基于图像矩的低剂量CT图像重建系统开发

摘要

X射线计算机断层成像技术(X-ray Computerized Tomography, CT)能够为临床医生的诊断提供丰富的人体器官组织解剖信息，是临床诊断和治疗的有效工具之一。但是一次完整的CT扫描会对人体产生较大的电离辐射伤害，如果长时间暴露在高剂量的电离辐射下容易引发癌症等疾病。虽然减少CT投影数据能够有效降低X射线剂量、减少电离辐射伤害，但是同时也会造成CT重建图像质量下降，从而影响临床医生的诊断。因此，如何在低剂量X射线条件下重建出符合临床诊断要求、高质量的二维或三维CT图像具有重要的临床实用价值。
　　为了在部分平行束投影数据缺失的情况下提高二维 CT重建图像质量，本文提出了基于Krawtchouk离散正交矩的有限角度二维CT图像重建算法。该算法利用Krawtchouk离散正交矩和二维Radon变换的性质建立了Krawtchouk离散正交矩和二维Radon变换之间的关系，然后通过此关系先从已知角度投影数据中获得Krawtchouk离散正交矩，然后再通过已获得的Krawtchouk离散正交矩来估计未知角度投影数据，从而达到补全投影数据、提高重建图像质量的目的。实验结果表明，本文方法能够在投影数据缺失的情况下有效提高二维重建图像质量。
　　其次，为了在部分锥形束CT投影数据缺失的情况下提高三维CT重建图像质量，本文提出了基于几何矩的有限角度锥形束CT图像重建算法。该算法利用Grangeat公式将获得的已知锥形束投影数据转化为已知三维Rado n变换数据，然后建立了三维Rado n变换与三维几何图像矩之间的关系，并通过此关系从已知三维Rado n变换数据中计算出三维几何图像矩，再从已获得的三维几何图像矩估计出未知三维Rado n变换数据，最后直接使用三维Rado n逆变换重建出图像。从实验结果可以看出，在部分锥形束 CT投影数据缺失时，该方法仍能获得质量较好的三维CT图像。

目录

声明

第一章 绪论

1.1选题背景和意义

1.2 X射线计算机断层成像技术

1.3 X射线和电离辐射伤害

1.4国内外研究回顾和现状

1.5论文的主要贡献

1.6论文的主要组织框架

第二章 图像矩理论介绍

2.1图像矩的研究现状

2.2常用的图像矩函数

2.3图像矩的应用

2.4本章小结

第三章 基于离散正交矩的有限角度平行投影数据重建

3.1二维Radon变换

3.2离散正交投影矩和正交图像矩

3.3 Krawtchouk离散正交多项式和离散正交矩

3.4对缺失离散投影数据的估计

3.5 She pp-Logan头模型

3.6实验结果和分析

3.7本章小结

第四章 基于几何图像矩的有限角度锥形束CT图像重建算法

4.1锥形束投影数据

4.2三维Radon变换

4.3 Grangeat图像重建算法

4.4三维Radon变换和三维几何图像矩的关系

4.5对未知投影数据的估计

4.6实验结果和分析

4.7本章小结

第五章 基于Matlab语言的CT图像重建系统开发

5.1 Matlab及其图形用户界面介绍

5.2开发环境介绍

5.3平台总体设计

5.4平台效果展示

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1全文工作总结

6.2未来工作展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

致谢