导致环状伪影,但通过适当的系统设计,这些伪影的影响可以被控制在可接受的范围内,并能保持图像的分辨率,使得基于等角多段探测器的非均匀采样CT的FBP算法具有一定的实用价值。本文研究成果为新型CT系统的设计和优化提供了理论依据和实践指导。

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。

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。

CT图像重建滤波反投影算法中指数滤波器的研究

CT技术的核心是图像重建,而图像重建的决定因素是重建算法,其优劣直接影响对重建结果准确性的判断。CT图像重建算法可以分为迭代法和解析法两大类,其中解析法具有比较严密的数学理论基础,且处理速度快,所以在CT技术领域得到广泛应用。在解析重建算法中,滤波反投影算法拥有较高的运算效率,能获得较好的图像重建质量,而且滤波反投影算法的成本低,易于通过并行实现,便于进一步提高其重建速度,所以该算法为解析法中的主流算法。根据滤波反投影算法的实现原理,其中滤波函数的选取对重建结果、重建速度等方面有着举足轻重的作用。针对滤波函数的选择进行研究,首先在分析常用R-L和S-L滤波函数的基础上,引入指数滤波函数的研究,并借助调整指数参数的取值,分析了该函数在无噪声和有噪声情况下对图像重建的影响。通过实验仿真的方法,验证了指数滤波函数在保证较好的空间分辨率的情况下,保持了良好的图像重建特性。

一种快速的扇束CT滤波反投影重建算法

提出了一种用于扇束CT(计算机断层扫描)重建的快速滤波反投影算法。这种算法是传统标准滤波反投影(FBP)重建算法的加速形式,主要通过减少投影数量然后重建子图像来实现。实验结果表明:对于一幅512×512图像,这种算法可以将重建过程加速40倍以上,并且不会引入明显的图像误差。这种算法也适应于多层螺旋三维重建,并且可以延伸用于三维锥形重建。

基于新型混合滤波函数的滤波反投影重建算法

对于X射线计算机断层成像(computed tomography,CT)图像重建FBP算法中,滤波函数的选取将直接影响重建结果的优劣,通常采用的矩形滤波函数会导致明显的Gibbs现象,影响重建图像的质量。为了能使图像重建质量更优,该文针对滤波函数的选取进行研究,在分析R-L、NEW、S-L及其他混合滤波函数的基础上,再结合混合滤波的理论,引入一种新的混合滤波函数即NEW-SL滤波函数。通过数值仿真,分析比较新型混合滤波函数NEW-SL和其它滤波函数R-L、NEW、S-L等重建图像的灰度曲线、归一化均方误差和归一化平均误差参数,结果表明,采用NEW-SL滤波函数能使重建图像的灰度曲线更加平滑、归一化均方误差达到0.2960、归一化平均误差达到0.5102,更好地抑制图像重建的振荡,使重建后的图像更加平滑。

滤波反投影图像重建算法的研究

CT图像重建在医学临床诊断等方面发挥了巨大的作用,滤波反投影算法是图像重建中应用最广泛的一种。为了重建图像,我们使用了众所周知的傅立叶切片定理,利用逆Radon变换对研究对象进行滤波反投影图形重建。实验结果表明,对于无噪声图像,逆Radon变换能较好的完成重建任务,且投影角度数越多,重建图像就越清晰。

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Hamming窗的滤波反投影CT图像重建算法

图像重建是CT技术的核心,而决定图像重建质量的关键因素是重建算法,算法的优劣直接影响到图像重建结果的准确性。在CT图像重建算法中,滤波反投影算法拥有较低的时间复杂度,其重建图像的空间分辨率较高,同时该算法易于通过并行计算实现,这使其重建速度进一步提高,所以该算法为一种主流CT图像重建算法。由滤波反投影算法的原理可知,滤波函数的选择对图像重建的结果、重建的速度等方面有着不可忽视的影响。对Hamming窗滤波函数进行研究,然后分析了该函数在没有噪声和引入泊松噪声的情况下对图像重建质量的影响。通过仿真实验的办法,验证了Hamming窗滤波函数在具有较高的空间分辨率的同时,还保持了良好的图像重建质量。

