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物理学 > 医学物理

arXiv:2501.05039 (physics)
[提交于 2025年1月9日 ]

标题: 基于准蒙特卡罗的CT重建散射校正

标题: Scatter correction based on quasi-Monte Carlo for CT reconstruction

Authors:Guiyuan Lin, Shiwo Deng, Xiaoqun Wang, Xing Zhao
摘要: 散射信号会降低计算机断层扫描(CT)图像的对比度和分辨率,并引起伪影。 如何有效校正CT中的散射信号一直是研究人员研究的焦点。 本工作提出了一种消除CT中散射伪影的新框架。 在该框架中,光子与物质的相互作用被表征为一个马尔可夫过程,CT中散射信号强度的计算被转化为一个$4n$维积分的计算,其中$n$是最高的散射阶数。 考虑到CT中散射信号的低频特性,本文采用准蒙特卡罗(QMC)方法结合强制固定探测和下采样来计算该积分。 在重建过程中,考虑了散射信号对X射线能量谱的影响。 提出了一种散射校正谱估计方法并用于估计X射线能量谱。 基于 Feldkamp-Davis-Kress(FDK)算法,开发了一种多模块耦合的重建方法,称为 FDK-QMC-BM4D,以同时消除CT成像中的散射伪影、束硬化伪影和噪声。 最后,在 Shepp-Logan 模体和头部验证了 FDK-QMC-BM4D 方法的有效性。 与目前最准确的用于估计和校正CT中散射信号的蒙特卡罗方法相比,FDK-QMC-BM4D 方法在保证精度的前提下,运行速度提高了大约$102$倍。 通过整合 FDK-QMC-BM4D 的机制,本研究提供了一种解决临床CT中伪影的新方法。
摘要: Scatter signals can degrade the contrast and resolution of computed tomography (CT) images and induce artifacts. How to effectively correct scatter signals in CT has always been a focal point of research for researchers. This work presents a new framework for eliminating scatter artifacts in CT. In the framework, the interaction between photons and matter is characterized as a Markov process, and the calculation of the scatter signal intensity in CT is transformed into the computation of a $4n$-dimensional integral, where $n$ is the highest scatter order. Given the low-frequency characteristics of scatter signals in CT, this paper uses the quasi-Monte Carlo (QMC) method combined with forced fixed detection and down sampling to compute the integral. In the reconstruction process, the impact of scatter signals on the X-ray energy spectrum is considered. A scatter-corrected spectrum estimation method is proposed and applied to estimate the X-ray energy spectrum. Based on the Feldkamp-Davis-Kress (FDK) algorithm, a multi-module coupled reconstruction method, referred to as FDK-QMC-BM4D, has been developed to simultaneously eliminate scatter artifacts, beam hardening artifacts, and noise in CT imaging. Finally, the effectiveness of the FDK-QMC-BM4D method is validated in the Shepp-Logan phantom and head. Compared to the widely recognized Monte Carlo method, which is the most accurate method by now for estimating and correcting scatter signals in CT, the FDK-QMC-BM4D method improves the running speed by approximately $102$ times while ensuring accuracy. By integrating the mechanism of FDK-QMC-BM4D, this study offers a novel approach to addressing artifacts in clinical CT.
主题: 医学物理 (physics.med-ph) ; 数学物理 (math-ph)
引用方式: arXiv:2501.05039 [physics.med-ph]
  (或者 arXiv:2501.05039v1 [physics.med-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2501.05039
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Guiyuan Lin [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2025 年 1 月 9 日 07:54:20 UTC (10,503 KB)
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