X射线能谱CT图像重建方法研究

发布时间：2021-07-03 20:51

　　X射线CT（XCT）利用X射线穿过物体后所携带的信息重构出反映被测物体内部结构的断层图像。传统的XCT面临着组织对比度差、分辨力低、无法进行定量分析、材质识别度低等挑战。X射线能谱CT技术应运而生,成为目前XCT领域竞相追逐的热点。X射线能谱CT技术通过光子计数探测器一次性获取物体在多个不同能量通道下的投影数据,具有分辨率高、材料识别高、可对组织进行定量分析等优点。但是,由于X射线能谱通道窄,光子数目有限,导致X射线能谱CT投影数据噪声大、能谱响应不一致等特点。因此,如何从X射线能谱CT投影数据重建高质量CT图像是一项富有挑战性的工作。为了获得高质量重建图像,进一步挖掘各能量通道投影数据之间的相关性以及其他隐含的图像特征。根据X射线能谱CT成像的基本理论,结合压缩感知和张量分析理论,深入构建X射线能谱CT图像重建模型,开展的主要研究工作可概括如下:（1）针对X射线能谱CT成像的特点,设计合理的图像重建模型有利于解决能谱CT成像实际应用的挑战。首先,在X射线能谱CT图像重建模型中引入先验知识来提高图像重建质量;其次,重点研究基于总变分,张量字典学习以及张量分解的相关理论,为后续展开能谱C... 

【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：博士

【部分图文】：

第一张人手的X射线图片

分析、外问题图像重建、深度学习重建、高精密机械设计、面向特定应用的多样化扫描结构、几何结构校正等。随着XCT技术的发展，其应用越来越广泛，推动其时间和空间分辨力不断提高。为了提高XCT系统的时间分辨率，一方面XCT系统可以采用扫描速度更快的滑环构件或者高速精密转台；另一方面，可以适当通过增加射线源-探测器对来提高系统时间分辨率。典型的，双源CT被应用于冠状动脉成像[7]，三源CT系统用于动态成像等[8]。特别地，针对缓慢变化的工业过程检测，摆动多源CT（SwingingMulti-sourceCT,SMCT）系统被提出[5]。图1.2为一个典型的SMCT系统。为了检测物体内部更加微小的结构，这就要求XCT具有更高的空间分辨力，通用的做法:采用更小尺寸像元的探测器及通过调大扫描系统的放大比。图1.2一个9源的摆动多源工业系统Fig.1.2AtypicalSMCTsystemisequippedwith9X-raysource/detectorpairsXCT成像技术从最开始的平行束单探测器扫描到后来的扇形束多阵列探测器

1绪论3系统。为了进一步提高X射线的利用率，锥束CT系统被广泛的应用。为了实现全身的快速CT成像，更加成熟的螺旋CT扫描系统被提出。针对螺旋CT扫描系统，探测器一次采集的数据增多，信息量也变得越来越多，对计算机后期的数据传输、图像重建等提出了更多的要求。图1.3为XCT扫描技术的发展历程。尽管传统XCT技术为人类的发展做出了许多贡献，但是它也同样存在限制。图1.3XCT技术发展历程Fig.1.3DevelopmentofXCTtechnique②X射线CT技术限制传统XCT系统中，由于射线源发射的射线能谱具有多色性，波长分布在0.01nm到10nm之间。依据不同的频率组成成分可以划分为不同的X射线能谱。由于发射的能谱具有多色性，因此射线穿过物体与物体发生作用的过程中，低能射线部分被物体吸收很大，而高能部分被吸收较少，造成X射线能谱的衰减不一致，进一步地导致最后的重建图像包含射束硬化伪影，甚至影响了最后的评价。又因为传统XCT系统是在0.01nm到10nm的波段范围内重建的图像，属于灰度图像，这就意味着我们只能得到反映物体内部结构与形状的图像，并不能区分物体内部

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于小波变换的多分辨率锥束CT图像快速三维重建算法[J]. 韩民,成旭,李登旺.  电子与信息学报. 2017(10)
[2]基于Split-Bregman算法的能谱计算机层析图像重建[J]. 张煜林,孔慧华,潘晋孝,韩焱.  光学学报. 2017(04)
[3]相对平行直线扫描CT滤波反投影图像重建[J]. 伍伟文,全超,刘丰林.  光学学报. 2016(09)
[4]混合PCA/ICA与JPEG2000结合的高光谱图像压缩[J]. 叶珍,白璘,刘玉,何明一,粘永健.  计算机工程与科学. 2016(05)
[5]高阶SVD和全变差正则的乘性噪声去除模型[J]. 霍雷刚,冯象初,王旭东,霍春雷.  西安电子科技大学学报. 2016(03)
[6]矩阵补全算法研究进展[J]. 史加荣,郑秀云,周水生.  计算机科学. 2014(04)
[7]基于计算层析成像扫描数据的X射线能谱估计方法[J]. 张慧滔,张朋.  光学学报. 2013(11)
[8]三源螺旋CT精确重建算法在动态重建中的应用[J]. 金燕南,赵俊,刘尊钢,庄天戈.  航天医学与医学工程. 2009(06)
[9]非负矩阵分解算法综述[J]. 李乐,章毓晋.  电子学报. 2008(04)
[10]冠状动脉的双源CT血管成像[J]. 张龙江,卢光明.  国际医学放射学杂志. 2008(01)

博士论文
[1]光子计数能谱CT重建算法与系统优化研究[D]. 吴笃蕃.清华大学 2016

硕士论文
[1]基于光子计数探测器多能谱CT重建算法及应用研究[D]. 张煜林.中北大学 2017
[2]一类广义不变凸函数的优化与对偶[D]. 张瑞芳.北京工业大学 2010



本文编号：3263331