基于OPED的有限角投影数据快速重建算法

针对Radon投影的计算机断层(Computer Tomography, CT)重建问题,提出了一种新的基于单位圆上正交展开法(Orthogonal Polynomial Expansions on the Disk, OPED)的有限角投影数据快速重建算法。该算法通过求解缺失投影与已知数据分别对应的正弦变换数据集之间所满足的线性方程组,得到完备数据正弦变换数据集的近似值,之后运用快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform, FFT)及线性插值算法提高重建速度从而缩短重建时间。分别推导了单、双边投影数据缺失时的快速重建算法并给出了重建结果,实验结果证明,该方法能够有效提高重建效率。     

基于张量广义全变分最小的稀疏角度螺旋CT重建

目的为减少螺旋CT扫描X射线辐射剂量,提出一种基于凸集投影的张量广义全变分最小（TTGV-POCS）的稀疏角度螺 旋CT迭代重建算法。方法将螺旋CT三维体数据看作三阶张量,利用张量广义全变分（TTGV）最小约束刻画其三维图像的数 据特性,并纳入凸集投影迭代重建框架,实现稀疏角度螺旋CT的鲁棒重建。TTGV-POCS算法充分利用螺旋CT图像数据的一 阶梯度与二阶梯度的空间结构稀疏性和三维数据层间相关性,可有效抑制稀疏角度重建图像中的伪影与噪声,并较好保持图像 边缘信息。结果XCAT体模数据与病人扫描数据的实验结果表明,TTGV-POCS算法相比现有重建算法在降低噪声、去除伪影 和保持边缘等方面均有较好的表现;比较XCAT体模数据稀疏角度重建结果,本文提出的TTGV-POCS算法相比现有重建算法 PSNR定量指标可提升9.17%~15.24%;FSIM定量指标可提升1.27%~9.30%。结论TTGV-POCS算法可有效改善稀疏角度螺 旋CT重建图像质量,降低螺旋CT检查辐射剂量,更好服务于临床影像诊断。     

一种基于离散Tchebichef正交多项式和傅里叶梅林矩的局部多特征图像检索算法

提出了一种基于离散Tchebichef正交多项式和傅里叶梅林矩的局部多特征图像检索算法。通过对图像进行正交变换和多分辨率重排序,在变换域中提取出纹理、颜色和形状特征,生成具有较强区分能力的图像特征。由于傅里叶梅林矩具有旋转不变性,因此在处理发生旋转变换和平移变换的图像时,检索效果较好。最后,对提出的算法用多个数据集进行了检索实验,并对实验结果进行了比较和分析。     

磁共振图像处理中部分傅里叶重建算法的比较

目的：比较磁共振（M RI）图像处理中部分傅里叶重建算法,对比各算法的优缺点,改进算法。方法基于部分傅里叶重建算法理论上的k空间数据的共轭、对称性,利用1．5 T 医用M RI设备,采集全k空间的数据,重建时仅利用其中55％～85％的数据模拟部分采集方式,用零填充、共轭对称、Homodyne、POCS几种算法分别重建图像。结果共轭填充方式振铃伪影最明显,POCS算法去振铃伪影效果最好。结论 POCS算法多次用低频相位加权迭代,在去掉伪影的同时造成高频图像细节丢失,且耗时较长;Homodyne算法能在保留图像细节和消除振铃中间取得较好的平衡,如果用Sinc函数作为权重函数进行相位解缠绕,还可以进一步提高图像质量。     

基于混合滤波的避投影数据微分螺旋锥束CT重建

目的 本文将综合现有经典CT重建算法的优点,提出一种新的基于Hilbert-Ramp混合滤波的避投影数据微分螺旋锥束CT优质重建算法.方法 新算法采用Katsevich算法框架.将现有FDK类型算法和Katsevich算法的不同优点有机地融合.完全回避投影数据中关于探测器坐标变量的直接微分运算.结果 实验结果表明本文提出的新算法理论分析的正确性,有效地提高了螺旋锥柬CT重建图像的分辨率,减少了重建伪影.结论 文中提出的基于Hilbert-Ramp混合滤波的避投影数据微分螺旋锥束CT重建公式是对Katsevich重建公式的重要改进.同时Ramp滤波的引入可以针对不同的临床应用进行优化设计.     

多排螺旋CT三维重建技术在外伤骨折中的应用

多排螺旋CT三维重建技术是在工作站上应用计算机软件对多排螺旋CT扫描所获得的容积数据进行后处理,重建出两维或直观三维立体图像,是利用二维投影恢复生物组织结构三维信息(形状等)的数字过程和技术[1].     

