基于投影匹配的双能计算机断层成像投影分解加速算法

双能计算机断层成像(CT)技术是CT成像领域未来重要的发展方向。双能CT重建算法主流的模型是基物质分解模型,算法的核心关键是求出基物质分解系数投影值。基于投影匹配的双能CT投影分解算法通过建立能谱查找表,使用最小二乘法进行匹配查找得到分解系数投影值。但该方法由于查找表数据庞大,计算时间长,不利于临床的应用。本文在该方法的基础上,提出一种通过直线方程拟合和平面方程拟合查找表数据,快速计算分解系数投影值的改进算法。仿真实验证明,该算法在大幅提高计算速度的同时,也能稳定地收敛到正确的解。     

基于穿越长度权重迭代重建算法的研究

目的:传统的CT迭代算法中为了简化运算,投影系数的计算选择用成像射线路径是否穿过像素内来确定投影系数矩阵中元素的数值,穿过为1,不穿过为0。有些射线只穿过像素的边缘,也被赋值为1,扩大了该射线对相应像素投影值的贡献。为减小图像重建的误差,提高图像重建质量,提出了基于穿越长度权重的迭代重建算法,通过精确建模,选择用成像射线路径在像素内的穿越长度来确定投影系数矩阵中元素的数值。方法:采用MATLAB7.0仿真工具,对Shepp-Logan模型进行计算机仿真扫描,分别以传统投影系数和穿越长度权重计算的投影系数进行ML-EM迭代重建图像。结果:仿真数据表明基于穿越长度权重投影系数的ML-EM迭代重建算法,相比基于传统投影系数的迭代重建算法,可以提高重建图像的质量。结论:基于穿越长度权重的ML-EM迭代重建算法,通过精确建模达到了控制噪声、减小误差、较为准确重建的目的。通过对成像的几何和物理因素进行精确的建模,能有效地控制其中的非随机部分的影响,减小图像重建误差,一方面对迭代重建算法提供一种新的投影系数的计算方法,另一方面进一步提高迭代算法在CT重建中的图像质量。     

扇形束CT超短扫描优质重建算法研究

本研究提出一种基于π线的扇形束CT超短扫描优质重建算法，新算法仍采用经典的FBP重建算法框架，当且仅当满足通过感兴趣区域的任一直线均与扫描轨道相交时，就可以有效地进行该区域的精确重建。新重建公式中回避了投影数据的求导运算，将加权Hilbert滤波转化为Hilbert滤波与Ramp滤波的组合形式。由于实际重建过程中要对离散数据进行处理，新算法中导数的回避将增加数值计算稳定性，提高重建图像质量。为验证新算法理论分析的有效性，通过与经典的超短扫描重建算法作对比实验，结果印证了新算法可完成超短扫描优质重建，在数值计算稳定性与重建图像质量提高两方面均有尚佳表现。     

一种基于全局字典学习的小动物低剂量计算机断层扫描降噪方法

在小动物计算机断层扫描(CT)实验中,因需考虑小动物存活率以及实验的连续性等问题,一般较少采用高剂量的X射线进行实验;而低剂量的X射线会导致重建图像被噪声污染,影响图像质量,不利于后续实验分析。为解决此问题,本文介绍了一种基于全局字典学习的降噪方法,并将其应用于提升低剂量小动物CT重建图像质量的研究中。针对真实的小动物CT重建数据,选择高剂量的小动物CT重建图像作为训练样本,利用逐列更新的字典学习算法(K-SVD),构建包含图像信息的全局字典;利用正交匹配追踪算法(OMP)将低剂量重建图像利用全局字典进行稀疏分解,分离噪声,最后将重建图像复原,达到降噪、提升图像质量、降低小动物CT实验的拍摄剂量、提高小动物存活率的目的。实验结果表明,本文提出的方法能够有效减少低剂量动物CT图像的噪声,并能够较好地保留图像细节。     

基于图像线性融合的低剂量CT成像

提出一种基于图像线性融合的低剂量CT成像策略。首先采用弦图恢复技术对低剂量投影数据进行预处理,然后将处理前后的投影数据分别进行滤波反投影(FBP)重建,最后将两幅重建图像进行线性融合得到合成图像。与低剂量FBP重建图像和弦图恢复后的FBP重建图像相比,合成图像在噪声抑制和分辨率保护之间取得了平衡,在60%时取得较佳兼顾性。     

