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锥束ct散射校正的平板探测研究

福建电脑 2024年第5期40卷 65-69页

作者：罗雪莹郑州财税金融职业学院信息技术系郑州450000

为了解决锥束ct在工业ct无损检测中所产生的散射问题,从而提升图像质量,本文提出了一种基于平板探测器的锥束ct散射硬件校正方法。该方法通过在平板探测器BSA上增加散射校正单元,对原始数据进行预处理,从而有效去除散射噪声,以减少散射... 详细信息

为了解决锥束ct在工业ct无损检测中所产生的散射问题,从而提升图像质量,本文提出了一种基于平板探测器的锥束ct散射硬件校正方法。该方法通过在平板探测器BSA上增加散射校正单元,对原始数据进行预处理,从而有效去除散射噪声,以减少散射对锥束ct图像的影响。实验结果表明,该方法能够显著提高锥束ct图像的清晰度和对比度,降低散射对图像质量的影响。

关键词：平板探测器锥束ct 散射校正图像质量

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320 kV锥束工业ct成像系统开发

南昌航空大学学报（自然科学版） 2024年第2期38卷 97-103页

作者：凌雪敖波邓翠贞刘海强张士晶南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室南昌330063 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司沈阳110043

基于实验室设备自主开发了一套320 kV锥束工业ct成像系统。首先设计了基于运动控制卡的六轴机械扫描平台,并将其与320 kV射线机、平板探测器结合搭建了锥束ct成像系统的硬件。其次,利用平板探测器和运动控制卡的动态链接库开发锥束ct投... 详细信息

基于实验室设备自主开发了一套320 kV锥束工业ct成像系统。首先设计了基于运动控制卡的六轴机械扫描平台,并将其与320 kV射线机、平板探测器结合搭建了锥束ct成像系统的硬件。其次,利用平板探测器和运动控制卡的动态链接库开发锥束ct投影数据采集软件和重建软件,自主开发FDK算法并基于CUDA架构实现FDK算法的GPU加速。最后,采用阻尼器对锥束ct成像系统进行测试。结果表明,整个系统运行稳定,可以获得高质量的ct重建图像,且重建效果与VG STUDIO MAX 3.4软件的重建效果一致。

关键词：锥束ct 运动控制数据采集 FDK算法

锥束ct系统几何校正的偏差因素敏感性分析方法

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南方医科大学学报 2023年第7期43卷 1233-1240页

作者：王海龙林国钦段晓曼亓孟科武王将马健晖徐圆南方医科大学生物医学工程学院广东广州510515 南方医科大学南方医院放疗科广东广州510515 萨斯喀彻温大学萨斯喀彻温萨斯卡通加拿大

目的提出锥束ct系统几何校正的偏差因素敏感性分析方法。方法本研究提出中心偏差的定义及其推导,并基于Noo解析方法计算几何校正参数及利用FDK重建算法进行图像重建分析模拟钢珠点三维空间中心、投影中心以及钢珠点大小的变化对几何参... 详细信息

目的提出锥束ct系统几何校正的偏差因素敏感性分析方法。方法本研究提出中心偏差的定义及其推导,并基于Noo解析方法计算几何校正参数及利用FDK重建算法进行图像重建分析模拟钢珠点三维空间中心、投影中心以及钢珠点大小的变化对几何参数偏差及重建图像结果产生的影响。结果当钢珠点半径在3 mm以内时,校正参数的中心偏差在[10-4]量级内,可忽略不计;钢珠点三维空间坐标单个像素的10%的高斯扰动会产生约为3个像素尺寸偏差,而钢珠点二维投影坐标的相同高斯扰动时会产生约为两个像素尺寸偏差。结论几何校正中对钢珠点三维空间坐标产生的偏差较为敏感,对钢珠点二维投影坐标产生的偏差敏感有限,直径较小的钢珠点的偏差敏感可忽略。

