【摘要】：錐束CT因其射線利用率高、三維重建結(jié)果各向同性等優(yōu)點(diǎn)成為目前研究的熱點(diǎn)。C型臂X光機(jī)是一種常用的錐束CT醫(yī)療設(shè)備,此種機(jī)器的三維重建技術(shù)正在被廣泛的研究。本論文的研究依托于相關(guān)科技研究項(xiàng)目,在該項(xiàng)目中主要完成了C型臂X光機(jī)上位機(jī)控制軟件的設(shè)計(jì),在Qt開發(fā)環(huán)境中,使用C++編程語言實(shí)現(xiàn)了曝光采圖、運(yùn)動(dòng)控制、三維拍圖等功能。并對(duì)CT圖像去噪、FDK算法、迭代類算法等三維重建關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)實(shí)現(xiàn)了C型臂X光機(jī)的上位機(jī)控制方案。針對(duì)該機(jī)器的軟件功能需求以及硬件結(jié)構(gòu),完成了控制系統(tǒng)軟件總體架構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)功能對(duì)該軟件進(jìn)行了模塊劃分,包括曝光與采集模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊、圖像處理模塊、三維拍圖模塊,分別對(duì)各功能模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì)。并使用Qt平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了這些功能。(2)改進(jìn)了非局部均值去噪算法。針對(duì)低劑量拍片時(shí)圖片存在噪聲的問題進(jìn)行了研究,使用非局部均值去噪算法對(duì)CT圖像去噪,分析了該算法存在的問題并對(duì)此算法進(jìn)行了改進(jìn):1)結(jié)合余弦核函數(shù)改進(jìn)了此算法的指數(shù)核函數(shù);2)提出了一種基于結(jié)構(gòu)相似度的預(yù)判據(jù)方法來選擇要計(jì)算的加權(quán)像素塊。針對(duì)該算法運(yùn)算時(shí)間長(zhǎng)的問題,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種CUDA并行加速方案。改進(jìn)后的算法圖像質(zhì)量有了提升并且使用CUDA加速后可以顯著縮短計(jì)算時(shí)間。(3)設(shè)計(jì)了短掃描軌跡FDK重建算法CUDA加速方案。針對(duì)短掃描FDK重建算法進(jìn)行了研究,分析了掃描軌跡對(duì)于FDK算法的影響,結(jié)合已有的研究分析并實(shí)現(xiàn)了適用于短掃描軌跡的FDK算法。為滿足實(shí)時(shí)性要求,結(jié)合該算法各步驟的計(jì)算特點(diǎn),設(shè)計(jì)了CUDA加速的方案。(4)改進(jìn)了基于壓縮感知理論的ASD-POCS三維重建算法。首先分析實(shí)現(xiàn)了常用的迭代重建算法。在稀疏角度下為得到更好的重建結(jié)果,分析了ASD-POCS算法,該方法可以得到比傳統(tǒng)重建算法更好的圖像結(jié)果。但此算法存在迭代次數(shù)多,收斂慢的問題。本文對(duì)該算法進(jìn)行了兩步改進(jìn):1)提出了一種基于結(jié)果像素差距離比值的TV最小化迭代過程迭代終止條件;2)結(jié)合快速迭代收縮閾值算法對(duì)此算法進(jìn)行了改進(jìn)。改進(jìn)后的算法收斂速度加快,需要較少的迭代次數(shù)就可獲得良好的重建結(jié)果。改進(jìn)后的算法在投影稀疏度變大以及投影范圍變小時(shí)也可得到比原算法更精確的重建結(jié)果。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TH77;TP391.41
【圖文】：

