仿CT扫描模式扩散荧光层析成像方法

为了实现高灵敏度、高空间采样密度的扩散荧光层析成像,提出了一种基于光子计数技术的仿CT扫描模式的成像方法．光源经过准直后入射到仿体上,光电倍增管探测得到光源同一水平面101．25°～258．75°均匀分布的8路探测信号．按照与CT相似的方式,系统旋转仿体以实现对仿体的0°～360°扫描,采用光子计数方式采集多个光源入射角下多个探测位置的光子数信息,获得的大量数据可降低重建过程的病态性,使重建结果更加准确．仿体实验证明,对于荧光剂Cy5．5的探测可以达到2nmol／L左右的浓度和边对边距离5mm的空间分辨率,增加空间采样密度可以提高系统的灵敏度和分辨率．     

双光子共焦荧光显微系统成像分析及实验研究

双光子共焦荧光显微系统可以突破传统光学显微镜的成像分辨率极限,提高厚荧光物三维扫描的横向及轴向分辨力.基于共焦荧光显微原理和菲涅耳衍射公式,分析了反射式双光子共焦荧光显微系统的三维光学传递函数.讨论了在实验条件下,共焦模块参数对双光子共焦荧光读取分辨率的影响.双光子共焦荧光系统采用的共焦小孔半径为3.92 μm时,其层析能力比采用78.4 μm共焦小孔的系统提高了1.56倍.通过已知尺寸荧光物的双光子共焦荧光成像实验,验证了共焦小孔直径与系统横向及轴向分辨率的反比关系.     

面向双能CT成像的医用X射线能谱重构解析方法

现有能谱CT在不同的扫描过程中有效能量窗口通常固定不变,限制了CT成像系统的动态范围.为了提高能谱CT成像精度,提出了一种面向双能CT成像的重构解析医用X射线能谱的方法.利用不同能量的X射线光子在硅半导体中吸收的差异,通过积分不同深度的半导体内的光生电荷并重构解析方程,经一次辐射可以获得同一物体在不同能量组合下的投影信息并用于图像重建.仿真结果表明:图像重建质量受有效能量窗口、待测物质成分及尺寸影响,方法在降低辐射剂量的同时获得了物质在不同能量组合下的成像结果,并可以针对不同物体选择最优能量组合进行成像.     

多光子(n≥2)荧光共焦成像特性

研究了有限尺寸光源和探测器的任意多光子荧光过程(n≥2)不同波长荧光共焦成像的分辨率,导出了相应的三维强度脉冲响应函数和光学传递函数[3D OTF],证明多光子过程可以克服光源和探测器有限孔径、荧光波长增大对系统3D OTF的不利影响;获得了普遍的点源、点探测器系统的光学传递函数[3D OTF]横向、纵向截止频率和相应的通频带(也适用单光子荧光情况).     

一种新的三维CT扫描系统投影坐标原点的高精度测量方法

针对实际的三维CT扫描成像系统射线源焦点和探测器成像面的位置不能直接测量的问题,提出了一种简单易行的投影坐标系原点位置精确测量方法.利用双圆目标体二次成像获得的DR(Digital Radiography)图像,配合图像、图形处理方法和最小二乘拟合技术求取不同成像位置下的目标体圆心投影坐标,然后求解方程组得到投影坐标系的原点坐标.实验结果表明,所提出方法的测量精度达到了实际扫描系统的重建要求,并且实现简单、具有较强的抗噪能力.     

基于同步辐射光源的双能CT成像方法

双能X射线CT成像技术可以精确地获得被扫描物体中的电子密度分布,对于医疗诊断和癌症放射治疗具有重要的参考价值。为了提高双能CT重建精度,该文提出了一种基于同步辐射光源的双能CT成像方法,并对相干光的后处理重建算法进行了研究。同步辐射光源具有一系列的优势。使用不同物质进行双能CT成像数值模拟可以发现：采用同步辐射光源进行...     

X射线显微成像中的光子统计噪声分析

光子统计噪声是X射线显微成像中影响图像质量的主要因素之一,它对图像质量的影响一般用信噪比来描述.研究表明,X射线显微图像的信噪比随着入射光子数的增加而增加;但由于X射线会对样品带来损伤,所以实验中要求尽量减少入射的X光光子数.但是传统的基于经验数据的罗斯判据并不能给出客观的答案,特别对经过图像减影处理的带噪图像,罗斯判据并不适用.这里提出"区分概率"的概念对罗斯判据进行分析和改进,有助于找出所需最小入射光子数.将区分概率运用到图像减影法中进行模拟,求出此图像处理方法下所需最小入射光子数.最后得出区分概率在0.4时是图像中物体与背景部分得以区分的一个较合理阈值的结论.     

