口腔CT成像的迭代重建算法研究

发布时间：2017-05-02 16:09

  本文关键词：口腔CT成像的迭代重建算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：自CT技术诞生以来，它就被认为是二十世纪影响人类发展的十大技术之一。其应用更是涉及了多个领域，包括医学、生物、工业、安全等等。特别是在医学方面，CT更是成为了医学检测的主要手段。而口腔CT（Dental CT），也称为牙科CT，则是20世纪90年代后期才兴起的一项新兴技术，它是利用锥束CT原理来进行口腔三维成像的一种技术。口腔CT作为一种无创伤的检测技术具有很多的优越性，它的出现也受到了对CT技术进行研究的学者以及牙科临床医师的广泛关注。而口腔CT技术的核心就是重建算法。用于CT设备的成像算法主要分为两类：解析重建算法和代数重建算法。目前，口腔CT系统大多都采用的是解析重建算法。解析重建算法在重建的过程中计算量较小、重建的速度也较快，而且在获得完整且均匀的投影数据的情况下可以得到高质量的重建图像。但是，它要求在投影数据采集的过程中必须完全均匀，且采集到的投影数据必须完整，在实际应用的过程中，由于存在一些客观的原因，往往不能够满足其要求，采集的投影数据往往不均匀或者不完整。对于这种情况而言，代数重建方法则可以很好的弥补这些缺点。在代数重建方法中最具代表性的则是ART (AlgebraicReconstruction Techniques)算法。这种方法是把抽象的图像重建的问题转换为具体的求解线性方程组的问题。遇到缺少投影数据的问题的时候，我们不妨将其认为是少了若干个方程，它仍然能够通过迭代的算法来求出最佳的解。这样以来，可以在一定程度上淡化掉缺少投影数据的情况，所以可适用于不完全投影情况下的图像重建。 在本文中对图像重建算法中的ART迭代重建算法进行了深入的分析与讨论，并对其性能进行了改进。在本文中主要研究了下面这些内容：对论文的课题来源、研究背景意义以及国内外的研究现状进行了介绍，对本论文研究的主要内容作了综述；对CT成像的基本原理以及CT研究领域一些主要的基础理论进行了介绍；对口腔CT系统的整体设计结构进行了介绍，分析了一些相关参数的选择、系统的整体设计、关键器件的选型、系统控制以及数据采集和预处理等方面的相关内容；提出了一种对三维图像进行投影的方法，，并对投影过程进行仿真模拟，且不同于常用的二维Shepp-Logan模体，本文中还使用Fortran语言对三维仿真模体Shepp-Logan进行编写，并针对实验要求对其参数作出了相应的调整，将其作为验证ART迭代重建算法性能的依据；在实现三维图像的ART重建算法的过程中，指定了对重建图像进行质量评价的标准，对影响ART重建算法重建结果的各个因素进行了分析与实验，并选出最优的参数以得到最佳的成像结果；为了提高重建图像的质量，将POCS约束加入到三维图像重建的ART算法中去。经过仿真实验与误差分析，可以看出加入POCS约束之后的ART算法较原算法来说成像质量更高，空间分辨率更高，误差也更小，特别是对物体周围的伪影基本上全部被消除了。而为了减少辐射剂量，使其在不完全投影的情况下进行重建，也能够达到较好的成像效果；为了进一步提高算法的性能，我们对加入POCS约束的ART算法进行了改进。针对投影矩阵为大的稀疏矩阵，在进行迭代重建的过程中会出现一些不必要的计算而使得计算量增大这一不足之处，在迭代重建的过程中对投影矩阵进行处理，限定一个条件来忽略掉一些无效的投影值来减少迭代过程中的计算量。经过仿真实验与误差分析，可以看出改进之后的算法在改善图像质量的同时，大大加快了迭代重建的速度。 通过本文的研究，对原有的ART迭代重建算法进行了改进，得到一种成像质量更高且重建速度更快的图像重建算法，也适用不完全投影的情况，来降低辐射剂量、缩短扫描时间、进而潜在的减少病人的运动伪影。
【关键词】：口腔CT 系统迭代重建算法投影 ARTPOCS 约束
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R816.98;TP391.41
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-9
• 目录9-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 研究背景及意义11-13
• 1.2 国内外研究现状13-17
• 1.3 课题来源与研究内容17-18
• 第2章 CT 成像的基本理论18-34
• 2.1 CT 成像原理18-20
• 2.2 图像重建的数学基础20-25
• 2.2.1 傅里叶变换和卷积20-22
• 2.2.2 2D Radon 变换22-24
• 2.2.3 3D Radon 变换24-25
• 2.3 傅里叶切片定理25-28
• 2.4 滤波反投影算法28-34
• 第3章 口腔 CT 系统的基本结构介绍34-41
• 3.1 口腔 CT 相关参数选择34-36
• 3.1.1 牙弓曲线参数的确定34-35
• 3.1.2 C 形臂几何结构参数的确定35-36
• 3.2 口腔 CT 系统的结构设计36-39
• 3.2.1 整体结构设计36-38
• 3.2.2 关键器件的选型38-39
• 3.3 系统控制和数据采集处理39-41
• 3.3.1 系统控制39-40
• 3.3.2 数据采集和预处理40-41
• 第4章 迭代重建算法研究41-59
• 4.1 图像与投影方法41-43
• 4.2 3D Shepp-Logan 仿真模体介绍43-47
• 4.2.1 3D Shepp-Logan 模体的参数设计与编程实现43-46
• 4.2.2 3D Shepp-Logan 模体投影数据计算及 Matlab 仿真46-47
• 4.3 ART 算法与影响因素47-59
• 4.3.1 ART 算法原理分析48-50
• 4.3.2 ART 算法重建图像质量的评价标准50-52
• 4.3.3 ART 算法重建结果影响因素52-59
• 第5章 基于 POCS 约束的 ART 算法及其改进59-69
• 5.1 POCS 约束的原理59-60
• 5.2 基于 POCS 约束的 ART 算法60-65
• 5.2.1 加入 POCS 约束的算法描述60
• 5.2.2 算法的性能分析与仿真60-65
• 5.3 基于 POCS 约束的 ART 算法改进65-69
• 结论69-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-76
• 攻读学位期间取得学术成果76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王小璞,张朋,李兴东,张兆田;一种块迭代的快速代数重建算法(英文)[J];CT理论与应用研究;2000年S1期

