基于螺旋Micro-CT的成像质量优化研究

发布时间：2017-05-22 11:02

  本文关键词：基于螺旋Micro-CT的成像质量优化研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着现代生物医学的发展，研究工作的不断深入，大量的研究需要在动物模型上来完成。动物模型作为遗传学、癌症诊断及新药物研发等研究领域基本的研究工具之一，可以人为的改变在自然条件下不可能或不易排除的因素，以便更准确的观察实验结果并与人类疾病进行比较研究。动物模型的研究有助于更方便、更有效的认识人类疾病的发生变化规律，研究防治措施，在生物医学的研究中占有非常重要的地位。普通的人体CT的空间分辨率只能达到1mm，远无法满足科研工作中对小动物成像高分辨率的要求。微型计算机断层成像技术（Micro-Computed Tomography, Micro-CT）作为一种无损成像检测技术，具有高空间分辨率、不破坏样本、扫描成本低等优点，能够很好的满足动物实验精细成像的需求，并且能够为多模态分子影像设备（PET/SPECT/CT）的其它模态提供精细的结构信息以及用于衰减校正的参数。目前商业化Micro-CT的分辨率一般为50~100μ米，且大多价格昂贵，自主研发低成本高分辨率的Micro-CT成像系统具有重要的研究意义。 本研究依托河北大学与北京大学医学影像联合实验室的相关课题，此课题受国家重大科学仪器开发专项项目（项目名称：小动物多模态分子影像重大科研仪器及关键技术研究；项目编号：2011YQ030114）支持。本文主要研究内容如下： 1探讨了现有两种结构的扇束CT（等角型CT与等距型CT）的特点，分析了其对重建图像质量的影响。首先从探测器结构上分析了等角型CT与等距型CT的各自的优势，之后针对两种结构的扇束CT，，设定相同的几何参数对Shepp-Logan模型和自建模型用步进投影采集法进行投影数据采集的模拟，并对获取的数据使用滤波反投影算法（Filtered Back Projection， FBP）进行重建。对两种扇束CT重建图像进行了量化的比较，改变了采集参数进行多组对比。结果表明相同几何参数条件下，等角型CT重建图像的质量会略优于等距型CT。 2基于自主研发的螺旋扇束Micro-CT系统，进行了改进。对原有的线阵探测器模块进行二次研发，将等距排列的探测器单元改为等角型排列；针对卷积反投影算法中的最重要的滤波函数进行对比分析，使用Butterworth滤波器替换传统R-L滤波器；提出相位法进行几何校正的方法，通过对投影数据（SINO图）的调整，达到从软件进行几何校正的目的；针对实验中遇到的探测器，通过修复SINO图的方法。以上改进加快了图像重建速度，提高了重建图像的质量。
【关键词】：Micro-CT 图像重建 扇束CT 等角型CT 等距型CT
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R310;TP391.41
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 课题研究背景11-12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.2.1 CT 的发展12-14
• 1.2.2 Micro-CT 的发展14-16
• 1.3 本论文的主要内容16-17
• 第2章 CT 的理论基础17-28
• 2.1 CT 成像的物理基础17-19
• 2.2 CT 成像的数学基础19-22
• 2.2.1 Radon 变换19
• 2.2.2 Radon 反变换19-20
• 2.2.3 中心切片定理20-22
• 2.3 CT 图像重建方法22-28
• 第3章 等角扇束 CT 与等距扇束 CT 的比较研究28-38
• 3.1 等角型 CT 与等距型 CT 的结构28-29
• 3.2 扇束的 FBP 重建算法29-32
• 3.2.1 等角扇束重建30-32
• 3.2.2 等距扇束重建32
• 3.3 计算机模拟比较32-34
• 3.3.1 投影模型33
• 3.3.2 投影采集几何参数33-34
• 3.3.3 投影线采集方法34
• 3.4 模拟结果34-37
• 3.4.1 S-L 模型34-36
• 3.4.2 自建模型36-37
• 3.5 模拟结果讨论37-38
• 第4章 螺旋 CT 技术38-44
• 4.1 螺旋 CT 技术的发展38-39
• 4.2 螺旋 CT 的硬件组成39-41
• 4.2.1 X 射线源39-40
• 4.2.2 探测器系统40
• 4.2.3 机架和滑环40-41
• 4.2.4 准直器和过滤器41
• 4.2.5 数据传输系统41
• 4.3 螺旋 CT 的关键技术41-44
• 第5章 小动物螺旋 Micro-CT 的设计与改进44-56
• 5.1 Micro-CT 系统的设计44-48
• 5.1.1 Micro-CT 系统的硬件结构及参数44-46
• 5.1.2 图像重建算法的实现46-48
• 5.2 基于 Micro-CT 系统的改进48-51
• 5.2.1 探测器结构的改造48-49
• 5.2.2 Butterworth 滤波器代替传统的 R-L 滤波器49-51
• 5.3 基于 Micro-CT 系统的校正方法51-54
• 5.3.1 相位法校正几何中心51-52
• 5.3.2 探测器模块偏移的修正52-54
• 5.4 改进后的空间分辨率测试54-56
• 第6章 总结与展望56-58
• 6.1 工作总结56
• 6.2 展望56-58
• 参考文献58-62
• 致谢62-63
• 攻读硕士学位期间取得的科研成果63

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 傅健,路宏年,张全红;扇束工业CT重建算法速度优化[J];CT理论与应用研究;2002年03期

2 李昊;郭晓莲;唐智伟;张辉;胡广书;;基于X射线的小动物成像micro-CT系统[J];清华大学学报(自然科学版);2009年06期

3 秦波音;周文江;;小动物活体计算机断层扫描microCT系统(eXplore Locus)仪器介绍及应用[J];微生物与感染;2008年01期

  本文关键词：基于螺旋Micro-CT的成像质量优化研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：385481