基于l_(p)范数的分裂算法在稀疏角CT图像重建中的应用

稀疏角CT图像重建是热点研究问题。根据lp范数具有良好的稀疏性及小波变换能够提取图像的全局和局部特征的性质,提出一个基于l_(p)范数及小波变换的稀疏角CT图像重建模型。利用半二次分裂算法对模型进行求解,并证明了该模型的全局收敛性。数值实验结果表明,该算法可以很好地抑制伪影,得到清晰的边缘,并且在投影角度较少的情况下也能取得较好的重建效果。

稀疏角度CT图像重建的Huber-TV正则化方法

对于稀疏角度下的投影数据,计算机断层扫描重建图像容易出现分辨率低、伪影较多的问题,难以满足工业及医学诊断要求。文中从迭代重建的角度出发,提出一个结合全变分(TV)和Huber函数(Huber-TV)的CT重建方法。该方法利用Huber函数替代传统全变分模型中的L1范数,在合理控制函数阈值的条件下,充分利用Huber函数的线性部分对大于阈值的梯度图像进行较轻的惩罚,以保持图像边缘连续性;再结合二次项对小于阈值的梯度图像进行较大的惩罚,以抑制图像中不连续梯度跳跃。新模型目标函数的光滑性可以使得梯度下降法快速收敛到最优值,避开传统全变分模型中的次梯度计算,从而降低计算复杂度并加快迭代速度。实验结果表明,在稀疏角度重建条件下,与传统TV模型相比,Huber-TV模型的均方根误差降低19%,信噪比提升22.33 dB,说明所提方法高效可行。

基于最小区域的快速CT图像重建

由于工业CT重建目标的形状差异较大,针对传统CT图像重建算法均选取矩形重建区域,提出一种基于最小区域的图像重建方法.首先由扫描到的投影数据通过直线生成算法构建重建目标的最小区域包络图;然后提出一种快速区域填充算法,生成图像重建的最小区域.该方法将重建区域限定在最小区域内,减少了不必要的计算,提高了重建速度.最后通过仿真实验与传统的重建方法进行比较,表明了文中方法的有效性.

基于GPU异构平台的实时CT图像重建系统的研究

针对采用单CPUCT图像重建时间长,采用CPU集群重建成本及能耗高的问题,提出了CPU多线程+GPU的异构重建模型。采用CPU多线程流水线模式,将整个任务分解为若干个处理阶段,相邻的两个阶段之间以循环缓存连接,上一阶段完成一次计算任务后将数据放到循环缓存里,然后继续下一次的计算任务,下一阶段探测到循环缓存里有数据后从缓存里取出数据开始计算。各个任务是并行处理任务的,针对某一耗时瓶颈模块再采用GPU并行加速,充分发挥CPU和GPU的计算资源。CPU多线程+GPU模型相对于CPU多线程模型加速了16.45倍,相对于串行CT图像重建加速了20.5倍以上。将CPU多线程+GPU模型重建的图像与CPU串行程序重建的CT图像相比较,数据结果在误差范围内,满足实验设计要求。提出的图像重建模型采用成本较低的GPU显卡就实现了性能大幅提升,大大降低了CT图像重建系统的成本及功耗,而成本及功耗的降低会引起CT医疗诊断费用的降低,最终惠及广大病患。

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。

CT图像重建中滤波函数的优化

CT图像重建的解析类经典算法为滤波反投影(FBP),其中的滤波环节对于重建质量的影响至关重要,通常情况下滤波函数都是将斜坡函数直接加矩形窗,而理想的矩形窗是造成Gibbs现象的根源所在,Gibbs现象使重建图像出现震荡,不够平滑。根据无穷级数求和理论,将函数展开成级数部分和形式后,可以进一步求解出部分和的算术平均值,该函数即是具有更优收敛性的费耶核(Fejes),本文根据这一理论,提出了一种改进的滤波方法,尝试利用费耶核较好的收敛性来克服Gibbs现象。实验结果表明该方法可以获得更加平滑的结果,对于图像质量的改善取得了明显的效果。

