基于局部线性嵌入的医学X-CT几何参数校正及其图像重建加速算法研究

摘要

计算机断层成像技术（Computed Tomography，CT技术）是一种在不同角度对物体进行全面扫描以得到物体内部横截面信息的成像技术，作为一种先进的无损检测方法，该技术凭借其非接触、无破坏性、高分辨率等优点，被广泛的应用于医疗、工业、航空航天、军事和地质勘探等众多领域。特别是，随着探测器技术的不断发展，锥形束CT更是凭借其扫描速度快、空间分辨率高等优点，成为目前CT研究工作的重点和热点。
　　然而，由于人为因素或仪器机械精度等原因，锥形束CT经人工安装定位后，其系统的几何位置可能与理想情况有一定偏差，例如探测器沿中心线发生位置偏移、探测器沿轴有倾斜角等，这些情况的出现会导致重建图像出现几何伪影，从而影响图像质量。因此，对伪影的几何校正一直是CT领域的重点难题，研究快速、有效的校正方法，对伪影校正技术的发展具有重要意义。一般地，锥形束CT的几何校正方法主要分为模体校正和算法校正两种。模体校正通常以某些理想条件为前提，只校准系统的部分参数，从而降低问题的复杂度，但会缩小几何校正的应用范围；算法校正则是以投影信息或者重建图像质量作为约束标准，利用优化算法求解系统的几何参数。随着计算机技术的进步，算法校正得到较大的发展，不同于模体校正，算法校正无需制作标定模体就可以直接对投影数据或投影图像进行处理，从而计算出锥束CT系统的几何误差参数，最后应用于图像重建算法中。
　　本文主要工作针对医用锥束CT系统中的几何校正问题展开研究。研究内容主要包括：
　　①研究了基于局部线性嵌入算法的医学X-CT几何参数校正方法。局部线性嵌入算法表明在一个样本空间中某一个数据可以由它近邻的几个样本来线性表示，而CT几何参数在密集采样时刚好可以由该算法对采样数据进行更新校正。为此，本文将局部线性嵌入算法应用于CT几何参数校正当中，通过实验表明，基于局部线性嵌入算法的医学X-CT几何参数校正方法可以对影响CT系统位置的全部八个几何参数进行更新校正，并且校正后图像重建质量有明显改善。
　　②研究了基于Intel数学核心函数库（简称Intel MKL）的CT图像重建加速方法。在CT图像重建算法中，大规模的矩阵运算一直是影响CT图像重建速度慢的主要原因。本文将Intel MKL库运用到CT图像重建当中，研究结果表明，运用Intel MKL函数库对CT重建算法进行优化可以加快图像重建速度，提高锥形束CT的实时性要求。同时，研究设计基于MFC的锥束CT显示界面，为实现更好的人机交互打下坚实基础。

目录

1 绪 论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3本文研究的主要内容

2 医用CT图像重建技术研究

2.1 医用CT系统的组成及扫描方式

2.2 CT成像的基本原理

2.3 CT图像重建基础

2.4 CT图像重建算法

2.5本章小结

3 基于局部线性嵌入算法的几何校正研究

3.1锥束CT系统几何结构

3.2基于局部线性嵌入算法的几何校正

3.3校正实验及结果讨论

3.4本章小结

4 医用CT图像重建加速算法研究

4.1 Intel MKL简介

4.2基于 Intel MKL的CT图像重建加速算法研究

4.3 CT显示界面设计

4.4本章小结

5 总结与展望

5.1研究工作总结

5.2下一步展望

致谢

参考文献

附录