高分辨CT校準(zhǔn)及內(nèi)重建算法研究.pdf

1、高分辨CT是指分辨率在10微米以內(nèi)甚至達(dá)到數(shù)十納米分辨率的CT系統(tǒng)。高分辨CT具有無(wú)損檢測(cè)、高空間分辨等優(yōu)點(diǎn)，為生物醫(yī)學(xué)、材料學(xué)等學(xué)科提供了非常重要的檢測(cè)手段，被廣泛應(yīng)用于疾病模型建立、新藥測(cè)試、骨參數(shù)測(cè)量和材料分析等領(lǐng)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(diǎn)。本課題以自研的一套分辨率達(dá)到亞微米水平的高分辨CT成像系統(tǒng)為平臺(tái)，研究了高分辨CT的校準(zhǔn)問(wèn)題和內(nèi)重建問(wèn)題。
　　高分辨CT系統(tǒng)成像過(guò)程

2、中需要對(duì)系統(tǒng)中的探測(cè)器、射線源和轉(zhuǎn)臺(tái)之間的空間幾何關(guān)系進(jìn)行精確估計(jì)，利用估計(jì)到的幾何參數(shù)對(duì)投影數(shù)據(jù)和重建過(guò)程進(jìn)行幾何校正，才能實(shí)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(biāo)要求，為此，本文提出了一種基于單點(diǎn)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(gòu)建了關(guān)于幾何校正參數(shù)的評(píng)價(jià)函數(shù)，該函數(shù)能夠有效表征體空間內(nèi)一點(diǎn)的重建精度，通過(guò)對(duì)該目標(biāo)函數(shù)的最小化來(lái)求解最優(yōu)幾何參數(shù)。為了克服噪聲以及誤差對(duì)優(yōu)化過(guò)

3、程的影響，選用隨機(jī)搜索優(yōu)化算法模擬退火對(duì)其進(jìn)行求解。高分辨CT成像實(shí)驗(yàn)結(jié)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(cè)器，可切換鏡頭以實(shí)現(xiàn)不同分辨率及視野(FOV)的成像。不同探測(cè)器所成圖像往往在空間上、灰度上存在著差異，需要實(shí)現(xiàn)多探測(cè)器下圖像的配準(zhǔn)。本文首先研究了該裝置下的圖像配準(zhǔn)空間映射模型，實(shí)現(xiàn)了基于互信息圖像配準(zhǔn)優(yōu)化算法。實(shí)驗(yàn)證明，互信息圖像配準(zhǔn)能夠有效滿

4、足高分辨CT平臺(tái)下的配準(zhǔn)需求。進(jìn)一步分析高分辨CT幾何校正和圖像配準(zhǔn)的內(nèi)在聯(lián)系，結(jié)合CT幾何校正算法研究工作，將多探測(cè)器幾何校正和圖像配準(zhǔn)融入到同一優(yōu)化過(guò)程中，提出了基于單點(diǎn)模體的幾何校正和探測(cè)器配準(zhǔn)聯(lián)合優(yōu)化算法。高分辨CT多探測(cè)器實(shí)驗(yàn)和顯微CT探測(cè)器平移實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法能夠有效地對(duì)多探測(cè)器CT系統(tǒng)進(jìn)行高精度的幾何校正和圖像配準(zhǔn)，校準(zhǔn)流程簡(jiǎn)單，僅一次優(yōu)化過(guò)程可以完成整個(gè)系統(tǒng)的校準(zhǔn)工作。
　　在高分辨率CT應(yīng)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(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的截?cái)鄠斡??；诙喾直媛驶旌蠏呙璺绞?，利用低分辨率全局?jǐn)?shù)據(jù)來(lái)彌補(bǔ)高分辨數(shù)據(jù)中的截?cái)嗖糠?，是解決內(nèi)重建問(wèn)題的有效手段。為了在高分辨CT上實(shí)現(xiàn)精確穩(wěn)定的內(nèi)重建，本文利用高分辨CT系統(tǒng)的多鏡頭探測(cè)器，采用多分辨率混合掃描方式，實(shí)現(xiàn)了一種低分辨率圖像約束的內(nèi)重建算法(LRICR)。該方法通過(guò)配準(zhǔn)低分辨大視場(chǎng)與高分辨小視場(chǎng)數(shù)據(jù)，以低分辨全局投影數(shù)據(jù)的重建結(jié)果作為先驗(yàn)，引入到高分辨內(nèi)重建過(guò)程