关键词：锥束ct 几何校正图像重建钢珠点精度偏差

锥束ct拼接成像联合工形测量仪在青少年特发性脊柱侧凸矫形术中冠状位平衡评估的应用

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中国脊柱脊髓杂志 2023年第3期33卷 244-250页

作者：李林洋张昊聪王洪伟朴美惠顾洪闻项良碧于海龙大连医科大学研究生院大连市116044 中国人民解放军北部战区总医院骨科沈阳市110092

目的:探讨锥束ct拼接成像联合工形测量仪在青少年特发性脊柱侧凸(adolescent idiopathic scolio-sis,AIS)患者矫形术中冠状位平衡评估的应用价值.方法:收集2019年1月~2021年1月在北部战区总医院接受脊柱后路矫形手术且术中均应用锥束ct... 详细信息

目的:探讨锥束ct拼接成像联合工形测量仪在青少年特发性脊柱侧凸(adolescent idiopathic scolio-sis,AIS)患者矫形术中冠状位平衡评估的应用价值.方法:收集2019年1月~2021年1月在北部战区总医院接受脊柱后路矫形手术且术中均应用锥束ct拼接成像技术联合工形测量仪评估冠状位平衡情况的48例AIS患者的相关资料,患者年龄12~18岁(14.9±1.8岁),随访时间1~2年(1.8±0.2年).根据冠状位平衡情况进行分型:A型为冠状位平衡距离(coronal balance distance,CBD)0.05);术前、术中、术后1周及末次随访时PCOA分别为3.72.±2.75°、1.25°±0.97°、1.25°±0.96°、1.28°±0.96°,其中术中及术后1周较术前均有明显差异(P0.05).所有患者术前冠状位失平衡率为47.91%(23/48),末次随访时冠状位失衡率为10.42%(5/48).A型组25例患者术前、术中、术后1周及末次随访时的CBD分别为12.53±4.46mm、8.06±3.15mm、8.37±3.13mm、8.66±3.77mm,术中与术后1周较术前均有明显改善(P0.05);B型组15例及C型组8例患者术前、术中、术后1周及末次随访时的 CBD 分别为 24.57±4.60mm、14.91±4.62mm、14.95±4.49mm、15.06±3.98mm 及 26.46±6.78mm、16.58±4.00mm、16.94±4.12mm、16.58±3.97mm,两组患者术中与术后1周较同组术前均有明显改善(P0.05).所有患者末次随访时VAS评分(3.98±0.57分)及ODI[(21.82±3.12)%]较术前[(7.68±0.64)分、(46.51±4.79)%]均有明显改善(P锥束ct拼接成像联合工形测量仪是一种有效且整体平衡评估能力强的术中冠状位平衡评估方法,能够更好地辅助脊柱外科医生在AIS患者脊柱侧凸矫形术中进行冠状位平衡的评估,及时调整矫形程度,有效减少术后冠状位失衡发生.

关键词：青少年特发性脊柱侧凸后路矫形术冠状位平衡锥束ct 拼接脊柱全长片

锥束ct拼接成像联合“工”形测量仪在青少年特发性脊柱侧凸矫形术中冠状位平衡评估中的应用

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锥束CT拼接成像联合“工”形测量仪在青少年特发性脊柱侧凸矫形术...

作者：李林洋大连医科大学

学位级别：硕士

目的在术中应用锥束ct拼接成像联合“工”形测量仪评估青少年特发性脊柱侧凸(Adolescent Idiopathic Scoliosis,AIS)患者冠状位平衡,并探究其在青少年特发性脊柱侧凸矫形术中的应用价值。方法收集2019年1月-2021年1月在北部战区总医院... 详细信息

