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一种快速斜截面医学图像重建算法
提出了一种基于矢量旋转的快速任意截面医学图像重建方法.算法采用矢量方程描述成像截平面,通过两步计算,把成像截平面法矢量的方向数换算为相对于空间参照系三个坐标轴的旋转量,从而将定解问题转化为求不定解的一个特解.算法的优点是避免直接求解方程,直接计算截平面与三维图像场之间点坐标的转换关系.计算仅涉及成像截平面法矢量的方向数,计算量小,易于对人机交互的描述,便于接口软件开发.实验结果表明,算法速度快,实用性强.
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灵敏度编码磁共振谱成像(SENSE-SI)技术及图像重建方法
传统的相位编码磁共振谱成像(MRSI)采集数据需要很长的时间,使得MRSI在临床上的应用受阻.灵敏度编码磁共振谱成像(SENSE-SI)采用线圈矩阵来并行采集MRSI数据,是一种不仅可以大大减少数据采集时间,而且不影响空间和谱的分辨率的全新方法.在图像重建时利用各个线圈的空间灵敏度来对丢失的编码信息进行恢复,将像素折叠的图像进行展开,可以得到完全没有重叠伪影的代谢物图像.SENSE-SI采集数据的快速性和图像重建的高分辨性为MRSI真正应用于临床打下了坚实的基础.
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一维感应式磁共振电阻抗成像重建方法研究
对一维感应式的磁共振电阻抗成像技术进行原理性研究.针对同心圆盘模型推导了正问题的计算方法及逆问题的重建原理公式,通过仿真分析验证重建方法的正确性,并考察了该方法的抗噪性能.将为进一步研究感应式磁共振电阻抗成像技术的原理及实践提供理论基础.
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基于压缩感知的CT重建算法的研究现状
压缩感知理论是一种新兴的信号获取与处理理论,通过减少信号重建所需的数据以缩短信号采样时间,减少计算量,并在一定程度上保持原有图像的重建质量,由此可以解决在CT重建中还普遍存在的清晰度不够高、线性度不够好和有噪声伪影干扰等问题.由于该理论的这些显著优点,使其在CT成像领域引起了广泛关注,取得了很大进展.本文对近几年压缩感知应用于CT重建的研究方法和成果进行归纳和分析,其中包括传统统计迭代算法与压缩感知理论相结合方法的分析,先验图像约束与压缩感知理论相结合方法的分析以及字典学习的发展历程分析.后,对该研究领域的发展进行了展望.
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超声计算机层析成像技术
超声CT与X射线CT的一个重要区别是在通常所用的超声频率范围内,超声通过不均匀介质时将受到介质的散射(衍射和折射).因此,由超声散射数据反演介质内部声学特性参数的计算方法较X射线CT要复杂.本文对当前超声CT成像的原理及方法进行评述.主要包括:(1)超声波在介质中传播的基本原理;(2)频域内的插值方法;(3)滤波反向传播方法;(4)矩量法;(5)射线跟踪方法;(6)结论.
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电阻抗成像技术
介绍了一种新的医学图像重建技术--电阻抗成像技术(EIT).EIT依据生物组织不同部位的导电参数(电阻率、介电常数/电容率)以及同一部位在正常和病变时导电参数的变化来判断疾病的源.EIT设备通过对体组织表面电流、电压的施加及测量来获知体组织内部导电参数的分布,并重建出反映体组织内部的图像.详细分析了EIT成像中遇到的关键问题以及现有的主要应对方法,列举了EIT技术在临床医学上的应用现状,同时对EIT在技术和临床上的发展趋势进行了展望.
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磁感应断层成像磁力线反投影算法研究
磁感应断层成像利用涡流原理,在成像区域边界对内部磁场变化进行测量,再经过重建,获得内部电导率分布图像.其中,反投影作为一种快速重建算法,经常被应用于断层成像技术.但是,由于成像区域内磁场分布的非线性,大大降低了反投影成像的定位精度.研究检测线圈测得的相位差与成像区域磁场分布之间的关系,根据测量相位差即为成像区域内电导率分布沿磁力线路径投影的集合这一结论,设计一套适用于磁感应断层成像的反投影算法,利用成像区域磁力线的分布,构建反投影路径和区域,改善直线反投影应用于非线性场定位不准的问题.重建实验结果表明,在直径为200 mm的成像区域内,所提出算法的小定位误差为1 mm,相对直线反投影算法提高了2～26 mm,同时重建图像在视觉质量上也有很大提高,为磁感应断层成像技术提供一种有效的重建算法.
