由投影重建图像
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CT图像重建技术CT图像重建技术000计算机层析成像(Computed Tomography,CT)是通过对物体进行不同角度的射线投影测量而获取物体横截面信息的成像技术,涉及到放射物理学、数学、计算机学、图形图像学和机械学等多个学科领域。
CT技术不但给诊断医学带来革命性的影响.还成功地应用于无损检测、产品反求和材料组织分析等工业领域。
CT技术的核心是由投影重建图像的理论,其实质是由扫描所得到的投影数据反求出成像平面上每个点的衰减系数值。
图像重建的算法有很多,本文根据CT扫描机的发展对不同时期CT所采用重建算法分别进行介绍。
第一代和第二代CT机获取一个单独投影的采样数据是从一组平行射线获取的,这种采样类型叫平行投影。
平行投影重建算法一般分为直接法与间接法两大类。
直接法是直接计算线性方程系数的方法,如矩阵法、迭代法等。
间接法是先计算投影的傅立叶变换,再导出吸收系数的方法,如反投影法、二维傅立叶重建法和滤波反投影法等[1]。
2.1 直接法2.1.1 矩阵法设一个物体的内部吸收系数矩阵为:(1)为了求得该矩阵中的元素值,我们可以先计算该矩阵在T个角度下的T组投影值 ,如设水平方向时 ,则:(2)同样其它角度下也有类似方程,把所有方程联立得到求解,即可求得所有u值。
通常情况下,由于联立方程组的数目往往不同于未知数个数,且可能有不少重复的方程,这样形成的不是方阵,所以一般不满秩,此时需要利用广义逆矩阵法进行求解。
2.1.2 迭代法实际应用中,由于图像尺寸较大,联立的方程个数较多,采用直接采用解析法难度较大,因此提出了迭代重建方法。
迭代法的主要思想是:从一个假设的初始图像出发,采用迭代的方法,将根据人为设定并经理论计算得到的投影值同实验测得的投影值比较,不断进行逼近,按照某种最优化准则寻找最优解[2]。
通常有两种迭代公式,一种是加法迭代公式[2]:(3)另一种是乘法迭代公式[2]:(4)两式中是相邻两次迭代的结果;是某一角度的实测投影值,是计算过程的计算投影值, 是投影的某一射线穿过点的点数,即计算投影值的射线所经过的像素的数目,是松弛因子。
滤波反投影法重建CT图像实验指导书一、实验目的1.了解傅立叶变换法、直接反投影法重建CT图像的原理;2.掌握滤波反投影法重建CT图像的原理和基木方法。
二、实验器材装有MATLAB程序的PC机,滤波反投影法图像重建演示软件,投影数据。
三、实验原理CT图像重建问题实际上就是如何从投影数据中解算出成像平面上各像索点的衰减系数。
图像重建的算法有多种,如反投影法、傅立叶变换法、迭代法、滤波反投彩法等。
在介绍算法前,有必要先介绍从投影重建图像的重要依据,即中心切片定理。
1.中心切片定理密度函数/(x,)0在某一•方向上的投影函数g&(/?)的一•维傅立叶变换函数g&(p)是原密度两数f(x,y)的二维傅立叶变换函数F(p,&)在(Q,&)平面上沿同一•方向且过原点的直线上的值。
图1屮心切片定理2.傅立叶变换法如果在不同角度下取得足够多的投影函数数据,并作傅立叶变换,根据小心切片定理,变换后的数据将充满整个(仏叭平而。
一旦频域函数F(w,v)或F(/?,0)的全部值都得到后,将真做傅立叶反变换,就能得到原始的密度函数.f(x,y),即所要重建的图像。
上述图像重建算法称为傅立叶变换法,图2给出了傅立叶变换重建方法的流程图。
图屮指出,对于每次测得的投影数据先作一维傅立叶变换。
根据中心切片定理,可将此变换结果看成二维频率域屮同样角度下过原点的直线上的值。
在不同投影角卜•所得的一维变换函数可在频域中构成完整的二维傅立叶变换函数,将此二维变换函数做一次逆变换,就得到了所要求的空间域屮的密度函数。
为了在二维逆变换屮采用快速傅立叶变换算法,通常在逆变换前要将极坐标形式的频域函数变换成直角坐标形式的数据。
图2傅立叶变换重建图像的过程采用傅立叶变换法重建图像吋,投影函数的一维傅立叶变换在频域中为极处标形式, 把极坐标形式的数据通过插补运算转换为直角坐标形式的数据时,计算工作量较大。
此外, 在极坐标形式的频域数据屮,离原点较远的频率较高的部分数据比较稀疏,当这些位登上的数据转换到肯角坐标下时,需经插补,这将引入一定程度的谋差。
