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锥形束CT系统几何伪影校正技术研究

锥形束CT系统几何伪影校正技术研究

作者：李翰威南方医科大学

学位级别：硕士

计算机断层成像技术(Computed Tomography, CT)是当今最先进的成像技术之一,凭借其非接触、无破坏性、高分辨率、无影像重叠等优点成为临床医学,工业,材料,生物等领域中不可或缺的重要技术,CT主要是一种通过对物体不同角度的射线投影测... 详细信息

计算机断层成像技术(Computed Tomography, CT)是当今最先进的成像技术之一,凭借其非接触、无破坏性、高分辨率、无影像重叠等优点成为临床医学,工业,材料,生物等领域中不可或缺的重要技术,CT主要是一种通过对物体不同角度的射线投影测量获取物体在扫描范围内所有横截面断层信息的成像技术。其中,锥形束CT(Cone-beam CT, CBCT)相比传统的螺旋CT,具有扫描速度快、空间分辨率高和射线利用率高等优点,能够对人体无破坏的三维成像,成为医学成像诊断领域的新热点和新方向。在锥形束CT系统中,通常采用FDK算法对图像进行重建。但是FDK算法对锥形束CT系统的几何模型要求比较高,其要求有以下两点：第一、射线源焦点与探测器中心点的连线必须经过旋转中心线,且垂直于探测器平面。第二、旋转轴必须与探测器列方向平行。锥形束CT经人工安装定位后,由于机械精度达不到要求,因此整个系统不能严格满足FDK重建算法模型的两个要求,因此实际系统的几何模型和理想的FDK算法重建系统的几何模型会出现一定的几何偏差,由该几何偏差所导致的重建伪影称为几何伪影。几何伪影会降低重建图像质量,影响医生对病情的诊断,降低了医疗质量和安全。因此,几何伪影的较正对锥形束CT系统获取高质量重建图像具有重要的意义。锥形束CT的几何校正算法主要分为解析算法和迭代算法两种。解析方法通常以某些理想条件为前提,只校准系统的部分参数,从而降低问题的复杂度,但会缩小几何校正的应用范围。而迭代方法则是以投影信息或者重建图像质量作为约束标准,利用优化算法求解系统的几何参数。传统的解析几何校正方法通常需要制作一个精确的标定体模,测量体模上标记点的信息作为已知条件,然后在多角度下获取标定体模的投影数据,从标定体模的投影数据中提取锥形束CT系统中的几何参数。由于解析算法标定时间短,标定体模制作简单,应用性强,解析几何校正算法中很大一部分研究成果被当作专有技术或商业机密使用,是现代锥形束CT系统几何校正的主流算法。通过对几何校正方法的原理进行分析,目前针对标定体模的投影信息数量的研究趋势由多角度向单角度发展,对于结构较为简单的标定体模而言,需要对标定体模在大角度范围内采集足够多的投影数据,才能达到求解方程的条件;对于结构比较复杂的标定体模,只需要少角度或者单角度就能解出所有的几何参数。伴随着计算机技术的进步,迭代算法得到较大的发展,它克服了传统方法需要制作标定体模的缺点,仅依靠被检测物体的投影数据作为几何参数自标定的数据集,建立几何参数与约束函数关系的数学模型。目前迭代算法根据约束函数的分类可以分为以下两种：第一类是基于被检测物体的投影图像的特性直接求解出几何参数,第二类是基于重建图像中的几何伪影特性构建出量化几何伪影的目标函数,通过优化算法寻找最小几何伪影对应的几何参数最优解来达到标定的目的。迭代算法的优点是求解精度较高,但是往往会遇到棘手的初始值选取、局部最优和标定速度慢等问题,因此该类方法尚不是目前锥形束CT系统标定的主流算法。在迭代算法中往往需要重建一部分断层图像进行量化评估,因此CT的重建速度是一个值得关注的问题,随着计算机软件和硬件的进步,计算行业正在从只使用中央处理器CPU (Central Processing Unit)的“中央处理”转向CPU与图形处理器GPU(Graphics Processing Unit)的“协同处理”,NVIDIA公司推出一种基于CUDA(Compute Unified Device Architecture)的GPU产品,CUDA具有强大的并行计算功能以及巨大的存储器支持其进行高速并行计算,其工作原理是：由主机发送命令到显卡,在显卡中的GPU对任务进行并行运算,最后将处理结果返回主机,这样的工作过程大大节省了计算时间。本文主要工作针对锥形束CT系统中的几何校正问题展开研究,设计并制作了校正方法需要的专用标定体模,通过标定体模的投影信息以及体模的先验知识计算得出锥形束CT系统中的几何误差,并在重建算法中加以校正,有效改善了CBCT图像的成像质量。本文首先介绍几何校正的意义以及研究现状,其次介绍锥形束CT系统的成像原理和锥形束FDK重建算法,以及建立锥形束CT成像系统几何模型,然后重点介绍锥形束CT系统中的几何伪影校正技术,改进和实现了以下三个方法：第一,针对现有的锥形束CT设备,改进并实现了一种基于图像锐度的自标定几何校正方法。该算法以重建图像的锐度为目标函数建立优化模型,利用现有的解析方法计算出来的几何参数作为初始值以减少搜索范围。该算法在每次迭代中,利用当次迭代下的几何参数校正重建图像的几何伪影,采用量化评估后的特定层重建图像的锐度值作为目标函数,改变几何参数,再进入下一次迭代,直到满足迭代终止条件。因为最优的几何参数解会落在解析初始值