加快反投影算法重建PET图像的研究

对反投影的计算方法进行了改进,设计了一种能够提高反投影速度的方法。使用这种方法,对模型数据进行了重建,结果表明,这种方法对图像质量的影响很小。由于实际PET的投影数据中的噪声相对较大,并且,在滤波反投影算法中的重建滤波器对重建图像的高频噪声有某种放大作用,针对这个问题,利用临床PET数据,从投影数据预处理、利用窗函数控制噪声两个方面进行了研究。

流场超声层析成像中图像的迭代滤波反投影重建

为提高流场超声层析成像的图像重建质量,提出了一种迭代滤波反投影图像重建算法。该算法借鉴联合迭代重建算法的原理,将滤波反投影算法引入迭代重建过程。首先,利用滤波反投影算法,通过投影数据残差重建误差图像对流场图像进行修正,实现图像的迭代重建。然后,通过优化迭代步长,使每步迭代后投影数据残差均取得极小值以便加快收敛速度。最后,基于流场连续、紧支撑分布的特点,在迭代重建过程中引入投影数据的细分内插和流场图像的圆域修正。实验表明:相比于滤波反投影算法,迭代滤波反投影算法可使理论流场重建的图像误差平均减少26%,流量误差由1.77%减小至±0.25%以内;程序运行时间为0.63s,仅为联合迭代重建算法的0.89%。该算法可实现对直管段内和单弯管下游实际流场的可靠重建,满足流场高精度实时成像的要求。

反投影滤波重建功能材料梯度折射率模拟分析

开展功能材料梯度折射率分布反投影滤波重建效果及其最小折射率分辨率的模拟分析。为提高折射率重建分辨率,选取适用于多投影方向的滤波反投影算法,分别分析了轴向梯度变化及径向梯度变化的两类功能材料梯度折射率重建效果,相同模拟条件下,重建误差均约为1%;同时也模拟分析了上述两类梯度折射率的最小分辨率,模拟结果表明,当投影量保持为90不变的情况下,径向梯度变化折射率较轴向梯度变化折射率重建准确度高,且相邻梯度间隔>0.003时,重建得到的两种梯度变化趋势的梯度折射率分布仍然能较好地分辨出其梯度间隔。

低管电压及对比剂用量结合不同重建算法对小儿腹部肿瘤CT检查图像质量的影响

目的:探讨低管电压及对比剂用量结合不同重建算法对小儿腹部肿瘤CT检查图像质量的影响。方法:选择我院2020年1月—2023年2月期间102例腹部肿瘤患儿病历资料进行回顾性分析,依据管电压、对比剂用量、重建算法将其分为常规组(n=38)、改进组(n=34)、双低组(n=30),常规组:0~3岁、4~6岁、>6岁的管电压依次为80kVp、100kVp、120kVp,对比剂用量依次为2.5mL/kg、2.0mL/kg、1.5mL/kg;改进组:0~6岁、7~12岁、>12岁的管电压依次为80kVp、100kVp、120kVp,对比剂用量依次为2.5mL/kg、2.0mL/kg、1.5mL/kg;双低组:0~6岁、7~12岁、>12岁的管电压同于改进组,对比剂用量依次为2.0mL/kg、1.5mL/kg、1.0mL/kg;常规组采用滤波反投影(FBP)重建算法,改进组、双低组采用iDose ^(4)迭代重建算法,对比三组图像质量(客观、主观评分),辐射质量评价、对比剂用量。结果:三组肝脏SNR、腹主动脉SNR、竖脊肌SNR对比,差异有统计学意义(P<0.05);其中改进组肝脏SNR、腹主动脉SNR、竖脊肌SNR最高,双低组与常规组对比差异无统计学意义(P>0.05)。三组图像质量主观评分对比,差异无统计学意义(P>0.05)。三组辐射剂量、对比剂用量对比,差异有统计学意义(P<0.05),其中双低组的对比剂用量最低;改进组、双低组的辐射剂量明显低于常规组(P<0.05);双低组与改进组的辐射剂量对比,差异无统计学意义(P>0.05)。结论:低管电压及对比剂用量结合iDose ^(4)迭代重建算法不仅可满足诊断要求,还可减少辐射剂量,且对比剂用量少,应用安全性更高。

