基於光柵相位襯度成像的X射線錐束螺旋CT研究

《基於光柵相位襯度成像的X射線錐束螺旋CT研究》是依託大連理工大學,由孫怡擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於光柵相位襯度成像的X射線錐束螺旋CT研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：孫怡

項目摘要

X射線光柵相位襯度成像方法具有成像襯度高、與傳統CT設備兼容性好等優勢。但是，由於相位襯度成像與吸收襯度成像的原理不同，針對吸收襯度CT的重建算法無法直接套用於相位襯度成像領域。本項目將基於光柵的相位襯度成像原理融入傳統吸收襯度錐束螺旋CT的重建算法中，分別發展出具有廣闊套用前景的X射線錐束螺旋相襯CT的近似和精確重建算法。近似算法僅僅適用於小錐角情形：首先將錐形束近似為多個扇形束，再採用插值算法得到待重建斷層所有投影數據的近似值，最後根據共軛射線吸收相同折射角相反的性質推導出螺旋錐束相位襯度CT近似重建算法。精確算法適用於任意錐角情形：首先將折射角與相位襯度沿X射線傳播方向的積分值之間的關係表達為一個多元偏微分方程的形式，再將該方程融入Katsevich提出的吸收襯度螺旋CT精確重建算法中，最終推導出適用於任意錐角的X射線螺旋相襯CT精確重建算法。

結題摘要

基於光柵成像的微分相位襯度CT（Differential Phase-Contrast CT, DPC-CT）技術可以採用常規X射線源得到更加豐富的關於物體內部結構的信息。因此，DPC-CT也通常被認為是現有CT技術的替代品。到目前為止，相位襯度CT的研究多局限於平行束、扇束和圓軌跡錐束這三種掃描模式。上述三種掃描模式只能恢復出物體的若干斷層。對於柱狀物體，射線束往往無法覆蓋所有的斷層，必須對物體交替執行平移操作和旋轉操作才能重建其他斷層。相比之下，對於柱狀物體，螺旋掃描模式具有明顯的優勢。但目前基於螺旋掃描模式的DPC-CT技術的研究尚不多見。本項目組針對該問題，提出了兩種重建策略，包括一種近似重建算法和一種精確重建算法。近似重建算法的基本思想是根據物體鄰近斷層之間的相關性，首先將螺旋掃描條件下採集到的數據插值到某個斷層上，再根據“正反投影法”提取折射角，最後通過扇形束重建算法完成重建。該方法的優點是僅需一次掃描即可重建三維物體，缺點是缺乏嚴格的理論支持。而精確重建算法則將二維微分相位襯度投影與相位襯度沿X射線傳播方向的積分值之間的關係表達為一個多元偏微分方程的形式，再將該方程融入吸收襯度螺旋錐束CT的Katsevich算法中，理論上適用於任意錐角情形。由於精確算法在數學上的嚴密性，它可對DPC-CT算法的套用和研究起到一定的指導作用。