关键词：计算机断层成像技术锥形束CT 机械误差几何校正几何伪影

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等角型扇束工业CT系统的几何校正方法研究

等角型扇束工业CT系统的几何校正方法研究

作者：盛晋银重庆大学

学位级别：硕士

工业计算机断层成像(Computed Tomography,CT)技术被广泛地应用于汽车、航空、国防等领域的机械产品质量判定。CT图像质量的好坏直接影响机械产品质量的判定。受装配和定位精度等限制,工业CT系统实际的几何位置与理想位置会存在偏差。... 详细信息

工业计算机断层成像(Computed Tomography,CT)技术被广泛地应用于汽车、航空、国防等领域的机械产品质量判定。CT图像质量的好坏直接影响机械产品质量的判定。受装配和定位精度等限制,工业CT系统实际的几何位置与理想位置会存在偏差。利用存在偏差的几何参数进行图像重建,会导致重建图像中出现几何伪影,降低图像质量。因此,成像之前需要对CT系统进行几何参数标定。针对目前工业CT系统几何参数标定不完整且标定精度欠佳等问题,本文以等角型扇束工业CT系统为研究对象,并根据重建图像质量确定几何参数偏移量的标定精度,提出一种基于投影正弦图的几何校正方法。该方法能够准确标定所有几何参数的偏移量,并有效消除重建图像的几何伪影。本文主要的研究内容如下:首先,基于等角型扇束工业CT系统的结构,建立几何模型。该模型引入CT系统可能存在的所有偏移量,能够描述等角型扇束工业CT系统在一般条件下唯一确定的位置关系。基于该几何模型,推导椭圆在任意偏差下的投影函数,并分析各偏移量对图像质量造成的影响;最后研究了各类型偏差下伪影的形成机理。其次,提出一种基于投影正弦图的等角型扇束工业CT系统几何参数偏移量的标定方法。首先根据建立的几何模型,推导理想点旋转一周的投影位置曲线。然后,从针规模体扫描获取的投影正弦图中提取质心的投影坐标,用于上述曲线的拟合。最后通过拟合曲线的最值点,使用解析法标定CT系统的几何参数偏移量。然后,推导带几何参数偏移量的滤波反投影(Filtered Back-projection,FBP)重建算法。在FBP算法的基础上,引入虚拟探测器思想,将标定后的几何参数偏移量融入FBP算法中用于消除图像中的几何伪影。仿真结果表明,引入几何偏差后的FBP重建算法可以很好地抑制几何伪影,重建出质量较好的CT图像。最后,针对实际的等角型扇束工业CT系统,设计并加工几何校正模体,并针对模体的安装误差设计CT系统几何校正实验方案,完成对等角型扇束工业CT系统几何参数偏移量的标定。实验结果验证了本文方法对等角型扇束工业CT系统几何参数偏移量标定的准确性,并通过带几何参数偏移量的FBP重建算法消除了几何伪影,实现了对等角型扇束工业CT系统几何校正的全过程。本文提出的几何校正方法所需校正模体简单,标定精度高,满足等角型扇束工业CT系统几何校正的工程需求。

