CT仿真试验报告

1、西安交通大学实验报告成绩课程医学成像实验系别生物医学工程XXH专业班级医电01班组别02日姓名学号_报告退发同组者共7页实验日期2012年12月交报告日期2013年01月（订正、重做）教师审批签字实验名称CT重建原理一一投影数据采集实验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CTSimt莫拟软彳生成Shepp-Logan图的平行束投影数据；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

2、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creatphantom,选择HermanHead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：Parameters图4光栅化参数图5光栅化后的图像3、在选择unnamed3®口，选择View,选择AutoScaleParameters,将StandardDeviationFactor参数改为，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、回至Uherman窗口

3、，点击Process,选择ProjectionParamaters,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unnamed49口界面下，选择Analyze,在选择PlotHistogram,得到平行束投影分析数据，如图:unnaHfiHistogram35OOO.O3MOO.O：1-15WQQ-20Ko0；115KQ.0:10000.0-物广,，0。,_010.510132.015Detectoralue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FilteredBackproje

4、ctionParameters,选择默认参数即可，点击OK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模拟软彳生成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urrriS1C.llE图13采用Projection方式T-ThetaSampling时的数据采集过程IJ3U-L»4060

5、8j)OOE.D14iI图14时域的采样参数unrHecJlO4-orco4。口。0rocoo30000.020'0020000.0150000lOOCOO5QOO.O00HistogramDetectorVrahie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16Shepp-Logan图平行束投影及其重建图像图17数据采集过程T-ThetaSampling图18时域的采样参数unHamodS45000.0Histogram400000ILmco2。000025000020000012000.010000050000DOO005010015020D25D30

6、035040045。0，。不DetectorValue图19Shepp-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，只有在处，有一个峰值，而在Shepp-Logan中,在到之间有两个峰值。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绩共17页课程医学成像实验系别生物医学工程实验日期2012

7、年12月XXH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_报告退发（订正、重做）同组者教师审批签字实验名称CT重建原理一一投影数据采集实验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

8、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ProjectionParameters,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FiltedBackprojection,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Imag

9、e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：10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:htrmin|aEHJEIJrinIKnmfHd事XI串朝HIMIHu.口yMf-Frajcc4om«.ilop*6喻冷口-口H二访LmView二:mioff*ri=0.iwSb党制二巴R*Kiriilc=0.5,FoceiLeCtrterDtted*Ler»|tiHisli*-Z.VirwFKI*-1.liCvnfiMit'-l.GtivnnGiliy-pnrnlhliiIvlil

10、ki-iinAaid'fPi1口用rtwiflf*cirn.nn口。上施？.晒旷Qinwiryotftrti.fitiftnfi*-1,Focsll器Crnterfirircurll"?PViRwftsi*»=1名04nHMI二1LGc*mcky=cwlMifi>ldfP:GOi机占出rdo>Help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：11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

11、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）124、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）13B、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

12、、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）143、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:'-一曲fctfiMeJMfcQwfBOS#附y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）155、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

13、行）、重建误差（第二行）C、在MATLAB台下，调用phantom函数，获得标准图像，然后进行投影，并在无滤波、Ram-La礁波重建、Shepp-Logant波重建，（代码见附录程序1）得到的结果如下图所示：原始图像50100150200250无滤波重建Ram-Lak滤波重建50100150200250Shepp-Logan滤波重建5010015020025050100150200250图14原始图像以及三种滤波情况下的重建图像16D利用MATLAB台，选用实际中CT®部图像，然后进行投影，并在无滤波、Ram-Lakt波重建、Shepp-Loga礴波重建，（代码见附录程序2）得到的结

14、果如下图所示：原始图像无滤波重建100200300400500100200300400500100200300400500100200300400500Ram-Lak滤波重建Shepp-Logan滤波重建100200300400500100200300400500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：17原始图像无滤波重建Ram-Lak滤波重建Shep

15、p-Logan滤波重建图16a情况下的重建图像无滤波重建5010015020025050100150200250Ram-Lak滤波重建Shepp-Logan滤波重建501001502002505010015020025050100150200250图17b情况下的重建图像18F、噪声测试，在实际测试中添加高斯白噪声（均值为0,方差为），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：original无滤波重建

16、50100150200250Ram-Lak滤波重建501001502002505010015020025050100150200250Shepp-Logan滤波重建图18模拟图像的高斯白噪声测试original100200300400500100200300400500无滤波重建100200300400500100200300400500Ram-Lak滤波重建100200300400500100200300400500Shepp-Logan滤波重建图19实际CT图像的高斯白噪声测试19original无滤波重建5010015020025050100150200250Shepp-Logan滤波重

17、建501001502002505010015020025050100150200250Ram-Lak滤波重建50100150200250图20模拟图像的Poisson噪声测试original100200300400500100200300400500无滤波重建Ram-Lak滤波重建100200300400500100200300400500Shepp-Logan滤波重建100200300400500100200300400500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

18、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。202、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的重建效果更有些，如图20和图21所示。21附录：程序1image=phantom('Modifi

19、edShepp-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);image

20、sc(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2image=imread('');subplot(2,2,1);imshow(image);title('原始图像')；R,xp=radon(image,0:179);theta=0:180;I1=

21、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');22subp

22、lot(2,2,4);imagesc(I3);colormap(gray)title('Shepp-Logan滤波重建');程序3figure(1)a=0:10:180;image=phantom('ModifiedShepp-Logan',256);subplot(2,2,1);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);co

23、lormap(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(I3);colormap(gray)title('Shepp-Logan滤波重建');figure(2)b=0:2:18

24、0;image=phantom('ModifiedShepp-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');23subp

25、lot(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('ModifiedShepp-Logan',256);subplot(2,2,1);imshow(image1);title('or

26、iginal');R,xp=radon(image1,0:179);R=1e12*imnoise(1e-13*R,'gaussian',0,;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(

27、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');figure(2);image2=imread('');subplot(2,2,1);imshow(image2);title('original');R,xp=radon(image2,0:179);R=1e12*imnoise(1e

28、-13*R,'gaussian',0,;theta=0:180;I1=iradon(R,0:179,'linear','none');24subplot(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);title('Shepp-Logan滤波重建');程序5figure(1);image1=phantom('ModifiedShepp-Logan',256);subplot(2,2,1);imshow(image1);title('original');R,xp=radon(image1,0:179);R=1e12*imno