基于投影矩阵广义逆的CT重建迭代算法

目的在CT检查时,有限角度投影和稀疏矩阵投影能够减少X射线的剂量,然而这会导致投影数据不足,给图像重建带来一定的困难。为了克服这一难题得到较好的重建图像,本文提出一种基于计算投影矩阵广义逆的CT迭代重建算法。方法该算法在计算过程中,将重建图像表示为投影矩阵以及其广义逆的乘积。首先使用一阶迭代计算广义逆矩阵,但是由于投影矩阵和其广义逆矩阵都比较大,在迭代过程中以投影和滤波反投影代替。然后通过不同的算法分别对平行束投影、有限角度投影、稀疏矩阵投影的数据进行重建,并对重建结果的均方差、通用图像质量指标以及图像互信息进行比较。结果本文提出的方法重建出图像的均方差、通用图像质量指标和图像互信息更优,而且重建时间较短。结论该方法能够在没有未知图像先验结构信息和伪影猜想的情况下有效地提高重建图像的质量,而且该算法不需要计算投影过程,重建过程简单易行。     

80kV结合迭代算法进行多层螺旋CT小儿胸部成像可行性

目的:探讨多层螺旋CT(MSCT)低千伏小儿胸部成像的可行性和相关图像质量评价。方法:60位行低千伏胸部扫描的儿童(2个月~9岁,中位数2岁)纳入研究。使用256层CT(Philips Brilliance i CT)完成胸部平扫(80 k V,10~15m As),并记录辐射剂量长度乘积(Dose Length Product,DLP),计算有效辐射剂量(Effective Dosage,ED)。所有图像数据采用6组不同的滤波函数进行回顾性重建:A组,滤波反投影(Filtered Back Projection,FBP)+平滑函数;B组,FBP+标准函数;C组,FBP+锐利函数;D组,迭代4(i Dose4)+平滑函数;E组,i Dose4+标准函数;F组,i Dose4+锐利函数。在工作站上分别完成多平面投影重建(Multi-Planar Reformation,MPR)、最小密度投影(Minimum Intensity Projection,Min IP)和容积重建(Volume Rendering,VR),并在左心室最大的横断面测量脂肪、肌肉、降主动脉和肺野的图像噪声值,由两位资深放射科医师共同评价图像质量。结果:迭代图像质量评价优于传统滤波反投射图像,D组在降主动脉横断面上噪声和信噪比与A组相比,分别下降55%、提高69%,DLP为(6.4±2.6)m Gy·cm,ED为(0.11±0.04)m Sv。结论:80 k V结合迭代算法的低剂量MSCT小儿胸部成像是可行的。     

基于双边滤波迭代修正的CT欠投影ART重建

针对CT欠投影数据进行成像问题,本文提出了一种基于双边滤波迭代修正的代数迭代(ART)重建算法。该算法在每一次迭代过程中,先采用ART算法重建图像并进行非负约束,然后采用双边滤波法对以上约束后的图像进行修正,再进入下一次迭代,直到满足迭代终止条件。为了进一步提高图像重建质量和加快迭代收敛速度,利用改进的双边滤波算法以提高迭代效能。通过对Shepp-Logan体模和真实投影数据进行重建,验证了本文算法的可行性,并与滤波反投影(FBP)算法、ART算法、ART混合高斯滤波(GF-ART)算法相比较。结果表明,本文算法重建出的图像信噪比更高,能够更好的保持图像边缘信息。     

O-MAR技术在髋关节置换术后CT中的应用

目的探讨O-MAR技术在髋关节置换术后CT中的临床应用价值。方法对30例髋关节置换术后患者行CT检查,对原始数据分别采用常规FBP算法和O-MAR算法进行图像重建,比较2种算法所得图像质量的主、客观评价的差异。结果 O-MRA算法图像的主观评分显著高于常规FBP算法。与FBP组相比,O-MRA组的伪影长度显著减短、金属植入物临近肌肉的CT值增高、噪声值减低(P<0.01)。结论 O-MAR技术可有效地减少髋关节置换术后CT的金属伪影,纠正植入体周围的CT值,改善图像质量。     

基于迭代算法的双源CT双能量单能谱成像技术在腹部血管的成像研究

目的:探讨基于原始数据迭代算法(Sonogram Affirmed Iterative Reconstruction,SAFIRE)的二代双源CT单能成像技术在腹部血管(门静脉)的成像质量评价。方法:对符合临床要求行上腹部增强CT扫描,且门静脉期行双能扫描的40例病患纳入研究。采用双能量单能谱软件得出门静脉主干对比信噪比(Contrast to Noise Ratio,CNR)能量变化曲线,得出最佳单能量点的单能图像。将扫描得到的门脉期图像数据进行3组不同函数的回顾重建:A组为最佳单能量+滤波反投射(FBP);B组为最佳单能量+迭代SAFIRE-3级;C组为双能两球管(80 k V和140 k V)扫描完成后,自动加权生成的管电压为120 k V的门脉图像作为常规对照组,即120 k V+FBP。在工作站上分别完成门静脉血管重建的最大密度投影,容积再现(Volume Rendering,VR)和多平面重建,并在门脉分支中心层面测量门静脉主干,肝实质结构的CT值和图像噪声值,并计算CNR值。由两位高年资放射科医生对门脉图像进行评价评分。结果:A、B、C三组的门脉CT值分别为(192.31±37.88)HU、(189.89±37.42)HU和(152.54±27.58)HU;CNR值分别为5.83±1.28、8.16±1.96和2.57±1.27。A,B两组门脉图像质量明显高于C组,有统计学差异(P0.01)。结论:双源双能CT在门脉成像中,单能量成像与常规成像方式相比,能够大大提高图像质量,可以应用于临床。     

