基于转角增量关系的FDK锥束重建改进算法

单圆形轨迹不能满足锥束投影精确重建的充要条件是经典FDK算法出现锥向衰减伪像的根本原因.通过斜平面转角增量关系的分析,推导出同锥角斜平面间转角及其增量的计算关系,进而得出FDK算法是对同锥角斜平面族上有限视角的投影数据进行重建,并且在滤波反投影重建过程中存在转角关系不匹配问题.针对上述两个问题,提出了一种利用转角及其增量关系对FDK算法进行改进的新方法,改进思路也进一步推广到T-FDK算法中.Shepp-Logan模型的仿真实验结果表明在适中或较大锥角情况下,改进算法显著改善了FDK算法所存在的锥向衰减伪像.

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的一些途径。

基于现代GPU的实时锥束重建算法研究

FDK算法是一种被广泛应用的小锥角近似三维重建算法,但其运算量大,重建时间长。因此,本文提出了一种基于现代GPU实现的实时FDK加速算法。该方法充分结合现代GPU设备,通过灵活有效的并行策略减少反投影所需要的计算量;并利用一种新的基于角度相关性的优化方案进一步提升该算法的性能。大量实验表明该算法在不牺牲重建质量的前提下可以获得更高的加速性能。

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Feldkamp类算法进行了多X光源和检测器偏置条件下的近似图象重建;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,探讨了进一步的研究方向。

基于FDK反投影权重的锥束DSA重建算法

针对锥束数字减影血管造影成像系统(DSA)锥角增大而导致锥束伪影严重的问题,提出了一种基于FDK的反投影权重锥束DSA重建算法.分析了圆扫描轨迹远端伪影的成因,针对短扫描阴影区域导致的Radon空间数据缺失,提出了一种距离变量的反投影权重函数,并将其作为约束条件引入到FDK算法中,实现扫描轨迹远端区域的数据补偿,扩大图像重建区域.应用该算法对无噪声和有噪声的模拟投影数据,及自行研发的锥束DSA的实际扫描数据分别进行了重建试验.结果表明,文中算法较FDK类算法(Parker-FDK)对大锥角投影数据可明显抑制锥角伪影,其归一化均方距离判据和归一化平均绝对距离判据比Parker-FDK均降低了5%.

圆轨道锥束重建中Radon空间数据缺失

实际工程中广泛采用的圆轨道锥束CT重建算法(FDK类算法)中,只有在小锥角(<±5°)的条件下才能较好地重建。为了克服这一缺点,增大圆轨道可重建的锥角范围,推导了圆轨道锥束重建中R adon空间数据缺失与锥角的关系,并基于这一关系提出了基于不同半径的两个同心圆轨道的“改进型误差减小”(im proved error reduction-based,IERB)算法,利用估算的重建误差改善重建结果。数值仿真实验结果表明,IERB算法在锥角≤±10°时都能获得相当好的重建结果,在锥角更大时也可适用于一定的区域。该算法不适用于数据缺失过多的区域。

GPU加速的圆弧轨迹Katsevich锥束CT重建算法

通过改进GPU的渲染到纹理策略加速锥束反投影计算,提高了圆弧轨迹Katsevich锥束CT重建算法的执行效率.在CPU中完成投影数据的滤波处理,并将其重排为四通道浮点纹理载入GPU内存;绑定2个浮点输出纹理到帧缓冲对象的不同绑定点,用于将渲染结果输出到纹理,并同时完成反投影数据的累加计算;将矩形网格编码为四叉树结构用于加速物体切片的绘制.实验结果表明,文中算法在较大锥角时仍能重建出高质量图像,并获得接近于实时的重建速度.