基于圆扫描轨迹的锥形束CT重建与环形伪影消除

FDK算法由于其数学表达简单,实现简单、快速,是目前基于圆扫描轨迹的锥形束CT（Cone-beam CT,CBCT）重建的主流算法。但CBCT采集系统固有的机械误差和在大锥角的情况下,重建图像会引入各种伪影。本文利用体模投影图像、老鼠投影数据和VARIAN23EX医用直线加速器采集的真实人体投影数据对FDK算法进行了验证,并提出了一种快速精确消除重建后图像环形伪影的方法,该方法能精确的定位出环形伪影,并不受环形伪影宽度大小的约束,能最大限度的保全原有图像信息。     

基于噪声水平估计的低剂量螺旋CT投影数据恢复

目的 构建任意低剂量水平下螺旋CT投影数据恢复模型。方法 首先,利用噪声估计模块估计任意低剂量水平的投影数据噪声方差图;然后利用估计出的噪声方差图指导投影数据进行恢复,即投影数据恢复模块;最后,采用滤波反投影算法进行图像重建。其中,噪声估计和投影数据恢复模块采用三维小波残差密集群网络结构,并利用非对称损失和全变分正则化进行约束。为验证方法的有效性,利用不同恢复模型分别对1/10、1/15常规剂量CT图像进行恢复,并与现有CT图像恢复网络IRLNet、REDCNN、MWResNet进行对比实验。 结果 在定量指标对比方面,本文提出的螺旋CT投影数据恢复方法相比于其他图像域恢复方法,结构相似性提升5.79%~17.46%（P<0.05）;临床影像医师图像质量评分结果显示,评分比其他方法高7.19%~17.38%（P<0.05）。结论 本文提出的投影数据恢复模型能够有效抑制不同低剂量水平投影数据中的噪声和伪影,重建得到组织结构完整、高分辨率的CT图像。     

二维变换中的自傅里叶-菲涅耳函数

研究了二维变换中的自傅里叶-菲涅耳函数。为方便演算,提出了菲涅耳变换的一种新形式,证明了在一定的条件下,可构造自傅里叶-菲涅耳函数。其次,对于二维离散变换,提出了离散傅里叶变换和离散菲涅耳变换的新形式,证明了在一定条件下,可找到自离散傅里叶-菲涅耳函数。这些函数可用于光信息处理。     

基于FDK框架的锥形束Pseudo-LT优质重建

目前 医用CT已由二维扇形束扫描模式成功演变至三维锥形束扫描模式.本文作者从经典的FDK算法框架出发,结合Noo等人提出的二维扇形束超短扫描重建算法,并在本文作者先前工作的基础上.首次将二维Lambdatomography(LT)算法与FDK型算法结合,提出一种新的锥形束Pseudo-LT算法,新算法在回避了成像公式中有关PI线计算的同时,还将关于投影数据的微分运算进行回避,较基于PI线的LT重建有了较大改进,提高了图像重建速度和重建质量.数值实验进一步验证了本文算法的有效性.

Abstract：

The medical CT scanner is rapidly evolving from the fan-beam mode to the cone-beam geometry mode. In this paper, a new cone-beam pseudo Lambda tomography was proposed based on the Noo's fan beam super-short scan formula and FDK framework. The proposed pseudo-LT algorithm, which avoids the computation of any PI line and any differential operation, has a significant practical implementation, thus leading to the images with quality improvement and reduced artifacts. The results in the simulation studies confirm the observation that the new algorithm can improve the image resolution over the traditional algorithms with noise projection data.     

基于噪声相关性的惩罚加权最小二乘算法在低剂量数字乳腺层析成像中的应用

目的对投影数据方差的精确建模并结合DBT平板探测系统的噪声相关性构建精准噪声模型下的基于噪声相关性的惩 罚加权最小二乘算法在低剂量乳腺层析成像图像中的应用。方法首先对投影数据进行量子噪声和电子噪声建模,使以往常用 的近似噪声模型精准化,然后构建基于噪声相关性的惩罚加权最小二乘算法用于投影数据恢复;最后对处理后的投影数据采用 滤波反投影算法进行重建。结果对不同剂量下ACR标准体模数据进行处理得到的重建结果噪声明显降低,细节对比度提 高。恢复投影数据的重建图像与原始数据重建图像相比,CNRs和LSNRs提升了约3.6倍。结论对投影数据噪声抑制效果明 显,重建DBT图像质量有很大的提升。     

基于投影数据全广义变分最小化的低剂量CT重建

目的 提出基于投影数据全广义变分最小化的低剂量CT重建方法.方法 首先,通过非线性Anscombe变换将满足Poisson分布的投影数据转化为近似Gaussian分布,然后基于全广义变分正则化模型对变换后的Gaussian型数据进行噪声去除.最后,对去噪的结果进行Anscombe逆变换后实现传统的滤波反投影(FBP)CT重建.结果 数值体膜实验结果表明本文提出的方法可以大大地改进重建图像的质量.FBP方法重建的Clock和Shepp-Logan体膜图像的信噪比分别为17.752 dB和19.379 dB,本文方法重建的图像的信噪比提高到24.0352 dB和23.4181 dB.FBP方法重建方法重建的Clock和Shepp-Logan体膜图像的均方误差分别为0.86%和0.58%,本文方法重建的图像的均方误差降低到到0.2%和0.23%.结论 本文方法可以在投影数据不满足分段常数假设的前提下去除噪声和条形伪影,从而提高低剂量CT图像重建质量.     

