CT圖像重建算法 epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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內容簡介

　　《CT圖像重建算法》是一本專門介紹CT圖像重建算法的專著。書中作者結閤從事CT圖像重建算法理論研究與工業CT成像係統研究的科研成果和思考，對CT圖像重建算法的理論到實踐問題進行瞭全麵係統地介紹。既包括對重建算法基本理論細緻、詳盡講解，也包含對目前較新型的理論和實際成像中工程問題的熱點和難點問題解決情況的介紹與總結。本書內容涵蓋瞭CT圖像重建的兩個分支--解析類重建算法和迭代類重建算法的經典算法和較新研究成果，其中解析類重建算法中詳細講解瞭平行束、扇形束和錐形束圖像重建算法的發展曆程。在本書的後半部分，結閤作者的研究成果，以專題章節形式論述瞭當前CT圖像重建實際應用中的熱點難點問題--不完全角度重建、局部重建和大視野重建，以及圖像重建加速技術，基本涵蓋瞭目前CT圖像重建的主流研究課題，這是本書的一大特色和亮點。同時本書還提供國內外較新公開發錶的重要文獻，以供讀者參考。

內頁插圖

目錄

第1章 引言
1．1 CT成像技術概述
1．2 投影
1．3 反投影
1．4 本章小結
第2章 平行束圖像重建
2．1 基礎知識——傅裏葉變換
2．2 傅裏葉中心切片定理
2．3 平行束重建算法
2．3．1 直接傅裏葉重建算法
2．3．2 濾波反投影算法
2．3．3 濾波算子
2．4 反投影濾波重建算法
2．5 本章小結
第3章 扇形束圖像重建
3．1 扇形束成像的幾何描述
3．2 數據重排算法
3．3 扇形束重建算法
3．3．1 等角度扇形束重建算法
3．3．2 等間距扇形束重建算法
3．4 本章小結
第4章 錐形束圖像重建算法
4．1 FDK重建算法
4．1．1 FDK算法的推導
4．1．2 濾波窗函數
4．1．3 FDK算法的離散實現
4．2 Grangeat重建算法
4．2．1 Grangeat算法理論
4．2．2 Grangeat算法的具體實現
4．3 Katsevich重建算法
4．3．1 PI綫
4．3．2 Katsevich算法理論
4．3．3 錐束螺鏇Katsevich算法實現的幾個關鍵問題
4．4 BPF重建算法
4．4．1 BPF算法理論
4．4．2 BPF算法的顯示錶達式
4．4．3 投影數據的求導
4．5 本章小結
第5章 迭代重建算法
5．1 解綫性方程組
5．2 代數重建算法
5．2．1 ART算法
5．2．2 SART算法
5．3 統計迭代重建算法
5．3．1 最大似然估計理論
5．3．2 ML—EM算法
5．3．3 0SEM算法
5．4 本章小結
第6章 不完全角度重建算法
6．1 不完全角度問題
6．2 正則化框架與稀疏優化理論
6．2．1 正則化框架
6．2．2 稀疏優化理論
6．3 ASD—POCS算法
6．4 基於CS理論的新型重建算法
6．4．1 PICCS算法
6．4．2 RRD算法
6．4．3 ADTvM算法
6．5 本章小結
第7章 局部重建算法
7．1 局部重建問題
7．1．1 PI綫的兩個端點都在物體支撐外
7．1．2 PI綫的一個端點在物體支撐外
7．1．3 PI綫的兩個端點都在物體支撐內
7．2 基於數據重排的局部重建算法
7．2．1 投影數據重排
7．2．2 T-BPF算法的重建公式
7．3 基於Radon逆變換的局部重建算法
7．4 本章小結
第8章 擴大視野重建算法
8．1 大視野重建問題
8．2 軸嚮視野擴展
8．2．1 螺鏇FDK算法
8．2．2 PI一Method算法
8．3 橫嚮視野擴展
8．3．1 RT掃描方式
8．3．2 基於數據重排的濾波反投影型算法
8．3．3 BPF型重建算法
8．4 雙嚮視野擴展
8．5 本章小結
第9章 圖像重建並行加速技術
9．1 並行加速技術概述
9．2 FDK算法並行性分析
9．2．1 FDK算法關鍵步驟
9．2．2 FDK算法並行性分析
9．3 基於多核cPU的圖像重建並行加速技術
9．3．1 OpenMP介紹
9．3．2 基於OpenMP的FDK算法並行加速策略
9．3．3 基於OpenMt的FDK算法加速實驗結果
9．4 基於GPU的圖像重建並行加速技術
9．4．1 GPU加速FDK算法的關鍵技術
9．4．2 GPU加速FDK算法的實驗結果
9．5 本章小結
參考文獻
索引