基于Radon逆变换分解的超短扫描锥束重建

在3-D Radon逆变换的分解的基础上,推导出一种属于后偏导类型的锥束重建算法。与原类型算法相比,该算法由于引进了关于锥向变量偏导数的相关运算,而获得了与前偏导类型算法相近的重建结果。利用转角纠正因子对重建公式进行修正,从而进一步扩大了锥向重建范围。采用3-D Shapp-Logan头模型进行了计算机模拟,实验结果验证了算法的有效性。

一种基于FDK的锥束CT重建的改进方法

在实际的锥束CT扫描过程中,由于探测器的离散化,对每个探测器单元来说都有一定大小.那么相对于被扫描物体的每个体素点,在某一个角度下过它的射线打在探测器上是有一定面积的,如果取体素截面大小和探测器单元大小相近,过它的射线是分布在相邻的几个探测器单元上的,在重建过程中,如果依据落在各个探测器单元上的射线所占面积的大小考虑到那些探测器单元的信息对被重建体素点的影响,会提高重建图像的边缘清晰度,本论文利用实际的锥束扫描数据,采用传统的FDK方法和改进的FDK方法对物体重建,通过比较得出用新方法重建的图像边缘比传统FDK方法清晰,而且新方法还有抑制噪声的作用。

圆弧加直线轨迹Katsevich类型的锥束CT重建算法

由于圆与直线轨迹的交点处存在轨迹变量的偏导数,Katsevich算法直接忽略了关于构造因子的分析,从而对后续重建计算产生影响,导致重建结果出现伪像。通过对该问题进行研究,确定轨迹交点处的构造因子,并推导出在平板检测器下与两段轨迹相对应的重建公式。据此引申出一个不含有关于轨迹变量偏导的等价公式,从而计算出轨迹交点处相应的重建贡献值。同时,提出使用光滑过渡函数改善因反投影区域边界的不连续性而对重建结果产生的影响。利用Forbild头模型进行仿真模拟,实验结果表明,改进的算法有效地抑制了重建结果的伪像。

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Grangeat圆轨迹锥束CT重建阴影区域填充方法

通过分析圆轨迹锥束CT(cone-beam CT,简称CBCT)扫描Radon域的数据缺失问题,比较了前人提出的Radon阴影区域数据缺失填充方法的特点,提出了一种基于距离权重变量的阴影区域填充方法.该方法采用阴影区域边界数据作为数据源,以距离作为权重函数计算填充数据.计算机模拟重建实验表明,所提出的方法在填充数据准确度、减少伪影、大锥角图像重建等方面比简单的常数填充法以及衍生算法效果更好.该填充方法特别适用于Grangeat类锥束CT重建算法,拓展了圆周锥束CT的实际应用范围.

基于FDK算法的锥束CT重建近似算法性能比较

相比通常的扇束和平行束CT重建,锥束CT有诸多优点(如空间分辨率高,扫描速度快等)。近似锥束重建算法理论结构简单,重建速度快,易于实际应用。对新出现的几种近似锥束重建算法作了简单介绍,并利用这些算法对3DShepp-logan模型的仿真模拟对这些算法的特点作了比较和讨论。

一种基于分裂Bregman方法求解的锥束CT图像迭代重建

目的为精确且快速进行低剂量稀疏角度锥束CT图像重建,本文提出一种基于分裂Bregman数学方法的紧框架约束的图像重建算法。方法首先选择紧框架(Tight Frame)作为正则化项,根据压缩感知原理建立最小化目标函数,利用分裂Bregman数学方法将求解问题分为3步:(1)使用改进的前向投影算法快速计算出投影矩阵;(2)引入中间量,用分裂Bregman原理将无法直接差分的L1正则化问题转化为可直接差分的L2正则化问题,并利用共轭梯度算法求解;(3)利用分裂Bregman原理中的收缩公式更新中间量。结果仿真和实际重建的CT图像实验表明,相比于传统的带有正则化约束的凸集投影(POCS)代数迭代重建模式,分裂Bregman方法在图像保真和计算时间等方面均取得了上佳的效果,并且具有广泛的适用性。结论在稀疏角度锥束CT图像迭代重建条件下,本文提出的方法能够快速精确重建出满意的锥束CT图像,且图像重建速度和图像质量较凸集投影方法有较大提高。

