双能CT基物质分解算法应用研究

发布时间：2017-08-10 06:01

  本文关键词：双能CT基物质分解算法应用研究

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【摘要】：双能CT系统的临床应用是近年X-射线医学成像领域的重大技术进展。较之传统CT,双能CT能够有效去除X-射线射束硬化伪影,且具有良好的组织区分能力,在影像医学上有着不可替代的地位和作用。对其图像重建算法的研究亦成为相关领域的研究热点。双能CT利用两种不同能量的X-射线对物体进行断层扫描,得到不同能量下物质衰减的分布,进而重建出扫描对象的单能图像以及电子密度和有效原子序数图像,并实现物质区分。但是,由于生产厂家的知识产权保护,相关领域科研工作者不易获取实际的双能CT系统扫描数据,这在一定程度上成为阻碍双能CT成像技术理论研究进一步发展的瓶颈。针对此,本文提出并实现了一种双能CT双物质分解算法的数值仿真方法,其基本思路是通过求解投影函数方程得到基物质分解系数的投影,并由此获得基物质密度图像,进而重建成像物体的单能图像以及电子密度和有效原子序数图像。仿真实验结果表明了该方法的有效性和可靠性,给相关领域科研工作者围绕双能CT成像技术开展研究提供了一条切实的技术途径。双物质分解算法主要考虑两种线性衰减特性相差较大的物质组成基物质对,理论分析可知,基物质的线性衰减特性与扫描对象越接近,组织区分效果越好。但是,在实际临床应用中,人体器官和组织结构更复杂,包含的物质成分种类更多,若只考虑将两种基物质进行分解,有效实现组织区分则极具挑战性。鉴于此,本文实现了一种自适应选取最优基物质三元组的双能CT多物质分解算法,以三物质分解模型为出发点,增加基物质的种类,扩大分解范围,并利用待分解像素的几何坐标与基物质三元组几何坐标的位置关系自适应选取最优基物质三元组,通过其线性分解系数重建得到扫描对象的单能图像以及电子密度和有效原子序数的分布。数值仿真实验和临床实际数据实验的结果均表明该算法能够有效实现双能CT系统的图像重建,且反映的扫描对象信息更详细,将有益于推动双能CT成像技术的发展。
【关键词】：双能CT 基物质分解 多物质分解 数值仿真 图像重建
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41;R814
【目录】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 符号说明11-12
• 第一章 绪论12-16
• 1.1 课题来源及背景12-14
• 1.2 主要研究内容14-15
• 1.3 论文组织结构15-16
• 第二章 CT成像的数理基础及图像重建算法16-24
• 2.1 传统CT成像的数理基础16-18
• 2.1.1 物理基础16-17
• 2.1.2 数学基础17
• 2.1.3 投影定理17-18
• 2.2 双能CT成像的数理基础18-22
• 2.2.1 效应分解模型19-21
• 2.2.2 基物质分解模型21-22
• 2.3 CT图像重建算法22-24
• 第三章 双能CT双物质分解算法的数值仿真24-42
• 3.1 引言24-25
• 3.2 仿真流程25-27
• 3.3 数值仿真实验127-36
• 3.3.1 仿真模型27-30
• 3.3.2 X-射线高低能谱30-31
• 3.3.3 评估指标31-32
• 3.3.4 仿真实验结果32-36
• 3.4 数值仿真实验236-40
• 3.4.1 实验背景36-37
• 3.4.2 仿真模型37-38
• 3.4.3 仿真实验结果38-40
• 3.5 实验结果分析40-41
• 3.6 小结41-42
• 第四章 双能CT多物质分解算法42-56
• 4.1 引言42
• 4.2 基本理论42-46
• 4.2.1 三物质分解算法的基本理论43-45
• 4.2.2 多物质分解算法的主要内容45-46
• 4.3 多物质分解算法的流程46-48
• 4.4 数值仿真实验48-52
• 4.4.1 仿真模型48-50
• 4.4.2 仿真实验结果50-52
• 4.5 实际数据实验52-54
• 4.6 实验结果分析54-55
• 4.7 小结55-56
• 第五章 结论与展望56-58
• 5.1 结论56-57
• 5.2 展望57-58
• 参考文献58-63
• 致谢63-64
• 硕士期间成果64-65
• 学位论文评阅及答辩情况表65

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