欠采樣條件下的CT圖像重建算法研究.pdf

1、計(jì)算機(jī)斷層成像（Computed Tomography,CT）是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)診斷及放射治療的重要技術(shù)手段，然而有研究表明，過高劑量的X射線照射會(huì)危害受檢者健康。在保持現(xiàn)有硬件設(shè)備不變情況下，可通過稀疏角度及有限角度掃描來有效降低輻射劑量，但這兩種掃描方式皆因數(shù)據(jù)采樣不足而會(huì)使重建圖像質(zhì)量發(fā)生嚴(yán)重退化。因此，如何在降低輻射劑量的同時(shí)確保重建圖像質(zhì)量不退化已成為當(dāng)前放射成像領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)。
　　本文通過系統(tǒng)回顧C(jī)T成像理論基礎(chǔ)及對經(jīng)典重建

2、算法進(jìn)行學(xué)習(xí)與掌握，針對低劑量CT成像中的稀疏角度及有限角度圖像重建問題展開深入研究，并提出以下三種重建算法:
　　第一，針對非局部平均(Non-local Means，NLM)算法在稀疏角度重建的不足，改進(jìn)并實(shí)現(xiàn)了一種基于自適應(yīng)NLM約束的CT重建算法。該算法定義了一種新型相似窗，并設(shè)計(jì)一種基于相似窗旋轉(zhuǎn)變換的相似性測度，從而精確衡量像素間的相似性，避免圖像細(xì)節(jié)模糊。其次，設(shè)計(jì)了一種基于像素梯度大小及當(dāng)前迭代次數(shù)的自適應(yīng)濾波參數(shù)

3、，從而在抑制噪聲的同時(shí)銳化圖像邊緣。仿真及真實(shí)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，新算法可以有效消除噪聲與偽影并且保持圖像的邊緣特性。與傳統(tǒng)算法相比，信噪比提高了38％，平均誤差則降低了76％。
　　第二，針對NLM約束的代數(shù)重建算法(Algebraic Reconstruction Technique，ART)在稀疏角度重建的過平滑問題，改進(jìn)并實(shí)現(xiàn)了一種基于旋轉(zhuǎn)不變性的自適應(yīng)NLM重建算法。該算法設(shè)計(jì)了一種基于旋轉(zhuǎn)不變性的相似性測度用于計(jì)算相似窗

4、間的相似距離，與此同時(shí)，根據(jù)像素所處位置特征及重建圖像的噪聲大小自適應(yīng)調(diào)整濾波參數(shù)，從而避免圖像邊緣區(qū)域被過度平滑。仿真及真實(shí)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本算法可以在平滑噪聲和偽影的同時(shí)，還原圖像的邊緣結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。與傳統(tǒng)ART-NLM算法相比，信噪比提高了51％，平均絕對誤差降低了74％。
　　第三，針對有限角度CT圖像重建存在嚴(yán)重偽影問題，改進(jìn)并實(shí)現(xiàn)了一種基于局部和非局部正則化的有限角度CT圖像重建算法。通過改進(jìn)傳統(tǒng)NLM算法以利用非偽影區(qū)

5、域正確的圖像信息來恢復(fù)偽影區(qū)域的像素值，然后改用全變差最小化方法校正由非偽影區(qū)域引入的偽結(jié)構(gòu)信息。仿真及真實(shí)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本算法可以大幅度減少重建圖像的幾何失真?zhèn)斡埃@著提高圖像質(zhì)量。與ART-NLM算法相比，信噪比提高了57％，平均絕對誤差則降低了52％。
　　本文針對稀疏角度及有限角度CT圖像重建問題，改進(jìn)并實(shí)現(xiàn)了三種重建算法，顯著提高了重建圖像質(zhì)量。雖然本文所研究的內(nèi)容在圖像精度上取得了一些初步成果，但對于在實(shí)際臨床應(yīng)用