X射線計(jì)算機(jī)斷層成像（computed tomography,CT）廣泛地應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、工業(yè)無損檢測(cè)等領(lǐng)域。CT系統(tǒng)通過對(duì)被檢測(cè)物體的（一般為360度連續(xù)旋轉(zhuǎn)）掃描獲得完備投影數(shù)據(jù)后,濾波反投影（filtered backprojection,FBP）算法能夠重建出高質(zhì)量的CT圖像,CT圖像能夠清楚地顯示物體的結(jié)構(gòu)信息。在實(shí)際的應(yīng)用中,在已知CT成像系統(tǒng)幾何關(guān)系的情況下,常通過調(diào)整CT掃描方案降低X射線輻射劑量、減少掃描時(shí)間以及滿足掃描條件的限制,常見的CT掃描方案有稀疏角、有限角和低強(qiáng)度CT掃描等。為了重建高質(zhì)量的CT圖像,針對(duì)CT重建問題的特點(diǎn),利用合適的先驗(yàn)知識(shí)約束重建圖像是我們的主要研究工作,主要內(nèi)容如下:首先,提出基于圖像梯度L₀范數(shù)最小化的CT系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)中心校正方法,減少重建圖像中的幾何偽影。CT成像系統(tǒng)的幾何校正是CT重建中的重要步驟之一,其目的是使得投影數(shù)據(jù)與實(shí)際的成像幾何關(guān)系保持一致,減少重建圖像中的幾何偽影。微焦點(diǎn)CT系統(tǒng)常用于體積小的物體的三維顯微成像,對(duì)CT圖像的分辨率要求高,因此,即使旋轉(zhuǎn)中心有較小的橫向偏移也會(huì)導(dǎo)致重建圖像出現(xiàn)明顯的幾何... 

【文章來源】：重慶大學(xué)重慶市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：149 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

CT采樣示意圖：(a)稀疏角采樣，(b)有限角采樣，(c)多段有限角采樣Fig.1.1SchematicdiagramofCTsampling:(a)few-viewsampling,

2CT成像基礎(chǔ)92CT成像基礎(chǔ)2.1CT成像系統(tǒng)簡介為了得到高質(zhì)量的CT圖像，需要CT成像系統(tǒng)對(duì)被檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行X射線測(cè)量，這需要X射線管、探測(cè)器、支持被檢測(cè)對(duì)象或射線源與探測(cè)器旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。CT成像系統(tǒng)還包括準(zhǔn)直器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及其他輔助系統(tǒng)。X射線源是產(chǎn)生X射線的部件，主要由陽極、陰極、外殼三部分構(gòu)成。探測(cè)器的作用是把X射線能量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。探測(cè)器的類型及其空間布局可以參考文獻(xiàn)[3,85]。在醫(yī)學(xué)CT中，射線源和探測(cè)器安裝在滑環(huán)上，滑環(huán)連接了CT系統(tǒng)中固定與轉(zhuǎn)動(dòng)的部分，被檢測(cè)對(duì)象全置于檢查床上[3]。在工業(yè)CT中，被檢測(cè)對(duì)象置于旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，旋轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)一周可以完成全角度的投影數(shù)據(jù)采集[85]。由于旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)可以等價(jià)為射線源與探測(cè)器的旋轉(zhuǎn)，我們可以得到等價(jià)的扇束CT掃描示意圖，如圖2.1所示。不失一般性，本文假設(shè)被檢測(cè)對(duì)象置于旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，采集被檢測(cè)對(duì)象在全角度下的投影數(shù)據(jù)需要旋轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)一周。圖2.1扇束CT掃描示意圖Fig.2.1Diagramoffan-beamCTscanningCT成像系統(tǒng)有兩種準(zhǔn)直器：前準(zhǔn)直器和后準(zhǔn)直器，通常由鉛、鎢等重金屬材料制作。前準(zhǔn)直器位于X射線球管端，后準(zhǔn)直器位于探測(cè)器端。準(zhǔn)直器用于遮擋X射線。具體而言，在不同的CT系統(tǒng)中，準(zhǔn)直器的主要作用不同。在扇束CT掃描中，前準(zhǔn)直器用于對(duì)X射線束進(jìn)行重塑，即遮擋大部分由X射線源發(fā)射出的X射線，使錐形X射線束變?yōu)樯刃蝀射線束。當(dāng)前準(zhǔn)直器完全閉合時(shí)，則錐形X射線束不能到達(dá)被檢測(cè)對(duì)象。后準(zhǔn)直器又可具體分為平面內(nèi)準(zhǔn)直器和垂直平面準(zhǔn)直器。前者用于限制被檢測(cè)對(duì)象被測(cè)量的切片厚度，后者用于在分立探測(cè)器中遮擋