小波变换用于CT图像重建及处理研究

研究了小波变换多分辨率图像重建和局部区域重建算法。在算法中 ,小波滤波器直接修正重建滤波器 ,重建得到各种细节图像 ,并能快速地得到重建图像的轮廓。由于小波变换的局部性 ,使用局部数据能重建局部图像。通过小波多尺度分析和重构系数控制 ,提出一种简单算法 ,在重建中进行图像增强和噪声消除 ,该算法将图像重建与图像处理结合在一起。与通用的算法相比 。

基于投影缺失正弦图的CT图像重建研究

通过对不完全投影重建的图像结果和正弦图对投影空间的数据分布情况进行分析,并根据工件较敏感部位的位置、形状和密度信息,对缺失的投影数据进行适当的补充。在此基础上,利用滤波反投影算法对补充后的正弦图进行图像的重建。经过实验验证,该方法改善了重建图像的质量,得到了较好的重建效果。

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。

IGPS-O图像联合CT重建图像在头颈部肿瘤患者放疗中的应用研究

目的研究IGPS-O图像引导放疗定位系统联合CT重建图像进行头颈部肿瘤患者精准放疗的应用效果。方法选取2018年8-12月在该院行调强放疗的头颈部肿瘤患者50例,放疗摆位、校位移床后分别对每例患者连续8 d行IGPS-O图像采集与CT重建图像进行骨性标记配准得出患者体位误差。治疗前体位误差为分次间误差,校位移床后误差为分次内误差,分别对分次间和分次内在RL(左右方向)、SI(头脚方向)、AP(腹背方向)3个方向的患者体位误差进行记录和分析。结果>3 mm分次间误差在RL、SI、AP方向分别达到13.3%、24.2%、22.1%。应用IGPS-O图像引导放疗定位系统联合CT重建图像在线校正可实现分次内误差在RL、SI、AP方向均小于3 mm。与治疗前患者体位误差比较,校位移床后的误差显著减小。结论IGPS-O图像引导联合CT重建图像进行体位校正是提高头颈部肿瘤患者精准放疗的有效方法。

^(60)Co集装箱CT系统图像重建的MPI并行实现

利用M P I并行编程环境,对原有重建CT图像顺序流程并行化,实现了并行计算流程。在4个计算节点的情况下,使重建图像耗时由34s缩短到9s,基本实现了线性加速,获得了很好的重建速度。

基于Split Bregman算法的有限角度CT图像重建

对于有限角度投影数据,传统算法重建的CT图像存在伪影严重、噪声明显的现象.基于此,推导建立了CT图像重建的离散化模型,分析了有限角度CT图像重建问题的病态性质,并给出了该问题的L1正则约束求解策略,提出了重建模型的Split Bregman求解算法.仿真实验表明,对于150°有限角度的无噪及有噪投影数据,Split Bregman算法可以获得比传统ART、SART算法更好的主观重建效果,其重建图像的客观评价指标RMSE、AMSE、PSNR和Residuals均优于ART、SART算法重建结果的对应指标.虽然Split Bregman算法重建所需时间较长,但其在有限角度CT图像重建的伪影消除和噪声抑制方面具有一定优势.

计划系统重建宫颈癌CT图像靶体积误差对治疗剂量影响的研究

目的:分析治疗计划系统(TPS)重建CT图像靶体积的误差对宫颈癌肿瘤区(GTV)、临床靶区(CTV)、计划靶区(PTV)和周围正常组织受照射剂量的影响,找出适合临床的最佳方案。方法:在TPS上模拟宫颈癌患者TPS重建CT图像靶体积误差,评价原有的GTV、CTV、PTV和周围正常组织的照射剂量。结果:当靶体积误差在-69.25%^-10%的范围时设计的计划高剂量边缘不能很好地包住原计划的PTV、CTV、GTV;当靶体积误差在0^-10%的范围时设计的计划对原计划的PTV、CTV、GTV的影响不大,与原计划相近。当靶体积误差在80%~10%的范围时设计的计划高剂量边缘包住了靶体积外更多的直肠、膀胱;当重建误差小于10%时设计的计划,对直肠、膀胱的影响不大,与原计划相近。结论:TPS重建CT图像靶体积误差使原有的PTV、CTV、GTV的受照剂量降低或使肿瘤周围正常组织受照射剂量增加。

