高分辨CT幾何校正的最優(yōu)化方法研究.pdf

1、高分辨CT在醫(yī)學(xué)檢查、工業(yè)無損探傷等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價(jià)值。高分辨CT重建圖像中存在著各種不同的偽影，其中當(dāng)CT成像系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)偏離其理想位置時(shí)，引起的重建圖像的退化即為幾何偽影。為解決幾何偽影，就需要對(duì)高分辨CT進(jìn)行幾何校正?，F(xiàn)有的幾何校正方法對(duì)于高分辨CT系統(tǒng)而言精度不夠，校正后的重建圖像中依然存在幾何偽影，因此需要精度更高的幾何校正方法。
　　在理想的CT系統(tǒng)中，一個(gè)點(diǎn)狀物體的重建圖像將是一個(gè)理想的單一點(diǎn)，但是當(dāng)CT系統(tǒng)的

2、幾何結(jié)構(gòu)發(fā)生偏移的時(shí)候，它的重建圖像將會(huì)是一個(gè)彌散的分布，彌散程度與CT系統(tǒng)的幾何參數(shù)之間有一個(gè)確定的關(guān)系，本文提出了一個(gè)能反映該關(guān)系的目標(biāo)函數(shù)，并以此為基礎(chǔ)提出了一種新的CT系統(tǒng)幾何校正方法，通過最優(yōu)化算法求解目標(biāo)函數(shù)的最大值，用所得的幾何參數(shù)的最優(yōu)解，來實(shí)現(xiàn)CT系統(tǒng)的幾何校正。
　　本課題將該方法首先應(yīng)用于扇束CT的幾何偽影校正，定義了一種3參數(shù)的幾何模型用于描述扇束CT的幾何結(jié)構(gòu)，使用金屬細(xì)絲作為校正模體，根據(jù)重建圖像像素的

3、平方和與幾何參數(shù)的關(guān)系建立了目標(biāo)函數(shù)，使用模擬退火算法作為參數(shù)求解方法。本文用仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了上述3參數(shù)目標(biāo)函數(shù)和模擬退火算法求解幾何參數(shù)的可行性。在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，由于條件所限，使用錐束CT的中平面數(shù)據(jù)來代替扇束CT的實(shí)際數(shù)據(jù)，對(duì)該方法的實(shí)際效果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法能夠有效地對(duì)扇束CT系統(tǒng)進(jìn)行幾何校正。
　　進(jìn)一步地，本課題利用該方法對(duì)錐束CT的幾何校正問題進(jìn)行了研究，將扇束CT所定義的3參數(shù)模型擴(kuò)展成一種6參數(shù)的幾何

4、模型，用于描述錐束CT的幾何結(jié)構(gòu)，使用金屬小球作為校正模體，根據(jù)重建體數(shù)據(jù)像素的平方和與幾何參數(shù)的關(guān)系建立目標(biāo)函數(shù)，使用模擬退火算法作為參數(shù)求解方法。整個(gè)算法流程建立后，用仿真數(shù)據(jù)驗(yàn)證了6參數(shù)目標(biāo)函數(shù)和模擬退火算法求解幾何參數(shù)的可行性。最后以實(shí)際的高分辨率錐束CT為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，展示了該方法在實(shí)際錐束CT系統(tǒng)中的校正效果，并研究了該方法的誤差、穩(wěn)定性等各項(xiàng)性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文提出的幾何校正方法具有更高的精度，能夠有效的抑制高分辨CT重建圖