基于光线投射的锥束CT正投影算法研究

计算机断层成像（computed tomography,CT）作为一种现代成像技术已经被广泛应用于医学诊断、工业无损检测等领域。在研究CT重建算法的过程中,正投影模拟数据是必不可少的一部分。本文提出一种基于光线投射算法的圆轨迹锥束扫描模式下的正投影算法,并结合CUDA（compute unified device architecture,统一计算设备架构）技术,实现了GPU（graphics processing unit,图形处理器）加速正投影计算。通过与传统的正投影算法相比,本文算法在投影图像质量上有一定的提高,并具有更高的计算效率。     

用于CT稀疏重建的对抗式多残差深度神经网络改进方法

目的 针对计算机断层成像(CT)稀疏重建过程中产生条状伪影的问题,本文提出了一种基于对抗式多残差深度神经网络的CT图像高精度稀疏重建方法.方法 设计了一种耦合多残差和对抗机制的UNet网络,以含条状伪影图像和高精度图像作为训练样本,通过大规模训练数据,对该网络进行训练,使其具有压制条状伪影的能力.首先,利用滤波反投影(...     

直线轨迹扫描断层成像中的图像重建与恢复方法

基于直线轨迹扫描的X射线断层成像方式,具有成像速度快、无物体重叠问题且造价较低等优点,在快速行李物品安检、大物体检查等领域具有较大应用潜力。不完备数据(有限角度)的图像重建及恢复是该成像方式的关键难题。本文介绍了一种适用于直线轨迹扫描断层成像的图像重建及恢复方法:在直接解析重建的基础上,利用linogram技术和总变分(Total Variation)正则化准则,实现快速稳定的外插迭代以补偿缺失数据,从而在保持图像边缘的同时,提高了图像像素值准确性,减小了图像伪影。     

基于压缩感知的双能CT不完备数据重建算法优化研究

本文针对基于压缩感知理论的双能CT不完备数据重建算法,分别提出了提高重建质量和缩短重建用时的优化方案。一方面,可以通过改进迭代过程中步长和角度的选取提高重建质量;另一方面,可以通过采用GPU技术进一步提高重建速度。初步实验结果表明,不同步长和角度的选取将直接影响重建图像质量,使用GPU技术后的重建算法可将完整重建一次的耗时从数十分钟缩短至几秒钟。因此,如能改善这两个优化方向,基于压缩感知理论的双能CT不完备数据重建算法的重建性能将进一步得到提升。     

CT图像中金属伪影的快速校正

CT系统由于检测对象含有金属夹杂而使得重建图像中出现金属伪影,影响图像的质量。针对金属伪影,提出一种快速而稳定的校正方法。首先判断金属投影区域,然后对金属投影进行插值,然后重建图像。最后,在重建的图像中插入金属部分,得到完整的重建图像。数值模拟和实际CT系统的实验表明,该方法能有效的消除金属伪影,并能保留金属信息,恢复图像的完整。该算法计算复杂度很小,计算快速,具有较高的实用价值。     

双能DR物质识别算法在CT成像系统中的应用

本文介绍一种适用于计算机断层成像（CT）的双能透视（DR）物质识别算法，此算法基于单能CT重建图像，通过对CT图像的分割及对断层几何信息的提取，分块重建材料有效原子序数及电子密度的分布。结合各种扫描轨迹的CT成像系统，可以实现有效的物质材料识别。同时，对比于传统的双能CT方法，本方法结合单能CT重建图像，改善了双能DR识别效果，能够实现较为精确的物质识别，在安全检查等应用领域有着现实意义。     

伪彩色增强显示的设计与实现

目的:本文研究适用于多种伪彩色算法的硬件电路设计,以实现将亮度信号转化成伪彩色信号输出。方法:采用灰度分割算法,根据不同灰度阈值来配置其灰度对应的颜色,并且设计实现了一套包括视频处理芯片SAA7111,复杂可编程逻辑器件EPM7256,视频编码芯片SAA7185及其单片机2051构造的伪彩色处理系统。结果:通过建立不同阈值的颜色查找表,编写VHDL程序,可以实现不同伪彩色增强显示的效果。结论:采用灰度分割算法,并且结合本设计的硬件电路,可以成功地完成适用于各种场合的伪彩色处理。     