目的在术中应用锥束ct拼接成像联合“工”形测量仪评估青少年特发性脊柱侧凸(Adolescent Idiopathic Scoliosis,AIS)患者冠状位平衡,并探究其在青少年特发性脊柱侧凸矫形术中的应用价值。方法收集2019年1月-2021年1月在北部战区总医院接受脊柱后路矫形手术的48例青少年特发性脊柱侧凸患者的相关资料,男17例,女31例,患者年龄12-18(14.9±1.8)岁,随访时间为1-2(1.8±0.2)年,根据冠状位平衡情况进行分型:A型为冠状位平衡距离(Coronal Balance Distance,CBD)锥束ct拼接成像技术联合“工”形测量仪评估冠状位平衡情况。记录所有患者术前、术中、术后1周、末次随访时的主弯Cobb角、CBD、骨盆冠状倾角(Pelvic Coronal Obliquity Angle,PCOA)以及术前、末次随访时疼痛视觉模拟评分(Visual Analogue Scale,VAS)及奥斯威斯特里功能障碍指数(Oswestry Disability Index,ODI),比较不同时间点的冠状位平衡情况及临床矫形效果。结果48例青少年特发性脊柱侧凸患者术前、术中、术后1周及末次随访时主弯Cobb角分别为(58.45±12.81)°、(14.13±5.86)°、(14.48±5.98)°、(14.39±5.74)°,术中、术后1周与术前相比主弯Cobb角皆存在明显改善(皆P0.05),且末次随访时主弯Cobb角和术后1周相比较时未表现出显著区别(P>0.05);术前、术中、术后1周及末次随访时PCOA分别为(3.72±2.75)°、(1.25±0.97)°、(1.25±0.96)°、(1.28±0.96)°,术中、术后1周与术前相比PCOA皆存在明显改善(皆P0.05),末次随访时PCOA和术后1周相比较时未表现出显著区别(P>0.05);所有患者术前冠状位失平衡率为47.91%(23/48),A型25例患者术前、术中、术后1周及末次随访时的CBD分别是12.53±4.46mm、8.06±3.15mm、8.37±3.13mm、8.66±3.77mm,组内分析发现相较未手术时,术中和术后1周皆为明显改善表现(皆P0.05),组内末次随访和术后1周时皆未见明显区别(皆P>0.05),其中B型15例,C型8例,B型组和C型组患者术前、术中、术后1周及末次随访时的CBD分别是24.57±4.60mm、14.91±4.62mm、14.95±4.49mm、15.06±3.98mm及26.46±6.78mm、16.58±4.00mm、16.94±4.12mm、16.58±3.97mm,两组病人术中和术后1周时与同组术前相比皆见明显改善表现(皆P0.05),末次随访和同组术后1周相比皆未见明显区别(皆P>0.05);在冠状位失衡率方面,末次随访时呈10.42%(5/48);所有患者末次随访时VAS(3.98±0.57)分及ODI(21.82±3.12)%评分较术前(7.68±0.64)分、(46.51±4.79)%均有明显改善(P锥束ct拼接成像联合“工”形测量仪是一种有效且整体平衡评估能力强的术中冠状位平衡评估方法,能够更好的辅助脊柱外科医生在青少年特发性脊柱侧凸患者矫形术中进行冠状位平衡的评估,及时调整矫形程度,有效减少术后冠状位失衡发生。

关键词：青少年特发性脊柱侧凸后路矫形术冠状位平衡锥束ct 术中拼接脊柱全长片

基于RED-GAN的正弦图修复的稀疏投影锥束ct重建

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计算机应用 2023年

作者：靳鑫刘仰川朱叶晨张子健高欣中南大学湘雅医院肿瘤科中国科学技术大学生物医学工程学院(苏州)生命科学与医学部中国科学院苏州生物医学工程技术研究所

稀疏投影可有效降低锥束ct(CBct)扫描剂量和扫描时间，但会导致重建图像中出现大量条状伪影。正弦图修复可以生成缺失角度的投影数据，提高重建图像质量。提出一种用于正弦图修复的残差编解码–生成对抗网络(RED-GAN)，利用RED模块替换P... 详细信息