关键词：计算机断层成像几何校正参数标定几何伪影投影正弦图

工业锥束CT伪影校正及其多GPU机群加速技术研究

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工业锥束CT伪影校正及其多GPU机群加速技术研究

作者：魏星解放军信息工程大学

学位级别：硕士

工业锥束计算机断层成像(Computed Tomography,CT)作为一种各向同性的射线检测技术,已广泛应用于无损检测领域。然而实际CT系统与理想系统之间存在较大差异,导致被扫描物体的重建图像受到伪影的影响,严重降低了CT系统的成像质量。伪影... 详细信息

工业锥束计算机断层成像(Computed Tomography,CT)作为一种各向同性的射线检测技术,已广泛应用于无损检测领域。然而实际CT系统与理想系统之间存在较大差异,导致被扫描物体的重建图像受到伪影的影响,严重降低了CT系统的成像质量。伪影校正方法的校正效果和校正速度一直是CT领域中的难点和热点。因此,研究快速、有效的伪影校正方法,对伪影校正技术的发展具有重要意义。针对工业锥束CT的伪影校正,本文主要在几何伪影校正、金属伪影校正以及伪影校正加速三方面展开研究,取得的研究成果如下:(1)针对现有自校正方法中部分参数校正精度较低的问题,提出了一种基于投影对称性的几何参数自校正方法。该方法结合锥束CT系统的几何关系,选择对图像重建质量、体素尺寸、定位位置影响较大的五个几何参数进行校正。首先利用重建图像的结构相似性指数,通过区间分段法校正探测器的面内旋转角;然后将其余四个参数分为两组,以中心平面对称投影的均方差为代价函数,借鉴交替方向法的原理,采用黄金分割法和NM单纯形法分两步求解使代价函数最小时的两组几何参数。实验结果表明:本文方法对重建图像中的几何伪影有较好的校正效果,提高了在同类方法中两个求解误差较大几何参数的校正精度以及重建图像的空间分辨率。(2)针对插值法在校正多金属伪影时校正效果较差的问题,本文结合数字体模仿真多金属伪影的原理,提出了一种基于指数校正模型的多金属伪影校正方法。该方法利用阈值在投影图像上直接确定金属区域,并对金属区域的投影值建立指数形式的校正模型,模型以阈值、校正幅度和校正阶数为参数,通过使用NM单纯形法迭代求解使重建图像熵最小时对应的校正参数以达到校正目的。实验结果表明:本文方法能有效减少由多金属物质导致的放射状伪影和带状伪影,同时对硬化效应有一定的抑制作用,校正后重建图像中感兴趣区域的信噪比得到了较大提升。(3)针对大数据量情况下伪影校正过程中图像重建较为耗时的问题,提出了一种基于多图形处理单元(Graphic Processing Unit,GPU)机群系统的重建算法三级并行加速方法。该方法将多GPU机群系统的结构划分为节点层、GPU层、GPU内线程层三个并行级别,然后根据重建算法的特点将重建任务划分给三个级别,并设计了对应的并行优化策略。与现有的GPU加速技术相比,该方法将多GPU技术与机群技术相融合,充分发挥了两者的优势。实验结果表明:该方法在获得与单一计算机相同校正质量的同时,大幅提高了大数据量情况下伪影校正的速度。随着计算节点数量的增加,伪影校正的加速比提升明显。

