医学影像系统实验ctsim图像重建实验

V2015版 CTCT图图图图像重建仿真像重建仿真实验实验实验实验 华中科技大学 生命科学与技术学院 张日欣 * 一、实验 目的 1.掌握X-ray CT的工作原理； 2.学习Ctsim软件进行图像滤波反投影算法的重建方 法。 3.比较不同扫描方式。 二、实验器材与设备 计算机或图形工作站，Ctsim软件： CTSIM软件下载地址：05 或：http:/www.CT 三、实验 原理 X射线穿过人体时，人体的各种组织对 X射线有不同 程度的吸收，即不同的组织 有不同的线性衰减系数 。假设强度为I0的X射线穿过均匀分布衰减系数为 的物体，行进了x的距离，强度变为 I，按Beer定理有 或 若物体时分段均匀的，系数分别是1、2、3、.,相 应的长度为x1，x2，x3，.,则下式成立： 更一般的可用下面的积分式表示： 本实验 就是用程序来实现 下述的过程，得到投影的数 值。 由于只是模拟X射线的投影过程，我们简化了问题。假设断面的结构如图1（ Shepp-Logan）所示（各图元均为椭圆 ），各个椭圆表示了人体的不同的组织 （内部是均匀的），分别有不同的线性衰减系数。那么，就可利用公式来求 某条X射线投影值。各个椭圆（组织）的线性衰减系数（Shepp-Logan图的各 椭圆的位置、大小和线性衰减系数参见表2.1）是已知的，问题就是求X射线穿 过椭圆时 的行进距离。 设椭圆 的长短轴为a，b；X射线与a的夹角为；椭圆中心到X射线的距离为d。 如下图所示。这样可由求得X射线穿过椭圆时 的行进距离。再乘上各个椭 圆的线性衰减系数后累加起来就可得到X射线的投影值。 (4) (5) a b 为了对反投影重建后的图像进行评价，可对Shepp- Logan图进 行光栅化。然后比较重建前后图像的不同。 更多信息参见matlab 中phantom radon iradon 例程，自 由软件CTSim。 椭圆模型Shepp-Logan头部模型 四、实验 方法与步骤 Ctsim软件是由Kevin M.Rosenberg等学者编写 开发的CT重建仿真程序， 其源代码开放。用户可选 择Herman head、shepp- logan、unit pulse三种体模 ，进行滤波反投影重建和 傅里叶变换重建。 1.选择要进行扫描的体模。 打开Ctsim软件，按file- create phantom选择体模 shepp-logan（如图1）。 图1 2.对体模进行平行线束（平移-旋转式）扫描投影。 按process-projections,在projection parameter中选 择geometry-parallel（平行束）, trace level中选择 projections, 其他扫描参数使用默认参数。 软件进行体模扫描演示（如图2），扫描完成后，将各 角度投影值按顺序排列在二维平面上（图3）。 图2图3 3.选择 reconstruct-filtered backprojection,在filtered backprojection parameter 中 选择 filter method 为FFT。 软件进行滤波反投影重建，选 用的滤波方法为快速傅里叶 变换 ，获得重建的sheep- logan体模图像（如图4）。 图4 4.比较重建图像与原体模的差异。 5.在trace level中选择 plot，重复13步，观察扫描过程中，每个投影值的 变化。 6.在projection parameter中选择 geometry-equiangule(扇形扫描)，重复 13步，观察扫描过程和重建影像。其扫描过程如图5、投影图象如图6 、重建图像如图7。比较投影图象、重建图像与平行线束扫描获得的 图像的区别。 图5 图6图7 7.选用unit pulse体模，重复上述过程，观察重建图像 中的伪影。 8.更换其它体模(自己建立模型)，进行上述方法，进 行重建，观察重建方法与重建图象。 五、实验 要求与结果与分析 1.阅读Ctsim 3.5 User Manual，翻译chapter 2 Concepts。 2.自己建立模型（见参数要求），进行投影和反投影重建操作。 3.记录获得的各步影像，分析所用重建方法的步骤。 4.从重建时间和重建图像的角度比较不同的重建方法。 5.在实验各步骤中尝试选用其他参数，比较实验结果。 6.截取重建图象，采用matlab进行图象增强、均值滤波等操作，观察 结果图象。 7.实验报告Email： (注明学号、姓名) 对象密度形状 R1 -0.1 rectangl e R2 -0.2 rectangl e R3 -0.3 rectangl e R4 -0.4 rectangl e R5 -0.5 rectangl e R6 -0.6 rectangl e R7 -0.7 rectangl e R8 -0.5 rectangl e E1 1ellipse E2 0.98ellipse E3 0.92ellipse S1 -0.6segment S2 0.6sector T1 -0.8triangle -1.00 -0.90 -