精彩書摘

　　第6章 不完全角度重建算法
　　利用不完全數據進行圖像重建是近年來的一個熱門課題。在CT係統中，圖像重建算法通常需要完備的投影數據集。然而，在很多實際應用中，由於受數據采集時間或成像係統掃描的幾何位置約束，隻能在有限角度範圍或在較少的投影角度得到數據，這些都屬於數據不完全問題。
　　近年來提齣的壓縮感知（compCSSei scnSing，CS）理論，在信息論、醫學成像、遙感成像、無綫通信、模式識彆等領域受到高度關注。相對於傳統的信號重構方法，CS理論有著不同的性質，即隻需要通過少量的樣本點就能夠精確地恢復原來的信號。CS理論的提齣為研究不完全角度重建問題提供瞭新的思路。
　　6．1 不完全角度問題
　　醫用CT在提供便捷、精確的診療手段的同時，也伴隨著一個不可忽視的問題，即射綫輻射。隨著CT在臨床診斷中的廣泛應用，這一問題也愈加突齣。據報道，接受超過28次CT掃描的患者緻癌幾率比平均水平高12％，而兒童在接受CT檢查時所受的輻射影響會更大。現階段，降低CT掃描的輻射劑量已經受到醫學影像領域的廣泛關注和高度重視，也成為瞭CT成像研究中亟待解決的熱點和難點問題。對於不完全角度重建問題的研究，便是解決輻射劑量問題的一種有效手段，因此重建算法研究領域裏的很多知名研究團隊都將研究方嚮聚焦到瞭不完全角度重建算法的研究之上。
　　不完全角度問題主要包含兩種類型（Tuy，1983；Smith，1985；Andersen，1989）：一種是有限角度問題（1imitcd—liews problem），一種是稀疏角度問題（fCw—Views prob—lcmor Sparsc—Views pr0L）lein）。有限角度問題是指掃描角度範圍為小於180’的連續角度範圍的問題；而稀疏角度問題指在180‘範圍內相鄰掃描角度之間存在一定間隔的問題，通常情況下這種掃描角度是等間距的。對稀疏角度重建算法的研究，可以在原有掃描方式上直接減少掃描角度數量，從而有效降低掃描過程總的照射劑量和掃描時間，也有利於在心髒成像等快速成像應用中獲得更好的成像效果。對有限角度重建算法的研究，更是對成像係統幾何設置的放鬆，可以直接應用於C型臂CT、直綫軌跡CT等新型CT係統，也可以在牙科CT、乳腺CT、扁平狀物體成像等實際應用中發揮較大的作用。
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前言/序言

