CT仿真实验报告

1、.西安交通大学实验报告成绩 共 7 页课 程 医学成像实验 系 别 生 物 医 学 工 程 实 验 日 期 2012 年 12 月 XX日 专业班级 医电 01 班 组别 交 报告日期 2013 年 01 月 02日 姓 名 学号 报 告 退 发 (订正、重做) 同 组 者 教师审批签字实验名称 CT重建原理投影数据采集实验1一、实验目的以及要求实验目的：利用CTSim模拟软件生成投影数据，为滤波反投影重建实验做准备。实验基本要求：用CTSim程序完成实验模拟，分析评价结果。二、实验内容1、利用CTSim模拟软件生成椭圆的平行束投影数据；2、利用CTSim模拟软件生成Shepp-Logan图的

2、平行束投影数据；3、对生成的投影数据进行初步评价。三、实验步骤A、完成CTSim模拟软件生成椭圆的平行束投影数据；1、点击软件ctsim，打开软件界面，点击File，选择creat phantom，选择Herman Head，得到椭圆的灰度图像，如图： 图1 软件界面 图2 选择界面图3 椭圆的原始数据2、在选择椭圆窗口的情况下，点击Process，选择rasterize，点击OK，将图像进行光栅化，如图： 图4 光栅化参数 图5 光栅化后的图像3、在选择unnamed3窗口，选择View，选择Auto Scale Parameters，将Standard Deviation Factor参数

3、改为0.02，点击OK，得到处理后图像，如图： 图6 光栅化参数 图7 参数优化后图像4、回到herman窗口，点击Process，选择Projection Paramaters，参数默认即可，点击ok，开始采集数据，如图：图8 参数选择界面5、得到投影参数后，在选择unnamed4窗口界面下，选择Analyze，在选择Plot Histogram，得到平行束投影分析数据，如图： 图9 平行束投影后的数据 图10 投影数据分析图6、在选择平行束投影后数据窗口情况下，选择Reconstruct，选择Filtered Backprojection Parameters，选择默认参数即可，点击OK，

4、得到重建数据，如图： 图11 参数选择界面 图12 重建后的图像7、可选择不同的View参数对重建后的图像进行参数的优化调整，得到最优的观察效果。B、完成CTSim模拟软件生成Shepp-Logan图的平行束投影数据；1、由于生成Shepp-Logan图的平行束投影数据和前面A中的步骤基本类似，只是选择的模拟图像不同而已，故在此不再一一列出步骤。四、实验结果及分析A、椭圆平行束投影图13 椭圆平行束投影及其重建图像 图13 采用Projection方式 图14 时域的采样参数时的数据采集过程图15 椭圆投影数据的分析直方图B、Shepp-Logan图的平行束投影图16 Shepp-Logan图

5、平行束投影及其重建图像 图17 数据采集过程 图18 时域的采样参数图19 Shepp-Logan图投影数据的分析直方图结果分析：由图15和图19的投影数据的分析可知，它们的统计直方分布图还是有明显区别的，这是因为Shepp-Logan的图像更复杂，厚度更大，因此，X射线通过后的衰减程度也是不一样的。在椭圆的统计直方图数据中，只有在0.3处，有一个峰值，而在Shepp-Logan中，在0.05到0.15之间有两个峰值。同时，从重建中的图像中可以看出，与原来的图像相比较，还是存在一定的噪声干扰的，在后期的数据处理中应该加入一定滤波技术，使图像更加清楚地展示。西安交通大学实验报告成绩 共 17 页

6、课 程 医学成像实验 系 别 生 物 医 学 工 程 实 验 日 期 2012 年 12 月 XX日 专业班级 医电 01 班 组别 交 报告日期 2013 年 01 月 02日 姓 名 谭礼茂 学号 10121019 报 告 退 发 (订正、重做) 同 组 者 教师审批签字实验名称 CT重建原理投影数据采集实验2一、实验目的对仿真数据与实际图像数据实现滤波反投影重建，加深对CT成像过程及原理的理解。二、实验要求用CTSim程序完成滤波反投影重建实验，分析评价结果。三、实验内容1、对人脑体模仿真数据与实际的CT图像数据进行滤波反投影重建实验，比较直接反投影与RL和SL滤波方法的重建结果；2、分