空间目标光子数密度对斑点成像的影响

空间扩展目标斑点成像的质量受到短曝光像中光子密度的限制.通过有限光子数短曝光像的模拟,对短曝光像频谱信噪比进行了计算,研究了有限光子数下大气光学系统传递函数的估计方法,光子数有限时目标振幅谱和相位谱中的有偏项影响,点源目标恢复图像的信噪比和动态范围.实验结果表明,根据斑点成像系统的参数,可以定量地确定光子密度、短曝光像数目和恢复图像的质量(分辨率)之间的关系.     

基于X射线光栅相位衬度的鲫鱼无损成像研究

近年来,光栅相位衬度成像成为当前X射线成像学界的研究热点,因其与传统X光源的高度兼容性而被认为是未来临床医学无损诊断的关键技术.与现有X射线吸收衬度成像技术相比,相位衬度成像技术对软组织具有不可替代的分辨能力.基于几何投影的X射线光栅相位衬度成像技术,无损研究了本地鲫鱼的鱼体结构,利用福尔马林溶液处理样品,发现成像结果清楚地显示出鱼肠组织的结构.这是第一次利用X射线光栅相位衬度成像技术观察到鱼肠组织.     

未调制可见光室内定位

现有可见光定位大多采用调制光源进行定位,需要为每个光源配置额外的调制硬件,大大增加了定位系统的成本.提出一种未调制光源的定位方法,考虑单个光源和多个光源下的定位情况.用机器人上的光电二极管直接采集光信号强度,利用三边测量确定机器人的大致运动轨迹,通过卡尔曼滤波对运动轨迹进行优化.实验仿真结果表明,定位精度提高,同时定位...     

基于单成分被测物体的射束硬化校正算法

经典的CT重建算法基于X射线源为单色源的假设,而实际上由于工业CT机或医用CT机的X射线是多色的,通常只能得到多色投影数据。若直接用多色投影数据来重建图像,就会出现射束硬化伪迹,这种硬化伪迹如果不校正就会影响医学诊断和工业检测的结果。本文通过对计算机断层成像中射束硬化产生的原因分析,给出了基于单成分被测物体的射束硬化校正算法,并对算法进行了数值模拟。     

基于投影的CT图像金属伪影非线性权重校正

为抑制计算机层析造影(CT)系统重建图像中出现的金属伪影,提高图像的质量,采用一种基于金属投影非线性权重衰减的方法进行校正。对原始的投影直接重建,在得到的图像中利用阈值分离出金属区域,并重新对该金属区域进行投影,便得到原始的投影中金属投影的区间。只对该金属投影进行合适的非线性衰减。再用传统的滤波反投影方法重建图像。数值模拟表明,该方法不但能基本消除由射线硬化和射线剧烈衰减而引起的金属伪影,而且能保留金属信息,同时能增强金属区域不同部分之间的对比度,使得重建图像的质量得到很大的提高。该算法计算复杂度较小,实现简单,具有较高的实用价值。     

基于CT扫描的不规则外形颗粒三维离散元建模

为实现不规则颗粒材料三维离散元建模,通过X射线断层扫描技术获取真实颗粒的切片图像,并对其进行二值化处理和边缘点探测提取计算,以重建三维颗粒模型而获取颗粒空间坐标信息.引入最小基本球体半径、有效空间系数和分类半径作为控制参数,采用VC++语言编写颗粒模型并生成程序,运用基本球体进行可重叠组合,自动生成不规则颗粒模型.结果表明,在相同参数条件下,该程序运行结果惟一,且与初始条件无关.同时,通过调控控制参数,能够获得不同精度的模型,并使颗粒模型精度与所需球体之间达到平衡关系.     

一种射束硬化伪影校正方法

提出了一种医用CT图像射束硬化伪影校正后处理算法。CT扫描机扫描得到的投影数据重建CT图像,对此图像进行分割,得到仅包含高密度物质的图像。分别对原始图像和高密度物质图像进行投影,并对投影数据进行校正。使用校正后的投影数据进行图像重建,得到包含校正信息的校正图像。对原始CT图像,使用校正图像进行CT值校正,得到校正后的CT图像。通过实验,验证了该后处理校正算法的有效性和稳定性。     

