图像处理第7章 图像投影重建.ppt

第七章 图像投影重建 图象投影重建的历史 1971年：第1台CT机器建成 1972年：公布这台机器（1973年正式使用） 1979 年： 两个发明人豪斯费尔德（ G.H.Hounsfield）和柯马克（A.M. Cormack）获得了诺贝尔生理和医学奖，获得CT图象也被认为是第一次通过解决一个属于逆问题和病态问题（inverse and ill-posedproblems）的数学问题来获得图象的成功实例 图象投影重建 根据一个物体的投影图重建目标图象的过程 输入投影图 （图象处理） 输出重建图 一类特殊的图象恢复技术 投影：退化过程 （丢失了沿射线方向的分辨能力） 重建：复原过程 （恢复了2-D空间的分辨能力） 7.1 投影重建方式 {如果传感器测量的数据具有物体某种感兴趣物理特性在空间分布的积分形式，就可以用投影重建的方法来获取物体内部、反应不同物理特性的图像} 7.1.1 透射断层成像 TCT（简称CT），英文为Transmission Computed Tomography， CAT（Computer-Aided Tomography，CT） 发射源射出的射线穿透物体到达接收器，射线被物体吸收一部分，余下部分被接收器接收。 接收器获得的射线强度实际上反映了物体各部分对射线的吸收情况 若物体是均匀的，则： 7.1.1 透射断层成像 图（a）—（d）分别对应第1—4代CT系统的扫描成像结构示意图。 圆代表拟成像的区域，经过发射源（X射线管）的虚线直线箭头表示发射源可沿箭头移动，从一个发射源到另一个发射源的虚线曲线箭头表示发射源可沿曲线转动 第1代：发射源与接收器一对一，对向移动以覆盖整个拟成像区域 第2代：每个发射源对应若干接收器，对向移动以覆盖整个拟成像区域 第3代：每个发射源指对应一个接收器，发射源不移动，只需转动 第4代：接收器构成完整的圆环，工作中没有运动，只需发射源转动 7.1.2 发射断层成像 ECT（emission computed tomography） 发射源在物体内部，接收器在物体外部（通常将放射性离子注入物体内部，从物体外接收其辐射），了解离子在物体内运动情况和分布，从而检测到与生理有关的状况/信息 主要有两种： ① PET，正电子发射（positron emission tomography） 正电子与负电子相撞湮灭而产生一对光子 ② SPECT，单光子发射（single photon emission CT） 使用在衰减中能产生γ 射线的放射性离子。 7.1.2 发射断层成像 ① PET（positron emission tomography） 相对放置的两个接收器可以确定一条射线 衰减时释放正电子的放射性粒子，放出的 正电子很快与负电子相撞湮灭产生一对光 子并以相反方向射出，所以相对放置的两 个接收器可以确定一条射线 7.1.2 发射断层成像 ② SPECT（single photon emission CT） 将放射性物质注入物体内，不同的材料（如组织或器官）吸收后会发射γ射线，为确定射线方向，要用能阻止射线偏移的准直器来定向采集光子。 一定方向的γ射线穿过准直器到达晶体，在那里γ射线光子转化为电信号。这些电信号提供了光子与晶体作用的位置，放射性物质的3-D分布就转化为2-D投影图像。 7.1.3 反射断层成像 利用投影重建的原理工作。 雷达系统获取的雷达图是由物体反射的回波所产生的 雷达接收器在特定角度所接收到的回波强度是地面反射量在一个扫描段的积分（对比CT） 投影重建就是要从这个积分获得地面（反射强度）的图象 7.1.3 反射断层成像(RCT) 非聚焦合成孔径雷达(SAR) 雷达运动，目标静止，相对运动增加分辨率 目标A处回波信号的双程超前相位 ： 7.1.4 电阻抗断层成像(EIT) （EIT）采用交流电场对物体进行激励。对电导或电抗的改变比较敏感。 将低频率的电流注入物体内部并测量在物体外表处的电势场； 采用图象重建算法重建出物体内部区域的电导和电抗的分布或变化的图象(基于边界测量值估计场域电导率分布) EIT图象能反映组织或器官携带的病理和生理信息：不同的生物组织或器官在不同的生理、病理条件下其电阻抗特性不同。（图7.1.5） EIT技术分析 数学角度上，EIT和各类CT有类似之处，都需要处理外部信息来获得反应内部结构的图像，成像常针对穿过物体的一个2-D截面进行。 EIT借助电流的扩散来获得电导的分布，与各CT不同；成像技术安全、简便，分辨率较差，分辨率依赖于电极数量，可以同时接触到物体