锥束CT超视野成像关键技术研究
Research on the Key Imaging Technologies for over FOV Size Object in Cone-beam CT
近年来出现的锥束CT(Cone-beam Computed Tomography, CBCT)已经开始成功地应用于无损检测逆向工程和材料组织分析等工业领域和牙科肿瘤定位等医学领域但是,锥束CT的成像视野(Field Of View, FOV)往往受硬件尺寸的制约,还不能满足在很多应用中要求对超出CT成像视野的大尺寸物体进行成像的需求,因此研究如何扩展锥束CT的成像视野,从而拓宽锥束CT的检测领域,具有重要的理论意义和实用价值本文结合CT图像重建理论和现有的锥束CT扫描方式开展锥束CT超视野成像关键技术研究,重点对锥束CT的超视野重建算法超视野扫描方式下系统几何参数标定和超视野重建算法并行加速三个方面展开了研究,取得了以下研究成果:1提出了一种基于垂直方向视野扩展的锥束CT螺旋轨迹扫描方式下系统几何参数标定算法该算法以载物台的运动轴为研究对象,根据投影几何关系构建基于整个运动轴的非线性最小二乘求解模型,通过高斯-牛顿算法优化求解得到运动轴上任意位置的几何参数实验结果表明,本文方法计算的基于载物台升降轴的几何参数,能够满足基于垂直方向视野扩展的锥束CT螺旋轨迹扫描方式下重建图像的几何伪影校正需求2提出了一种基于双向视野扩展的锥束CT多次螺旋扫描方式和重建算法针对检测物体在水平方向和垂直方向上均超出锥束CT成像视野的应用情况,提出了一种锥束CT多次螺旋扫描方式和基于该投影模型下的重排滤波反投影重建算法扫描时,通过横向平移的多组螺旋扫描,得到重建整个物体所需的投影数据;重建时,首先将多组螺旋投影数据重排成一组倾斜的平行束投影数据,然后对重排后的投影数据滤波和反投影得到物体的三维图像该方法能够同时扩展锥束CT在水平方向和垂直方向的成像视野,具有计算效率高,重建质量好的特点实验结果表明,该算法在扩展锥束CT水平视野2.73倍和垂直视野2倍的情况下,有效地实施了重建3提出了一种基于统一设备架构(Compute Unified Device Architecture, CUDA)的锥束CT多次螺旋扫描重建算法的并行加速优化策略针对锥束重建算法计算量大,耗时长的问题,对算法进行了基于图形处理器(Graphics Processing Unit, GPU)的并行实现,并提出了一种新的优化策略,通过采用合理的线程分配方式对反投影参数计算过程中与体素无关的中间变量的提取和预计算对全局存储器访问次数的细致优化等方法,进一步提高了重建算法的执行效率,大大缩短了重建时间实验结果表明,在不降低重建质量的前提下,该并行加速方法可以达到400倍的加速比
- 作者：
- 韩玉
- 学位授予单位：
- 解放军信息工程大学
- 专业名称：
- 检测技术与自动化装置
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2012年
- 导师姓名：
- 李建新；闫镔
- 中图分类号：
- TP391.41
- 关键词：
- 锥束CT；成像视野；重建算法；几何伪影校正；并行加速；图形处理器
- cone-beam CT；field of view；reconstruction algorithm；geometry artifact calibration；parallel speedup；Graphics Processing Unit