基于椭球包围盒的锥束 CT 三维加权重建算法.pdf

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1、第３７卷第１１期仪器仪表学报Ｖｏｌ３７Ｎｏ１１２０１６年１１月ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＮｏｖ．２０１６基于椭球包围盒的锥束ＣＴ三维加权重建算法杨亚飞，张定华，黄魁东，时稳龙，张才鑫（西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室西安７１００７２）摘要：提高锥束ＣＴ大锥角圆轨道扫描下的重建图像质量一直是ＣＴ成像技术的重要研究方向。分析了圆轨道扫描下Ｒａｄｏｎ空间的Ｚ向数据缺失特点和ＦＤＫ算法的灰度下降规律，提出了一种基于椭球包围盒的锥束ＣＴ三

2、维加权重建算法。该算法无需重排，只需利用投影数据获取重建物体的最小包围盒，并根据其内接椭球的大小和空间位置自动生成三维加权函数，在反投影阶段加入该加权函数即可实现。该算法不会引入其他伪影，计算量增加很小，并且在中心层与ＦＤＫ算法等价。仿真扫描实验表明，该算法显著提高了ＦＤＫ算法的准确性，减小了锥角伪影。关键词：ＦＤＫ算法；数据缺失；灰度下降；椭球包围盒中图分类号：ＴＨ８７８文献标识码：Ａ国家标准学科分类代码：４６０．４０Ｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｗｅｉｇｈｔｉｎｇｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏ

3、ｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒｃｏｎｅｂｅａｍＣＴｂａｓｅｄｏｎｅｌｌｉｐｓｏｉｄａｌｂｏｕｎｄｉｎｇｂｏｘＹａｎｇＹａｆｅｉ，ＺｈａｎｇＤｉｎｇｈｕａ，ＨｕａｎｇＫｕｉｄｏｎｇ，ＳｈｉＷｅｎｌｏｎｇ，ＺｈａｎｇＣａｉｘｉｎ（ＫｅｙＬａｂｏｆＣｏｎｔｅｍｐｏｒａｒｙＤｅｓｉｇｎａｎｄＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｘｉ’ａｎ７１００７２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂ

4、ｓｔｒａｃｔ：ＩｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｃｏｎｅｂｅａｍＣＴｉｍａｇｉｎｇｕｎｄｅｒｌａｒｇｅｃｏｎｅａｎｇｌｅｓｃａｎｈａｓｂｅｅｎａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆＣＴｉｍａｇｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ＴｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｍｉｓｓｉｎｇｄａｔａａｌｏｎｇｔｈｅａｘｉａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎｉｎＲａｄｏｎｓｐａｃｅｕｎｄｅｒｃｉｒｃｕｌａｒｓｃａｎｎｉｎｇｔｒａｊｅｃｔｏｒｙａｎｄｔｈｅｉｎｔｅｎｓ

5、ｉｔｙｄｒｏｐｒｕｌｅｏｆＦＤＫａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ａｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ（３Ｄ）ｗｅｉｇｈｔｉｎｇｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｆｏｒｃｏｎｅｂｅａｍＣＴｂａｓｅｄｏｎｅｌｌｉｐｓｏｉｄａｌｂｏｕｎｄｉｎｇｂｏｘ．Ｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｄｏｅｓｎｏｔｎｅｅｄａｎｙｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｒｅｂｉｎｎｉｎｇａｎｄｏｎｌｙｕｓｅｓｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｄａｔａｔｏｇａｉｎｔｈｅｍｉｎｉｍｕｍｂｏｕｎｄｉｎｇｂｏｘｏｆｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅ

6、ｄｏｂｊｅｃｔｓ．Ｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｗｅｉｇｈｔｉｎｇｆｕｎｃｔｉｏｎｃａｎｂｅａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙｇｅｎｅｒａｔｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｓｉｚｅａｎｄｓｐａｔｉａｌｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｉｔｓｉｎｓｃｒｉｂｅｄｅｌｌｉｐｓｏｉｄ，ａｎｄｔｈｅｗｅｉｇｈｔｉｎｇｆｕｎｃｔｉｏｎｉｓａｄｄｅｄｉｎｔｏｔｈｅ３Ｄｂａｃｋｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｔｏａｃｈｉｅｖｅｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｗｉｔｈｌｉｔｔｌｅｉｎｃｒｅａｓｅｉｎｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ，ｔｈｉｓａｌ

7、ｇｏｒｉｔｈｍｄｏｅｓｎｏｔｉｎｔｒｏｄｕｃｅｏｔｈｅｒａｒｔｉｆａｃｔｓａｎｄｉｓｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｔｏＦＤＫａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｎｔｈｅｍｉｄｐｌａｎｅ．ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆＦＤＫａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ａｎｄｒｅｄｕｃｅｓｔｈｅｃｏｎｅａｎｇｌｅａｒｔｉｆａｃｔｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＦＤＫａｌｇｏｒｉｔｈｍ；ｍｉｓｓｉｎｇｄａｔａ；ｉｎｔｅｎｓｉｔｙｄｒｏ

8、ｐ；ｅｌｌｉｐｓｏｉｄａｌｂｏｕｎｄｉｎｇｂｏｘ迅速，其重建算法主要有迭代和解析两种方法。迭代算３３１引言法在重建高分辨率图像（例如１０２４、２０４８以及最新的３４０９６）时消耗内存很大，计算耗时太长。解析算法包括计算机断层成像技术（ｃｏｍｐｕｔｅｄｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ，ＣＴ）是［６８］精确重建和非精确重建，其中精确重建算法亦比较耗一种广泛应用于医学诊断和工业无损检测的先进手时，扫描轨道必须对圆形扫描加以改进，如采用“圆弧＋［１５］［９］［１０］［１１］段。目前在商业及实验ＣＴ