高分辨CT几何校正的最优化方法研究

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高分辨CT在医学检查、工业无损探伤等领域有着重要的应用价值。高分辨CT重建图像中存在着各种不同的伪影,其中当CT成像系统的几何结构偏离其理想位置时,引起的重建图像的退化即为几何伪影。为解决几何伪影,就需要对高分辨CT进行几何校正。现有的几何校正方法对于高分辨CT系统而言精度不够,校正后的重建图像中依然存在几何伪影,因此需要精度更高的几何校正方法。  在理想的CT系统中,一个点状物体的重建图像将是一个理想的单一点,但是当CT系统的几何结构发生偏移的时候,它的重建图像将会是一个弥散的分布,弥散程度与CT系统的几何参数之间有一个确定的关系,本文提出了一个能反映该关系的目标函数,并以此为基础提出了一种新的CT系统几何校正方法,通过最优化算法求解目标函数的最大值,用所得的几何参数的最优解,来实现CT系统的几何校正。  本课题将该方法首先应用于扇束CT的几何伪影校正,定义了一种3参数的几何模型用于描述扇束CT的几何结构,使用金属细丝作为校正模体,根据重建图像像素的平方和与几何参数的关系建立了目标函数,使用模拟退火算法作为参数求解方法。本文用仿真实验验证了上述3参数目标函数和模拟退火算法求解几何参数的可行性。在实际实验中,由于条件所限,使用锥束CT的中平面数据来代替扇束CT的实际数据,对该方法的实际效果进行了实验验证。实验结果表明,该方法能够有效地对扇束CT系统进行几何校正。  进一步地,本课题利用该方法对锥束CT的几何校正问题进行了研究,将扇束CT所定义的3参数模型扩展成一种6参数的几何模型,用于描述锥束CT的几何结构,使用金属小球作为校正模体,根据重建体数据像素的平方和与几何参数的关系建立目标函数,使用模拟退火算法作为参数求解方法。整个算法流程建立后,用仿真数据验证了6参数目标函数和模拟退火算法求解几何参数的可行性。最后以实际的高分辨率锥束CT为实验平台,展示了该方法在实际锥束CT系统中的校正效果,并研究了该方法的误差、稳定性等各项性质。实验结果表明本文提出的几何校正方法具有更高的精度,能够有效的抑制高分辨CT重建图像中的几何伪影,提高重建图像的质量。
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