一种用于获得多层螺旋CT共面数据的非线性插值算法

共面插值作为多层螺旋CT重建过程中重要的一步,不同的算法会直接影响最终成像质量.我们介绍了单层360°和180°线性插值及对应的多层360°和180°插值,同时提出了一种非线性的二次拟合算法,并通过分析其与线性插值的优缺点,提出了二次拟合算法的优化算法(OQA).通过实验结果比较,采用优化的二次拟合算法能够同时得到较好...     

双源变螺距螺旋计算机断层成像重建算法

计算机断层成像血管造影术(Computed tomography angiography, CTA)是诊断血管疾病的重要手段.我们提出了一种适用于CTA的双源变螺距螺旋计算机断层成像(Computed tomography, CT)重建算法,投影数据由双源双多层螺旋CT进行采集,采集过程中,螺旋CT的螺距不再是固定的常数,而是随着时间不断地改变.变螺距的双源螺旋CT的重建算法与定螺距的双源双多层螺旋CT重建算法不同之处主要在于采用了新的更一般的轴内插公式.双源变螺距螺旋CT能够更有效地跟踪造影剂,获得具有更高时间分辨率的重建图像.仿真结果表明了该算法的正确性与有效性.     

基于稀疏分解的医学CT图像去噪

医学CT图像成像过程中,由于成像机制的影响,不可避免的引入噪声。图像中的噪声会降低图像质量,影响临床诊断。因此,有必要对医学CT图像进行去噪处理。本文采用图像的稀疏分解方法来对混有噪声的肝癌CT图像进行消噪处理,提出分块稀疏分解去噪。实验表明,本文算法对医学图像中噪声去除有一定效果。在分解原子个数相同的条件下,本文方法去噪后重建图像比在整幅图像上进行稀疏去噪重建的计算速度提高了约15倍。     

一种用于获得多层螺旋CT共面数据的非线性插值算法

共面插值作为多层螺旋CT重建过程中重要的一步,不同的算法会直接影响最终成像质量。我们介绍了单层360°和180°线性插值及对应的多层360°和180°插值,同时提出了一种非线性的二次拟合算法,并通过分析其与线性插值的优缺点,提出了二次拟合算法的优化算法(OQA)。通过实验结果比较,采用优化的二次拟合算法能够同时得到较好的层敏感性及伪影抑制性。     

基于双层字典学习的低剂量CT图像重建算法

目的低剂量投影条件下的CT图像重建。方法采用双层K-奇异值分解(K-singular value decomposition,K-SVD)字典训练的学习方法进行图像的超分辨率重建。字典学习方法中采用KSVD算法,稀疏编码采用正交匹配追踪(orthogonal matching pursuit,OMP)算法。该算法首先利用训练库进行第一层字典训练,然后利用第一层训练的字典对低分辨率图像进行重建。进而将重建图像作为第二层待重建图像的输入,这样使得第二层输入图像含有较多的高频细节信息,因此能在重构的过程中恢复更多的细节信息,让高分辨率重构图像达到较好的效果。结果双层字典重建效果明显优于KSVD算法,重建图像更接近于原始高分辨率CT图像。结论本研究对双层字典训练学习的框架进行反迭代投影的全局优化改进,改善了图像的重建质量。     

浅谈一体化PET/MRI设备衰减校正技术

一体化正电子发射型计算机体层摄影术(PET)/MRI设备是PET/CT设备之后最先进的分子影像成像设备。文章简要介绍一体化PET/MRI设备基于磁共振的衰减校正(MRAC)技术的基本原理及临床上常用的利用MRI信号进行图像重建时PET数据的衰减校正方法,重点介绍最新的MRI超短回波时间(UTE)技术和零回波时间(ZTE)技术实现MRAC的精准定量化衰减校正方法 ,不仅可以提高PET的扫描速度,而且可以获得精准定量化的PET图像,从而大大提高图像质量。随着新的MRI序列的研制和序列的优化配合新算法和软件的使用,有可能促进PET衰减校正量化方法质的飞跃,成为辅助临床诊断和指导治疗决策的有力工具。     