CT旋转中心的精确确定方法

CT旋转中心（COR）的精确确定是图像准确重建的一个前提条件,COR的偏差会导致重建图像出现伪影,降低成像质量,本文对现有的COR确定方法进行了分析研究,在此基础上,利用中心投影具有π分割数据一致性的特点,提出了一种利用投影原始数据精确确定CT投影中心的方法。本方法无需专用校正模体,不需知道CT测量的几何参数,不需要全周扫描数据,对于射线源与旋转中心的连线不垂直于探测器的情况同样适用。实验结果证明,本方法适用范围广,抗随机噪声能力强,具有很好的应用前景。     

高能数据缺失下的双能CT重建算法实验研究

随着全球恐怖主义事件数量的逐年递增,公共安全问题越来越受到各国的重视,对安检系统的需求也越来越高。具有高精度物质识别特性的双能CT检测系统一直被认为是防范恐怖事件发生的最有效工具之一。但目前最典型的伪双能CT成像系统是由高低能量不同的两层全采样探测器单元组成。大量探测器单元的使用大大提升了系统成本,阻碍了大规模商用。2013年,我们提出了一种基于压缩感知理论的双能CT不完备数据重建算法,该算法仅利用少数高能探测器缺失数据即可实现图像质量相当的重建过程,模拟实验初步验证了算法的有效性。本文进一步使用在双能CT物品机上采集的真实数据验证算法的有效性。实验结果表明,在确保双能CT重建图像质量的前提下,使用基于压缩感知理论的双能CT不完备数据重建算法可以将双能CT探测器成本降低25％。     

能谱CT及CT灌注成像技术在孤立性肺结节诊断中的研究进展

能谱及灌注CT成像均是计算机断层扫描（computer tomography,CT）功能成像。随着CT技术发展，探测器宽度增加，多种重建算法的出现，辐射剂量降低，一站式CT能谱联合灌注成像也成为可能。能谱及灌注CT成像既获得常规形态学图像，还同时获得多种功能学参数，该优势使得其应用越来越广泛。本文就能谱CT成像和灌注CT成像在孤立性肺结节（solitary pulmonary nodules,SPN）诊断中的应用作以综述。     

另一种基于弦的锥束CT图像重建的推导方法

A series of papers by our group has layed thefoundation of a very general theory of image reconstruc-tion in cone-beam CT.Initially,Zou and Pan devel-oped a general formula from which a back-projectionfiltration algorithm was derived for yielding the imageon aπ-line segement of a helical source trajectory[1]with a minimum set of projection data.Theπ-line seg-ment is a line segment that connects two points on ahelix separated by no more than a single turn.It wasestablished previously thatπ…     

锥束/多层螺旋CT重建算法在工业CT中的应用及对运算速度的研究

目前临床应用的锥束/多层螺旋CT主要采用螺旋Feldkamp算法进行图像重建,体数据的重建需要消耗大量的时间,锥束/多层螺旋CT的图像重建一直是图像重建中的关键问题和衡量CT系统的重要指标之一。本文分析了几种快速重建算法的特点,并从算法结构、实现技巧及代码优化等方面论述了图像重建的方法,计算模拟和实验结果显示了这些方法可有效提高图像重建的速度。     

重建参数对CT肺结节容积测量的影响

背景与目的已有的研究证明:CT肺结节容积测量能够敏感反映结节容积的微小变化,在未定性肺结节的随访观察及良恶性鉴别方面具有重要应用前景。本研究旨在评估不同重建算法和层厚对CT肺结节容积测量的影响。方法对2009年12月-2011年8月在天津医科大学总医院行未定性肺结节CT随访研究的30例患者的CT图像进行后处理分析。共获取52个肺结节,应用3种不同的算法(骨密度算法、标准算法及肺算法)及层厚(0.625 mm、1.25 mm、2.5 mm)进行9次重建。由一位放射科医师应用肺结节容积分析软件进行容积测量。应用重复测量多元方差分析、相关分析及Bland-Altman法评价结节直径、算法、层厚对容积测量的影响。结果不同重建算法(F=13.6,P<0.001)、层厚(F=4.4,P=0.02)条件下测量所得的结节容积之间具有统计学差异。肺结节9次测量所得容积的变异系数和结节直径之间呈负相关(r=-0.814,P<0.001)。应用2.5mm层厚时,结节容积比1.25mm及0.625 mm层厚的一致性差,1.25 mm和0.625 mm层厚在采用骨算法时一致性最好。结论不同重建算法及层厚对肺结节容积测量有影响,尤其是直径较小的结节。在未定性肺结节尤其是肺小结节的随访过程中建议应用相同的重建参数。     