2 姜明,张兆田;基于正交投影和广义投影(POCS)算法的研究进展[J];CT理论与应用研究;2003年01期

3 秦中元,牟轩沁,王平,蔡元龙;一种内存优化的代数重建算法及其快速实现[J];电子学报;2003年09期

4 钟萍萍;张端强;胡志坚;;福建地区成年人正常鉭的牙、牙弓测量分析[J];福建医科大学学报;2009年01期

5 周苗;CT图像在牙种植的应用现状和进展[J];国外医学.口腔医学分册;2004年S1期

6 王宏钧;路宏年;傅健;;代数重建技术中投影序列选择次序的研究[J];光学技术;2006年03期

7 刘文磊;戎军艳;高鹏;廖琪梅;卢虹冰;;基于投影域数据恢复的低剂量CT稀疏角度重建[J];CT理论与应用研究;2013年03期

8 张聪哲;李晓苇;杨昆;;扇束等角型CT与等距型CT的比较研究[J];CT理论与应用研究;2013年02期

9 李志鹏,丛鹏,邬海峰;代数迭代算法进行CT图像重建的研究[J];核电子学与探测技术;2005年02期

10 张顺利;张定华;熬波;李卫斌;;ART算法高质量重建研究[J];核电子学与探测技术;2007年04期

  本文关键词：口腔CT成像的迭代重建算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：341259