7、析不同视角条件下各种重建的结果；3、分析噪声对各种滤波反投影重建方法的影响，比较各种滤波反投影重建方法的抗噪能力；4、计算重建误差。四、实验步骤在第一次实验时，已经获得了图像的投影方式，并在实验报告中详细列出了操作的步骤，故在此不再重复。1、在仿真软件中，有很多可以选择的选项，比如在扫描数据时，选择Process，选择Projection Parameters，在这个对话框里面，Geometry选项是用来选择投影的方式的，一共有三种选择的方式，如图：图1 投影方式的选择2、同样在图像重建时，可以选择不同的滤波方式，重建的图像进行滤波，选择Reconstruct，选择Filted Backpro

8、jection，在对话框中有Filter选项，其中包含四种滤波方式可供选择，如图所示：图2 滤波方式的选择3、重建误差的计量可以使用软件自带的相减，在Image选项下面，点击subtract，可以获得重建后的图像与原始图像之间的差值，如图：图3 图像之间的相减五、实验结果A、椭圆数据1、首先，利用模拟软件进行椭圆的不同投影方式下的数据采集：图4 采用软件自带的三种投影方式：平行束投影、等角投影和等线投影，得到的K空间的图像2、三种不同的投影方式在同一种滤波方式：Bandlimit滤波，下得到的重建图像以及重建误差，如图：图5 投影数据（第一行）、重建图像（第二行）、重建误差（第三行）3、三种不

9、同的投影方式在同一种滤波方式：hamming滤波，下得到的重建图像以及重建误差，如图：图6 投影数据（第一行）、重建图像（第二行）、重建误差（第三行）4、三种不同的投影方式在同一种滤波方式：hanning滤波，下得到的重建图像以及重建误差，如图：图7 重建图像（第一行）、重建误差（第二行）5、三种不同的投影方式在同一种滤波方式：Cosine滤波，下得到的重建图像以及重建误差，如图：图8 重建图像（第一行）、重建误差（第二行）B、Shepp-Logan图1、首先，利用模拟软件进行的不同投影方式下的数据采集：图9图4 采用软件自带的三种投影方式：平行束投影、等角投影和等线投影，得到的K空间的图像2

10、、三种不同的投影方式在同一种滤波方式：Bandlimit滤波，下得到的重建图像以及重建误差，如图：图10 重建图像（第一行）、重建误差（第二行）3、三种不同的投影方式在同一种滤波方式：hamming滤波，下得到的重建图像以及重建误差，如图：图11 重建图像（第一行）、重建误差（第二行）4、三种不同的投影方式在同一种滤波方式：hanning滤波，下得到的重建图像以及重建误差，如图：图12 重建图像（第一行）、重建误差（第二行）5、三种不同的投影方式在同一种滤波方式：Cosine滤波，下得到的重建图像以及重建误差，如图：图13 重建图像（第一行）、重建误差（第二行）C、在MATLAB平台下，调用p

11、hantom函数，获得标准图像，然后进行投影，并在无滤波、Ram-Lak滤波重建、Shepp-Logan滤波重建，（代码见附录程序1）得到的结果如下图所示：图14 原始图像以及三种滤波情况下的重建图像D、利用MATLAB平台，选用实际中CT脑部图像，然后进行投影，并在无滤波、Ram-Lak滤波重建、Shepp-Logan滤波重建，（代码见附录程序2）得到的结果如下图所示：图15 原始图像以及三种滤波情况下的重建图像E、分析不同的视角条件下，投影并进行重建的图像情况，本次采用两种情况下的视角a、从0度到180度，间隔为10度，共18个视角；b、从0度到180度，间隔为2度，共90个视角。同样分别

12、采用三种滤波方式进行重建（代码见附录程序3）。结果如下图所示：图16 a情况下的重建图像图17 b情况下的重建图像F、噪声测试，在实际测试中添加高斯白噪声（均值为0，方差为0.1），然后进行投影之后，滤波重建，这三种情况下的滤波效果均不理想（代码见附录程序4），然后，再选择添加Poisson噪声，然后投影并在三种滤波情况下进行重建图像，并采用模拟图像和实际的CT图像分别进行测试（代码见附录程序5），结果如下图所示：图18 模拟图像的高斯白噪声测试图19 实际CT图像的高斯白噪声测试图20 模拟图像的Poisson噪声测试图21 实际CT图像的Poisson噪声测试六、结果分析1、在没有噪声干扰

13、或者噪声干扰很小的情况下，三种情况：无滤波、Ram-Lak滤波重建、Shepp-Logan滤波下的重建，无滤波重建得到的图像显示细节并没有另外两种优，后两种滤波重建得到的图像并没有很大的差异，如图14和图15所示。2、不同的视角条件下，投影后重建的图像是有明显差异的，视角的间隔越小，最后重建得到的图像越优，如图16和图17所示。3、在有噪声的干扰的情况下，首先测试高斯白噪声，结果表明，三种滤波方式均未能从噪声中很好地提取图像信息，如图18和图19所示，而在测试Poisson噪声情况下，无滤波重建显然不及后两种滤波投影优，而R-L和S-L均能达到理想的重建效果，但是相对来说，S-L的重建效果更有

