非PI线的半覆盖螺旋锥束CT的Katsevich重建

半覆盖螺旋锥束CT可以扩大传统螺旋锥束CT的视场区域,但是每个投影角下的投影数据都是横向截断的。Katsevich算法作为一种精确的重建算法,它可以得到质量较高的重建图像,但是它要求PI线上的数据是非截断的,无法直接应用于半覆盖的螺旋锥束CT。根据半覆盖螺旋锥束CT的特点和Katsevich算法本身的分析,提出了一种非PI线的Katsevich算法。它将求导后的投影数据直接沿探测器的行方向进行滤波,而不是将投影在Tam窗内重排后滤波。反投影时,也不需要根据重建点求相应的PI区间,而是直接根据重建点的z坐标求出的2π区间。实验结果表明,提出的成像方法避开了PI线对重建的影响,得到了待检测区域的完整图像。

PI线理论下的扇形束CT反投影滤波精确局部重建算法

由于扇形束CT图像重建易于实现和控制,被广泛应用于医学和工业无损检测.为了解决截断投影数据的精确重建问题,该算法提出一种基于PI线的扇形束反投影滤波(backprojection filtration,BPF)局部重建算法,先将获得的投影数据微分,再将微分的数据加权反投影到平行的PI线上,最后沿PI线方向进行有限Hilbert变换获得重建图像.该算法只利用理论上最少的投影数据就实现了图像的精确全局重建,同时利用求导和有限Hilbert变换的局部特性最终实现了图像的精确局部重建,减少了成像扫描和对被扫描物体的辐射剂量;最后还利用不同的求导方法和插值方法进行仿真,比较其对重建图像的影响,三点求导和线性插值能使图像获得更高的精度,伪影较少,更具利用价值.

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。

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。

螺旋锥束精确重建算法优化

精确重建算法是当今研究的热点,其反投影计算量很大。因此以Katsevich算法为例,将PI线二分法求端点转变为一元函数的迭代求根进行优化;利用锥束扫描模式存在的对称性和正、余弦的特性,减少计算投影位置的次数。实验表明,优化效果较好。

基于GPGPU的锥束螺旋CT DBPF重建算法的实现与加速方法研究

基于PI线的微分反投影滤波(DBPF)算法是新型的锥束螺旋X射线CT精确重建算法,然而,由于计算量大,在CPU上重建速度缓慢。通用图形处理器(GPGPU)是一种SIMD并行硬件架构,具有强大的浮点运算能力。本文介绍一种新的PI线选取和采样方法,利用美国NVIDIA公司的计算统一设备架构(CUDA)为DBPF算法的PI线重建提供加速优化策略。使用模拟数据的重建实验进行方法的性能测试,得到了满意的图像质量,重建速度也显著提升(318倍加速比)。还讨论了重建参数对重建图像质量和计算速度的影响,建议了参数选择方式。

用反投影滤波算法实现CT图像的ROI重建

为了实现感兴趣区域(Region of Interest,ROI)的重建,使用了一种利用微分和有限希尔伯特变换的局部特性的反投影滤波(back projection filteration,BPF)算法。该算法是一种理论上精确的ROI重建算法,首先对仅仅覆盖ROI区域的投影数据微分,然后反投影到ROI区域,最后沿着覆盖ROI区域的PI线做有限希尔伯特滤波得到ROI图像。仿真实验表明BPF算法和经典的滤波反投影(Filtered Back Projection,FBP)算法的全局重建的精度基本相同,但该算法可以实现精确的ROI重建,而FBP算法因不具有局部特性,不能实现ROI重建。在实现有限希尔伯特变换时,采用了加权希尔伯特变换的方法,有效地避免了图像两边的亮条伪像。

一种利用小体积偏置探测器的新型锥束X射线CT系统(英文)

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．提出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．在这种新型扫描方式下,现有的CT重建算法都不能处理．因此,提出了一种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．最后,数值模拟实验和真实CT系统实验结果均验证了该系统和重建算法能够获得高质量的CT图像．

半覆盖锥束CT中扁平物体的高效反投影滤波重建

全覆盖圆轨迹扫描的成像视野受探测器宽度限制,对于大物体的成像效率较低.半覆盖扫描可以将成像视野扩展近1倍,图像重建首推使用反投影滤波型算法.反投影滤波型算法按PI线重建,各PI线积分区间的不一致性导致通信和计算消耗大,影响重建效率.针对半覆盖成像中扁平形状物体的重建问题,提出了一种改进的反投影滤波型算法,且证明了当扁平物体的厚度小于2Rsin(2π/Np)(R为扫描半径,Np为圆扫描一周均匀采集的投影数量)时,PI线积分区间的不一致性在数值计算过程中的误差是可以忽略的.改进后的算法相比原半覆盖反投影滤波算法具有两个明显的优势:一是数值计算过程中角度循环移至PI线循环之外,算法的通信需求显著降低;二是投影数据求导、反投影和沿PI线滤波三个步骤均能够并行计算,算法的并行性得到增强.数值仿真与实际数据的实验结果表明,本文算法与原半覆盖反投影滤波算法的重建精度相当,但计算效率提高了4.6倍.