迭代重建算法在静态数字乳腺断层成像中的应用

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乳腺癌是全世界女性中诊断率最高的癌症,随着发病率增长速度逐渐升高,及时诊断成为了现今的重要需求之一。早期筛查乳腺癌主要是用一般的乳房X光检查,但由于是三维投影成像成二维图像,所以影像重叠问题成了当时的一个技术问题。随着技术发展与研究的深入,出现了基于有限角度断层扫描的数字乳房断层合成(DBT)技术解决了这个问题,但由于是单个X射线源,必须靠机械转动进行多角度投影,因此在成像上很容易产生由于机械晃动造成的运动伪影。本文针对这个问题开发搭建了一种运用碳纳米管(CNT)X射线源阵列的静态数字乳房断层成像(s-DBT)系统。s-DBT还处于研究阶段,现今很少有算法应用于其中,同时光源摆放是否对投影成像会造成影响也是一个令人感兴趣的问题。本文的主要工作是将迭代算法运用至新型系统并做了评估,同时针对实际实验和模拟实验的结果对算法做出了改进。本文的模拟实验还确定了两种光源阵列(直线型光源阵列和弧型光源阵列)对投影重建成像的影响,以更加准确地获得最优图像。本文使用的重建算法包括Feldkamp-Davis-Kress(FDK)算法,联合迭代重建技术(SIRT)和联合代数重建技术(SART),通过对s-DBT实际成像实验和模拟实验中获得的投影图像进行重建,验证了图像重建算法应用于静态乳腺断层成像中的可行性,同时为了获得重建结果的最佳算法及最优光源阵列选择,在实验中使用峰值信噪比(PSNR),均方根误差(RMSE)和结构相似性(SSIM)来分析重建得到的数据,最后对于应用成功的算法的局限性再有针对性的改进了算法。经过模拟实验及实际实验的双重验证,迭代法较好的应用于静态乳腺断层成像中。在模拟实验中,不同的阵列对成像重建质量影响不大,所以从实际使用上考虑直线型光源阵列是更方便的选择。与传统DBT投影重建结果不同,从所有实验的参数分析中来看,无论模体的细节有多少,SIRT算法的重建结果图像质量都相对更好。最后验证了改进算法的可行性,改进算法相对SIRT算法更好地抑制了噪声,对SIRT算法的重建效果有了一定的提升。
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