稀疏投影可有效降低锥束ct(CBct)扫描剂量和扫描时间，但会导致重建图像中出现大量条状伪影。正弦图修复可以生成缺失角度的投影数据，提高重建图像质量。提出一种用于正弦图修复的残差编解码–生成对抗网络(RED-GAN)，利用RED模块替换Pix2pixGAN中的U-net生成器，并利用PatchGAN的条件判别器对修复后正弦图和真实正弦图进行鉴别。利用真实锥束ct投影数据进行网络训练，分别在1/2、1/3、1/4稀疏采样条件下测试网络，并与线性插值法、RED-CNN和Pix2pixGAN对比。RED-GAN的正弦图修复结果均优于线性插值法、残差编解码卷积神经网络(RED-CNN)及Pix2pixGAN,并在1/4稀疏采样条件下最为明显，在正弦图域中，均方根误差(RMSE)下降7.2%，峰值信噪比(PSNR)上升1.5%，结构相似性(SSIM)上升1.4%；在重建图像域中，RMSE下降4.6%,PSNR上升1.3%,SSIM上升1.0%。结果表明，提出的RED-GAN适用于稀疏投影锥束ct重建，在快速低剂量ct扫描领域具有潜在应用价值。

关键词：锥束ct 稀疏投影正弦图修复生成对抗网络深度学习

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锥束ct三维重建算法研究

锥束CT三维重建算法研究

作者：王欢欢南昌航空大学

学位级别：硕士

锥束ct技术可以在不损伤被检物体的情况下获取物体内部的横截面信息,在成像速度、空间分辨率以及射线利用率等方面具有明显的优势,成为增材制造、航空航天等领域无损检测环节中的关键解决方案。FDK算法作为锥束ct三维重建中的主流算法,... 详细信息

锥束ct技术可以在不损伤被检物体的情况下获取物体内部的横截面信息,在成像速度、空间分辨率以及射线利用率等方面具有明显的优势,成为增材制造、航空航天等领域无损检测环节中的关键解决方案。FDK算法作为锥束ct三维重建中的主流算法,由于锥束ct系统中旋转中心定位不准确,严重影响了FDK重建算法的重建质量,同时,锥束ct扫描产生的海量投影数据导致重建时间急剧增多,无法在CPU上实现实时重建,降低了锥束ct的检测效率。因此本文主要针对FDK重建算法、旋转中心校正和FDK算法加速等方面进行研究,解决重建图像模糊和CPU重建耗时长、效率低的问题。(1)FDK重建算法的设计与实现。针对锥形束投影数据,根据FDK算法重建原理,基于Visual Studio 2017平台,采用C++语言编程实现了FDK算法。借助3D Shepp-Logan头模型,系统探讨了不同滤波器及投影数据采样间隔对重建结果的影响,并运用图像评价指标客观分析了重建结果与原图像的差异。实验结果表明,本文的FDK重建算法设计合理。(2)旋转中心校正方法的设计与实现。针对旋转中心偏移的情况,研究了旋转中心校正方法,分析了旋转中心偏移量的大小对重建结果的影响,实现了利用被检物体的投影图像及投影几何参数计算出旋转中心偏移量的方法,然后对不同ct设备采集的多组投影数据进行实验。实验结果表明:该方法既能对小焦点ct,也能对显微ct进行旋转中心校正,从而避免重建图像模糊,得到更好的重建效果。(3)基于CUDA架构的FDK重建算法加速的设计与实现。针对投影数据量大,FDK重建算法复杂度高,重建时间长的问题,研究了FDK重建算法的并行性,借助CUDA编程构架,设计并实现了FDK重建算法在GPU上的并行加速。大量的实验结果表明:该加速策略能够显著提高算法的运算效率,且720×1024×1024大小的投影数据重建时间仅用了68s,能够实现实时重建。(4)锥束ct三维成像软件的设计与实现。针对实验室的锥束ct设备,集成开发了一套锥束ct三维成像软件,能够实现投影数据采集、旋转中心校正、锥束ct重建、GPU加速、重建图像显示与窗宽窗位调节等功能,并与国际知名的工业ct软件VGStudio MAX3.3的重建结果作对比。实验结果表明,本文设计的软件完全可以满足高精度锥束ct重建的需求,重建质量已达到VGStudio MAX3.3重建质量。