Electron tomography at 2.4-ångström resolution

Transmission electron microscopy is a powerful imaging tool that has found broad application in materials science, nanoscience and biology. With the introduction of aberration-corrected electron lenses, both the spatial resolution and the image quality in transmission electron microscopy have been significantly improved and resolution below 0.5??ngstr?ms has been demonstrated. To reveal the three-dimensional (3D) structure of thin samples, electron tomography is the method of choice, with cubic-nanometre resolution currently achievable. Discrete tomography has recently been used to generate a 3D atomic reconstruction of a silver nanoparticle two to three nanometres in diameter, but this statistical method assumes prior knowledge of the particle's lattice structure and requires that the atoms fit rigidly on that lattice. Here we report the experimental demonstration of a general electron tomography method that achieves atomic-scale resolution without initial assumptions about the sample structure. By combining a novel projection alignment and tomographic reconstruction method with scanning transmission electron microscopy, we have determined the 3D structure of an approximately ten-nanometre gold nanoparticle at 2.4-?ngstr?m resolution. Although we cannot definitively locate all of the atoms inside the nanoparticle, individual atoms are observed in some regions of the particle and several grains are identified in three dimensions. The 3D surface morphology and internal lattice structure revealed are consistent with a distorted icosahedral multiply twinned particle. We anticipate that this general method can be applied not only to determine the 3D structure of nanomaterials at atomic-scale resolution, but also to improve the spatial resolution and image quality in other tomography fields.     

Information extraction and CT reconstruction of liver images based on diffraction enhanced imaging

X-ray phase-contrast imaging (PCI) is a new emerging imaging technique that generates a high spatial resolution and high contrast of biological soft tissues compared to conventional radiography. Herein a biomedical application of diffraction enhanced imaging (DEI) is presented. As one of the PCI methods, DEI derives contrast from many different kinds of sample information, such as the sample's X-ray absorption, refraction gradient and ultra-small-angle X-ray scattering (USAXS) properties, and the sample information is expressed by three parametric images. Combined with computed tomography (CT), DEI-CT can produce 3D volumetric images of the sample and can be used for investigating micro-structures of biomedical samples. Our DEI experiments for liver samples were implemented at the topography station of Beijing Synchrotron Radiation Facility (BSRF). The results show that by using our provided information extraction method and DEI-CT reconstruction approach, the obtained parametric images clearly display the inner structures of liver tissues and the morphology of blood vessels. Furthermore, the reconstructed 3D view of the liver blood vessels exhibits the micro blood vessels whose minimum diameter is on the order of about tens of microns, much better than its conventional CT reconstruction at a millimeter resolution. In conclusion, both the information extraction method and DEI-CT have the potential for use in biomedical micro-structures analysis.     

基于小波框架的有限角度CT重建算法

针对有限角度CT重建问题,结合压缩传感相关理论,提出了基于小波框架的有限角度CT迭代重建算法．该算法利用小波框架的冗余性及框架系数稀疏性原理,首先建立了小波框架图像重建模型,通过共轭梯度法求解投影方程,得到重建图像,然后通过分裂Bregman迭代法对重建图像的小波框架系数进行阈值收缩,减小图像L1范数,提高重建精度．实验结果表明在有限的投影数据下该算法重建出的图像内部结构边缘清晰,对比度高,重建误差低,对噪声有一定的抑制作用．     

基于平行PI线段的平行束CT重建

为了研究基于PI线段的反投影滤波重建方法在CT(computed tomography)系统中的应用,提出了一种基于平行PI线段的简化的平行射束重建算法。该算法首先对平行X射线束产生的投影数据进行微分,然后把这些微分后的数据反投影到一系列的平行PI线段上,最后沿着PI线段的方向对反投影数据进行Hilbert滤波,即得到重建图像。利用Shepp-Logan模型进行计算机数值模拟实验,得到了该算法和传统的滤波反投影算法的对比结果。利用微焦点X射线CT的投影数据进行重建,得到了实际数据下的重建图像。实验结果表明,该简化算法能够进行精确重建,可以应用于实际的CT系统。     

Consistency Conditions for Cone-Beam CT Data Acquired with a Straight-Line Source Trajectory

A consistency condition is developed for computed tomography(CT) projection data acquired from a straight-line X-ray source trajectory.The condition states that integrals of normalized projection data along detector lines parallel to the X-ray path must be equal.The projection data is required to be untruncated only along the detector lines parallel to the X-ray path,a less restrictive requirement compared to Fourier conditions that necessitate completely untruncated data.The condition is implemented numeri...     

多特征与BP神经网络车牌识别系统研究

汽车牌照识别技术是智能交通管理系统中的关键技术;基于数字图像处理理论,将计算机视觉与模式识别技术相结合,对车辆牌照识别系统进行了研究。为了提高系统车牌识别能力,提出了一种综合颜色特征和投影特征相结合的车牌定位方法。字符分割采用了投影法;字符特征选取了互补性强的粗网格特征、投影特征以及外围轮廓特征;最后采用BP神经网络进行车牌字符识别。对车牌字符的识别分为汉字、字母及字母数字三类进行。实验表明,多种图像处理技术与模式识别技术有机结合能有效地提高系统的识别能力;本系统所采用的方法取得了较好的识别效果。