在计算机断层摄影(CT)成像的医学和工业应用中,受扫描环境和对患者施加过多X射线辐射的风险所限制,从有限的投影数据重建高质量的CT图像已成为热门话题。 在有限的扫描角度范围内进行X射线成像是一种有效的成像方式,可以减少对患者的辐射剂量。 由于此模式中可用的投影数据不完整,因此有限角度CT图像重建实际上是一个不适定的逆问题。 为了解决该问题,通过常规的滤波反投影(FBP)算法重建的图像经常在边缘附近产生明显的条纹伪影和逐渐变化的伪影。 基于总变化量最小化(TVM)的图像重建可以显着减少少数视图CT中的条纹伪影,但受限于有限角度CT中边缘附近的伪影逐渐变化。 为了抑制这种伪像,我们针对有限角度CT开发了一种基于l(0)梯度最小化的图像重建算法。 在已开发的重建模型框架内,将图像梯度的l(0)-范数作为正则化函数。 我们将优化问题转化为几个优化子问题,然后以交替迭代的方式解决了这些子问题。 进行了数值实验,以验证所开发算法的效率和可行性。 根据性能评估的峰峰值信噪比(PSNR)和归一化均方根距离(NRMSD)的统计分析结果,表明在不同扫描角度范围内,不同算法之间存在显着的统计学差异(p <0.0001) 。 从实验结果还可以看出,该算法在同时抑制边缘附近的条纹伪影和渐进伪影方面优于传统的重建算法。 随着医疗技术的快速发展,计算机断层扫描(CT)已成为临床上不可或缺的成像工具。其主要优势在于能够非侵入性地提供体内结构的详细横截面图像。然而,传统CT扫描过程中,患者需要接受一定量的X射线辐射,这对健康可能造成不利影响。因此,如何在降低辐射剂量的同时,从有限的角度采集数据并重建出高质量的CT图像,是该领域研究的热点问题。 为解决上述挑战,提出了一种基于l(0)梯度最小化的有限角度CT图像重建算法。这一研究的核心在于利用图像梯度的l(0)-范数作为正则化函数。此处的l(0)-范数,与通常应用的l(2)-范数不同,它更倾向于得到一个稀疏解,即图像中的大部分像素值为零,仅保留关键特征。这种特性有助于在重建图像过程中,保留边缘等重要视觉信息,同时滤除噪声和伪影。 研究中的算法优化问题被分解成若干子问题,并通过交替迭代的方法逐一解决。这种方法不仅简化了整个优化过程,还确保了在去除伪影和保留图像细节之间取得良好的平衡。数值实验验证了所开发算法的效率和可行性,从统计分析的角度证明了其在不同扫描角度和不同条件下,相较于其他传统算法的显著优势。 具体来说,通过对比峰峰值信噪比(PSNR)和归一化均方根距离(NRMSD)等性能评估指标,本研究提出的算法在降低条纹伪影和边缘渐变伪影方面表现尤为出色。PSNR的提高意味着重建图像的细节保留更加完整,而NRMSD的降低则表明图像差异的缩小,这些都是提高图像质量的关键因素。 此外,该算法的贡献不仅仅在于技术实现上的突破,更在于为处理有限角度CT图像重建的不适定问题提供了新的思路。通过有效减少条纹伪影和边缘渐变伪影,该算法能大幅提高图像的诊断质量和准确性。未来的研究工作可能会围绕进一步改进算法性能,例如通过算法迭代策略的优化,或结合其他图像处理正则化技术,使图像重建更加高效和精确。 基于l(0)梯度最小化的有限角度CT图像重建方法,展示了其在减少辐射剂量的同时提高图像质量的巨大潜力。该技术在临床诊断和工业检测中,都具有广泛的应用前景。随着研究的深入和技术的成熟,这项研究将为患者和行业带来真正的益处,实现高精度、低风险的医学成像。
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