X射线工业CT简介一、工业CT的发展历程CT产生于20世纪70年代,但其物理根源可追溯到19世纪末。
1895年伦琴发现了一种能够穿过物体的不明射线,命名为X射线,并因此在1901年成为诺贝尔物理奖的第一位获得者。
20世纪初,X射线透射成像开始应用于临床医学诊断。
CT的算法起源要追溯到奥地利数学家J. Radon于1917年提出的观点:任何物体均可用无限多个投影来表示;反之,如果知道无限多个投影,便可重建该物体对象。
他成功地解决了由投影重建图像的数学问题,为CT技术的形成和发展奠定了理论基础,但在当时由于缺少有效的计算工具,一直被束之高阁,没有得到具体应用。
最初把断层成像术应用于医学领域的是Oldendor,他在1961年研制了用Y射线进行透射型成像的初级装置。
1963年美国物理学家Cormack首先提出用断层的多方向投影重建断层图像的代数计算方法。
第一台临床用的计算机断层成像扫描装置于1967年至1970年间由英国HMI公司的工程师Hounsfield研制成功。
Hounsfield和Cormack两人也因对CT 技术的卓越贡献而同获1979年诺贝尔医学奖。
CT技术首先应用于医学领域,对人体的病灶作断层扫描,然后以图像方式分析和确定病状,被称为医用CT (Medical CT即MCT)。
至今,医用CT已经家喻户晓,成为临床医学诊断不可或缺、最为有效的手段。
工业CT(Industrial CT,ICT)技术是在七十年代才逐渐开始研究的。
七十年代初期,曾直接利用医学CT的扫描设备进行工业检测,但始终不能满足实际检测的需要,于是进行了大量工业CT的研制工作,美、德、日、俄等国家在相关领域有不少成果。
美国在70年代末首先开始相关研究,1983年世界首台工业CT安装;1988年美国ARACOR公司研制出2MeV ICT1500,1990年升级为9MeV,1995年又生产了15MeV的ICT2500,并试验60MeV 工业CT;1994年日本研制成功12MeV工业CT;BIR、YXLON、HYTEC、OMEGA等公司也是工业CT领域的佼佼者。
4-5 由投影重建图像
一、 实验目的
了解反投影重建算法的方法.
二、 实验内容
1.利用radon 和iradon 函数实现平行束投影和反投影重建算法
2. 利用fanbeam 和ifanbeam 函数实现扇形束投影和反投影重建算法
三、 实验步骤
1.用MATLAB图像处理工具箱的phantom 生成Shep‐Logan 头模型;
P=phantom(256);
imshow(P);
2.用MATLAB中的radon 函数获得Shepp‐Logan 模型的投影数据:
theta1=0:10:170;
[R1,xp]=radon(P,theta1); %计算Shep‐Logen头模型18 个角度
theta2=0:5:175; [R2,xp]=r adon(P,theta2); %36 个角度
theta3=0:2:178;[R3,xp]=radon(P,theta3); % 90 个角度的投应
%显示投影数据:
%18 个角度
figure,imagesc(theta1,xp,R1);xlabel('\theta');ylabel('x\prime');
% 36 个角度
figure,imagesc(theta2,xp,R2);xlabel('\theta');ylabel('x\prime'); % 90 个角度
figure,imagesc(theta3,xp,R3);xlabel('\theta');ylabel('x\prime');
3.用MATLAB 中的iradon 函数对获得的投影数据进行滤波反投影重建,获得Shepp‐Logan 模型的重建图像:
I1=iradon(R1,10);I2=iradon(R2,5);I3=iradon(R3,2);
%显示重建图像:
figure,imshow(I1);
figure,imshow(I2);
figure,imshow(I3);
四、 实验总结
本次实验内容较少,通过本次实验我了解了反投影重建算法的方法.了解了利用radon 和iradon 函数实现平行束投影和反投影重建算法。
了解了利用fanbeam 和ifanbeam 函数实现扇形束投影和反投影重建算法。
对Shepp‐Logan 模型的投影不同角度的图行有了直观的了解。