基于小波變換的錐束CT快速三維重建算法研究.pdf

1、由于計算機(jī)斷層掃描能夠很好地呈現(xiàn)出人體內(nèi)部軟組織構(gòu)成器官的影像，故而在臨床醫(yī)學(xué)方向上得到普遍應(yīng)用，簡稱為CT技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，研究者們以二維CT為依據(jù)提出了基于平板探測器(FPD)的三維錐束CT，簡稱為CBCT。由于采用了錐束放射源和大面積FPD來采集物體各角度的投影數(shù)據(jù)，CBCT大大提高了X射線的使用效率，同時掃描速度和CT重建圖像的空間分辨率也有了相應(yīng)的提升。
　　目前由于CBCT的優(yōu)越性，其在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)和工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)

2、用日益廣泛。然而由于FPD的不斷發(fā)展，其探測元的數(shù)量逐漸增多，錐束CT經(jīng)過一次旋轉(zhuǎn)掃描得到的掃描數(shù)據(jù)越來越大，重建速度也相應(yīng)的減慢，實時性較差。例如影像引導(dǎo)放射治療期間，放射治療系統(tǒng)應(yīng)為醫(yī)生及時提供目標(biāo)影像以達(dá)到追蹤腫瘤的目的，進(jìn)而提高放射治療的效果，并減輕對正常組織的損傷。因此，基于此類需求，如何進(jìn)一步提高重建速度成為錐束CT三維重建算法探究的熱點(diǎn)。
　　FDK算法是錐束解析重建算法里最為經(jīng)典的算法。由于其基于圓軌跡掃描，具有結(jié)

3、構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)、可快速重建等特點(diǎn)，在放射源錐角較小時可重建出質(zhì)量較好的CT圖像，因而該算法是當(dāng)今CBCT系統(tǒng)中應(yīng)用的主流算法。然而FDK算法在錐束CT重建中依然存在計算量大，重建耗時長等問題，難以滿足實際應(yīng)用中日益提高的實時性需求。此外，醫(yī)生在臨床診斷時針對不同的應(yīng)用環(huán)境，對CT圖像的分辨率需求也不盡相同。
　　為解決以上問題，本文介紹一種基于小波變換的錐束CT快速三維重建算法。首先對采集到的投影圖像進(jìn)行相應(yīng)尺度的小波變換，得到

4、各尺度小波分解系數(shù)，選擇相應(yīng)尺度的小波系數(shù)進(jìn)行FDK重建，可獲取相應(yīng)低分辨率的三維圖像數(shù)據(jù)，還可根據(jù)需要由得到的低分辨率重建數(shù)據(jù)分別沿著徑向取斷層圖像，進(jìn)行相應(yīng)的小波逆變換和Lanczos-3插值運(yùn)算，進(jìn)而獲得高分辨率的三維圖像數(shù)據(jù)。
　　本文算法可以分為以下兩方面:
　　(1)醫(yī)生在臨床診斷時對CT圖像的分辨率大小有不同的需求。當(dāng)FPD的分辨率很大而醫(yī)生對CT圖像分辨率要求并不高的情況下，可先對投影圖像進(jìn)行降維處理而后進(jìn)行

5、FDK重建。本文采用高斯金字塔分解和小波變換兩種圖像降維的方法，并闡述了其與FDK算法結(jié)合重建低分辨率CT圖像的流程。
　　(2)針對不同分辨率CT圖像與實時性的需求，本文算法能夠在低分辨率CT圖像重建的基礎(chǔ)上，進(jìn)行小波逆變換和Lanczos-3濾波器插值運(yùn)算來獲取高分辨率CT圖像。仿真結(jié)果表明，本文算法不僅能夠得到不同分辨率的三維圖像數(shù)據(jù)，而且相較于傳統(tǒng)的FDK算法生成分辨率相同、質(zhì)量相近的三維圖像數(shù)據(jù)，重建速度可以提高一倍以上