Анализ трехмерных алгоритмов реконструкции в рентгеновской компьютерной томографии
Автор: Симонов Евгений Николаевич, Аврамов Максим Витальевич, Аврамов Денис Витальевич
Рубрика: Информатика и вычислительная техника
Статья в выпуске: 2 т.17, 2017 года.
Бесплатный доступ
В статье проводится анализ существующих трехмерных алгоритмов реконструкции изображений в рентгеновской компьютерной томографии с конусной схемой сканирования и спиральной траекторией движения источника. Рассмотрены основные подходы к проектированию алгоритмов реконструкции, приведена их краткая классификация. Авторами рассмотрены приближенные методы решения задачи реконструкции изображений по трехмерному набору данных. Основное внимание уделено приближенным алгоритмам типа Фельдкампа и методам перепаковки конусных данных в параллельную схему. Описаны алгоритм обобщенной параллельной обратной проекции и алгоритм модифицированной однослойной перепаковки, их достоинства и недостатки. Авторами рассмотрены точные методы решения задачи реконструкции изображений по трехмерному набору данных в конусном пучке излучения. Описаны дополнительные условия, накладываемые на полноту проекционных данных, вычислительную эффективность алгоритмов, качество получаемых изображений. Основное внимание уделено алгоритмам, основанным на преобразовании в конусе лучей, прямом и обратном преобразованиях Радона в трехмерном пространстве. Описана общая схема конструирования обратных алгоритмов для конусной лучевой томографии. Рассмотрен алгоритм реконструкции в конусе лучей, основанный на операции взятия обратной проекции и фильтрации. Отражены достоинства и недостатки точных алгоритмов реконструкции.
Компьютерная томография, трехмерная реконструкция
Короткий адрес: https://sciup.org/147155186
IDR: 147155186 | УДК: 519.6 | DOI: 10.14529/ctcr170202
Comparison of 3d reconstruction algorithm in x-ray computed tomography
The article analyzes the existing three-dimensional image reconstruction algorithms in cone-beam X-ray computed tomography with a spiral trajectory of the source. The main approaches to the design of the reconstruction algorithms are considered, their brief classification is given. The focus is on approximate Feldcamp-type algorithms and methods of rebinning cone data to parallel geometry. The extended parallel backprojection and advanced single-slice rebinning algorithms, their advantages and disadvantages are described. The authors have considered the exact methods for solving image reconstruction problem for the 3D data set in cone-beam CT. The author describes the additional conditions imposed on the projection data, the computational efficiency of the algorithms, and the quality of the images. The emphasis is on relation between the cone beam and Radon transform and the classical 3D Radon transform inversion. The general scheme for constructing inversion algorithms for cone beam CT is described. The algorithm of cone-beam reconstruction by backprojection and filtering is considered. The advantages and disadvantages of exact reconstruction algorithms are presented.
Список литературы Анализ трехмерных алгоритмов реконструкции в рентгеновской компьютерной томографии
- Симонов, Е.Н. Физика визуализации изображений в рентгеновской компьютерной томографии/Е.Н. Симонов. -Челябинск: Издат. центр ЮУрГУ, 2013. -479 с.
- Пикалов, В.В. Сравнение алгоритмов спиральной томографии/В.В. Пикалов, А.В. Лихачев//Вычислительные методы и программирование. -2004. -Т. 5. -С. 170-183.
- Kachelrie, M. Extended parallel backprojection for standard three-dimensional and phase-correlated four-dimensional axial and spiral cone-beam CT with arbitrary pitch, arbitrary cone-angle, and 100% dose usage/M. Kachelrie, M. Knaup, W.A. Kalender//Medical Physics. -2004. -Vol. 31, no. 6. -P. 1623-1641.
- Kachelrie, M. Advanced single-slice rebinning in cone-beam spiral CT/M. Kachelrie, S. Schaller, W.A. Kalender//Medical Physics. -2001. -Vol. 27, no. 4. -P. 1033-1041.
- Katsevich, A. A general scheme for constructing inversion algorithms for cone beam CT/A. Katsevich//International Journal of Mathematics and Mathematical Sciences. -2003. -No. 21. -P. 1305-1321.
- Bronnikov, A.V. Cone-beam reconstruction by backprojection and filtering/A.V. Bronnikov//J. Opt. Soc. Am. A. -2000. -Vol. 17, no. 11. -P. 1993-2000.
- Календер, В. Компьютерная томография основы, техника, качество изображений и области клинического использования/В. Календер; пер. с англ. А.В. Кирюшина, А.Е. Соловченко; под ред. В.Е. Синицына. -М.: Техносфера, 2006. -344 с.
- Stienstorfer, K. Segmented multiple plane reconstruction -novel approximate reconstruction scheme for multislice spiral CT/K. Stienstorfer, T. Flohr, H. Bruder//Phys. Med. Biol. -2002. -No. 47. -P. 2571-2851.
- Наттерер, Ф. Математические аспекты компьютерной томографии/Ф. Наттерер; пер. с англ. И.В. Паламодова; под ред. В.П. Паламодова. -М.: Мир, 1990. -286 с.