重慶大學(xué)博士學(xué)位論文10散射X射線。圖2.2錐束CT掃描示意圖Fig.2.2Diagramofcone-beamCTscanning本文研究涉及到微焦點(diǎn)CT系統(tǒng)[86]，其構(gòu)成與一般的錐束CT系統(tǒng)類似，如圖2.2所示。微焦點(diǎn)CT系統(tǒng)多用于對(duì)體積小的物體，如骨骼，小動(dòng)物和微型材料等被檢測(cè)對(duì)象的高分辨率CT成像。在保證被檢測(cè)對(duì)象能夠被錐形X射線束覆蓋的情況下，縮小旋轉(zhuǎn)臺(tái)與X射線源之間的距離可以提高圖像的分辨率。由于微焦點(diǎn)CT系統(tǒng)對(duì)圖像分辨率要求高，旋轉(zhuǎn)臺(tái)中心在橫向上的微小移動(dòng)可能導(dǎo)致重建圖像有明顯的幾何偽影[87,88]。因此，在CT圖像重建中必須對(duì)微焦點(diǎn)CT系統(tǒng)采集的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，減少圖像的幾何偽影。本文第三章給出了一種簡單的基于L0范數(shù)最小化的旋轉(zhuǎn)中心標(biāo)定方法。微焦點(diǎn)CT系統(tǒng)的X射線焦點(diǎn)尺寸在微米級(jí)別，約為5~10微米，在這種情況下，焦點(diǎn)在探測(cè)器上的半影小，有利于提高重建圖像的分辨率。然而，微米級(jí)的焦點(diǎn)限制了X射線管的電流值，其通常小于100微安，導(dǎo)致X射線管的輸出功率��；因此，在每個(gè)投影視角下，需要增加X射線管的曝光時(shí)間以獲得足夠的光子。探測(cè)器的分辨率也會(huì)影響微焦點(diǎn)CT系統(tǒng)的分辨率。微焦點(diǎn)CT系統(tǒng)多采用空間分辨率高的平板探測(cè)器。X射線在平板探測(cè)器上的散射和串?dāng)_會(huì)降低投影數(shù)據(jù)的質(zhì)量。相同條件下，X射線管的曝光時(shí)間和探測(cè)器對(duì)X射線能量的積分時(shí)間越長，

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]工業(yè)計(jì)算機(jī)斷層成像系統(tǒng)轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)中心的確定[J]. 李保磊,傅健,魏東波,李俊江.  航空動(dòng)力學(xué)報(bào). 2009(07)
[2]扇束濾波反投影重構(gòu)算法中旋轉(zhuǎn)中心誤差校正[J]. 傅健,路宏年.  兵工學(xué)報(bào). 2003(03)
[3]旋轉(zhuǎn)中心偏移對(duì)CT重建圖像質(zhì)量的影響[J]. 王召巴.  兵工學(xué)報(bào). 2001(03)

博士論文
[1]有限角及低信噪比CT圖像重建的優(yōu)化模型與算法研究[D]. 張伶俐.重慶大學(xué) 2018
[2]醫(yī)學(xué)X-CT稀疏投影成像優(yōu)化算法及其運(yùn)動(dòng)偽影校正研究[D]. 陳綿毅.重慶大學(xué) 2017
[3]有限角CT的正則化圖像重建算法研究[D]. 王成祥.重慶大學(xué) 2016
[4]有限角逆向螺旋錐束CT重建算法研究[D]. 武棟.重慶大學(xué) 2015

碩士論文
[1]數(shù)字乳腺層析成像投影數(shù)據(jù)優(yōu)化及校正技術(shù)研究[D]. 張忻宇.南方醫(yī)科大學(xué) 2017
[2]工業(yè)CT系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)中心定位方法研究[D]. 劉明進(jìn).重慶大學(xué) 2014
[3]錐束CT幾何偽影校正技術(shù)研究[D]. 張俊.解放軍信息工程大學(xué) 2013



本文編號(hào)：3257427