錐束CT迭代重建方法的改進與加速.pdf

1、錐束CT是三維斷層成像技術的代表，它具有掃描速率快，輻射利用率高，可獲得高精度的空間分辨率等諸多優(yōu)勢，在醫(yī)學和工業(yè)檢測等諸多領域具有廣泛的應用。
　　X射線對人體健康有一定的危害，X射線的照射時間越長，照射劑量越大，對人體的危害越大，且在CT掃描期間病人自主或非自主的運動會造成偽影影響重建結果，因此減少X射線照射的時間和劑量十分有意義。對待測成像物體進行稀疏角度投影數據測量，可以有效減少數據采集的時間，減少X射線的輻射劑量。CT重

2、建的算法包括解析重建算法和迭代重建算法兩類。解析算法對噪聲比較敏感且要求投影數據完備，無法解決數據缺失的情況。迭代重建算法對投影數據的完備性要求較低，可以根據具體成像條件引入先驗約束信息，可以抑制噪聲，使得重建圖像更為準確，效果更好。但是迭代重建算法的時間和空間復雜度高，速度較慢，因此實際應用并不廣泛。
　　在迭代重建中，投影和反投影的計算時間最為耗時，遠遠超過其他步驟，因此本文使用Nvidia公司推出的統一計算設備架構(CUDA

3、)環(huán)境，在GPU上實現投影和反投影的快速計算。對于投影的快速計算，對傳統射線驅動的投影算法進行改進，采用固定的采樣點個數，使用一個線程塊計算一條射線的投影值，線程塊中的每個線程計算一個采樣點的值，并使用共享存儲器實現采樣點的規(guī)約相加。將體數據綁定為三維紋理，利用紋理拾取加速體數據的濾波采樣。對于反投影的快速計算，改進傳統的基于體素驅動的反投影算法，并使用二維紋理綁定投影數據。經實驗證明，在保證全浮點運算精度的情況下，本文提出的算法與傳統

4、GPU加速投影和反投影算法相比，速度有大幅提升。
　　MAP重建算法基于貝葉斯估計，既考慮投影數據的統計特性，更加符合實際的數據采集過程，又充分利用了先驗知識，利用先驗對圖像中的噪聲施加一定的約束。壓縮感知理論證明了，當采樣信號不滿足Nyquist采樣定理時，稀疏信號仍可以被恢復出來，它為稀疏角度投影數據的圖像重建問題提供了一條解決途徑。根據壓縮感知理論，本文采用了圖像稀疏變換后的l0范數作為先驗項，通過一系列勢函數對如范數進行逼