基于阻挡光栅的锥形束CT图像散射修正技术

摘要

【目的】 锥形束CT的散射伪影问题严重影响了其CT值精度、低对比度目标的检测能力及剂量计算的准确性，这些限制了锥形束CT在临床上广泛应用。研发外加阻挡光栅的新型锥形束CT散射修正技术，实现在一次扫描中无需移动阻挡光栅而达到散射修正的目的。在锥形束CT系统机架旋转过程中，系统的几何结构会产生的震动和等中心偏差，阻挡光栅在投影的位置随着机架旋转而变化，影响了散射信号的精确提取，并且让阻挡光栅的设计更具挑战性。实验研究光栅在投影的运动规律，在单次扫描中实现散射估计与图像重建。对阻挡光栅的几何结构进行优化，进一步提高重建图像的质量。 【方法】 把设计的阻挡光栅放置在瓦里安Trilogy机载CBCT的射线源前，利用基于阈值的图像分割算法跟踪机架旋转过程中阻挡光栅在投影的位置，准确提取散射样本后通过插值法，估计每个投影的散射分布，最后通过改进的半扇扫描重建算法精确重建出散射修正后的图像。为了进一步提升图像质量，对均匀分布的“指交叉”型的阻挡光栅进行优化，建立阻挡光栅对重建图像质量的数学建模。引入网格自适应直接搜索的方法求解目标函数，得到优化后阻挡光栅的几何设计，再用优化设计的“指交叉”型的阻挡光栅进行实验。 【结果】 1.通过数字模体评价阻挡光栅优化前后的重建图像质量，优化设计的阻挡光栅重建图像质量比优化前的好。 2.在Catphan504模体上，利用优化后的阻挡光栅进行散射修正，感兴趣区域的CT误差由115 HU下降至11HU，对比度提高了1.45倍。 3.在病人头部上，利用优化后的阻挡光栅进行散射修正，感兴趣区域的CT误差由97 HU下降至6HU，图像非均匀度由27%下降至5%。 【结论】 基于阈值的图像分割算法实现阻挡光栅位置的准确跟踪，在被“指交叉”型光栅阻挡的区域能采集散射信号，在未被阻挡的区域通过改进的半扇扫描算法完成单次扫描的图像重建，优化后的阻挡光栅有效抑制数据缺失所带来的伪影。

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1 前言

1.1 研究背景

1.2 研究目的

1.3 研究内容

2 材料与方法

2.1 实验材料

2.2 实验方法

3 结果

3.1 光栅跟踪结果

3.2 阻挡光栅优化结果

3.2 数字模体的实验结果

3.3 Catphan 504模体的实验结果

3.4 病人实验结果

4 讨论

5 小结

参考文献

综述：锥形束CT图像散射修正方法

致谢

附录一： 缩写词中英文对照

附录二：在读期间的科研情况