錐束CT系統(tǒng)幾何校正方法.pdf

1、本文基于多模態(tài)小動(dòng)物分子醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)項(xiàng)目,該項(xiàng)目旨在將X射線(xiàn)斷層成像(CT)、正電子發(fā)射斷層成像(PET)、單光子發(fā)射斷層成像(SPECT)、熒光分子層析成像(FMT)四種成像模態(tài)同一系統(tǒng)中進(jìn)行整機(jī)集成和同機(jī)融合。錐束CT(Cone Beam CT)又稱(chēng)Micro-CT、小動(dòng)物CT,其成像原理基于X射線(xiàn)衰減特性,能夠?qū)崿F(xiàn)微米級(jí)別的三維重建圖像分辨率。錐束CT能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)創(chuàng)、在體的解剖學(xué)成像(或功能成像),超高的分辨率使錐束CT技術(shù)自誕生起

2、便受到廣泛的關(guān)注和迅速發(fā)展。錐束CT技術(shù)是基因治療、腫瘤研究、藥物開(kāi)發(fā)以及材料學(xué)、工業(yè)無(wú)損檢測(cè)等領(lǐng)域的重要研究手段。
　　本文主要工作針對(duì)錐束CT的幾何校正,設(shè)計(jì)專(zhuān)用的校正模體,通過(guò)模體的成像特點(diǎn)判斷系統(tǒng)的幾何誤差,并對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行調(diào)節(jié),以最大限度減小系統(tǒng)的幾何誤差。
　　本文首先介紹了錐束CT系統(tǒng)的高性能特點(diǎn)和以及其在多種領(lǐng)域中起到的重要作用,以及系統(tǒng)幾何誤差的產(chǎn)生和其對(duì)錐束CT重建圖像質(zhì)量的影響,并介紹了目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于錐

3、束CT系統(tǒng)幾何校正的研究現(xiàn)狀。
　　其次,介紹了錐束CT的工作原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件組成,并介紹了FDK三維重建算法的原理及其對(duì)錐束CT系統(tǒng)中硬件幾何關(guān)系的要求。
　　然后重點(diǎn)分析了本文所使用的立式錐束CT系統(tǒng)的幾何特點(diǎn),對(duì)系統(tǒng)的幾何誤差參數(shù)進(jìn)行了討論。并針對(duì)現(xiàn)有的錐束CT設(shè)備,詳細(xì)介紹了本文所設(shè)計(jì)的校正模體和校正方法原理,以及具體的校正實(shí)驗(yàn)過(guò)程。為了表明該校正模體和方法的有效性、可行性,本文設(shè)置了使用另一種模體和校正方法的對(duì)

4、比實(shí)驗(yàn),并且從理論上分析了兩種方法的校正誤差精度,數(shù)據(jù)表明兩種方法具有可比性。使用經(jīng)過(guò)兩種方法校正后的錐束CT系統(tǒng)對(duì)同一銅絲進(jìn)行重建,對(duì)比其斷層重建圖像的質(zhì)量。結(jié)果證明兩種方法都能夠有效減小錐束CT系統(tǒng)幾何誤差,消除重建圖像中幾何偽影,而本文設(shè)計(jì)的模體和校正方法比對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方法的重建圖像分辨率更高。進(jìn)一步的,分別使用校正前后的錐束CT系統(tǒng)對(duì)相同的QRM標(biāo)準(zhǔn)模體進(jìn)行掃描重建,進(jìn)一步驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的點(diǎn)線(xiàn)環(huán)模體校正方法的有效性。使用該標(biāo)準(zhǔn)模體可

5、直觀(guān)地評(píng)估錐束CT系統(tǒng)的空間分辨率,且對(duì)模體重建的剖面圖表明,經(jīng)過(guò)本文方法進(jìn)行幾何校正后的錐束CT系統(tǒng),徑向空間分辨率已達(dá)到50μm　　最后,使用經(jīng)過(guò)幾何校正的錐束 CT系統(tǒng)對(duì)雞爪骨骼結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維重建,從重建圖像中可清晰地觀(guān)察到每塊骨骼的形態(tài)結(jié)構(gòu),甚至骨骼表面微小凹凸。對(duì)海螺、皮皮蝦、鯽魚(yú)的三維重建結(jié)果也顯示,系統(tǒng)的重建圖像空間分辨率比較高。實(shí)驗(yàn)證明該方法校