• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

      一種用于X射線熒光計(jì)算機(jī)斷層成像的改進(jìn)迭代重建算法

      2022-06-22 12:47:04劉亞楠
      無線互聯(lián)科技 2022年6期
      關(guān)鍵詞:散射光針孔光子

      劉亞楠,郭 靜,馮 鵬

      (1.重慶工商職業(yè)學(xué)院電子信息工程學(xué)院,重慶 401520;2.重慶大學(xué)光電工程學(xué)院,重慶 400044)

      0 引言

      X射線熒光計(jì)算機(jī)斷層成像(X Ray Fluorescent Computed Tomography,XFCT)作為一種針對(duì)特定元素成像的方法,近年來被廣泛應(yīng)用于樣品的高Z元素成像[1]。入射X射線照射掃描整個(gè)樣品,只有待測元素區(qū)域內(nèi)激發(fā)產(chǎn)生熒光光子,其他背景組織區(qū)域均不產(chǎn)生X射線熒光,使得XFTC具有高靈敏度和對(duì)比度,是獲得體內(nèi)示蹤劑分布的一種有效方法[2]。

      相較于其他發(fā)射CT(如單光子發(fā)射斷層成像SPECT[3]),XFCT的投影更容易受到散射光子散射引起的統(tǒng)計(jì)噪聲的影響,傳統(tǒng)的迭代算法,如極大似然-期望最大化MLEM[4],有序子集-期望最大化OSEM等[5-6],僅對(duì)熒光投影建模,難以抑制散射噪聲。因此,一種同時(shí)對(duì)X射線熒光光子和散射光子更新迭代的算法更適于XFCT的重建。

      為了進(jìn)一步降低康普頓散射噪聲引起的統(tǒng)計(jì)噪聲,本文提出了一種基于散射噪聲模型的迭代重建算法,通過在似然函數(shù)中考慮散射光子的統(tǒng)計(jì)噪聲,建立散射噪聲的投影矩陣,一次迭代過程中同時(shí)更新熒光圖像和散射圖像,有效減少由于康普頓散射噪聲自身引起的統(tǒng)計(jì)噪聲。

      1 算法概述

      如圖1所示,是XFCT中某點(diǎn)出射的熒光被探測器檢測到的全過程示意圖。由Q點(diǎn)激發(fā)產(chǎn)生并被探測器i記錄的熒光光子為:

      圖1 針孔準(zhǔn)直X射線熒光CT原理

      式中,δ(s,t)表示Q點(diǎn)發(fā)出的X射線能夠被編號(hào)為i的探測器接收的區(qū)域。I0為入射X射線光強(qiáng),其能量為E,μI(s,t)、μF(s,t)分別表示樣品對(duì)入射X射線及熒光X射線的吸收衰減分布。φQ為熒光產(chǎn)額。μmpe為熒光材料的光電吸收系數(shù),ρ(s,t)為元素濃度。

      與X射線熒光光子的探測過程相似,由Q點(diǎn)激發(fā)產(chǎn)生并被探測器i記錄的康普頓散射光子為:

      其中,θS CA為散射角度,μc o為康普頓橫截面,f KN為Klein-Nishina公式:

      式中r0為經(jīng)典電子半徑,α=E/(m0c2)。

      采用迭代算法對(duì)其重建,首先將二維圖像離散化為大小相同的N個(gè)網(wǎng)格,每個(gè)網(wǎng)格代表一個(gè)像素,X射線熒光CT重建中,式(1)離散化表示為:

      I i(X RF)為第i個(gè)探測器接收的X射線熒光光子,h i j(XR F)為熒光投影矩陣,表示第j個(gè)像素產(chǎn)生的熒光對(duì)第i個(gè)探測器的貢獻(xiàn)。ρj為重建圖像的第j個(gè)像素的濃度。探測器收集的熒光光子為:

      I i(T)為探測器收集的全部投影數(shù)據(jù),I i(S)為估計(jì)的散射光子期望。實(shí)際計(jì)算中,采用六次多項(xiàng)式擬合探測器測得的光譜,即可得到特征X射線能量處散射光子數(shù)的期望。

      增強(qiáng)EM算法步驟為:

      (1)重建圖像賦初始值,包含熒光光子初始值和散射光子初始值。

      (2)計(jì)算理論散射投影值,對(duì)散射光子進(jìn)行校正。

      (3)利用校正后的散射光子計(jì)算理論投影值。

      (4)與實(shí)際測量的投影值進(jìn)行比較修正,對(duì)熒光進(jìn)行校正。

      (5)重復(fù)上述步驟,直至誤差滿足預(yù)設(shè)值,完成迭代。

      2 仿真設(shè)置

      本研究采用Geant4搭建并模擬了平行多針孔準(zhǔn)直的XFCT成像系統(tǒng),系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖2所示。包含射線源、待測模體、針孔準(zhǔn)直器及熒光探測器。源與檢測樣品中心之間的距離B1O為15 cm,針孔準(zhǔn)直器與樣品之間的距離為5 cm,探測器與準(zhǔn)直器之間的距離為5 cm。探測器分辨率為0.5keV。針孔準(zhǔn)直器由厚度5 mm的Pb制成,共有三個(gè)針孔,小孔直徑為2 mm。整個(gè)系統(tǒng)放置在空氣中,該成像系統(tǒng)不需要旋轉(zhuǎn),一次掃描即可成像。

      圖2 平行多針孔XFCT MC模型

      模擬中,采用如圖3所示直徑2.5 cm,高2 cm的圓柱模體,采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶液填充。模體中,嵌入6個(gè)直徑3 mm,高2 cm的小圓柱,分別被濃度為0.2%、0.4%,0.6%、1.0%和1.2%的金納米溶液填充。

      圖3 仿真用模體

      圖4為模擬中采用的X射線源能譜:由120 keV的電子束轟擊鎢靶經(jīng)0.8 mm鈹(Be)、1 mm錫(Sn)濾波后所得。

      圖4 入射X射線源能譜

      3 重建結(jié)果與分析

      將模體離散為256×256個(gè)大小均勻的像素,采用MLEM算法及本文算法進(jìn)行重建。實(shí)驗(yàn)表明,MLEM算法和本文算法迭代1次分別需要5.1秒和12.1秒。相對(duì)而言,本文算法所需時(shí)間較長。

      圖5為Phantom 1分別采用MLEM算法、增強(qiáng)EM算法及增強(qiáng)EM-TV算法重建后的圖像 和1 000次。對(duì)于低濃度的GNPs溶液,MLEM算法重建圖像背景存在明顯的噪聲,本文算法圖像感興趣區(qū)域GNPs濃度分布更均勻,可見本文算法能夠有效降低散射噪聲的影響。

      圖5 不同迭代算法下Phantom 1的重建圖像

      4 結(jié)語

      本文提出了一種基于散射噪聲模型的迭代重建算法。在似然函數(shù)中加入散射噪聲,同時(shí)進(jìn)行熒光光子和散射噪聲的迭代更新,有效地抑制了散射光子引起的統(tǒng)計(jì)噪聲,獲得較好的重建結(jié)果。

      猜你喜歡
      散射光針孔光子
      《光子學(xué)報(bào)》征稿簡則
      一起來探案
      百千焦耳裝置集束驗(yàn)證平臺(tái)的背向散射光診斷系統(tǒng)
      科技資訊(2021年2期)2021-03-28 02:24:49
      Oculus C-Quant 散射光計(jì)量儀在視功能檢查中的臨床應(yīng)用價(jià)值
      汽車電泳漆膜的縮孔與針孔
      針孔問題該如何處理
      淺談背向彈性散射光譜測量中獲取光譜的不同實(shí)驗(yàn)方法與優(yōu)點(diǎn)
      不同類型年齡相關(guān)性白內(nèi)障眼內(nèi)散射光檢測的臨床分析
      決戰(zhàn)前夜
      在光子帶隙中原子的自發(fā)衰減
      朝阳区| 牟定县| 德兴市| 襄城县| 廉江市| 察隅县| 陵水| 宜川县| 焉耆| 武功县| 香河县| 若羌县| 辽宁省| 长丰县| 东山县| 临沂市| 康定县| 陆川县| 黔西县| 普格县| 象州县| 淮滨县| 长丰县| 阿拉尔市| 竹溪县| 南平市| 陕西省| 遂川县| 土默特右旗| 新巴尔虎左旗| 黑龙江省| 桃园市| 龙川县| 龙口市| 阿巴嘎旗| 雅江县| 拜城县| 射洪县| 额济纳旗| 建瓯市| 三明市|