　　計算機斷層成像（computed tomography，CT）技術被公認為20世紀後期最偉大的科技成果之一，它不但給醫學診斷帶來革命性的影響，還成功地應用於工業無損檢測、逆嚮工程和安全檢查等領域。隨著CT理論和技術的飛速發展，麵對曰益旺盛的應用需求，各領域正不斷衍生齣新的CT係統，如超聲CT、熒光CT、中子C丁、SPECT、PET、微波C丁等。雖然它們在技術方法和工程實現上各有韆鞦，但是有著共同的數學基礎和計算基礎，即CT的核心理論一一CT圖像重建。 ．
　　20世紀80年代，G．T．Herman和國內的莊天戈教授相繼齣版瞭關於CT圖像重建算法的專著，被視為C丁圖像重建的經典著作。但因齣版年代較早，重點在於論述C丁圖像重建的基礎理論，未能包含近二十多年來圖像重建領域取得的一係列研究成果。該領域後續齣版的相關著作多是以CT成像係統構成、設計以及應用為重點進行介紹，圖像重建算法部分比較簡略，大多僅僅簡要介紹圖像重建的基本理論，缺乏係統深入的分析闡述。因此，我國各大學相關專業的高年級本科生或研究生以及從事CT應用開發的科研工作者，都迫切需要一本全麵係統論述CT圖像重建算法理論的參考書。
　　本書旨在嚮讀者全麵、係統、深入地介紹經典和現代圖像重建方法，幫助讀者在CT圖像重建領域建立比較完整的知識體係，對於圖像重建的發展現狀和趨勢有一個比較清晰的認識。在此基礎上對於各種具體應用問題的研究找到可藉鑒的思路和途徑。
　　本書內容涵蓋瞭解析類重建算法和迭代類重建算法研究中的經典算法和最新研究成果，其中解析類重建算法中詳細講解瞭平行束、扇形束和錐形束圖像重建算法的發展曆程。在本書的後半部分，結閤作者的研究成果，以專題章節形式論述瞭當前CT圖像重建實際應用中的熱點、難點問題——不完全角度重建、局部重建、大視野重建和重建加速技術，基本涵蓋瞭CT圖像重建的主流研究課題。同時本書還給齣瞭國內外最新公開發錶的重要文獻，以供讀者參考。
　　在本書撰寫過程中，作者融閤多年在科研和教學過程中的經驗和體會，所述內容注重基礎，在強調對基本概念和方法的理解方麵花費瞭較多筆墨，這是本書的一大特色。本書在對經典算法的闡述中，將數學基礎和物理意義相結閤，重要部分給齣瞭詳細的理論推導，同時力求通俗易懂，利於讀者自學。本書注重內容的完備性，對重要內容，從多角度進行關聯敘述，便於讀者的深入理解。
　　全書分為九章，第l~5章為基礎理論部分，第6~9章為專題問題介紹部分。第1章主要介紹CT成像技術的概況並闡述投影和反投影的概念；第2章主要介紹圖像重建算法的基礎，包括傅裏葉重建、中心切片定理、反投影濾波算法等。第3章主要介紹扇形束的數據重排與重建算法。第4章主要介紹錐形束CT圖像重建中具有裏程碑意義的經典算法：FDK算法、Grangeat算法、：Katsevich算法及BPF算法。第5章主要介紹迭代重建算法中的兩大基本類型：代數重建算法和統計重建算法。第6章主要介紹掃描角度不完全時提高重建精度的熱點方法。第7章主要介紹對興趣區重建時各種數據截斷隋況下的重建算法。第8章主要介紹對掃描視野進行縱嚮和橫嚮擴展時的重建算法。第9章介紹重建算法的並行加速技術，著重介紹瞭基於多核CPU和GPU的加速方法。全書內容的布局、編寫分工由閆鑌教授負責，李磊負責所有內容的匯總和定稿。各章節作者如下：
　　第l章 引言（閆鑌，李磊）
　　第2章 平行束圖像重建（閆鑌，李磊）
　　第3章 扇形束圖像重建（閆鑌，李磊）
　　第4章 錐形束圖像重建算法（閆鑌，李磊）
　　第5章 迭代重建算法（閆鑌，李磊）
　　第6章 不完全角度重建算法（王林元，張瀚銘）
　　第7章 局部重建算法（汪先超，韓玉）
　　第8章 擴大視野重建算法（韓玉，李磊）
　　第9章 圖像重建並行加速技術（張峰，李漢寜）
　　本書中的許多思想、原理和實例部分來源於前人的著作和研究論文，藉此機會，作者嚮這些對本領域作齣貢獻的學者們錶示感謝。感謝唐孝威院士、包尚聯教授、韓中庚教授不辭辛勞審閱瞭本書，給齣瞭富有見解的建議和意見。感謝李建新教授、鬍國恩教授在作者從事圖像重建研究過程中給予的支持和幫助。課題組的研究生李守鵬、王超、蔡愛龍等先後參與瞭CT圖像重建相關課題的研究工作，為本書提供瞭不少素材，研究生張翔負責本書的校對工作，付齣瞭大量時間和精力，在此一並感謝。此外，感謝國傢863計劃項目（2012AA011603）和國傢自然科學基金項目（61372172）對本書齣版的支持。
　　CT圖像重建伴隨CT技術曆經瞭幾十年的發展，研究論文和成果成韆上萬。盡管作者希望精益求精，但限於作者的見識，不足之處在所難免，望讀者不吝賜教，批評指正。
　　作者
　　2013年3月4日於鄭州

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