雙能譜CT疊代重建算法研究

《雙能譜CT疊代重建算法研究》是依託首都師範大學，由趙星擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：雙能譜CT疊代重建算法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：趙星
• 依託單位：首都師範大學

項目摘要

雙能譜CT使用高、低兩個能譜的多色X射線掃描被測物體，能夠重建出被測物體的等效原子序數和電子密度圖像，或特定基材料的密度圖像。由於雙能譜CT比單能譜CT具有更好的物質區分能力，因此具有廣泛的套用前景。目前的雙能譜CT系統受到硬體條件的限制，普遍採用高、低能譜幾何參數不一致的掃描模式，所採集的高能和低能投影在位置上不匹配。在投影不匹配的情況下，傳統的雙能譜成像方法不能精確地處理X射線的多色屬性，所重建圖像中有嚴重的偽影，影響了雙能譜CT的性能。為此本項目擬在雙能譜CT成像特性理論分析的基礎上，研究適用於不匹配投影的高質量雙能譜CT疊代重建算法、不完全投影的雙能譜CT疊代重建方法、基於圖形處理器的雙能譜CT並行疊代重建算法等。本項目的研究成果將不僅有助於雙能譜CT的國產化進程，而且還可以推廣套用於多能譜CT成像。

結題摘要

相比於傳統的單能X射線CT，雙能譜CT使用高、低兩個能譜的多色X射線掃描被測物體，能夠重建被測物體的等效原子序數和電子密度圖像，或特定基材料密度圖像，具有更好的物質區分能力。受到硬體條件的限制，目前的一些經典的雙能譜CT系統普遍採用高、低能譜幾何參數不一致的掃描模式，所採集的高能和低能投影在幾何上不匹配。在投影不匹配的情況下，傳統的雙能譜成像方法難以精確地處理X射線的多色屬性，所重建的圖像中有嚴重的偽影。為此本項目在雙能譜CT成像特性理論分析的基礎上，提出了一種雙能譜CT疊代重建的E-ART算法。該算法在高、低能投影匹配或不匹配的情況下，都能進行高質量基材料圖像分解。為了用於錐束雙能譜CT的基材料分解，提出了E-SART算法。為了提高在投影不匹配情況下的收斂速度，提出了一種新的基於匹配投影估計的雙能譜CT疊代重建方法。由於射線源能譜信息難以精確標定，提出了一種基於對多色正投影的多項式標定的雙能基材料分解方法。該方法避免了對能譜、基材料質量衰減係數等參數的標定，簡化了重建過程。錐束雙能CT基材料分解的計算量以及存儲空間占用量都很巨大，為此提出了基於圖形處理器的雙能CT多解析度並行疊代重建算法。此外基於雙能CT算法，還發展了多材料物體的硬化偽影校正以及口腔CT三材料分解方法等。這些工作發表於IEEE TMI、Scanning、JXST、OE、Neurocomputing、Insight、Plos one等國際SCI期刊。本項目的研究成果已經套用於本實驗室開發的雙能CT系統，該系統在組織區分成像、圖像偽影去除等方面比單能譜CT得到了顯著提高。目前正進一步將本項目的研究成果拓展到動物專用雙能CT，用於動物疾病模型成像檢測實驗，為動物專用雙能譜CT設備的產業化開發奠定技術基礎。