医学学校毕业论文参考范文：信息散扩散的医学断层成像新思路分析

第一章绪论

1. 1引言

本内容结构组织如下:第一章为绪论,首先介绍了研究背景、本文研究内容、本文组织结构。第二章为医学断层成像简介,主要介绍了X-CT和E-CT的发展历史和成像原理。第三章介绍了医学断层图像重建算法,重点阐述了滤波反投影解析重建算法、最小二乘图像重建算法、最大似然图像重建算法和最大后验MAP重建算法。第四章介绍了基于全变分散度最小化的断层成像方法。第五章介绍了算法在医学断层成像中的应用。第六章对本文的工作进行总结,提出了现阶段研究中遇到的问题并讨论,最后对下一步的工作进行展望。装置自问世以来,在其后的几十年内获得了极大发展,1972年还是只能扫描头部的第一、第二代平移/旋转扫描方式的CT机,X线管产生的射线束相对的探测器环绕人体的中心作同步平移移动,其扫描速度慢,采集的数据少;

1974年就有了旋转扫描方式的体部CT机,80年代后期出现的滑环技术、螺旋CT以及电子束CT等,伴随软件技术的幵发,无论扫描方式、速度和图像质量都有了重大改进,从而掀开了CT技术新的一页。而滑环技术的引入,螺旋CT扫描已成为当前CT发展的方向。由于它在技术上根本改变了传统CT往复式的扫描方式,大大缩短了扣描时间,可以在短时间内连续获得大量数据信息,不但可以提供高质量的任意方向的断面图像,而且可以组成任意感兴趣区内的三维(3D)图像。其中具有重要临床价值的有CT血管造影术(CTAngiography),是利用CT重建功能软件显示血管三维图像的一种技术。电子束CT (Electronbeam CT, EBCT)在硬件结构上与以前的CT有明显差别,它利用电子管形成

第二章医学断层成像简介

2.1引言

医学断层成像技术在现代医学诊断中占有重要地位。在病人无需忍受手术痛苦的情况下,对于各种病症的诊断和定位提供最直观的信息,因此,在临床上得到广泛的应用。1895年,伦琴发现X射线,使得医学断层成像得到十分迅猛的打发展,多种成像仪器面世,如20世纪50年代到60年代产生的闪烁成像(scintigraphy)、超声成像(ultrasonic imaging, US), 20 世纪70 年代和80年代相继出现的X-CT (Computed Tomography, X-CT)、MRI (Magic Resonance Imaging)和发射断层成像(Emission Computed Tomography, E-CT),成像质量也逐渐越高。现今的医学断层成像设备基本上可以分为两类:第一类是结构性断层图像重建,它以解剖结构为基础,主要提供人体结构方面的信息,比如X-CT,该成像有着较高的图像分辨率,能够清晰的展示组织和器官的解剖结构,缺点是缺乏组织生化和器官功能代谢等相应的生命信息;另一类是功能性断层图像重建,它能够反映出组织生化和脏器功能代谢的变化,又称发射断层成像(E-CT),如正电子发射计算机断层成像(PET)和单光子发射计算机断层成像(SPECT),这些设备对活体内部功能代谢变化的检察灵敏度很高,可以从细胞甚至分子水平上反映疾病发展的规律。

2.2 X-CT成像简介

2. 2. 1X-CT发展历程

X-CT是指以X光为射线源的计算机断层成像技术,是自从1895年德国人伦琴发现X射线以来在X射线诊断方面的最大成就和突破,也是近代高速发展的电子计算机控制技术和X射线检查摄影技术相结合的产物。奥地利数学家.Radon于1917年在其发表的论文中首次提出了CT图像重建的基本数学理论,在文章中他系统地论证了由积分值确定被积函数的整套理论方法,奠定了CT成像的理论基础。1930年意大利的Dr Vallebona开始将断层成像的关于理论和方法应用于临床,并取得了很好的临床效果。后来随着科学技术特别是计算机技术的发展,图像重建问题得到广泛的关注,后来世界上就有不少学者对此进行了卓有成效的创造性研究。1963年,美国科学家Dr Cormac首先提出了采用多方向投影重建断层图像的计算方法。这种方法为了区分物体内部不同的材料和组织,利用了不同材料对X射线的衰减系数不同的物理特性,通过计算机对检测器中采集到的数据进行分析,从而确定在每个射束通路上不同点的人体组织对X射线的衰减系数,进而用这些数据重建物体内部的密度分布图像。

2.3 E-CT成像简介

2. 3. 1E-CT发展历程

在医学断层成像领域中,除了上面所提到的X-CT外,发射型计算机断层成像(Emission Computed Tomography,E-CT)在医学上也有着广泛的应用。E-CT将放射源即放射性药物注入体内,发出射线后,通过计算机进行信息采集、处理和图像重建,所重建的断层图像可以方便的反映出脏器组织的生理功能及病理变化。E-CT包括两类成像技术:正电子发射断层成像技术(Positron Emission Tomography, PET)和单光子发射断丨成像技术(Single Photon Emission Computed Tomography SPECT)。第一台E-CT技术的机器,是由加州大学洛杉肌分校的物理学Benedi-ctCassen于1915年建造的。他创造了闪烁扫描器,可以得到粗略的放射性器官的空间图,直到1945年,才被David uhl发明的光学扫描器取代。后来Daviduhl又制造出SPET,它是根据体内放射性物质发射出的光子,绘制成图的系统,但当时并未用到电脑,而只是将照相机固定,而病人则要旋转。加装电脑后,David uhl把SPET变成了SPECT,1958年第一台单光子发射电脑断层成像机问世,可以照出放射性同位素在器官内的三维空间影像分布

第一章绪论1

1.1前言1

1.2研究背景2

1.3本文研究内容3

1.4 本文的组织结构4

第二章医学断层成像简介5

2.1 背景5

2.2 X-CT成像简介背景5

2.3 E-CT成像简介7

总结

本论文首先回顾了医学断层成像的发展历程,阐述了断层图像的成像原理和常用重建方法。第四、五章是作者对于断层图像优质重建问题的研究,充分运用《散度在度量数据间统计分布距离上的卓越性能和TV正则化项的边缘保持特征,构建了统一的医学断层图像重建框架。并通过实验设计和结果分析验证了所提方法的有效性。本文主要做了以下工作:提出一种基于全变分a散度最小化的断层图像重建新方法(c^D-TV),为医学断层图像的重建提出了统一的框架。该方法通过引入散度度量投影数据和估计值之间的偏差;通过增加全变分正则化修正a散度最小化,保证解的一致性。针对新构建的重建目标函数的求解,提出一种基于次梯度理论的交替式迭代策略,期间运用自适应非单调线性搜索来保证算法的收敛性。然后将《D-TV算法分别应用于发射断层成像和透射断层成像中,仿真和临床数据实验表明,本文方法在噪声抑制和边缘保持方面均优于传统的断层重建方法。

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