利用离散正交矩的有限角度CT图像重建

补全未知角度投影数据是提高有限角度CT图像重建质量的有效方法.提出一种新的投影数据估计算法,利用离散Radon变换和Tchebichef正交多项式建立图像矩和投影矩之间的关系,并用这种关系从已知投影数据中估计未知投影数据,达到提高重建图像质量的目的.实验证明,该方法能提高估计投影数据的精度,获得更好的重建结果,并具有更好的抗噪声性能.

三维钛网辅以16排CT颅骨图像重建治疗颅骨缺损6例

目的探讨三维钛网治疗各种原因造成颅骨缺损的临床价值。方法对6例颅骨缺损患者在颅骨缺损3～6个月内行颅骨缺损成形术,术前应用16排CT扫描三维成像对钛网进行精确塑型。术后平均随诊6～24个月。结果6例病例全部随访,塑形满意,几乎恢复原有容貌,平均手术时间缩短。结论三维钛网辅以16排CT颅骨图像重建应用于颅骨缺损成形术具有手术时间短、组织创伤小、组织相容性好、固定稳固、手术操作简化等特点,具有推广及应用价值。

重建CT图像靶体积误差对宫颈癌剂量的影响

介绍了三维适形放疗患者治疗部位解剖数据的获得;分析了扫描层厚、窗宽、窗位以及勾画靶区医生的影像诊断水平对三维适形放疗计划系统重建CT图像定义体积误差的影响,治疗计划系统重建CT图像靶体积的误差对宫颈癌三维适形放疗剂量分布的影响;提出了减少误差的方法。

螺旋CT三维图像重建在诊断软组织肿瘤中的应用研究

目的:探讨螺旋CT三维图像重建对诊断软组织肿瘤的临床价值。方法:收治软组织肿瘤患者30例,采用MRI检查10例,行螺旋CT血管造影并进行三维图像重建(MM3DR)检查20例。结果:20例患者行螺旋CT血管造影及MM3DR检查,共确诊16例,诊断符合率80.0%,10例患者行MRI检查,共确诊7例,诊断符合率70.0%,两组比较差异有统计学意义(P<0.05);在病灶轮廓和血管状况图像方面,螺旋CT血管造影及MM3DR检查明显优于MRI组,两组比较差异有统计学意义(P<0.05)。结论:螺旋CT三维图像重建在诊断软组织肿瘤时病灶血管、病灶周围比较清晰,易于诊断,优于MRI检查。

三维钛网辅以16排CT颅骨图像重建治疗颅骨缺损6例

目的:探讨三维钛网治疗各种原因造成颅骨缺损的临床价值。方法:对6例颅骨缺损患者,在颅骨缺损3~6个月内行颅骨缺损成形术,术前应用16排CT扫描三维成像对钛网进行精确塑型。术后平均随访6~24个月。结果:6例病例塑形满意,几乎恢复原有容貌,平均手术时间缩短。结论:三维钛网辅以16排CT颅骨图像重建,应用于颅骨缺损成形术,具有手术时间短、组织创伤小、组织相容性好、固定稳固、手术操作简化等特点,具有推广应用价值。

CT断层图像重建的新滤波函数

在X射线断层成像(XCT)技术中,卷积反投影(CBP)是CT断层图像重建中一种很重要的方法,滤波是卷积反投影方法的重要环节,而重建图像的质量和滤波函数的好坏直接相关。为了提高重建图像的质量,首次提出先加权平均后线性混合的方法,基于卷积反投影重建算法理论,设计一种新滤波函数。通过仿真实验计算和分析,给投影数据加入不同强度系数的高斯随机噪声,并分别用新滤波函数和传统滤波函数进行重建,发现新滤波函数对所重建图像的质量较传统滤波函数有明显的改善。