锥束X射线成像技术中若干关键问题的研究

摘要

锥束X射线成像技术因其轴向分辨率高、扫描速度快、X射线利用率高以及成像快速等优点，已被应用于活体小动物成像、人体乳腺癌诊断等医学领域，并成为医学成像研究领域中最为活跃的前沿课题。因此，研究如何提高锥束X射线成像质量具有重要的学术价值和应用研究价值。
　　本文围绕锥束X射线成像中影响图像重建质量的若干关键因素和相应解决办法展开研究。论文主要包括三方面内容：
　　第一，本文以3DShepp-Logan模型为成像对象并根据X射线追踪技术建立了锥束X射线成像仿真平台来验证评价所发展的锥束三维重建算法。在此基础上，针对小动物的医学解剖成像在生物医学研究中的重要性，本文基于数字化标本放射影像系统搭建了封闭式锥束micro-CT成像系统，并通过自制小动物仿体成像实验对其进行评价。最后，为了更好地研究小动物成像，利用开放式锥束CT成像系统对活体小老鼠进行了成像实验。
　　第二，针对基于FDK重建中投影数据的不完备性所引起的图像轴向重建精度下降的问题，本文提出了采用经验函数加权方法对FDK算法进行修正。该算法在无需增加原有单圆扫描轨迹的前提下，利用倒高斯函数因子对FDK重建算法进行预加权改进，从而有效地补偿了图像轴向重建精度的衰减。最后，通过模拟研究定量地评价了该算法对图像噪声的抑制作用，并利用实验验证了加权补偿算法的有效性。
　　第三，对于成像系统几何误差引起的重建伪像以及图像失真问题，论文提出了基于校正仿体的系统几何误差的校正方法。该方法通过自制校正仿体预先提取出各投影角度下的投影矩阵，并利用投影矩阵修正对应投影角度下的物体空间与投影平面的错误映射关系。论文对成像系统旋转轴偏离X光轴的误差进行了校正实验。实验结果表明，本校正方法可有效地减小由系统几何误差引起的重建伪像和图像畸变，并可推广到类似三维医学成像系统。
　　本文对影响锥束X射线成像质量的几个关键因素分别提出了相应的解决方案，因此对锥束X射线成像的研究具有较大的实际意义。

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第一章 绪论

1.1课题的研究意义

1.2课题的研究现状及发展趋势

1.3 论文的主要工作

第二章 X射线成像理论与成像方法概述

2.1 X射线成像的物理理论基础

2.2 X射线成像方法概述

2.3 锥束X射线成像技术

2.4 本章小结

第三章 针对小动物的锥束CT重建研究

3.1锥束X射线成像重建算法

3.2 FDK重建算法

3.3 锥束CT成像的数值模拟研究

3.4针对小动物的锥束CT成像实验研究

3.5 本章小结

第四章 锥束X射线成像中轴向强度衰减的补偿研究

4.1 轴向强度衰减的产生原因与影响分析

4.2锥束CT成像轴向强度衰减的补偿研究

4.3 数字合成体层成像轴向强度衰减的补偿研究

4.4 本章小结

第五章 数字合成体层系统旋转轴偏离X光轴的校正研究

5.1 数字合成体层系统及其几何误差影响

5.2 旋转轴偏离X光轴对数字合成体层成像的影响分析

5.3 系统几何误差的校正方法研究

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 主要研究工作与结论

6.2 主要创新性工作

6.3 今后工作的展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