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CT仿真实验报告

西安交通大学实验报告

CT仿真实验报告

共 7 页课程医学成像实验

系别生物医学工程实验日期 2012 年 12 月 XX日专业班级医电 01 班组别交报告日期 2013 年 01 月 02日姓名学号报告退发 (订正、重做)

同组者教师审批签字

实验名称 CT重建原理——投影数据采集实验1

一、实验目的以及要求

实验目的:利用CTSim模拟软件生成投影数据,为滤波反投影重建实验做准备。

实验基本要求:用CTSim程序完成实验模拟,分析评价结果。

二、实验内容

1、利用CTSim模拟软件生成椭圆的平行束投影数据;

2、利用CTSim模拟软件生成Shepp-Logan图的平行束投影数据;

3、对生成的投影数据进行初步评价。

三、实验步骤

A、完成CTSim模拟软件生成椭圆的平行束投影数据;

1、点击软件ctsim,打开软件界面,点击File,选择creat phantom,

选择Herman Head,得到椭圆的灰度图像,如图:

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图1 软件界面图2 选择界面

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图3 椭圆的原始数据

2、在选择椭圆窗口的情况下,点击Process,选择rasterize,点击OK,将图像进行光栅化,如图:

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图4 光栅化参数图5 光栅化后的图像

3、在选择unnamed3窗口,选择View,选择Auto Scale Parameters,

将Standard Deviation Factor参数改为0.02,点击OK,得到处理后图像,如图:

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图6 光栅化参数图7 参数优化后图像

4、回到herman窗口,点击Process,选择Projection Paramaters,参数默认即可,点击ok,开始采集数据,如图:

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图8 参数选择界面

5、得到投影参数后,在选择unnamed4窗口界面下,选择Analyze,

在选择Plot Histogram,得到平行束投影分析数据,如图:

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图9 平行束投影后的数据图10 投影数据分析图

6、在选择平行束投影后数据窗口情况下,选择Reconstruct,选择Filtered Backprojection Parameters,选择默认参数即可,点击OK,得到重建数据,如图:

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图11 参数选择界面图12 重建后的图像

7、可选择不同的View参数对重建后的图像进行参数的优化调整,得到最优的观察效果。

B、完成CTSim模拟软件生成Shepp-Logan图的平行束投影数据;

1、由于生成Shepp-Logan图的平行束投影数据和前面A中的步骤基本类似,只是选择的模拟图像不同而已,故在此不再一一列出步骤。

四、实验结果及分析

A、椭圆平行束投影

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图13 椭圆平行束投影及其重建图像

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图13 采用Projection方式图14 时域的采样参数时的数据采集过程

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图15 椭圆投影数据的分析直方图

B、Shepp-Logan图的平行束投影

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图16 Shepp-Logan图平行束投影及其重建图像

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图17 数据采集过程图18 时域的采样参数

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图19 Shepp-Logan图投影数据的分析直方图结果分析:

由图15和图19的投影数据的分析可知,它们的统计直方分布图还是有明显区别的,这是因为Shepp-Logan的图像更复杂,厚度更大,因此,X射线通过后的衰减程度也是不一样的。在椭圆的统计直方图数据中,只有在0.3处,有一个峰值,而在Shepp-Logan中,在

0.05到0.15之间有两个峰值。

同时,从重建中的图像中可以看出,与原来的图像相比较,还是存在一定的噪声干扰的,在后期的数据处理中应该加入一定滤波技术,使图像更加清楚地展示。

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成绩

共 17 页课程医学成像实验

系别生物医学工程实验日期 2012 年 12 月 XX日专业班级医电 01 班组别交报告日期 2013 年 01 月 02日姓名谭礼茂学号 10121019 报告退发 (订正、重做)

同组者教师审批签字

实验名称 CT重建原理——投影数据采集实验2

一、实验目的

对仿真数据与实际图像数据实现滤波反投影重建,加深对CT成像过程及原理的理解。

二、实验要求

用CTSim程序完成滤波反投影重建实验,分析评价结果。

三、实验内容

1、对人脑体模仿真数据与实际的CT图像数据进行滤波反投影重

建实验,比较直接反投影与R——L和S——L滤波方法的重建结果;

2、分析不同视角条件下各种重建的结果;

3、分析噪声对各种滤波反投影重建方法的影响,比较各种滤波反

投影重建方法的抗噪能力;

4、计算重建误差。

四、实验步骤

在第一次实验时,已经获得了图像的投影方式,并在实验报告中详细列出了操作的步骤,故在此不再重复。

1、在仿真软件中,有很多可以选择的选项,比如在扫描数据时,

选择Process,选择Projection Parameters,在这个对话框里面,Geometry选项是用来选择投影的方式的,一共有三种选择的方式,如图:

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图1 投影方式的选择

2、同样在图像重建时,可以选择不同的滤波方式,重建的图像进行滤波,选择Reconstruct,选择Filted Backprojection,在对话框中有Filter选项,其中包含四种滤波方式可供选择,如图所示:

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图2 滤波方式的选择

3、重建误差的计量可以使用软件自带的相减,在Image选项下面,点击subtract,可以获得重建后的图像与原始图像之间的差值,如图:

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图3 图像之间的相减

五、实验结果

A、椭圆数据

1、首先,利用模拟软件进行椭圆的不同投影方式下的数据采集:

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图4 采用软件自带的三种投影方式:平行束投影、等角投影和等线投影,得到的K空间的图像

2、三种不同的投影方式在同一种滤波方式:Bandlimit滤波,下

得到的重建图像以及重建误差,如图:

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图5 投影数据(第一行)、重建图像(第二行)、重建误差(第三行)

3、三种不同的投影方式在同一种滤波方式:hamming滤波,下得到的重建图像以及重建误差,如图:

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图6 投影数据(第一行)、重建图像(第二行)、重建误差(第三行)

4、三种不同的投影方式在同一种滤波方式:hanning滤波,下得到的重建图像以及重建误差,如图:

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图7 重建图像(第一行)、重建误差(第二行)

5、三种不同的投影方式在同一种滤波方式:Cosine滤波,下得到的重建图像以及重建误差,如图:

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图8 重建图像(第一行)、重建误差(第二行)

B、Shepp-Logan图

1、首先,利用模拟软件进行的不同投影方式下的数据采集:

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图9图4 采用软件自带的三种投影方式:平行束投影、等角投影和等线投影,得到的K空间的图像

2、三种不同的投影方式在同一种滤波方式:Bandlimit滤波,下得到的重建图像以及重建误差,如图:

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图10 重建图像(第一行)、重建误差(第二行)

到的重建图像以及重建误差,如图:

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图11 重建图像(第一行)、重建误差(第二行)

4、三种不同的投影方式在同一种滤波方式:hanning滤波,下得到的重建图像以及重建误差,如图:

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图12 重建图像(第一行)、重建误差(第二行)

的重建图像以及重建误差,如图:

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图13 重建图像(第一行)、重建误差(第二行)

C 、在MATLAB 平台下,调用phantom 函数,获得标准图像,然后

进行投影,并在无滤波、Ram-Lak 滤波重建、Shepp-Logan 滤波重建,(代码见附录程序1

)得到的结果如下图所示:

原始图像

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Ram-Lak 滤波重建

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无滤波重建

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Shepp-Logan 滤波重建

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图14 原始图像以及三种滤波情况下的重建图像

D、利用MATLAB平台,选用实际中CT脑部图像,然后进行投影,并在无滤波、Ram-Lak滤波重建、Shepp-Logan滤波重建,(代码见附录程序2)得到的结果如下图所示:

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原始图像

Ram-Lak滤波重建

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无滤波重建

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Shepp-Logan滤波重建

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图15 原始图像以及三种滤波情况下的重建图像

E、分析不同的视角条件下,投影并进行重建的图像情况,本次采用两种情况下的视角

a、从0度到180度,间隔为10度,共18个视角;

b、从0度到180度,间隔为2度,共90个视角。

同样分别采用三种滤波方式进行重建(代码见附录程序3)。

结果如下图所示:

原始图像

无滤波重建

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Ram-Lak 滤波重建

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Shepp-Logan 滤波重建

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图16 a 情况下的重建图像

原始图像

无滤波重建

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Ram-Lak 滤波重建

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Shepp-Logan 滤波重建

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图17 b 情况下的重建图像

F 、噪声测试,在实际测试中添加高斯白噪声(均值为0,方差为0.1),然后进行投影之后,滤波重建,这三种情况下的滤波效果均不理想(代码见附录程序4),然后,再选择添加Poisson 噪声,然后投影并在三种滤波情况下进行重建图像,并采用模拟图像和实际的CT 图像分别进行测试(代码见附录程序5),结果如下图所示:

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无滤波重建

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Ram-Lak 滤波重建

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Shepp-Logan 滤波重建

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图18 模拟图像的高斯白噪声测试

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无滤波重建

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Ram-Lak 滤波重建

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Shepp-Logan 滤波重建

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图19 实际CT 图像的高斯白噪声测试

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无滤波重建

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Ram-Lak 滤波重建

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Shepp-Logan 滤波重建

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图20 模拟图像的Poisson 噪声测试

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无滤波重建

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Ram-Lak 滤波重建

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Shepp-Logan 滤波重建

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图21 实际CT 图像的Poisson 噪声测试

六、结果分析

1、在没有噪声干扰或者噪声干扰很小的情况下,三种情况:无滤波、Ram-Lak 滤波重建、Shepp-Logan 滤波下的重建,无滤波重建得到的图像显示细节并没有另外两种优,后两种滤波重建得到的图像并没有很大的差异,如图14和图15所示。

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