关键词：锥束ct FDK算法滤波器旋转中心 CUDA

基于残差编解码-生成对抗网络的正弦图修复的稀疏角度锥束ct图像重建

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计算机应用 2023年第6期43卷 1950-1957页

作者：靳鑫刘仰川朱叶晨张子健高欣中国科学技术大学生物医学工程学院(苏州)生命科学与医学部江苏苏州215009 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏苏州215163 中南大学湘雅医院肿瘤科长沙410008

稀疏投影可有效缩短锥束ct(CBct)扫描剂量和扫描时间,但会导致重建图像中出现大量条状伪影。正弦图修复可以生成缺失角度的投影数据,并提高重建图像质量。基于这些,提出了一种用于稀疏角度CBct重建的正弦图修复的残差编解码-生成对抗网... 详细信息

稀疏投影可有效缩短锥束ct(CBct)扫描剂量和扫描时间,但会导致重建图像中出现大量条状伪影。正弦图修复可以生成缺失角度的投影数据,并提高重建图像质量。基于这些,提出了一种用于稀疏角度CBct重建的正弦图修复的残差编解码-生成对抗网络(RED-GAN)。该网络利用残差编解码结构(RED)模块替换Pix2pixGAN(Pix2pixGenerative Adversarial Network)中的U-Net生成器,并利用基于PatchGAN(Patch Generative Adversarial Network)的条件判别器鉴别修复后的正弦图和真实正弦图,从而进一步提升网络性能。利用真实CBct投影数据进行网络训练后,分别在1/2、1/3、1/4稀疏采样条件下测试所提网络,并把RED-GAN与线性插值法、残差编解码-卷积神经网络(RED-CNN)和Pix2pixGAN对比。实验结果表明,RED-GAN的正弦图修复结果在3种条件下均优于对比方法,并在1/4稀疏采样条件下所提网络的优势最为明显。在正弦图域中,RED-GAN的均方根误差(RMSE)下降了7.2%,峰值信噪比(PSNR)上升了1.5%,结构相似性(SSIM)上升了1.4%;在重建图像域中,RMSE下降了5.4%,PSNR上升了1.6%,SSIM上升了1.0%。可见,RED-GAN适用于高质量的稀疏角度CBct重建,在快速低剂量CBct扫描领域具有潜在的应用价值。

关键词：锥束ct 稀疏角度正弦图修复生成对抗网络深度学习

锥束ct平板探测器成像的余晖建模与校正方法

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物理学报 2013年第21期62卷 101-107页

作者：黄魁东张定华李明君张华西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室西安710072 西北工业大学机电学院西安710072

锥束ct具有高效率和高精度的显著特点,在医学成像与工业无损检测等领域已得到广泛应用,但余晖的存在降低了ct图像的质量.本文借鉴余晖多指数衰减模型的思想,结合平板探测器输出信号的实际衰减规律,提出了一种新的基于多指数拟合的余晖... 详细信息

锥束ct具有高效率和高精度的显著特点,在医学成像与工业无损检测等领域已得到广泛应用,但余晖的存在降低了ct图像的质量.本文借鉴余晖多指数衰减模型的思想,结合平板探测器输出信号的实际衰减规律,提出了一种新的基于多指数拟合的余晖衰减建模及校正方法.首先进行了基于平板探测器的锥束ct成像实验,结果表明平板探测器各像素的余晖衰减规律具有良好的一致性,且余晖衰减规律与初始灰度的大小无关;其后根据建立的余晖衰减模型实现了余晖的快速校正,并分析比较了余晖校正前后投影图像和切片图像质量,表明余晖校正后的零件轮廓清晰度得到了显著提升.该方法无需获取探测器闪烁体成分及其衰减时间常数,便于实际锥束ct成像系统的余晖检测与校正.

关键词：余晖平板探测器锥束ct 多指数衰减