移动式C型臂有限稀疏角CT重建方法研究

By controlling the portable C-arm CT imaging system to reduce the angular range of X-ray projection and increase the sampling interval ray projection, it can effectively reduce the radiation dose and adapt to the scanning conditions. But the incomplete projection data may result in visible artifacts of CT images. Therefore, for limited sparse angle scanning imaging mode of C-arm CT, this project based on the characteristics of image sparse representation and the statistical distribution features, digging a priori information of the image, aims to develop the CT reconstruction methods to improve the imaging quality and suppress the reconstruction artifacts. Firstly, we try to build the structure group sparse representation model of CT images and then propose a limited sparse angle CT reconstruction method coupling the feature of structure group sparsity. Secondly, we try to build the joint statistical model of local smoothness of CT images and nonlocal self-similarity and then propose a limited sparse angle CT reconstruction method coupling joint statistical model. Finally, we will assess and verify the validity of the reconstruction method through the experiment. The objective of the research is of innovative models and methods of science, and can be applied to the industrial field test of pipeline in service and the medical CT examination in the operation, and other fields.

通过控制移动式C型臂CT系统，减少射线源旋转角度范围和增加射线投影采样间隔，能有效降低辐射剂量，并适应现场扫描条件。但由此引起的投影数据不完备，可能导致CT图像出现明显的伪影。为此本项目拟针对C型臂CT有限稀疏角扫描成像模式，利用图像的稀疏表示特性和统计分布特征，挖掘图像的先验信息，研究改善成像质量、抑制重建伪影的CT图像重建方法。包括：（1）构造CT图像结构组的稀疏表示模型，提出耦合图像结构组稀疏性约束的有限稀疏角CT重建方法；（2）构造刻画CT图像局部平滑性和非局部自相似性的联合统计模型，提出耦合联合统计模型的有限稀疏角CT重建方法；（3）通过实验评估并验证重建方法的有效性。本项目的研究具有模型和方法的科学创新性，并可应用于工业在役管道现场检测、医学术中CT检查等领域。

通过减少射线源旋转角度范围和增加射线投影采样间隔，能有效降低辐射剂量，并适应现场扫描条件。但由此引起的投影数据不完备，可能导致CT图像出现明显的伪影。针对此类问题，提出稀疏诱导动态引导滤波方法的有限角度低剂量X射线断层成像技术，能有效抑制噪声和伪影。基于紧小波框架和正则化的图像重建模型，研究了一种结合变分近邻交替线性极小化方法的有限角度CT图像重建算法，并分析了算法的收敛性。利用先验图像的结构信息指导有限角度CT重建，研究了一种基于先验图像诱导的有限角CT图像重建模型。对L0和L2正则化的有限角重建问题的存在性和收敛性分析。研究了一种有限角CT自适应迭代重建算法，一种电子束直线扫描的工业有限角微纳CT。研究了一种面向动态物体的基于碳纳米管的多源正方体CT系统，一种基于多方向全变分最小化的多段有限角CT重建，一种结合ℓ0梯度最小化的有限角光声层析成像技术，一种基于交替方向乘子法的有限角CT深度重建，一种基于引导图像滤波和小波框架的有限角CT重建算法，一种基于相对全变分的低强度CT自适应迭代重建，一种基于深度学习的有限角平行移动CT图像重建方法，一种基于各向异性相对全变差的自引导有限角CT重建，一种锥束CT瞬时扫描装置及重建方法，一种基于全变分和先验图像的有限角引导图像滤波CT重建，一种用于低信噪比CT重建的噪声抑制引导图像滤波方法。研究了双源CT大螺距、CAREkV联合自适应统计迭代重建技术在腰椎外伤检查中图像质量及辐射剂量研究，以及自动管电压技术在腰椎外伤CT检查中的临床应用。在国内外期刊上发表标注本项目编号的论文 18 篇，其中被 SCI 收录期刊论文16篇，一般期刊论文2篇。申请发明专利3项。协助培养毕业博士2人、毕业硕士1人。