、動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍大、圖像的延遲度低并且對(duì) X 射線敏感，只需較小劑量便得到理想的投影圖像，并且得到的圖像形變小、空間分辨率高[31]。因此本使用平板探測(cè)器，型號(hào)為泰雷茲 2630S。圖像采集卡，用來接收平板探測(cè)器的圖像。運(yùn)動(dòng)模塊包括：5 個(gè)伺服電機(jī)，分別安裝于 C 臂 5 個(gè)軸上面，均可實(shí)現(xiàn)程制�，F(xiàn)有的移動(dòng)式 C 臂機(jī)大都采用普通的直流電機(jī)或者是交流電機(jī)，通過面板操作，上位機(jī)程序并不能對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，不能同步機(jī)械的運(yùn)動(dòng)以器的曝光采圖，也就不能實(shí)現(xiàn)三維拍圖的功能。鑒于此本機(jī)器中使用可以控制的伺服電機(jī)，對(duì)于每一個(gè)軸都可以實(shí)現(xiàn)精確地控制。圖像處理及顯示模塊包括：顯示器，用來顯示上位機(jī)程序界面實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)控制和顯示采集到的圖片。計(jì)算機(jī)主機(jī)，用來與下位機(jī)以及其他硬件連接上位機(jī)控制程序控制機(jī)器完成各項(xiàng)任務(wù)。電源模塊包括：UPS 不間斷電源，提供意外斷電保護(hù)。圖 2-2 是本項(xiàng)目正在開發(fā)的機(jī)器實(shí)物圖，圖 2-3 是 C 型臂機(jī)架三維運(yùn)動(dòng)示。

、動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍大、圖像的延遲度低并且對(duì) X 射線敏感，只需較小劑量便得到理想的投影圖像，并且得到的圖像形變小、空間分辨率高[31]。因此本使用平板探測(cè)器，型號(hào)為泰雷茲 2630S。圖像采集卡，用來接收平板探測(cè)器的圖像。運(yùn)動(dòng)模塊包括：5 個(gè)伺服電機(jī)，分別安裝于 C 臂 5 個(gè)軸上面，均可實(shí)現(xiàn)程制。現(xiàn)有的移動(dòng)式 C 臂機(jī)大都采用普通的直流電機(jī)或者是交流電機(jī)，通過面板操作，上位機(jī)程序并不能對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，不能同步機(jī)械的運(yùn)動(dòng)以器的曝光采圖，也就不能實(shí)現(xiàn)三維拍圖的功能。鑒于此本機(jī)器中使用可以控制的伺服電機(jī)，對(duì)于每一個(gè)軸都可以實(shí)現(xiàn)精確地控制。圖像處理及顯示模塊包括：顯示器，用來顯示上位機(jī)程序界面實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)控制和顯示采集到的圖片。計(jì)算機(jī)主機(jī)，用來與下位機(jī)以及其他硬件連接上位機(jī)控制程序控制機(jī)器完成各項(xiàng)任務(wù)。電源模塊包括：UPS 不間斷電源，提供意外斷電保護(hù)。圖 2-2 是本項(xiàng)目正在開發(fā)的機(jī)器實(shí)物圖，圖 2-3 是 C 型臂機(jī)架三維運(yùn)動(dòng)示。

面菜單欄序列圖像顯示圖片顯示框多視圖選擇回放運(yùn)動(dòng)控制頁患者加載圖 2-11 上位機(jī)界面功能圖檢查頁見圖 2-12 主要完成 X 光機(jī)拍片以及實(shí)時(shí)顯示功能，功能包括：病人信息顯示、拍攝模式選擇、劑量參數(shù)調(diào)節(jié)、實(shí)時(shí)圖像顯示、系統(tǒng)狀態(tài)提示框等。查看標(biāo)簽頁見圖 2-13 主要負(fù)責(zé)得到圖像的分析，在此頁面上有基本圖像操作例如縮放、負(fù)片、調(diào)節(jié)窗寬窗位等按鈕，也有對(duì)攝影模式拍攝的序列圖片的播放、多視圖顯示等功能。在查看界面上還預(yù)留了很多控件，方便以后界面功能的擴(kuò)展。在菜單欄中主要集成了患者信息加載、運(yùn)動(dòng)控制以及圖片回放查看的功能。

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4 周l櫧

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