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基于滤波反投影算法的血管内光声图像重建
将目前在光声断层(PAT)成像中得到广泛应用的滤波反投影(FBP)重建算法应用到血管内光声(IVPA)成像中,提出一种简单快速的二维图像重建方法.首先,对组织产生的光声信号进行滤波、逆卷积和时域一阶求导的预处理;然后,针对IVPA在血管腔内封闭成像的特殊性,采用权重法将预处理后的光声信号数据对导管以外的成像区域沿弧线进行反投影,得到成像平面内每个网格点处的初始光声压.后,得到反映血管壁组织结构形态的横截面灰阶图像.对仿真血管模型的实验表明,采用所提出的方法重建IVPA图像的结构,相似性指标(SSIM)可达到0.571 7.合理选择滤波函数、滤波截止频率以及测量位置数,可以提高IVPA重建图像的质量;对光声信号进行时域一阶求导处理,能有效地突出重建图像中的组织结构信息.该方法为后续图像重建算法的优化奠定基础.
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基于改进型迭代NR的磁感应断层成像图像重建算法
在磁感应断层成像中,图像重建是一个典型的病态问题,其数值解存在不稳定性.针对此问题,提出一种基于加权矩阵和L1范数正则化的改进型迭代Newton-Raphson (NR)算法.该算法通过在目标函数的误差项中引入加权矩阵,同时在L2范数正则化惩罚项的基础上引入L1范数正则化,改善图像重建解的病态性.设置3种典型的模型,分别对有无噪声的数据进行分析,将本算法与Tikhonov正则化算法和迭代NR算法进行对比.在无噪声数据分析中,所提算法相对Tikhonov正则化算法和迭代NR算法的相对图像误差减小0.11 ～0.14,相关系数提高13％ ～ 17％.在有噪声数据中,所提算法相对于Tikhonov正则化算法和迭代NR算法的相对图像误差减小0.06 ～0.09,相关系数提高7％ ～ 10％.提出的算法成像性能较好,且抗噪性能较强,为进一步的实验重建精确性提供理论依据.
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基于先验信息的肺部电阻抗成像算法
电阻抗层析成像 (EIT) 系统逆问题求解的欠定性是导致重构图像分辨率低的主要原因之一.结合先验信息,改善逆问题的不适定性,提高算法鲁棒性是提高成像质量可行的办法.本研究基于Tikhonov正则化算法,结合肺部组织结构、器官电导率分布参数以及肺部呼吸动态结构变化等先验信息,构建正则化矩阵,进行EIT图像重构.研究结果表明,结合先验信息的Tikhonov正则化图像重构算法减小了成像相对误差,改进了图像质量,EIT用于区域性肺部通气变化的检测和监护是可行的.
关键词： 肺功能 电阻抗成像 图像重建 Tikhonov正则化 先验信息 -
磁共振成像PROPELLER采样数据重建中的运动估计新算法
PROPELLER(推进器)采样技术能够利用K空间中心重叠采样区域的数据来估计采集过程中受检查者的运动进而加以补偿,对运动伪影的消除效果非常显著.然而,由于其重建时的运动估计是基于大化频域空间上相关系数的配准算法,该算法为了实现旋转估计与平移估计的分离,在进行旋转估计时,仅仅采用K空间数据的模,在数据量有限的情况下造成估计精度较低,在重建图像上表现为模糊及星条状伪影.本研究基于大化图像空间上的互信息提出一种PROPELLER采样数据的运动估计新算法,首先由每个K空间带进行傅立叶逆变换后取模重建出系列临时图像,对这些图像进行模糊增强后以互信息作为相似性测度迭代搜索优的运动参数.实验证明,该方法能显著提高PROPELLER采样数据重建中运动估计与补偿的精度,从而更好地消除伪影,特别是用于有运动时T1加权头部成像时.
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肺部三维EIT模型构建与图像重建研究
肺部三维电阻抗图像重建是电阻抗成像技术的重要应用之一.利用3D光学云点技术对人体胸腔区域扫描,并融合X图像提供的肺部结构构建肺部三维EIT仿真模型.根据肺部膨胀及收缩时的电导率先验知识,由COMSOL软件求解获得三维灵敏度矩阵,并在Matlab平台下由共轭梯度迭代算法重建肺部EIT断层图像,进行三维立体重构,获得3D EIT图像.为研究电流敏感场均匀性,设置4组不同电极层间距进行比较仿真实验,结果表明,对于33 cm胸腔区域,电极层间距为8 cm时,成像效果佳,其大相关系数为0.810 3,敏感场均匀性为1.869 6×103,结构相似度为0.482 5,灵敏场的均匀性明显改善,有利于图像重建质量的提高.
