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CT系统中射束硬化校正算法研究

作　者: 陈慧娟
导　师: 潘晋孝
学　校: 中北大学
专　业: 应用数学
关键词: 计算机断层成像射束硬化线性化校正 Poisson分布
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 44次
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内容摘要

射束硬化是由X射线束能谱的多能性和衰减系数与能量的相关性造成的。多能X射线穿过物体时,能量较低的X光子由于光电效应优先被吸收,使得穿透物质的X射线高能成分比例增加,表现为平均能量升高,从而使射线随贯穿长度增加,变得更易穿透,频谱分布的峰值向较高的能量方向移动,这就是射束硬化效应。它会导致密度均匀的被测物体切片在重建CT图像上表现为亮度不一,图像上的像素值分布呈中间黑边缘亮的“茶杯”状,即“杯状”伪影。目前,国内外对射束硬化校正的研究已取得很大进展,达到一定的硬化校正效果,但还不够完善,仍需进一步研究。本文对传统线性化校正方法做了两点改进:(1)对传统多项式拟合校正方法在等效衰减系数的求法上做了改进:改进方法对靠近原点的几组数据进行直线拟合,选取该拟合直线的斜率代替传统方法中的拟合曲线在零点处的导数值,以拟合直线的斜率作为单色时的等效衰减系数,更接近实际,有效地减小了误差。(2)对拟合函数做了进一步的改进:以更能满足射束硬化曲线拟合相关要求的指数函数代替传统方法中的多项式函数,实验结果表明校正效果更好。本文还研究了基于统计迭代的硬化校正方法,根据能谱的连续性和探测到的光子数服从Poisson分布这一规律建立数学模型,并在传统迭代重建算法的基础上,借用统计的方法进行参数估计,实验结果表明该方法有效提高了重建图像质量。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章引言  8-12
  1.1 课题研究背景及意义  8-10
  1.2 国内外研究现状及发展前景  10
  1.3 论文的结构及主要内容  10-12
第二章 CT硬化效应及常用的校正方法  12-25
  2.1 CT成像的物理原理  12-14
  2.2 X射线的本质和定义  14-16
  2.3 X射线与物质的相互作用  16-20
    2.3.1 光电效应  16
    2.3.2 康普顿效应  16-17
    2.3.3 电子对效应  17-18
    2.3.4 三种效应的优势区域  18-19
    2.3.5 射束硬化效应的产生过程简述  19-20
  2.4 常见射束硬化校正方法  20-24
    2.4.1 多项式校正法  21-22
    2.4.2 迭代法  22-23
    2.4.3 单能法  23
    2.4.4 双能法  23-24
  2.5 本章小结  24-25
第三章改进的射束硬化线性化校正方法  25-37
  3.1 传统的线性化校正方法  25-27
  3.2 对传统线性化方法在校正步骤上的改进  27-32
    3.2.1 改进方法的提出  27-28
    3.2.2 射束硬化数据的获取  28-29
    3.2.3 硬化曲线的拟合及其处理  29-30
    3.2.4 实验结果及数据分析  30-32
  3.3 对传统线性化方法在拟合函数上的改进  32-35
    3.3.1 新的拟合函数的构造  32-33
    3.3.2 基于指数拟合的校正过程  33-34
    3.3.3 实验结果  34-35
  3.4 本章小结  35-37
第四章基于统计迭代的硬化校正方法  37-50
  4.1 X射线能量谱分析  37-38
    4.1.1 射线谱的产生  37-38
    4.1.2 射线谱的影响因素  38
  4.2 X射线光子和物质相互作用的统计特性  38-43
    4.2.1 光子统计分析  39-41
    4.2.2 光子和物质相互作用的重要统计结论  41-43
  4.3 基于统计迭代的硬化校正过程  43-49
    4.3.1 统计模型的建立  43-44
    4.3.2 模型求解  44-48
    4.3.3 实验结果及分析  48-49
  4.4 本章小结  49-50
第五章小结与展望  50-52
  5.1 论文工作总结  50-51
  5.2 展望  51-52
参考文献  52-55
攻读硕士学位期间发表的论文  55-56
致谢  56

CT系统中射束硬化校正算法研究

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