高分辨CT校準及內重建算法研究.pdf

1、高分辨CT是指分辨率在10微米以內甚至達到數(shù)十納米分辨率的CT系統(tǒng)。高分辨CT具有無損檢測、高空間分辨等優(yōu)點，為生物醫(yī)學、材料學等學科提供了非常重要的檢測手段，被廣泛應用于疾病模型建立、新藥測試、骨參數(shù)測量和材料分析等領域的研究中。高分辨CT由于其高精度的特性，其硬件系統(tǒng)及成像算法都有其固有的特點。本課題以自研的一套分辨率達到亞微米水平的高分辨CT成像系統(tǒng)為平臺，研究了高分辨CT的校準問題和內重建問題。
　　高分辨CT系統(tǒng)成像過程

2、中需要對系統(tǒng)中的探測器、射線源和轉臺之間的空間幾何關系進行精確估計，利用估計到的幾何參數(shù)對投影數(shù)據(jù)和重建過程進行幾何校正，才能實現(xiàn)高精度三維成像目的。傳統(tǒng)的幾何校正方法難以滿足高分辨CT系統(tǒng)的精度指標要求，為此，本文提出了一種基于單點模體的高精度CT系統(tǒng)幾何校正算法。該算法根據(jù)CT反投影幾何構建了關于幾何校正參數(shù)的評價函數(shù)，該函數(shù)能夠有效表征體空間內一點的重建精度，通過對該目標函數(shù)的最小化來求解最優(yōu)幾何參數(shù)。為了克服噪聲以及誤差對優(yōu)化過

3、程的影響，選用隨機搜索優(yōu)化算法模擬退火對其進行求解。高分辨CT成像實驗結果證明，相較于傳統(tǒng)基于空間解析幾何的校正算法，該算法具有更高的精度和魯棒性。
　　自研高分辨CT系統(tǒng)中的多鏡頭探測器，可切換鏡頭以實現(xiàn)不同分辨率及視野(FOV)的成像。不同探測器所成圖像往往在空間上、灰度上存在著差異，需要實現(xiàn)多探測器下圖像的配準。本文首先研究了該裝置下的圖像配準空間映射模型，實現(xiàn)了基于互信息圖像配準優(yōu)化算法。實驗證明，互信息圖像配準能夠有效滿

4、足高分辨CT平臺下的配準需求。進一步分析高分辨CT幾何校正和圖像配準的內在聯(lián)系，結合CT幾何校正算法研究工作，將多探測器幾何校正和圖像配準融入到同一優(yōu)化過程中，提出了基于單點模體的幾何校正和探測器配準聯(lián)合優(yōu)化算法。高分辨CT多探測器實驗和顯微CT探測器平移實驗結果表明，該算法能夠有效地對多探測器CT系統(tǒng)進行高精度的幾何校正和圖像配準，校準流程簡單，僅一次優(yōu)化過程可以完成整個系統(tǒng)的校準工作。
　　在高分辨率CT應用中，待檢樣本的橫向

5、尺寸需要小于成像視野(FOV)，否則，重建圖像中會產(chǎn)生嚴重的截斷偽影?；诙喾直媛驶旌蠏呙璺绞?，利用低分辨率全局數(shù)據(jù)來彌補高分辨數(shù)據(jù)中的截斷部分，是解決內重建問題的有效手段。為了在高分辨CT上實現(xiàn)精確穩(wěn)定的內重建，本文利用高分辨CT系統(tǒng)的多鏡頭探測器，采用多分辨率混合掃描方式，實現(xiàn)了一種低分辨率圖像約束的內重建算法(LRICR)。該方法通過配準低分辨大視場與高分辨小視場數(shù)據(jù)，以低分辨全局投影數(shù)據(jù)的重建結果作為先驗，引入到高分辨內重建過程