关键词：锥束CT 几何伪影自校正投影对称性多金属伪影指数校正图像熵多GPU机群三级并行

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工业CT二代扫描的图像重建方法研究

工业CT二代扫描的图像重建方法研究

作者：许焱首都师范大学

学位级别：硕士

X射线检测技术是重要的无损检测技术之一,在工业、安全、材料、生物众多领域有广泛应用。数字照相技术(Digital Radiography,DR)和计算机断层成像技术(Computer Tomography,CT)是两种常用的X射线检测技术。本文针对工业CT/DR设备研制所... 详细信息

X射线检测技术是重要的无损检测技术之一,在工业、安全、材料、生物众多领域有广泛应用。数字照相技术(Digital Radiography,DR)和计算机断层成像技术(Computer Tomography,CT)是两种常用的X射线检测技术。本文针对工业CT/DR设备研制所遇到成像技术问题进行选题和研究,主要工作如下: 针对二代扫描的CT图像的几何伪影问题,提出了一种新的由二代扫描数据重建CT图像的方法。所谓二代扫描是CT转台“平移+旋转”的一种数据扫描方式。由二代扫描数据重建CT图像的传统方法,是将数据重排成平行束扫描数据,再用平行束的滤波反投影算法或迭代算法重建图像,其中都需要知道CT扫描的若干几何参数。这些参数无法直接测量,间接估计的参数值往往带有误差,从而导致CT图像出现几何伪影。本文提出的图像重建方法引入了一组新的参数,它们可由一根细钨丝的二代扫描数据直接进行估计,方法简单、鲁棒性高,避免了通常参数估计需要解非线性方程组、鲁棒性差的问题。针对DR图像细节信息不易分辨的问题,本文给出了一种图像增强方法。DR图像本身有影像重叠,而且数据的数值分布范围较广,直接量化成256个灰度等级的图像后导致一些感兴趣的细节信息难以分辨。本文给出的方法考虑了DR数据的特点,可以凸显DR图像中感兴趣的细节信息,有效地改善了目标区域的对比度。

关键词：计算机断层成像图像重建二代扫描几何伪影图像增强

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图像质量驱动的锥形束CT几何校正方法研究

图像质量驱动的锥形束CT几何校正方法研究

作者：杨帅南方医科大学

学位级别：硕士

X射线计算机断层成像技术(Computed Tomography,CT)是一种利用物体不同角度的射线投影来重建物体内部组织结构的成像技术。其中,锥形束CT(Cone-beamCT,CBCT)相比传统的二维CT(螺旋CT),具有扫描速度快、射线利用率高、空间分辨率高、重... 详细信息

X射线计算机断层成像技术(Computed Tomography,CT)是一种利用物体不同角度的射线投影来重建物体内部组织结构的成像技术。其中,锥形束CT(Cone-beamCT,CBCT)相比传统的二维CT(螺旋CT),具有扫描速度快、射线利用率高、空间分辨率高、重建三维图像等优点。CBCT利用平板探测器采集被检测物体在不同角度的X射线投影数据,采用重建算法重构出被检测物体的三维断层图像。在重建算法中,机械几何结构需要满足:第一,射线源中心射线应经过旋转轴并垂直于平板探测器的中心;第二,旋转中心轴与探测器的列方向平行。但是,实际情况中,由于机械设计和安装水平等原因,CBCT的几何结构与重建算法要求的理想几何结构之间存在一定程度的偏移,导致重建图像中产生几何伪影。几何伪影严重影响图像的细节和医生对病人病情的诊断。针对CBCT图像中的几何伪影问题,本文以优化重建图像质量为目标,进行以下三方面的研究:第一,提出一种几何校正效果的评价模体和方法。评价模体由低密度正方体和高密度球体组成。首先通过CT扫描模体获取三维图像并通过Hough变换计算出中心层图像高低密度的边界,然后将高低密度区域CT平均值的差值的绝对值作为评价几何校正效果的指数。通过设置不同几何参数的数字模体和真实模体实验,结果表明提出的评价指数能够客观评价CT图像的几何校正效果,可为评价几何校正效果提供统一的标准。第二,提出一种图像质量驱动的单投影几何校正方法。通过引入上文中的评价指数作为衡量几何伪影严重程度的目标函数,通过迭代修正校正模体上标记点的坐标,最终达到校正几何参数和消除CBCT图像几何伪影的目的。为提高运行效率,采用GPU对CBCT图像重建部分进行加速。通过仿真实验、bench-top CBCT、口腔CT数据实验结果表明,系统几何参数的误差由19.07%降到0.115%,消除了 CBCT图像的几何伪影。该方法还降低了校正模体加工误差对校正精度的影响,大幅度减少校正模体制作成本。第三,提出一种基于简易模体的整体投影几何校正方法。在圆轨道CBCT下,由机械运动和安装调试引起的几何误差,虽与真实值有一定的偏差但每个角度下投影的几何参数比较相近。该方法通过采集简易模体的整体投影,解析计算系统的几何参数,并以评价指数为目标函数,对几何参数进一步迭代修正。实验结果表明,系统几何参数的误差由2.2%降到0.105%,该方法进一步提高了现有解析几何校正方法的校正精度,改善重建图像的质量。本文针对CBCT几何伪影问题,提出了一种评价几何校正效果的标准,并以优化重建图像质量为目标提出了基于单张投影和整体投影的CBCT几何校正方法,效果明显,实用价值突出。

