優(yōu)化微型CT圖像質(zhì)量的方法研究.pdf

1、近年來,隨著活體小動物成像技術(shù)的飛速發(fā)展,使用活體小動物成像系統(tǒng)長時程對單只動物進(jìn)行連續(xù)觀測成為生物醫(yī)學(xué)研究中的常規(guī)手段。在眾多活體小動物成像系統(tǒng)中,微型CT是歷史久遠(yuǎn)、使用廣泛、有效的系統(tǒng)。然而,受單位像素X射線光子數(shù)目較少的影響,微型CT圖像存在信噪比較差的問題。因而,微型CT圖像對光源、探測器、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等方面引入的偽影或模糊極為敏感。如何降低偽影、提高成像質(zhì)量是微型CT領(lǐng)域的重要研究方向?；诖?本文對優(yōu)化微型CT圖像質(zhì)量的方法進(jìn)

2、行了研究。
　　在前期研究的基礎(chǔ)上,本文研制了一套機(jī)架旋轉(zhuǎn)式的微型CT成像系統(tǒng),使用微焦斑射線源作為源,使用基于非晶硅的平板探測器探測X射線,動物置于動物床上,成像時旋轉(zhuǎn)機(jī)架帶動源和探測器在豎直面內(nèi)圍繞動物旋轉(zhuǎn)并采集圖像。本文對該系統(tǒng)的性能進(jìn)行了測試,結(jié)果表明系統(tǒng)空間分辨率達(dá)到200微米,對比度信噪比的測量結(jié)果表明該系統(tǒng)能分辨骨頭和脂肪組織,但無法對其它軟組織進(jìn)行區(qū)分,均一性測試結(jié)果中未發(fā)現(xiàn)明顯的杯狀偽影。
　　在該系統(tǒng)的基

3、礎(chǔ)上,首次提出并證明了錐形束微型CT中投影疊加圖像(SOP)的對稱特性。并使用數(shù)值模體對實(shí)際系統(tǒng)中可能影響該對稱性的因素進(jìn)行了仿真分析,包括射線源,探測器,系統(tǒng)結(jié)構(gòu),成像樣品。結(jié)果表明,射線源焦斑的隨機(jī)移動、探測器的異常響應(yīng)像素點(diǎn)(APs)、系統(tǒng)幾何參數(shù)和小動物的呼吸運(yùn)動等對SOP對稱性的影響較嚴(yán)重,而其他因素的影響幾乎可忽略。
　　在仿真研究的基礎(chǔ)上,利用系統(tǒng)幾何參數(shù)發(fā)生偏移時會影響SOP對稱性這一性質(zhì),建立了探測器的skew角

4、度、roll角度、旋轉(zhuǎn)軸、中平面位置和光源到探測器的距離等關(guān)鍵幾何參數(shù)的偏移與SOP對稱性的關(guān)系式,結(jié)合單純形-模擬退火算法求得幾何參數(shù)的值。并使用數(shù)值模體和任意形狀的小動物樣品驗(yàn)證了該算法的有效性。結(jié)果表明,本文提出的在線幾何校準(zhǔn)方法達(dá)到了與離線校準(zhǔn)方法相近的性能,顯著改善了幾何參數(shù)偏移情況下圖像的質(zhì)量。
　　在仿真研究的基礎(chǔ)上,利用APs會在SOP的對稱性圖像中引入高的奇異性這一特點(diǎn),提出了一種校正APs的新方法。該方法是利用

5、二維二進(jìn)小波變化,對SOP對稱性圖像進(jìn)行處理,提取出APs,并使用拉普拉斯方法對APs進(jìn)行消除。與傳統(tǒng)的濾波方法相比,本文提出的方法能夠同時處理高強(qiáng)度和低強(qiáng)度的APs,并且不會濾除圖像原有的有效信息,有效抑制了微型CT圖像中的環(huán)狀和線狀偽影,從而提高了圖像質(zhì)量。
　　最后,利用研制的微型CT系統(tǒng)和發(fā)展的優(yōu)化微型CT圖像質(zhì)量的方法,本文對小動物軟組織進(jìn)行成像。為進(jìn)一步提高軟組織對比度,引入了小動物專用碘造影劑。本文研究了該造影劑在不