Image reconstruction and quantification in emission tomography

Radionuclide tomographic imaging has substantially benefited from the introduction of statistical image reconstruction. Although the main concepts of these iterative algorithms were published decades ago, their widespread use in clinical routine only became available with faster computers for image processing in the last few years. This article gives an overview of data acquisition and iterative reconstruction in emission tomography, deals with the popular maximum likelihood algorithm, and describes the basics of the maximum a posteriori reconstruction. Prerequisites and corrections necessary for quantification are discussed in the second part of the article on the basis of positron emission tomography. Improvements in technical equipment are expected to stimulate future research into image reconstruction.     

牙颌组织三维数字化建模技术研究

研究目的寻求基于CT图像重建牙颌组织数字化三维模型及可视化方法。方法基于牙颌组织的螺旋CT图像,利用Mimics,Gomagic Studio软件分别对牙齿及牙周组织进行重建,并导入有限元分析软件进行模型验证。结果建立了牙颌组织三维数字模型,包括牙齿、牙周模和牙槽骨。数字模型可输出用作CAD(计算机辅助设计)、RP(快速成型)及FEA(有限元分析)研究。结论利用该方法建立的三维模型具有很好的视觉效果和数学求解能力;螺旋CT、Dicom标准的应用使数字模型的建立更为精确;Mimics软件、Geomagic Studio软件使牙齿及牙周组织三维模型的建立更为方便,并可以输出多种格式的数字化模型用于进一步研究。     

扫描及重建条件对肺结节三维容积及CT值定量影响的体模研究

背景与目的 计算机断层扫描(computed tomography,CT)随访评估结节体积及密度变化是临床针对不定性肺结节采用的常用策略.在保证测量精度前提下降低CT剂量是需要考虑的问题.本研究旨在评估不同管电流及重建算法对肺体模结节容积定量及CT值测量的影响.方法 应用64排螺旋CT,管电压120 kV,7种管电流(10 mA、20 mA、50 mA、80 mA、100 mA、150 mA、350 mA)对肺结节体模进行扫描,采用滤波反投影(filtered back projection,FBP)、自适应迭代重建(ASIR:30%,50%,80%)算法进行重建,获取28套CT图像.应用肺结节分析软件对3种直径(2.5 mm,5 mm,10 mm)、三种CT值(-100 HU,60 HU,100 HU)共9个球型结节测量容积及平均CT值数据.应用重复测量方差分析评估不同管电流及原始数据重建算法对容积及CT值测量的影响.结果 直径为2.5 mm结节的容积测量相对误差(100.8%±28%)及三维CT值绝对误差(-756±80)HU最大;直径为5 mm及10 mm结节的容积相对误差小[(-0.9%±1.1%)vs(0.9%±1.4%)],但CT值绝对误差大[(-243±26)HUvs(-129±7)HU].针对直径为5 mm及10 mm结节使用重复测量方差分析结果显示,应用不同管电流及原始数据重建算法时容积测量相对误差没有显著性差异(F=5.60,P=0.10 vs F=11.13,P=0.08),三维CT值的绝对误差有显著影响(F=34.79,P<0.001 vs F=156.14,P<0.001).结论 不同管电流及重建算法对直径5 mm及10 mm的结节容积定量影响很小,因此较低管电流及迭代重建算法可以应用在5 mm以上肺结节的CT随访中.结节分析软件提供的平均CT值与标准CT值在不同大小、密度结节中均具有较大误差,不能应用于临床.     