关键词：锥形束CT 几何校正机械误差模体加工误差几何伪影评价指数

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锥束CT系统的几何校正研究

锥束CT系统的几何校正研究

作者：吕江超河北大学

学位级别：硕士

微型计算机断层成像技术（Micro-Computed Tomography, Micro-CT）作为一种无损成像检测技术，能够很好的满足动物模型成像的高分辨率需求，并且为多模态分子影像设备（PET/SPECT/CT）的其它模态提供精细的结构信息以及用于衰减校正的... 详细信息

微型计算机断层成像技术（Micro-Computed Tomography, Micro-CT）作为一种无损成像检测技术，能够很好的满足动物模型成像的高分辨率需求，并且为多模态分子影像设备（PET/SPECT/CT）的其它模态提供精细的结构信息以及用于衰减校正的参数。锥束CT（Cone-beamCT，CBCT）具有更高的空间分辨率、射线利用率高、扫描时间短等优点，成为Micro-CT领域的新热点和新方向。FDK算法是广泛应用于锥束CT系统中的一种近似算法，但是FDK算法的三维重建效果对锥束CT系统的几何参数十分敏感，其要求射线源、探测器和旋转台的几何位置处于理想状态。即射线源中心射线垂直射入探测器中心，旋转轴与中心射线共面垂直正交。锥束CT经过人工安装后，很难满足理想状态的精度要求。这样实际系统的几何模型与理想的FDK重建算法所要求的几何模型就会存在偏差，由偏差引起的伪影就是几何伪影。几何伪影严重地影响了CT图像重建效果和其他模态的图像融合效果。因此，如何方便有效的进行锥束CT系统几何校正对实现高质量的CT重建具有重要意义。本文主要提供了一种用于锥束CT系统几何校正的校正系统及校正方法。该方法通过对一套几何校正仿体进行扫描，然后从不同角度的投影数据中提取CT系统的几何位置信息。根据这些已知的几何位置信息来完成对锥束CT系统的几何校正。最后通过几何校正前后的图像对比来评估用几何校正仿体进行几何校正的效果。

关键词：锥束CT 几何伪影几何校正

锥形束X-CT扫描几何校正的局部线性嵌入算法设计与实现

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锥形束X-CT扫描几何校正的局部线性嵌入算法设计与实现

作者：黄晓腾重庆大学

学位级别：硕士

X射线CT(X-ray Computed Tomography,X-CT)是X射线计算机断层扫描技术的简称,其能以图像的方式,形象、直观呈现被检测物体内部结构信息。因此,X-CT技术具有无损、非接触、高分辨率等诸多优点。然而,如果X-CT系统或装置的几何结构存在误... 详细信息

