優(yōu)化微型CT圖像質量的方法研究.pdf

1、近年來,隨著活體小動物成像技術的飛速發(fā)展,使用活體小動物成像系統(tǒng)長時程對單只動物進行連續(xù)觀測成為生物醫(yī)學研究中的常規(guī)手段。在眾多活體小動物成像系統(tǒng)中,微型CT是歷史久遠、使用廣泛、有效的系統(tǒng)。然而,受單位像素X射線光子數目較少的影響,微型CT圖像存在信噪比較差的問題。因而,微型CT圖像對光源、探測器、系統(tǒng)結構等方面引入的偽影或模糊極為敏感。如何降低偽影、提高成像質量是微型CT領域的重要研究方向?；诖?本文對優(yōu)化微型CT圖像質量的方法進

2、行了研究。
　　在前期研究的基礎上,本文研制了一套機架旋轉式的微型CT成像系統(tǒng),使用微焦斑射線源作為源,使用基于非晶硅的平板探測器探測X射線,動物置于動物床上,成像時旋轉機架帶動源和探測器在豎直面內圍繞動物旋轉并采集圖像。本文對該系統(tǒng)的性能進行了測試,結果表明系統(tǒng)空間分辨率達到200微米,對比度信噪比的測量結果表明該系統(tǒng)能分辨骨頭和脂肪組織,但無法對其它軟組織進行區(qū)分,均一性測試結果中未發(fā)現明顯的杯狀偽影。
　　在該系統(tǒng)的基

3、礎上,首次提出并證明了錐形束微型CT中投影疊加圖像(SOP)的對稱特性。并使用數值模體對實際系統(tǒng)中可能影響該對稱性的因素進行了仿真分析,包括射線源,探測器,系統(tǒng)結構,成像樣品。結果表明,射線源焦斑的隨機移動、探測器的異常響應像素點(APs)、系統(tǒng)幾何參數和小動物的呼吸運動等對SOP對稱性的影響較嚴重,而其他因素的影響幾乎可忽略。
　　在仿真研究的基礎上,利用系統(tǒng)幾何參數發(fā)生偏移時會影響SOP對稱性這一性質,建立了探測器的skew角

4、度、roll角度、旋轉軸、中平面位置和光源到探測器的距離等關鍵幾何參數的偏移與SOP對稱性的關系式,結合單純形-模擬退火算法求得幾何參數的值。并使用數值模體和任意形狀的小動物樣品驗證了該算法的有效性。結果表明,本文提出的在線幾何校準方法達到了與離線校準方法相近的性能,顯著改善了幾何參數偏移情況下圖像的質量。
　　在仿真研究的基礎上,利用APs會在SOP的對稱性圖像中引入高的奇異性這一特點,提出了一種校正APs的新方法。該方法是利用

5、二維二進小波變化,對SOP對稱性圖像進行處理,提取出APs,并使用拉普拉斯方法對APs進行消除。與傳統(tǒng)的濾波方法相比,本文提出的方法能夠同時處理高強度和低強度的APs,并且不會濾除圖像原有的有效信息,有效抑制了微型CT圖像中的環(huán)狀和線狀偽影,從而提高了圖像質量。
　　最后,利用研制的微型CT系統(tǒng)和發(fā)展的優(yōu)化微型CT圖像質量的方法,本文對小動物軟組織進行成像。為進一步提高軟組織對比度,引入了小動物專用碘造影劑。本文研究了該造影劑在不