偏置探测器CT重建算法研究及实现

摘要

计算机断层成像技术(Computed Tomography,CT),利用测量不同视角下X射线通过被成像物体的衰减值,重建物体内部二维或三维结构图像。它能够以无损、精确、直观的方式表现物体的内部结构信息,现已在工业检测、医学诊断等领域得到了广泛的应用,是最佳的现代无损检测技术之一。在众多扫描方式中,圆轨迹锥形束扫描,由于其机械结构简单,具有X射线利用率高、扫描速度快、水平分辨率和轴向分辨率一致等优点,是目前最为流行的CT扫描结构之一。
　　本文介绍了一种偏置探测器CT系统,与传统的锥形束圆轨迹扫描方式不同,通过将面阵探测器水平平移,半覆盖扫描将视场区域扩大了近一倍。不仅未增加机械复杂度,还大大减少了重建对象受辐射的剂量。
　　针对这种特殊的扫描结构,本文从CT基础理论和重建基础算法出发,对插值重排偏置重建算法、预加权偏置重建算法进行了详细的分析以及严格的数学推导。比较了两者在偏置重建时的不同特点,插值重排偏置重建计算复杂度高,对于倾斜非中心平面的插值重排会导致空间分辨率的损失,使图像质量下降。预加权偏置重建充分利用了数据的冗余特性,在滤波之前对投影数据进行了加权,避免了计算复杂度的增加。此外,本文分别对两者进行了GPU加速,改善了算法性能,使其更有实际应用价值。最后从扇形束二维重建和锥形束三维重建两方面出发,分别设计了仿真实验和实际系统实验对上述各方法的可靠性以及准确性进行了验证。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状及发展前景

1.3 论文的主要内容及结构

第二章 计算机断层成像技术概述

2.1 引言

2.2 CT成像预备知识

2.3 偏置探测器CT系统扫描结构

2.4 本章小结

第三章 偏置探测器CT重建算法研究

3.1 引言

3.2 插值重排偏置重建算法

3.3 预加权偏置重建算法

3.4 利用GPU加速实现偏置重建算法

3.5 本章小结

第四章 重建算法实验验证和分析

4.1 引言

4.2 扇形束重建实验

4.3 锥形束重建实验

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 论文总结

5.2 研究展望

致谢

参考文献

作者在硕士期间参加的课题及成果