基于統(tǒng)計(jì)迭代的低劑量CT重建算法研究.pdf

1、隨著CT的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)無(wú)論是在算法原理的研究方面，還是在實(shí)際的臨床應(yīng)用方面，都取得了驚人的成績(jī)，成為最具潛力、最準(zhǔn)確的檢查方法之一。在臨床診斷中，雖然CT檢查得到了廣泛的認(rèn)可，但是當(dāng)X射線照射到生物機(jī)體時(shí)，由于輻射導(dǎo)致機(jī)體發(fā)生病變，會(huì)對(duì)其造成不同程度的傷害，有關(guān)CT掃描中X射線對(duì)患者的輻射問(wèn)題，引起了人們的廣泛關(guān)注與重視。因此，越來(lái)越多的學(xué)者開始研究低劑量CT（Low-dose CT）掃描技術(shù)。低劑量CT的圖像重建問(wèn)題，

2、本質(zhì)上是一個(gè)噪聲抑制問(wèn)題。低劑量CT重建的主要方法有對(duì)投影數(shù)據(jù)的降噪處理和基于統(tǒng)計(jì)的迭代重建算法。由于濾波反投影重建算法對(duì)噪聲敏感，降低輻射劑量會(huì)導(dǎo)致重建圖像質(zhì)量下降，噪聲增多。相比濾波反投影重建算法，在噪聲較多的條件下，基于統(tǒng)計(jì)的迭代重建技術(shù)能夠獲得高信噪比的重建結(jié)果，大幅降低CT掃描的輻射劑量。本文在闡述了CT重建的原理及經(jīng)典算法的基礎(chǔ)上，主要針對(duì)低劑量CT的噪聲模型以及基于統(tǒng)計(jì)迭代的低劑量CT重建算法進(jìn)行了研究，主要工作如下：

3、r>　　1.首先闡述了CT重建算法的數(shù)學(xué)原理及物理基礎(chǔ)；然后重點(diǎn)研究了CT重建的幾類經(jīng)典算法，包括濾波反投影重建算法、代數(shù)迭代重建算法。濾波反投影重建算法具有重建速度快的優(yōu)點(diǎn)，可以滿足實(shí)時(shí)性，但由于對(duì)噪聲和偽影較為敏感，對(duì)輻射劑量的降低存在一定的限制。代數(shù)迭代重建算法由于沒有充分考慮低劑量CT噪聲模型及其統(tǒng)計(jì)特性，收斂時(shí)間長(zhǎng)，精度差，不能很好的抑制噪聲，從而該算法沒有得到廣泛應(yīng)用；最后根據(jù)X射線的光子特性，分析了低劑量CT重建過(guò)程中的噪

4、聲模型，為后面對(duì)統(tǒng)計(jì)迭代重建算法的研究奠定了基礎(chǔ)。
　　2.針對(duì)低劑量CT重建圖像由于過(guò)度的量子噪聲產(chǎn)生退化的問(wèn)題，基于統(tǒng)計(jì)重建算法，本文提出了應(yīng)用于圖像域的一種新的懲罰加權(quán)最小二乘重建算法，來(lái)解決低劑量CT重建過(guò)程中的噪聲問(wèn)題。首先通過(guò)分析偏微分方程及PM擴(kuò)散模型的發(fā)生機(jī)理，針對(duì)傳統(tǒng)的擴(kuò)散模型只考慮圖像梯度的缺點(diǎn)，提出一種改進(jìn)的擴(kuò)散算子，然后對(duì)傳統(tǒng)PWLS算法的代價(jià)函數(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，通過(guò)引入各向異性擴(kuò)散算子，使得算法可以根據(jù)圖像固

5、有特征，自適應(yīng)地調(diào)整其平滑程度，使得算法可以既能有效抑制重建圖像的條形偽影，又能保護(hù)重建圖像的邊緣與細(xì)節(jié)。
　　3.在統(tǒng)計(jì)迭代重建算法中，最大似然期望最大（MLEM）算法由于充分考慮了成像過(guò)程中的物理模型，以及觀察數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性，還有一個(gè)很重要的特點(diǎn)就是它的非負(fù)性，使其在實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用。本文將雙邊濾波的思想和模糊數(shù)學(xué)理論相結(jié)合，提出一種新的擴(kuò)散模型，應(yīng)用于傳統(tǒng)MLEM重建算法，來(lái)達(dá)到抑制噪聲的效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在低劑量C