14、些，如图20和图21所示。附录：程序1image= phantom(Modified Shepp-Logan,256);subplot(2,2,1);imshow(image);title(原始图像);R,xp= radon(image,0:179);theta = 0:180;I1 = iradon(R,0:179,linear,none);subplot(2,2,2);imagesc(I1);colormap(gray)title(无滤波重建);I2 = iradon(R,0:179,linear,Ram-Lak);subplot(2,2,3);imagesc(I2);colormap(g

15、ray)title(Ram-Lak滤波重建);I3 = iradon(R,0:179,linear,Shepp-Logan);subplot(2,2,4);imagesc(I3);colormap(gray)title(Shepp-Logan滤波重建);程序2image = imread(CThead.jpg);subplot(2,2,1);imshow(image);title(原始图像);R,xp= radon(image,0:179);theta = 0:180;I1 = iradon(R,0:179,linear,none);subplot(2,2,2);imagesc(I1);col

16、ormap(gray)title(无滤波重建);I2 = iradon(R,0:179,linear,Ram-Lak);subplot(2,2,3);imagesc(I2);colormap(gray)title(Ram-Lak滤波重建);I3 = iradon(R,0:179,linear,Shepp-Logan);subplot(2,2,4);imagesc(I3);colormap(gray)title(Shepp-Logan滤波重建);程序3figure(1)a=0:10:180;image = phantom(Modified Shepp-Logan,256);subplot(2,2

17、,1);imshow(image);title(原始图像);R,xp = radon(image,a); theta = 0:18;I1 = iradon(R,a,linear,none);subplot(2,2,2);imagesc(I1);colormap(gray)title(无滤波重建);I2 = iradon(R,a,linear,Ram-Lak);subplot(2,2,3);imagesc(I2);colormap(gray)title(Ram-Lak滤波重建);I3 = iradon(R,a,linear,Shepp-Logan);subplot(2,2,4);imagesc(

18、I3);colormap(gray)title(Shepp-Logan滤波重建);figure(2)b=0:2:180;image = phantom(Modified Shepp-Logan,256);subplot(2,2,1);imshow(image);title(原始图像);R,xp= radon(image,b);theta = 0:36;I1 = iradon(R,b,linear,none);subplot(2,2,2);imagesc(I1);colormap(gray)title(无滤波重建);I2 = iradon(R,b,linear,Ram-Lak);subplot(

19、2,2,3);imagesc(I2);colormap(gray)title(Ram-Lak滤波重建);I3 = iradon(R,b,linear,Shepp-Logan);subplot(2,2,4);imagesc(I3);colormap(gray)title(Shepp-Logan滤波重建);程序4figure(1);image1= phantom(Modified Shepp-Logan,256);subplot(2,2,1);imshow(image1);title(original);R,xp= radon(image1,0:179);R=1e12*imnoise(1e-13*

20、R,gaussian,0,0.1);theta = 0:180;I1 = iradon(R,0:179,linear,none);subplot(2,2,2);imagesc(I1);colormap(gray)title(无滤波重建);I2 = iradon(R,0:179,linear,Ram-Lak);subplot(2,2,3);imagesc(I2);colormap(gray)title(Ram-Lak滤波重建);I3 = iradon(R,0:179,linear,Shepp-Logan);subplot(2,2,4);imagesc(I3);colormap(gray)titl

21、e(Shepp-Logan滤波重建); figure(2);image2 = imread(CThead.jpg);subplot(2,2,1);imshow(image2); title(original);R,xp= radon(image2,0:179);R=1e12*imnoise(1e-13*R,gaussian,0,0.1);theta = 0:180;I1 = iradon(R,0:179,linear,none);subplot(2,2,2);imagesc(I1);colormap(gray); title(无滤波重建);I2 = iradon(R,0:179,linear,

22、Ram-Lak);subplot(2,2,3);imagesc(I2);colormap(gray); title(Ram-Lak滤波重建);I3 = iradon(R,0:179,linear,Shepp-Logan);subplot(2,2,4);imagesc(I3);colormap(gray); title(Shepp-Logan滤波重建);程序5figure(1);image1= phantom(Modified Shepp-Logan,256);subplot(2,2,1);imshow(image1);title(original);R,xp= radon(image1,0:179);R=1e12*imnoise(1e-13*R,Poisson);theta = 0:180;