【摘要】：錐束CT因其射線利用率高、三維重建結(jié)果各向同性等優(yōu)點成為目前研究的熱點。C型臂X光機是一種常用的錐束CT醫(yī)療設(shè)備,此種機器的三維重建技術(shù)正在被廣泛的研究。本論文的研究依托于相關(guān)科技研究項目,在該項目中主要完成了C型臂X光機上位機控制軟件的設(shè)計,在Qt開發(fā)環(huán)境中,使用C++編程語言實現(xiàn)了曝光采圖、運動控制、三維拍圖等功能。并對CT圖像去噪、FDK算法、迭代類算法等三維重建關(guān)鍵技術(shù)進行了研究。本文的主要研究內(nèi)容如下:(1)實現(xiàn)了C型臂X光機的上位機控制方案。針對該機器的軟件功能需求以及硬件結(jié)構(gòu),完成了控制系統(tǒng)軟件總體架構(gòu)設(shè)計。根據(jù)功能對該軟件進行了模塊劃分,包括曝光與采集模塊、運動控制模塊、圖像處理模塊、三維拍圖模塊,分別對各功能模塊進行了設(shè)計。并使用Qt平臺實現(xiàn)了這些功能。(2)改進了非局部均值去噪算法。針對低劑量拍片時圖片存在噪聲的問題進行了研究,使用非局部均值去噪算法對CT圖像去噪,分析了該算法存在的問題并對此算法進行了改進:1)結(jié)合余弦核函數(shù)改進了此算法的指數(shù)核函數(shù);2)提出了一種基于結(jié)構(gòu)相似度的預(yù)判據(jù)方法來選擇要計算的加權(quán)像素塊。針對該算法運算時間長的問題,設(shè)計并實現(xiàn)了一種CUDA并行加速方案。改進后的算法圖像質(zhì)量有了提升并且使用CUDA加速后可以顯著縮短計算時間。(3)設(shè)計了短掃描軌跡FDK重建算法CUDA加速方案。針對短掃描FDK重建算法進行了研究,分析了掃描軌跡對于FDK算法的影響,結(jié)合已有的研究分析并實現(xiàn)了適用于短掃描軌跡的FDK算法。為滿足實時性要求,結(jié)合該算法各步驟的計算特點,設(shè)計了CUDA加速的方案。(4)改進了基于壓縮感知理論的ASD-POCS三維重建算法。首先分析實現(xiàn)了常用的迭代重建算法。在稀疏角度下為得到更好的重建結(jié)果,分析了ASD-POCS算法,該方法可以得到比傳統(tǒng)重建算法更好的圖像結(jié)果。但此算法存在迭代次數(shù)多,收斂慢的問題。本文對該算法進行了兩步改進:1)提出了一種基于結(jié)果像素差距離比值的TV最小化迭代過程迭代終止條件;2)結(jié)合快速迭代收縮閾值算法對此算法進行了改進。改進后的算法收斂速度加快,需要較少的迭代次數(shù)就可獲得良好的重建結(jié)果。改進后的算法在投影稀疏度變大以及投影范圍變小時也可得到比原算法更精確的重建結(jié)果。
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TH77;TP391.41
【圖文】：

、動態(tài)響應(yīng)范圍大、圖像的延遲度低并且對 X 射線敏感，只需較小劑量便得到理想的投影圖像，并且得到的圖像形變小、空間分辨率高[31]。因此本使用平板探測器，型號為泰雷茲 2630S。圖像采集卡，用來接收平板探測器的圖像。運動模塊包括：5 個伺服電機，分別安裝于 C 臂 5 個軸上面，均可實現(xiàn)程制。現(xiàn)有的移動式 C 臂機大都采用普通的直流電機或者是交流電機，通過面板操作，上位機程序并不能對其進行運動控制，不能同步機械的運動以器的曝光采圖，也就不能實現(xiàn)三維拍圖的功能。鑒于此本機器中使用可以控制的伺服電機，對于每一個軸都可以實現(xiàn)精確地控制。圖像處理及顯示模塊包括：顯示器，用來顯示上位機程序界面實現(xiàn)對機控制和顯示采集到的圖片。計算機主機，用來與下位機以及其他硬件連接上位機控制程序控制機器完成各項任務(wù)。電源模塊包括：UPS 不間斷電源，提供意外斷電保護。圖 2-2 是本項目正在開發(fā)的機器實物圖，圖 2-3 是 C 型臂機架三維運動示。

、動態(tài)響應(yīng)范圍大、圖像的延遲度低并且對 X 射線敏感，只需較小劑量便得到理想的投影圖像，并且得到的圖像形變小、空間分辨率高[31]。因此本使用平板探測器，型號為泰雷茲 2630S。圖像采集卡，用來接收平板探測器的圖像。運動模塊包括：5 個伺服電機，分別安裝于 C 臂 5 個軸上面，均可實現(xiàn)程制。現(xiàn)有的移動式 C 臂機大都采用普通的直流電機或者是交流電機，通過面板操作，上位機程序并不能對其進行運動控制，不能同步機械的運動以器的曝光采圖，也就不能實現(xiàn)三維拍圖的功能。鑒于此本機器中使用可以控制的伺服電機，對于每一個軸都可以實現(xiàn)精確地控制。圖像處理及顯示模塊包括：顯示器，用來顯示上位機程序界面實現(xiàn)對機控制和顯示采集到的圖片。計算機主機，用來與下位機以及其他硬件連接上位機控制程序控制機器完成各項任務(wù)。電源模塊包括：UPS 不間斷電源，提供意外斷電保護。圖 2-2 是本項目正在開發(fā)的機器實物圖，圖 2-3 是 C 型臂機架三維運動示。

面菜單欄序列圖像顯示圖片顯示框多視圖選擇回放運動控制頁患者加載圖 2-11 上位機界面功能圖檢查頁見圖 2-12 主要完成 X 光機拍片以及實時顯示功能，功能包括：病人信息顯示、拍攝模式選擇、劑量參數(shù)調(diào)節(jié)、實時圖像顯示、系統(tǒng)狀態(tài)提示框等。查看標簽頁見圖 2-13 主要負責得到圖像的分析，在此頁面上有基本圖像操作例如縮放、負片、調(diào)節(jié)窗寬窗位等按鈕，也有對攝影模式拍攝的序列圖片的播放、多視圖顯示等功能。在查看界面上還預(yù)留了很多控件，方便以后界面功能的擴展。在菜單欄中主要集成了患者信息加載、運動控制以及圖片回放查看的功能。

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4 周l櫧

本文編號：2787476