X射线CT(X-ray Computed Tomography,X-CT)是X射线计算机断层扫描技术的简称,其能以图像的方式,形象、直观呈现被检测物体内部结构信息。因此,X-CT技术具有无损、非接触、高分辨率等诸多优点。然而,如果X-CT系统或装置的几何结构存在误差,那么CT重建图像中就会产生几何伪影。由于几何伪影的存在,致使CT重建图像的分辨率大幅下降。可见,如何校正CT重建图像中的几何伪影,这对于CT技术的可靠应用具有十分重要的现实意义。近年来,X-CT技术中的锥形束CT(Cone-beam Computed Tomography,CBCT)凭借其扫描速度快、各向同性等优点成为了该领域的研究热点。本论文主要研究锥形束X-CT几何伪影校正问题。锥形束X-CT系统几何伪影,主要源于CT系统或装置七种几何误差,即,射线源到旋转台中心距离误差、旋转台中心水平横向偏移误差、旋转台中心到平板探测器距离误差、平板探测器水平横向误差和纵向误差、平板探测器绕平面法向量旋转角、平板探测器绕平面中心行的旋转角、平板探测器绕平面中心列的旋转角。上述每一种CT系统的几何误差,其将对锥形束X-CT投影的影响都是不尽相同的。为此,对于如何校正锥形束X-CT系统的几何参数,借以减少或降低几何误差,进而去除CT重建图像中的几何伪影,本论文采用了近年来发展起来的基于局部线性嵌入(Locally Linear Embedding,LLE)算法的几何校正方法。该方法相较于其它的几何校正方法的优点在于:对初值依赖较小、可以校正七种之中的任何一种几何误差。首先,在明确了X-CT基本原理基础上,本论文开展了对基于局部线性嵌入算法的几何校正方法研究。该方法利用局部线性嵌入算法计算几何参数的近邻点,以此更新几何参数,经过数次迭代后求得CT系统的几何参数。其次,通过分析几何误差对锥形束X-CT系统投影的影响,本论文研究设计了基于局部线性嵌入算法的锥形束X-CT几何校正方法。基于此,采用模块化设计理念,研究开发了包括了数据处理、投影矩阵计算、图像重建、扫描几何校正和软件界面五个模块在内的基于局部线性嵌入算法的锥形束X-CT几何校正软件。与此同时,通过构建的锥形束X-CT系统实验平台,验证了几何校正软件的有效性。最后,针对几何校正软件校正耗时较长的原因或问题,借助于基于OpenMP的并行处理技术,完善了几何校正软件的设计,提高了该几何校正软件的运行效率。

关键词：锥形束X-CT 几何伪影几何校正局部线性嵌入算法并行处理

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锥形束CT图像品质提升方法研究

锥形束CT图像品质提升方法研究

作者：吴涛华中科技大学

学位级别：硕士

锥形束断层成像(Cone Beam Computed Tomography,CBCT)具有射线剂量小、成像视场范围大、空间分辨率高等优点,已作为一种先进的成像技术广泛应用于医学诊断和治疗、工业探伤等领域。但由于受到设备制造和装配工艺的限制,导致重建断层图... 详细信息

锥形束断层成像(Cone Beam Computed Tomography,CBCT)具有射线剂量小、成像视场范围大、空间分辨率高等优点,已作为一种先进的成像技术广泛应用于医学诊断和治疗、工业探伤等领域。但由于受到设备制造和装配工艺的限制,导致重建断层图呈现不同形貌的退化伪影,影响目标物体结构判读。本文围绕CBCT系统中严重影响图像品质的投影数据缺陷、几何伪影和环形伪影三个方面展开研究。为了有效改善断层图品质,本文通过分析CBCT成像退化机理,以投影数据、正弦图、断层图和极坐标变换图的空域和统计特性为依据。一方面针对每幅投影存在的条纹和孤立坏像素点,借助平板探测器缺陷图谱和统计直方图定位待校正像素位置,采用八邻域最近邻插值修复显著缺陷,并充分利用光场和暗场投影改善帧内非均匀性。此外提出的基于基准块的校正方法有效避免投影数据帧间增益响应不一致的问题。另一方面,针对断层图中存在的几何伪影,通过360°扫描标定模体获得多幅投影,经过图像分割、点物体中心坐标定位和标定点轨迹重构等一系列步骤,从而求解出系统几何参数。进一步地,针对断层图中存在的结构性环形伪影,首先介绍了几种典型的基于正弦图预校正和极坐标变换后校正方法,分析了各自的特点和不足。在此基础上,充分利用极坐标图中条带的方向性和稀疏性,提出了基于变分的稀疏约束的环形伪影校正方法。模型优化中引入交替方向乘子法(ADMM)将难以直接优化求解的模型分解为易于求解的子问题。仿真和真实数据结果表明,投影数据品质的有效提升和几何参数误差的精确标定避免了重建过程断层图品质退化,提出的基于变分的稀疏约束环形伪影校正方法具有优良的伪影校正,图像边缘和细节保持能力,进一步改善了断层图品质。本文的研究成果将有助于CBCT后续研究工作的开展。