基于全卷积神经网络的低剂量CT去噪算法

针对低剂量医学CT图像因减少辐射剂量而引入大量噪声，导致图像质量显著下降的问题，提出一种基于残差注意力机制和自适应特征融合的低剂量CT图像去噪算法，该算法使用全卷积神经网络来完成低剂量CT图像去噪。在网络框架中引入残差注意力机制和选择性内核特征融合模块，以过滤噪声信息，提取有效特征并自适应地融合图像特征，避免重建过程中的细节损失，提高图像质量，使去噪后的图像在感知上更接近原始图像。定性和定量实验表明，与现有的算法相比，在真实的临床数据集上，所提出的算法能够有效地抑制噪声，并恢复低剂量CT图像中更详细的纹理。与低剂量CT图像相比，所提出的算法将峰值信噪比提高14.94%，结构相似度提高4.68%，均方根误差降低40.11%，可以满足医学成像的诊断要求。     

图像域迭代重建算法对腹部CT平扫图像质量和辐射剂量的影响

目的:探讨图像域迭代重建算法对腹部CT平扫图像质量及辐射剂量的影响。 方法:以辽阳市中心医院2017年1月~2018年4月行腹部CT平扫的150例患者为研究对象,依据就诊先后顺序随机将其分为观察组与对照组,各75例。均行自动毫安控制技术扫描,管电压均为130 kV。观察组预设图像质量参考毫安秒150 mAs,行图像域迭代重建算法重建;对照组预设图像质量参考毫安秒250 mAs,行滤波反投影重组。通过CT值、图像噪声SD、图像信噪比、对比噪声比评价两组图像客观质量,并行图像质量主观评价,记录两组CT剂量容积指数。 结果:观察组肝脏、脾脏的图像噪声SD均显著低于对照组,图像信噪比均显著高于对照组,差异有统计学意义（P<0.05）;CT值、对比噪声比、主观整体质量评分两组比较差异均无统计学意义（P>0.05）;观察组CT剂量容积指数为（10.02±2.85） mGy,显著低于对照组的（15.68±4.36） mGy,差异有统计学意义（P<0.05）。 结论:图像域迭代重建算法不仅能保证腹部CT平扫图像质量,而且能有效减少辐射剂量。     

一体化TOF-PET/MR时间校正方法的对比研究

一体化TOF-PET/MR是获得高精度正电子断层扫描(PET)图像同时一并获得磁共振(MR)图像的多模态成像设备,具备飞行时间(TOF)功能。其中PET系统利用了正电子湮灭产生的两个方向180°的光子被探测器接收的时间差,来缩小响应线上湮灭发生位置的范围。由于每个探测晶体自身硬件条件不同和外部噪声影响,不同晶体的时间偏移不同,所以需要对一体化TOF-PET/MR进行精确的时间校正来使得系统正常工作。我们采取三种不同原理的方法对系统进行时间校正,第一种为利用几何方法构建扇形束模型,来拟合时间偏移的高斯分布,从而求晶体时间偏差的迭代方法,简称扇形束法;第二种为构建超定方程组的解,并利用L1范数最小化求解的方法,简称L1-norm法;第三种利用大量数据构建直方图,拟合寻峰后的结果构成超定方程组,利用L2范数最小化进行求解,简称L2-norm法。本文对这三种方法所需数据量和计算时间进行了比较,对时间校正后系统重建图像进行了分析。为了减小采集数据时放射源位置偏移对校正结果的干扰,我们设计了位置校正算法对采集数据进行预处理,该算法能直接计算出筒源摆放位置,并减少因为偏心产生的图像伪影。实验结果证明,L2-norm法噪声比较小,但是计算速度慢;L1-norm法拥有最快的计算速度,但是图像质量较差;扇形束法较其他两种方法拥有更高的图像质量,尤其是对于微小病灶的探查能力更强,因此在一体化TOF-PET/MR中使用扇形束法进行时间校正最佳。     

基于扇束—并行数据的CT图像重建

第三代扇束计算机断层成像扫描仪(CT)每次扫描获取一组完整的投影数据,相关的滤波反投影算法需要一个耗费计算的图元相关加权因子。简化重建过程的方法包括一种将扇束数据改组为并行投影数据的方法。这种改组包括以下两步:第一步称为方位角插值,得到扇束—并行结构,将数据在通过Radon空间原点的径向直线上非均匀排布;第二步是轴向插值以形成并行数据。在合适的视图和投影采样条件下,方位角插值可以用数据重排或投影的通道相关延迟来代替。论文研究了由扇束—并行数据直接重建图像的反正弦算法;给出了尽管并不严密,但却是非常近似的算法描…