锥束CT图像重建算法
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ct重建解析类算法计算公式
CT(计算机断层成像)重建算法主要分为两大类:解析类算法和迭代类算法。
解析类算法,如Feldkamp算法,可以直接从采集到的投影数据计算出图像的像素值,而迭代类算法则需要通过多次迭代来逐步逼近最终的图像。
下面简要介绍解析类算法中的Feldkamp算法的计算公式:
Feldkamp算法是一种基于圆锥束投影的CT图像重建方法,它利用了圆锥束投影的性质,通过数学方法从有限角度的投影数据重建出物体的三维图像。
Feldkamp算法的核心是两个投影方程:
(1)正投影方程(前投影):
\[ \bar{p}_i = \sum_{j=1}^{N} a_{ij} I_j \]
其中,\( \bar{p}_i \) 是第\( i \) 个探测器上的投影值,\( a_{ij} \) 是与探测器\( j \) 和角度\( \theta_i \) 相关的投影权重,\( I_j \) 是物体在角度\( \theta_j \) 时的投影值。
(2)反投影方程(后投影):
\[ I_j = \sum_{i=1}^{M} b_{ij} \bar{p}_i \]
其中,\( b_{ij} \) 是与探测器\( j \) 和角度\( \theta_i \) 相关的反投影权重。
通过解这两个方程组,可以得到每个像素的强度值\( I_j \),从而重建出物体的二维图像。
在实际应用中,为了提高计算效率,通常会使用一些优化技术,如FDK(Fast Data Kosovo)算法,它是一种基于解析法的重建算法,能够显著提高CT重建的速度。
需要注意的是,这里只是对Feldkamp算法的基本原理进行了简要描述,实际的CT重建过程可能会涉及更多的细节和优化。
螺旋锥束CT中两种解析重建算法的研究王勃;薛迎;蔚慧甜【摘要】研究了锥束螺旋Katsevich和FDK重建算法,并对这两种算法进行比较.实验结果表明:当投影数据没有噪声的时候,FDK算法和Katsevich算法均能取得较好的效果,当对实际物体进行重建的时候,投影数据含有噪声,Katsevich算法需要对投影数据求导,而它对投影数据的噪声较敏感,重建质量有所下降.%The Katsevich and FDK reconstruction algorithms for cone-beam spiral scan were studied and compared. The results showed that FDK algorithm and Katsevich algorithm obtained good results when the projection data did not contain noise; however, when the Katsevich algorithm was used to compute the derivative of the projection data containing noise for the reconstruction of actual object, the reconstruction quality declined because this algorithm was sensitive to the noise of projection data.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2011(032)005【总页数】5页(P894-898)【关键词】螺旋CT;图像重建;FDK算法;Katsevich算法【作者】王勃;薛迎;蔚慧甜【作者单位】中北大学,电子测试技术国家重点实验室,山西太原030051;中北大学,电子测试技术国家重点实验室,山西太原030051;中北大学,电子测试技术国家重点实验室,山西太原030051【正文语种】中文【中图分类】TN202;TP391.9引言近年来,螺旋锥束CT在医学和工业上得到越来越广泛的应用,同时螺旋锥束图像重建算法也在迅速发展。
选手编号——锥束CT图像伪影和校正方法综述摘要:CT技术在工业无损检测、医学、农产品品质检测、安检等领域发挥着重要的作用。
在X 射线检测中,准确把握各个环节的物理特性是非常必要的,CT系统重建图像存在各种伪影。
本文系统介绍了锥束CT图像伪影的种类及形成原因,针对这些图像伪影,根据近些年文献中主要的校正方法,对这些校正方法做了比较和小结。