关键词：锥形束断层成像投影数据断层图几何伪影环形伪影交替方向乘子法

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锥形束CT系统在线几何标定方法研究

锥形束CT系统在线几何标定方法研究

作者：段晓曼南方医科大学

学位级别：硕士

锥形束CT（Cone-beam CT,CBCT）系统,被广泛应用于工业和临床成像等许多方面。一般来说,CBCT系统的重建算法对成像的几何结构有着严格的要求,我们称之为理想的几何结构,但是在实际情况中,由于安装误差和加工误差会使得实际的几何结构偏... 详细信息

锥形束CT（Cone-beam CT,CBCT）系统,被广泛应用于工业和临床成像等许多方面。一般来说,CBCT系统的重建算法对成像的几何结构有着严格的要求,我们称之为理想的几何结构,但是在实际情况中,由于安装误差和加工误差会使得实际的几何结构偏离理想的几何结构。在这种情况下,若继续使用理想的几何结构进行图像重建就会导致重建图像中产生几何伪影,影响图像质量。为抑制几何伪影,不少学者提出许多几何标定方法,主要分为两大类型:利用标定模体进行离线几何标定和利用图像信息进行在线几何标定,然而这两种类型的标定算法均有一定的缺陷。本论文提出了一种基于平面板的在线几何标定方法,算法的主要思想是结合上述两种标定类型各自的优点,让几何标定模体（内嵌若干钢珠点）和成像物体同时成像。一方面,该标定方法使用标定模体进行解析运算,算法精度较高,运算速度较快,能够适用于实际扫描成像的任务;另一方面,由于采用同步成像的策略,使得该标定算法能够获得实时有效的几何参数,而不会出现上述离线几何标定算法中预扫描和正式扫描轨迹不一致,导致几何标定得到的几何参数无效的现象。经仿真实验验证,提出的标定方法的精度与目前用于CBCT系统几何标定的金标准DLT（Direct Linear Transformation）算法大致相同,求解的几何参数中距离参数误差为± 1mm以内,角度参数误差为±0.04度以内。此外,仿真实验和实际实验均证明,相比于未进行几何标定得到的重建图像,经过几何标定得到的重建图像几何伪影明显去除,且评估图像几何伪影的定量指标如信息熵、图像锐度和对比度噪声比也有较大的改善。此外,由于该算法中使用到几何标定模体,算法精度会受到几何标定模体制作误差的影响,该误差具体表现为制作模体上钢珠点的实际位置和理论位置出现偏差。为规避该误差对提出的算法精度的影响,本文提出了一种借助于机械臂CT对几何标定模体进行自标定的方法,目的在于精确估计出制作好的标定模体上钢珠点的实际坐标。该自标定方法不仅适用于本文使用的平面板,也适用于所有的离线几何标定模体。经仿真实验验证,该自标定算法的精度较高,当选用合适的参数时,每个钢珠点定位误差可达到±0.01mm以内。经实际实验验证,经过自标定后得到的重建图像几何伪影抑制明显。同时,该自标定算法使得几何标定模体的制作不再只依赖于机床加工,使用者可自己动手制作,如此可节约标定模体制作的成本和时间周期。此外,该自标定在标定模体使用周期内只需进行一次即可,不会增加几何标定的难度和复杂度。

关键词：锥形束CT 几何伪影几何标定标定模体自标定