锥束体CT三维迭代重建算法的研究

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X射线断层成像(Computed Tomography, CT)是利用射线对物质的衰减特性,无损地获取物体内部结构信息的一种技术手段。该技术在医学诊断和工业无损检测中得到了广泛应用。近年来,锥束CT在医学和工业上得到越来越广泛的应用,具有高精度、X射线剂量小、扫描速度快等特点,成为未来CT技术发展趋势之一。随着口腔医学的发展,牙科专用锥束形CT获得了广泛应用。口腔CT可以从不同的角度对组织进行反映,能够发现更细微的病变,对骨组织情况、下颌关节情况进行准确的评价,对于协助医生进行更准确的临床诊断起了重要作用。图像重建方法是CT技术中较为关键的部分。图像重建有两类基本方法:解析法和迭代法。解析法的优点是计算量小,能够在较短的时间内重建出高质量的图像,但在投影数据不完全或高噪声的情况下,该算法不再适用。而迭代算法对于处理不完备的投影数据方面有一定的优势,可以在较少的投影数据下重建出较好的图像质量,而且对噪声也有一定的抑制。本文研究的迭代算法包括代数迭代重建算法(ART算法)、联合代数迭代算法(SART算法)以及统计迭代算法EM算法。同时还研究了有序子集算法(OSEM算法)。其中ART算法是由一种基于解代数线性方程组的算法,其公式是从最小二乘法推导出。EM算法公式是基于X射线光子的泊松统计分布的最大似然函数推导出来。最后,分别采用仿真数据和口腔CT成像系统采集到的实际数据从以下三点说明3种迭代算法的不同:(1)在完备投影数据下,三种迭代算法都能够获得较高质量的重建图像;(2)在不完备投影数据下,OS-EM算法重建图像相对于ART算法以及SART算法具有一定的优势。(3)在投影数据含有噪声的情况下,ART算法受噪声影响比较大,OS-EM算法以及SART算法具有一定的抗噪性。
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