基于透鏡耦合的高分辨顯微CT因其分辨率高的特點,被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域科學(xué)研究中。受限于探測器分辨率、射線源焦點尺寸和透鏡系統(tǒng)引起的投影圖像退化等物理因素,及高分辨系統(tǒng)下噪聲、大數(shù)據(jù)量處理效率等算法模型因素,高分辨顯微CT在實際應(yīng)用中難以實現(xiàn)超系統(tǒng)理想空間分辨率的成像。本課題以實驗室現(xiàn)有的透鏡耦合式高分辨顯微CT為平臺,提出基于亞像素信息的超分辨CT重建算法,利用亞像素位移產(chǎn)生的冗余信息并建立聯(lián)合退化、噪聲等因素的迭代重建模型,通過深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)和雙GPU對該模型進行加速,實現(xiàn)了高分辨顯微CT超分辨成像。本課題研究工作主要包括以下幾方面的內(nèi)容:首先,本文提出基于納米載物臺抖動的超分辨FDK算法（Super resolution FDK,SR-FDK）,將亞像素位移信息應(yīng)用于高分辨顯微CT重建。通過圍繞高精度納米載物臺設(shè)計抖動待測物體的掃描方案,獲取具有亞像素位移信息的投影圖像;基于ITK框架設(shè)計了高精度位移矩陣矯正算法,直接利用載物臺移動坐標(biāo)計算位移矩陣;提出基于位移矩陣的FDK算法,實現(xiàn)上采樣CT重建,并分析了定點移位位置個數(shù)對分辨率提升效果的影響。仿真及實際實驗結(jié)... 

【文章來源】：東南大學(xué)江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：101 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

顯微CT圖像：（a）小鼠腎；（2）雞胚胎三維可視化圖；（c）晶體；（d）年輪；（e）煤炭；（f）小鼠

東南大學(xué)碩士學(xué)位論文2以提供單色性很高的X射線，然后通過聚焦波帶片或是毛細管聚焦鏡聚焦，從而在理論上實現(xiàn)焦點無窮小的射線源；第三種是基于光學(xué)耦合的高分辨顯微CT架構(gòu)，由于在成像后端引入了閃爍體及可見光光學(xué)耦合放大系統(tǒng)，可避開X射線源焦點尺寸影響，進行納米成像。圖1-2三種CT結(jié)構(gòu)：（a）基于納米級微焦點射線源CT架構(gòu)；（b）基于同步輻射源CT架構(gòu)；（c）基于光學(xué)放大的CT架構(gòu)上述三種架構(gòu)中，基于光學(xué)耦合的高分辨顯微CT架構(gòu)較其他兩種成本低，易實現(xiàn)，應(yīng)用范圍也是最廣。其核心的光學(xué)放大技術(shù)一般采用中繼耦合器件將接收到的光學(xué)影像信息放大，并傳輸至CCD上獲取被測物體的圖像。中繼耦合器件主要有兩種類型：光學(xué)透鏡耦合、光纖光錐耦合，如圖1-3所示。光纖光錐耦合使用光纖光錐充當(dāng)光導(dǎo)，將受激逸出的可見光光子與光電探測像素單元直接耦合，由于可見光光子的側(cè)向傳導(dǎo)現(xiàn)象會被明顯削弱，使得該類系統(tǒng)的可見光耦合效率高，缺點是放大圖像分辨率受限于光纖制作工藝[10][11]（圖1-3（a））。光學(xué)透鏡耦合采用光學(xué)透鏡進行可見光放大，其優(yōu)點是可以實現(xiàn)較大倍數(shù)的圖像放大，調(diào)焦容易，成像質(zhì)量高；缺點是耦合效率較小，體積大且系統(tǒng)容易受雜散光的干擾（圖1-3（b））。

東南大學(xué)碩士學(xué)位論文4圖1-4高低分辨率圖像對比[12]超分辨算法是非常經(jīng)典的用于提升圖像分辨率圖像恢復(fù)算法。超分辨重建算法剛開始是用于增強圖像序列、遙感圖像成像中。在醫(yī)學(xué)圖像領(lǐng)域，最初嘗試將這一想法應(yīng)用于MRI上[13]，又應(yīng)用到了PET領(lǐng)域，獲得了很好的成果[14][15]。目前國內(nèi)外研究中，用在CT重建上的超分辨算法一般有三種類型：第一種超分辨重建算法是通過優(yōu)化重建模型達到提高分辨率的效果。其中一類基于模型的超分辨算法是通過降低部分體積效應(yīng)（Thepartialvolumeeffect，PVE）[16]來提高圖像分辨率。降低PVE的傳統(tǒng)超分辨方法是對重建體素進行上采樣，更加精細的網(wǎng)格允許更精確的表示，可以改善小結(jié)構(gòu)的整體可視化。但是在上采樣的方法中，當(dāng)體素數(shù)目增加時投影數(shù)目保持不變，這相當(dāng)于增加了方程組中未知數(shù)的數(shù)目且沒有增加方程數(shù)量，因此這種簡單上采樣的方法只在方程組本身是超定的情況下有效。當(dāng)投影數(shù)量與體素數(shù)量相當(dāng)時，繼續(xù)使用上采樣方法就需要引入更多先驗信息來克服此時的病態(tài)方程問題[17][18][19]。不過這種類型的重建模型并沒有考慮到實際物理模型，對分辨率提高有限。除了降低PVE的超分辨算法，對于投影模型的改進也可以達到提高分辨率的效果。投影模型中有很多地方都可以進行進一步優(yōu)化，比如系統(tǒng)模型、焦斑建模、閃爍體模糊建模等。投影模型中系統(tǒng)模型從像素驅(qū)動、光線驅(qū)動[20]發(fā)展到復(fù)雜的距離驅(qū)動[21]，追求更高精度建模從而獲得更高的重建圖像分辨率。2012年，Hengyong等人提出一種高分辨率的投影模型[22]，將投影建模為連接探測器元素邊界和x射線的窄扇波束上的面積積分。Zeng等人在迭代重建過程中，不再將射線源焦斑看成是一個點，而是將其看成是有一定面積的發(fā)光塊[23]。ChangM等人也是考慮了焦斑大小，將

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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[3]便攜式高分辨率X射線CCD相機的研究[D]. 楊露萍.河南大學(xué) 2016
[4]基于CsI（Tl）X射線探測器集成化的關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 梁波.電子科技大學(xué) 2016
[5]X射線源有效焦點尺寸測量裝置研制[D]. 周亞玲.重慶大學(xué) 2015
[6]閃爍體厚度對X射線成像探測器成像質(zhì)量影響的研究[D]. 張永興.中國科學(xué)院研究生院（上海應(yīng)用物理研究所） 2014
[7]基于光錐耦合的數(shù)字X射線成像系統(tǒng)研究[D]. 王志社.中北大學(xué) 2007



本文編號：3489190