关键词:锥束CT;CT图像;伪影;校正The Review of Reasons and Correction Methods for Artifacts in cone beam CT ImagesAbstract: CT technology plays a great role in industrial non-destructive tests, medical fields, and public security, etc. It is essential to know well the physical response of the CT system in the X-ray detection. In this paper, kinds of reasons and correction methods of artifacts are summarized based on the recent literatures, and some comparison and discussion is done.Keywords: cone-beam CT; CT image; artifact; calibration1 引言CT(Computerized Tomography)的全称为计算机层析成像技术或计算机断层扫描技术,是数学、物理学和计算机等多个学科交叉发展的产物,是一种在不破坏或改变物体自身结构的前提下,根据获取穿过物体的某些物理量(如电子束、强波速、X射线等)的投影数据,然后转化为可见光图像,再通过CT图像重建可以获得物体特定层面上的二维图像,最后依据一系列上述二维图像构成三维图像的技术[1]。
锥束工业CT迭代重建算法及伪影校正技术研究影响锥束CT迭代重建算法重建结果的最主要的一个因素是权因子,包括权因子的加权模型、权因子的计算方法、算法的运算量以及相应的程序的执行效率等,因此合理地计算权因子对迭代重建算法至关重要。
在确定迭代重建算法的影响因素后,在相同的重建条件下,不同的迭代算法的重建图像的质量也不尽相同,根据最终的重建目的,选择最佳的迭代算法对实际工业CT重建也比较重要。
此外,针对锥束CT成像系统复杂,成像过程中任何的硬件或软件的问题都会使重建图像中产生各种伪影,影响重建图像的质量的问题,选择适当的校正方法,消除重建图像中存在的伪影,提高重建图像的质量对后续对被测物体进行可靠的质量评估是必不可少的。
因此,本文主要针对锥束CT迭代重建算法及重建图像中存在的伪影的校正问题进行了研究,主要内容有:1.详细介绍ART重建算法的重建原理和重建步骤,分析影响迭代重建算法重建质量和重建速度的主要因素,并对权因子的计算方法做出了改进,通过对实验数据的重建,对比改进方法与参考方法的执行效率,证明了新方法的有效性。
2.在ART算法的基础上,研究了其他的迭代重建算法,SART、MLEM以及有序子集与迭代算法相结合的OSEM和OSSART算法,详细介绍了这些算法的重建步骤,最后通过对实际实验数据的重建,对比研究了不同迭代算法的重建结果,总结了各个迭代算法的重建特性。
3.针对实际的实验对象——固体火箭发动机模拟件的重建结果中出现了条形伪影和环形伪影的问题,详细分析了条形伪影和环形伪影的形成原因,对比现有这两种伪影常用的校正方法的不足,提出使用形态学开闭运算对投影数据进行处理,去除投影数据中的坏像素,降低投影数据的噪声水平,从而去除重建结果中的条形伪影、减轻环形伪影。
经实验证明,上述方法对条形伪影和环形伪影的校正具有很好的效果。
锥束CT重建算法的实现及校正研究的开题报告一、选题背景随着医学成像技术的不断发展,锥束CT(Cone-beam computed tomography)成为了一种重要的成像技术。
该技术采用锥形束的成像模式,将透过被测体的X射线信号转化为一个三维的图像。
在医疗领域,锥束CT被广泛应用于临床诊断、手术规划和治疗等方面。
然而,由于成像过程中存在多种误差,如重建算法误差、系统噪声、姿态偏差等因素,影响了成像图像的质量和精度。
因此,开展锥束CT重建算法的实现及校正研究,可以进一步提高锥束CT成像质量和准确度,为临床诊断和治疗提供更为可靠的基础。
二、研究目的及内容本课题的研究目的是探索锥束CT重建算法的实现及校正方法,通过对成像误差进行分析和校正,提高成像质量和准确度。
具体内容如下:1. 分析锥束CT成像过程中的误差来源,如重建算法误差、系统噪声、姿态偏差等因素。
2. 探究不同的锥束CT重建算法,并进行实现、优化和比较。
3. 设计合理的校正方案并进行实验研究,对成像误差进行校正。
4. 利用实验数据对比和评价不同重建算法的效果和优缺点,为成像质量和准确度提供基础支持。
三、研究方法本课题的研究方法主要包括文献研究、理论推导、算法实现和实验验证,具体内容如下:1. 阅读相关文献,深入研究锥束CT成像的原理和重建算法.2. 执行数学理论推导,如误差分析、影响因素分析等.3. 实现不同的锥束CT重建算法,如过滤后投影重建法(Feldkamp 算法)、可变极长算法等,并进行优化.4. 设计和实现校正方案,对成像误差进行校正.5. 进行实验验证和数据分析,对比和评价不同重建算法的效果和优缺点.四、预期成果及意义研究结束后,预计取得以下成果:1. 实现了不同的锥束CT重建算法,并对其进行了比较和评价。
2. 设计可靠的锥束CT成像误差校正方案,并进行了实验验证。
3. 得到了具有一定参考价值的实验数据,并对不同重建算法的效果和优缺点进行无偏的评价和分析。
