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《华中科技大学》 2013年
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优化微型CT图像质量的方法研究

孟远征  
【摘要】:近年来,随着活体小动物成像技术的飞速发展,使用活体小动物成像系统长时程对单只动物进行连续观测成为生物医学研究中的常规手段。在众多活体小动物成像系统中,微型CT是历史久远、使用广泛、有效的系统。然而,受单位像素X射线光子数目较少的影响,微型CT图像存在信噪比较差的问题。因而,微型CT图像对光源、探测器、系统结构等方面引入的伪影或模糊极为敏感。如何降低伪影、提高成像质量是微型CT领域的重要研究方向。基于此,本文对优化微型CT图像质量的方法进行了研究。 在前期研究的基础上,本文研制了一套机架旋转式的微型CT成像系统,使用微焦斑射线源作为源,使用基于非晶硅的平板探测器探测X射线,动物置于动物床上,成像时旋转机架带动源和探测器在竖直面内围绕动物旋转并采集图像。本文对该系统的性能进行了测试,结果表明系统空间分辨率达到200微米,对比度信噪比的测量结果表明该系统能分辨骨头和脂肪组织,但无法对其它软组织进行区分,均一性测试结果中未发现明显的杯状伪影。 在该系统的基础上,首次提出并证明了锥形束微型CT中投影叠加图像(SOP)的对称特性。并使用数值模体对实际系统中可能影响该对称性的因素进行了仿真分析,包括射线源,探测器,系统结构,成像样品。结果表明,射线源焦斑的随机移动、探测器的异常响应像素点(APs)、系统几何参数和小动物的呼吸运动等对SOP对称性的影响较严重,而其他因素的影响几乎可忽略。 在仿真研究的基础上,利用系统几何参数发生偏移时会影响SOP对称性这一性质,建立了探测器的skew角度、roll角度、旋转轴、中平面位置和光源到探测器的距离等关键几何参数的偏移与SOP对称性的关系式,结合单纯形-模拟退火算法求得几何参数的值。并使用数值模体和任意形状的小动物样品验证了该算法的有效性。结果表明,本文提出的在线几何校准方法达到了与离线校准方法相近的性能,显著改善了几何参数偏移情况下图像的质量。 在仿真研究的基础上,利用APs会在SOP的对称性图像中引入高的奇异性这一特点,提出了一种校正APs的新方法。该方法是利用二维二进小波变化,对SOP对称性图像进行处理,提取出APs,并使用拉普拉斯方法对APs进行消除。与传统的滤波方法相比,本文提出的方法能够同时处理高强度和低强度的APs,并且不会滤除图像原有的有效信息,有效抑制了微型CT图像中的环状和线状伪影,从而提高了图像质量。 最后,利用研制的微型CT系统和发展的优化微型CT图像质量的方法,本文对小动物软组织进行成像。为进一步提高软组织对比度,引入了小动物专用碘造影剂。本文研究了该造影剂在不同时间对小动物不同器官的对比度提高效果,并利用这一结果选择了合适的成像时间点,获得了具有良好对比度的软组织图像。进一步地,对增强后的图像结果进行了分割,结果表明本文提出的方法能较好地分割出小鼠的骨结构、肺、心脏、肝脏和脾脏。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TP391.41

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