运动配准先验图像的4D-CBCT优质重建

四维锥束CT（4D-CBCT）成像可以为图像引导放射治疗提供精确的实时呼吸运动定位信息,如何提高4D-CBCT重建图像 的精确度是目前研究的热点,压缩感知方法（PICCS）算法在基于压缩感知（CS）理论的所有4D-CBCT重建算法中表现上佳,本 文提出的改进先验图像的PICCS算法在传统PICCS算法基础上针对先验图像进行改进,按照每一个相位的位置信息构建其对 应的先验图像,消除了投影数据不匹配所导致的重建图像运动模糊的现象,实验结果展示了文章方法相比传统的PICCS重建结 果组织边界更加清晰,运动伪影减少,图像分辨率提高。     

一种新的基于纠正正弦图探测值的PET图像Bayesian重建算法

目的 提出一种新的耦合反馈(CF)修改观测值的迭代模型以进一步改进正电子发射成像(PET)的Bayesian重建.方法 在PET重建的迭代过程中,此种负反馈迭代算法利用最近的一次重建图像来更新有噪声的探测到的发射正弦图数据.对此重建图像的相关操作包括线性滤波、维纳滤波和对重建图像的投影.研究中使用的正弦图数据来自模拟体模数据.结果 实验及对于重建图像的视觉和量化比较表明,所提出的新的重建算法要优于传统的Bayesian重建,能够进一步提高PET图像的质量.结论 文中提出的修改观测值的CF迭代模型能够在一定程度上改善原始测量数据,能够应用于PET图像重建或其他原始数据噪声较大的重建问题.     

基于运动补偿的压缩感知4D-CBCT优质重建

受硬件限制,4D-CBCT成像中单个呼吸相位对应投影数目过少,而相应的常规解析算法重建图像中充斥着大量噪声和伪 影。为解决此问题,鉴于当前呼吸相位图像可以通过其它呼吸相位图像运动补偿获取,本文中我们提出一种利用多相位投影数 据重建4D-CBCT的策略。本文中我们构建了包含基于多相位投影数据的保真项和基于压缩感知理论的全变分正则化的代价 函数。对于投影数据保真项的设计,不再局限于当前相位投影数据,而是利用多个相位投影数据通过变形的成像模型联合构 建。对于复杂代价函数的优化,我们利用GPBL（Gradient-Projection-Barzilai-Linesearch, GPBL）算法来实现。物理体模及临床 数据实验结果表明,相对于解析算法及代数迭代全变分约束算法,新方法在噪声和伪影的抑制方面有上佳表现,引入不同相位 图像间的关联信息并未引入新的伪影和运动模糊。     

基于三维运动轨迹的高分辨显微CT环状伪影去除方法

环状伪影主要源于高分辨显微CT圆轨迹重建,严重的环状伪影会影响重建图像的后续处理及量化分析。为了避免环状伪影引起的图像退化,本文提出了一种基于三维运动轨迹的高分辨显微CT采集与重建的方法。该方法以高分辨显微CT现有结构为基础,利用旋转台和三维平移台形成待测对象的三维空间运动。首先,基于Insight Segmentationand Registration Toolkit平台,模体数据进行配准获取位移矩阵。随后按照设定的三维运动轨迹获得单圈投影数据,最后使用位移矩阵参数进行FDK重建去除环状伪影。本文对含有环状伪影的仿真数据以及实际数据进行了实验,结果表明,该环状伪影去除方法具有去除效果明显、不改变图像分辨率、重建速度快的特点,且适用于各种锥束CT成像系统。     

非局部平均迭代修正的稀疏角度CT凸集投影重建

鉴于非局部平均(nonlocal means.NL-means)滤波后的图像质量大幅提升,本文提出一种非局部平均迭代修正的稀疏角度CT凸集投影(projection onto convex set,POCS)重建方法.新方法采用两相式重建策略:首先对CT稀疏投影数据采用POCS算法进行重建,以获得满足数据一致性及非负性约束的重建图像;随后由POCS重建图像导引非局部平均对其进行优化修正,以消除图像中的高频噪声,保持图像边缘,减少条形伪影,达到提升图像质量的目的.两相交替进行,直至满足某一终止准则.仿真实验表明,本文提出的非局部平均迭代修正稀疏角度CTPOCS重建算法,可有效抑制重建图像噪声和条形伪影,大幅提高重建图像质量.     

基于图割的肺4D-CT图像超分辨率重建

肺4D-CT在当今的肺癌放射治疗中起着重要的作用。本文提出了一种基于全局图割方法的肺4D-CT图像超分辨率重建 方法,来提升肺4D-CT图像的质量。该方法首先在最大后验马尔科夫随机场框架下建立一个肺4D-CT各相位高分辨率图像重 建的全局能量函数,然后,将该能量函数转化成图的表达方式,最后用图割方法和α-β swap算法优化能量函数来恢复高分辨率 图像细节结构。实验结果表明,在恢复图像的细节方面,本文方法要优于传统的线性插值和凸集投影超分辨率重建算法。