螺旋CT三维重建技术对非小细胞肺癌放射治疗靶区勾画的研究

目的 研究螺旋CT三维重建技术对非小细胞肺癌放射治疗靶区勾画准确性的影响。方法 应用螺旋CT扫描,图像后处理应用TOMOCON图像融合系统。对肺内病灶分别以常规二维CT及二维CT结合螺旋CT三维重建技术进行肿瘤靶区勾画、体积计算及靶区横径及纵径比较。结果 48例肺癌病人CT定位扫描后常规二维CT靶区勾画结果:靶区体积(GTV)18.85~380.63 cm³,中位体积103.60 cm³;二维CT结合螺旋CT三维重建勾画结果:靶区体积(GTV)24.05~420.57 cm³,中位体积130.55 cm³。两组数据经配对t检验,分析结果P=0.037,有统计学意义。两组勾画结果显示横径平均差异为(1.5±0.5)mm。纵径平均差异为(3.0±1.5)mm。结论 螺旋CT三维重建技术在肺癌放射治疗靶区勾画中的应用价值是值得肯定的。可以作为常规CT横断面扫描图像勾画的一个有力补充,使得肺癌放射治疗靶区勾画的准确性大大提高。     

Comparison of advanced iterative reconstruction methods for SPECT/CT

AimCorrective image reconstruction methods which produce reconstructed images with improved spatial resolution and decreased noise level became recently commercially available. In this work, we tested the performance of three new software packages with reconstruction schemes recommended by the manufacturers using physical phantoms simulating realistic clinical settings.MethodsA specially designed resolution phantom containing three ^99mTc lines sources and the NEMA NU-2 image quality phantom were acquired on three different SPECT/CT systems (General Electrics Infinia, Philips BrightView and Siemens Symbia T6). Measurement of both phantoms was done with the trunk filled with a ^99mTc-water solution. The projection data were reconstructed using the GE's Evolution for Bone^®, Philips Astonish^® and Siemens Flash3D^® software. The reconstruction parameters employed (number of iterations and subsets, the choice of post-filtering) followed theses recommendations of each vendor. These results were compared with reference reconstructions using the ordered subset expectation maximization (OSEM) reconstruction scheme.ResultsThe best results (smallest value for resolution, highest percent contrast values) for all three packages were found for the scatter corrected data without applying any post-filtering. The advanced reconstruction methods improve the full width at half maximum (FWHM) of the line sources from 11.4 to 9.5 mm (GE), from 9.1 to 6.4 mm (Philips), and from 12.1 to 8.9 mm (Siemens) if no additional post filter was applied. The total image quality control index measured for a concentration ratio of 8:1 improves for GE from 147 to 189, from 179. to 325 for Philips and from 217 to 320 for Siemens using the reference method for comparison. The same trends can be observed for the 4:1 concentration ratio. The use of a post-filter reduces the background variability approximately by a factor of two, but deteriorates significantly the spatial resolution.ConclusionsUsing advanced reconstruction algorithms the largest improvement in image resolution and contrast is found for the scatter corrected slices without applying post-filtering. The user has to choose whether noise reduction by post-filtering or improved image resolution fits better a particular imaging procedure.     

数字化技术在软组织肉瘤新辅助治疗前后肿瘤退缩评估中的预测价值#br#

目的 探讨数字化技术对软组织肉瘤新辅助化疗前后评估肿瘤体积（GTV）的临床应用价值。 方法 选取中国医科大学附属盛京医院骨与软组织肿瘤科软组织肉瘤患者1例,新辅助化疗前后行64排螺旋CT增强和三维重建,获得DICOM原始数据,将其导入三维影像工作站软件,对目标区域肿瘤及骨组织区分后,生成三维模型,协助医生进行化疗疗效评价,术前进行手术设计以及与患者进行有效沟通。 结果 利用基于CT影像学原始数据的高清重建,可清晰显示新辅助化疗前后软组织肉瘤肿瘤体积变化,可对肿瘤退缩进行有效评估。结论 数字化技术可有效评估新辅助治疗前后肿瘤退缩情况,在软组织肉瘤手术的个性化治疗上具有应用前景。