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。

基于滤波反投影的超短锥束CT扫描算法

分析了现有的一些超短扫描算法,提出一种基于滤波反投影(FBP)方法的超短扫描算法和实现这种算法的圆周分段联合的扫描方式.用该算法对感兴趣区域实施超短扫描所获取的数据可以进行精确的体积重建,并且对噪声不敏感.所提出的圆周分段联合的锥束投影扫描是一种把圆周轨道的半扫描和超短扫描进行合并的组合扫描方式,这种方式有助于提高病灶区域的空间分辨率和密度分辨率,并可降低病人所受X射线照射的剂量.

基于FHT和MSBP的CT图像滤波反投影重建方法设计

滤波反投影算法(FBP)是商用CT系统中广泛使用的图像重建方法。在CT图像重建应用的场合,投影数据和目标函数都属于实数空间范畴。基于Fourier变换的重建方法涉及大量复数运算,是其在计算上的一个固有特点。与Fourier变换相比,Hartley变换以其实值变换的特点,在实数域能够替代Fourier变换,进行信号和图像的处理。MSBP方法是基于重建图像像素和投影射线之间在不同的投影方位上所存在的几何关系而提出的。将快速Hartley变换(FHT)算法和MSBP方法应用于CT图像的滤波反投影重建方法中,在保持精度不变的前提下,减少了所需的存储空间和计算量。

扇束等距CT极坐标反投影重建算法的速度优化

为提高扇束滤波反投影(FBP)算法重建CT图像的速度,提出了利用正余弦函数性质对极坐标反投影算法进行优化的快速重建方法。首先将扇束等距CT扫描得到的投影数据进行加权,卷积滤波处理;其次将预处理后的投影数据运用正余弦函数性质进行极坐标反投影重建。试验结果表明,与传统的卷积反投影重建算法相比,该方法可以将重建速度提高4倍以上,而且重建质量与传统卷积反投影相当。这种算法也适应于多层螺旋三维重建,并且可以推广到三维锥束重建。

基于滤波反投影算法的TDLAS温度测量研究

为提高二维重建温度场的抗噪声、抗干扰能力,研究了基于滤波反投影算法的可调节半导体激光吸收光谱(TDLAS)系统。通过数值模拟研究了滤波反投影算法的重建质量与影响因素,结果表明,随机噪声达到10%时,重建图像仍能较好地反映原温度场特征;滤波函数能明显改善重建质量;三次样条曲线插值的重建质量最高。通过基于滤波反投影算法的TDLAS系统对弱旋流燃烧室出口温度场进行重建,将重建结果与热电偶测量结果进行对比,相对误差范围为1.4%~8.9%,较好地反映出温度场的特征,验证了滤波反投影算法的层析成像系统的可行性。

Kaiser窗在滤波反投影图像重建中的应用研究

计算机断层成像技术的核心是图像重建算法。重建算法直接影响重建速度和重建精度。滤波反投影(FBP)算法是一种经典解析类CT图像重建算法,其时间复杂度低,易于通过硬件并行计算,并能获得较高的图像重建精度。滤波反投影算法的关键在于滤波函数的选择,滤波函数对重建图像的精度至关重要。窗函数法常用于滤波函数的设计。Kaiser窗作为一种参数可调的窗函数有着广泛的应用空间。首先对基于经典窗函数的R-L和S-L滤波函数进行分析,在此基础上将Kaiser窗滤波函数和R-L滤波函数、S-L滤波函数进行对比,并分析了Kaiser窗滤波函数在泊松噪声下的图像重建的精度。通过计算机仿真实验的方法,验证了Kaiser窗滤波函数在具有较高图像重建精度的同时,还具有较强的抗噪能力。

用对称反投影及递归迭代实现扇束CT快速重建

为提高扇束滤波反投影(FBP)算法重建CT图像的速度,本文提出了一种利用对称反投影并结合递归迭代的方法来减少反投影的运算量。研究表明该方法可使重建速度提高约23倍,且不会带来新的重建误差。