螺旋锥束CT重建的近似逆算法

三维螺旋锥束CT以扫描速度快、成像分辨率高等诸多优点成为现代CT技术的一个重要发展方向。Katsevich精确FBP算法的提出,使得三维锥束CT研究获得了突破性进展。由于该算法的复杂性,应用中受到了限制。研究了Katsevich算法在检测板上沿滤波线展开的形式,其滤波运算由Hilbert核函数构成,利用近似逆的思想提出了融合的CT重建算法。该算法将Katsevich公式改写成近似逆的形式,得到了重建核的具体形式。

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Co-60放射源的锥束CT成像系统的研究

图像引导系统由于能帮助对肿瘤靶区进行精确定位,在直线加速器放疗设备上得到了成功应用。考虑到γ射线立体定向放疗设备的机械结构的特殊性,本文拟开发基于Co-60的图像引导装置。为此本文设计并安装了以Co-60为放射源的锥束CT成像系统。在该系统上成功地实现了多种轨迹(包括圆、螺旋、马鞍、圆线等)锥束CT扫描。采用一般轨迹下的基于弦线段和感兴趣区的BPF重建算法和圆轨迹下的FDK算法进行了图像重建。本文分别用头部和胸部体模研究了该系统的成像质量,最后采用Min/Max曲率流方法对重建后图像进行了去噪处理。结果表明采用该系统可以清晰地确定被扫描物体轮廓和骨性边界,为实现γ射线立体定向放疗设备在影像引导下进行病人自动摆位打下了基础。

锥束扫描三维CT及其工程应用

目的介绍了作者基于非晶面阵探测器开展的3D-CT(Theedimensional Compurted Tornography)及基于ICT(IrKhJsnjal Cornpu TOmography)的逆向工程技术R Revase Engineening研究。方法与资料利用具有高分辨率、高；2敏度、高事瞻态范围吲}晶崮鄙车揪啃器开展镭}出瞄3I)．CT研究，采用Fektk~型型程莲建算法，即利用锥即利用锥束射线回转扫描得到的二维数字投影序列重建扫描区域断层图像。在小锥角情况下，重建质量可以与二维cT相美；对三维重建得到的CI'图像进行相直的图像、图形处理，获取实物内外表面轮廓数据，并将其输入CAD设汁平台，逆求出实物原型的CAD模型。结论320KV和9MeV高、低能射线下的重建指标：空间分辨率为2．0-3．0Lp/ma；密度分辩率为03％：基于3D-CT的RE技术寸刊秤携哧结构的快速原型韦啦告、技才、一破泽、改型设讨提供了有力自孵锻，有着十分重要的直用价健和广泛需求前景。

锥束CT成像系统的噪声仿真

利用计算机断层扫描成像技术研究了锥束的计算机噪声仿真模型,该技术通常用于PC群。模型采用单能级X射线近似理论,研究了主要组件的性能,以及量子噪声、模糊检测和加法系统噪声对性能的影响。通过例子分析噪声仿真模型,证明低对比度的图像也可用于图像质量评价。

基于FDK的任意轨迹重建算法研究

为克服工业CT扫描较大工件时CT成像系统有效透照厚度受限,在FDK算法的基础上,突破常规的直线、圆和螺旋轨迹扫描模式,研究推导了任意轨迹的扫描模式。并将FDK算法推广到任意轨迹上,弥补了投影数据的缺失,实现了复杂结构件三维CT重构的任意轨迹重建算法。进行了倾斜圆、马鞍线等扫描轨迹的重建,结果表明:该方法具有扫描速度快、时间短的特点,更能提高长宽比较大的结构件重建质量,是医学CT和工业CT常用的算法,且适用于不同设备各种扫描轨迹。