第22卷 第2期 CT理论与应用研究 Vol.22, No.2 2013年4月(373-384) CT Theory and Applications Apr., 2013闫镔, 韩玉, 魏峰, 等. 锥束CT超视野成像重建算法综述[J]. CT理论与应用研究, 2013, 22(2): 373-384.Yan B, Han Y, Wei F, et al. Review of algorithms for over FOV size object in cone-beam CT[J]. CT Theory and Applications, 2013, 22(2): 373-384.锥束CT超视野成像重建算法综述闫镔 ,韩玉,魏峰,李磊,李建新(信息工程大学信息系统工程学院,郑州450002)摘要:随着锥束CT的应用日益广泛,如何突破CT成像视野的限制实现对大型物体的成像检测在现实应用中具有重要意义。
本文对超视野重建算法进行了分类介绍,重点介绍了算法的发展过程和目前的发展状况,并对各种算法的特点进行了分析比较,最后对超视野重建算法的发展进行了总结和展望。
关键词:锥束CT;重建算法;成像视野;超视野物体文章编号:1004-4140(2013)02-0373-12 中图分类号:TP301.6 文献标志码:A自从1972年Hounsfield发明第一台CT(Computed Tomography)以来,CT经过了几十年的发展,其扫描方式和成像方法也在不断得到改进,现今对于锥束CT(Cone Beam Computed Tomography,CBCT)的研究和应用已成为CT领域的主流。
在CT技术中,重建算法一直处于非常重要的地位。
不同的重建算法不仅对重建图像的质量有影响,而且对数据量和计算量的要求也有很大差异。
CT重建算法[1-2]大致可以分为迭代型重建算法和解析型重建算法。
迭代重建算法[3-5]假设物体内部信息可以包含在一个数字矩阵中,然后由测量投影数据建立一组未知向量的代数方程组,通过方程组求解未知图像向量。
第16卷第4期 CT理论与应用研究V ol. 16 No. 42007年12月(31-37) CTTheoryandApplications Dec.,2007 文章编号:1004-4140(2007)04-0031-07锥束CT图像重建算法的快速实现吴胜利,潘瑞谊,文斌(西安交通大学 电子物理与器件教育部重点实验室,西安710049)摘要:本文基于锥束CT滤波反投影重建的FDK算法,通过两种算法改进并结合基于共享内存的Open MP并行技术和代码优化,实现了锥束CT图像的快速重建。
基于锥束CT实际投影数据的重建结果表明,图像重建速度得到了较大的提高,断层图像重建质量与FDK原型算法相当。
关键词:锥束CT;图像重建;FDK滤波反投影法;Open MP并行技术中图分类号:TP391.41 文献标识码:A锥束CT利用锥状X光束和面阵探测器[1-3]可以一次扫描获得被检物体全周投影数据,具有扫描速度快、分辨率高、重建图像质量好等优点,是CT领域中活跃的研究课题之一。
锥束CT实用化的关键在于提高图像重建速度和图像质量,这方面主要取决于图像重建算法的进步,因此,重建算法的研究一直都是CT研究非常重要的一个方面。
锥束CT图像重建算法分为解析法和迭代法两大类[4]。
迭代法直接重建三维图像,是一种高分辨率重建法,但重建处理速度慢[5],需要更多的计算资源,实际中为了保证高速重建,一般采用解析法。
解析法分为近似算法和精确算法,近似算法由于数学上简单、容易实现,且当锥角较小时能够取得较好的重建效果,因而在实际中得到广泛的应用[6]。
目前应用最多最广的算法是FDK滤波反投影重建法,其后由该算法改进而发展出的一些算法如P-FDK、T-FDK[7]、S-FDK[8]也都属于近似算法,锥束CT精确重建算法发展于2002年以后[9-10]。
对FDK算法改进并结合数据并行处理可以快速重建三维图像[11],本文通过对FDK滤波反投影法的算法改进并基于具有双核处理器的计算机上的代码优化,在保证重建图像质量的同时提高了重建速度、节约了资源。
专利名称:一种锥形束CT图像重建方法专利类型:发明专利
发明人:周秀成,魏慧敏,何玉娜
申请号:CN202111552043.7
申请日:20211217
公开号:CN114271841A
公开日:
20220405
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明公开了一种锥形束CT图像重建方法,包括以下步骤:S10、测定在预设的射线剂量下,不同厚度的水的投影图像,根据投影图像得到像素值与水厚度值的关系对照表;S20、在与步骤S10相同的射线剂量下,旋转采集被测物体在不同角度下的投影图像;S30、根据步骤S20中得到的投影图像的像素值,在步骤S10中得到的对照表中,找出对应的水厚度值,形成等效投影水厚度图像;S40、对步骤S30中形成的等效投影水厚度图像进行重建,得到被测物体的各体素等效水厚度的三维矩阵;S50、根据材料系数与水厚度值的数值关系,得到材料系数的三维矩阵;S60、根据步骤S50得到的材料系数的三维矩阵,计算被测物体的各体素的CT值,得到最终的锥形束CT图像。
申请人:乐普(北京)医疗装备有限公司
地址:101300 北京市顺义区林河开发区顺仁路60号
国籍:CN
代理机构:北京青松知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
代理人:郑青松
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