基于投影域降噪的低剂量CT重建算法研究-信号与信息处理专业论文.docx

图书分类号 TP391 密级 非 密 UDC _ 硕 士 学 位 论 文 基于投影域降噪的低剂量 CT 重建算法研究 高志凌 （作者姓名） 指导教师（姓名、职称） 桂志国 教授 申请学位级别 工学硕士 专业名称 信号与信息处理 论文提交日期 _年 _月 _日 论文答辩日期 _年 _月 _日 学位授予日期 _年 _月 _日 论文评阅人_ _ 答辩委员会主席_ _ 年 月 日 原 创 性 声 明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名： 日期： 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解中北大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括： ①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可 以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学 位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位 论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容（保密学位论文在解密 后遵守此规定）。 签 名： 日期： 导师签名： 日期： 中北大学学位论文 中北大学学位论文 基于投影域降噪的低剂量 CT 重建算法研究 摘要 随着 CT 技术的快速发展及其在临床医学的广泛应用，人们逐渐的开始重视 CT 扫 描中辐射剂量过高的问题。低剂量 CT 成为 CT 发展的必然，也是今后医学影像诊断技 术发展的趋势。通过调整 CT 系统的扫描参数如降低管电流，可以达到降低辐射的目的。 然而，低剂量 CT 重建图像质量发生严重的退化，影响临床医学诊断的准确性。因此， 低剂量 CT 图像质量的提高成为 CT 技术研究的热点，其中，在 CT 重建之前对投影数 据进行降噪处理是较为有效的方法之一。本文讨论了 CT 成像原理、重建算法和滤波算 法，主要研究了低剂量 CT 投影数据的统计特性和投影域降噪算法。主要内容概述如下： 论文首先简单地描述了 CT 的成像系统与重建算法，降低辐射剂量的途径和低剂量 CT 的实现。并详细地论述了低剂量 CT 投影数据的统计特性，其均值和方差大致符合 高斯分布。同时，投影数据中还存在一些脉冲噪声点，使得 CT 图像出现了严重的条状 伪影。并据此建立相应的低剂量 CT 的噪声模型。 针对投影域的惩罚加权最小二乘降噪算法的不足，本文提出了一种改进的基于模糊 数学的惩罚加权最小二乘降噪算法。根据低剂量 CT 投影数据的统计特性，在原来的降 噪算法中引入模糊数学的理论，利用隶属度函数构建一种动态的权值。通过仿真实验可 以证明，改进的惩罚加权最小二乘降噪算法优于原来的算法，其在抑制噪声的同时，能 够有效的保护 CT 图像的细节和边缘信息。 本文将图像域的高斯加权均值滤波器引入到投影域中，由于其对脉冲噪声滤除效果 较差，使其在重建过程中造成 CT 重建图像存在伪影和失真。针对该算法的不足，提出 了一种基于 TV 模型的高斯加权均值滤波器。仿真实验证明，与原始的高斯加权均值滤 波器相比，改进后的算法获得很好的降噪效果，具有更好的收敛性与自适应性。 最后，提出了一种基于梯度的自适应滤波器。根据投影数据的梯度特征，对投影数 据的像素点进行类型分离，然后对不同的像素点采用不同的滤波处理，从而获取较好的 CT 图像质量。实验结果证明，该滤波器可以使低剂量 CT 重建图像获得更好的主观视 觉效果。 关键词：低剂量 CT, 降噪算法，投影数据，隶属度函数，TV 模型，自适应滤波 Noise Reduction for Low-dose CT Reconstruction Algorithm Base on Projection Domain Abstract With the rapid evolution of CT technologies and the more widely application in medical diagnosis, people concerns growing over the CT radiation dose. Raising the low-dose CT is not only a necessity of the CT development, but also a trend of medical imaging diagnostic technology in the future.Via adjusting the scanning parameters of t