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基于电流逆灌注法的经络可视化研究
提出一种研究经络的新方法,通过给经络注入电流,研究电流在体内的分布,并利用数学重建的方法进行成像研究.根据经络的低流阻特性和生物物理特性,建立人体臂部的简化物理模型.应用差值成像的方法,分别从经络口(低阻点)和经络口附近的非经络口注入电流,并采用有限元方法和Comsol软件进行电磁场仿真,从而得出该模型的灵敏度矩阵.在此基础之上,采用动态成像原理及截断奇异值分解正规化算法,在一个横截面上进行边界电压值的测量,根据边界电压值的差值,重建经络模型的电导率分布.
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电阻抗与EIT测量微系统设计
以微系统结构、高稳定性为设计目标,构建一套基于ATmega16单片机和AD5933的电阻抗与EIT测量微系统.AD5933芯片内部集成了DDS部分、滤波放大部分、12位A/D转换部分和片上的DSP离散傅里叶变换解调部分,避免了各个模块时序不一致造成的误差,提高了系统的稳定性和抗干扰性.基于Matlab平台开发图形用户界面(GUI),实现了数据无线通讯、阻抗图谱绘制、特征参数计算、EIT图像重建.对均匀场进行100次数据采集,系统信噪比达70 dB.对高精度电阻、离体猪肉分别进行阻抗测试,根据Cole-Cole理论,绘制了阻抗圆图,测量结果与小二乘算法拟合效果相符.针对16电极实验槽中不同位置和不同数量的有机玻璃棒分布,采用高斯牛顿重建算法进行电阻抗图像重建,成像效果良好,验证了系统的有效性与可行性.
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三维磁共振磁感应成像重建方法研究
对三维磁共振磁感应成像技术进行原理性研究.针对非均匀电导率模型推导了正逆问题的原理公式,重建算法将逆问题求解中的三维问题转化为二维问题,提高了计算速度.仿真实验证明,只通过一次计算即可得到较为理想的重建结果,且误差在可接受范围内,为三维磁共振磁感应成像重建算法的进一步研究提供了参考.
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人体肺功能生物电阻抗成像技术
研究的目的在于改进生物电阻抗(EIT)重建图像质量方法.首先,采用自适应多重网格法,依据后验误差的估计,基于自适应网格剖分加速线性方程组的求解,并根据多重网格算法细分相关场域,获得圆形场域的人体呼吸过程图像;然后,研究结合先验知识的图像重建算法,根据肺部组织结构及阻抗特性,采用有限元仿真软件COMSOL求解正问题,获取融合先验知识的灵敏度系数矩阵.人体肺呼吸功能实时成像结果表明,即使采用较少的网格单元,仍可获得较高精度的正问题解,具有较高的图像质量.
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三维彩色能量成像(3-D CPA)在产前诊断中的应用
与医学其他学科的影像检查相比,胎儿的检查更依赖于超声.计算机技术的飞速发展提供了高速的处理器,使我们盼望已久的三维超声显像仪得到了长足的发展.这些三维成像系统在数据采集时间、图像重建、对兴趣区实现三维灰阶图像的可视化方面取得的成果可以被人们所接受.这种技术可以通过表面成像模式来观察胎儿的面部、四肢、腹壁、脊柱[1～3],或用透明成像模式来观察胎儿骨骼[4].但是,这种成像系统不能提供血管空间分布的信息.
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迭代重建技术在临床低剂量CT扫描中的应用进展
与传统的滤过反投影法相比,迭代重建技术可在低SNR的条件下获得噪声较少的高质量CT图像,大幅降低CT扫描的辐射剂量.本文对迭代重建的技术原理及其在低剂量CT扫描中的临床应用进展进行综述.
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残肢超声图像重建及骨骼与皮肤特征提取
目的针对假肢接受腔设计过程中,常规CT获取扫描残肢断层数据成本高和电离辐射大等问题,设计用超声波测量方法获取残肢骨骼皮肤轮廓.方法首先开发超声波测量装置测量残肢,得到残肢超声图像,再设计复合算法对超声图像进行二维重建,完成残肢骨骼与皮肤的特征提取.结果和结论与同类断层扫描技术相比,超声波测量方法极大地降低了成本和减少了辐射,为假肢康复工程领域等图像的断层扫描提供了一种新的手段.
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多层螺旋CT三维重建技术在外伤性脊椎骨折诊断中的应用
目的:回顾性分析多层螺旋CT(MSCT)三维后处理技术在脊柱外伤诊断中的应用价值.方法:回顾性分析脊柱外伤30例,均行MSCT检查,传输到工作站进行MPR、VR成像,并与2D图像进行比较.结果:MPR 、VR图像清晰,直观显示骨折线的部位和形态、断端移位情况及空间关系.MPR图像能观察细小骨折,准确判断关节脱位.结论:MPR及VR重建图像是2D图像的重要补充,三者的有效结合,为脊柱外伤提供了丰富的空间结构信息,对治疗方案的选择及预后估计有重要价值.
