CT仿真实验报告.pdf

西安交通大学实验报告 成绩 共 7 页 课程医学成像实验 系别生 物 医 学 工 程实 验 日 期 2012 年 12 月 XX 日 专业班级医电 01 班组别交 报告日期 2013 年 01 月 02日 姓名学号报 告 退 发 (订正、重做 ) 同 组 者教师审批签字 实验名称 CT重建原理投影数据采集实验1 一、实验目的以及要求 实验目的：利用 CTSim模拟软件生成投影数据，为滤波反投 影重建实验做准备 实验基本要求：用CTSim程序完成实验模拟，分析评价结果 二、实验内容 1、利用 CTSim模拟软件生成椭圆的平行束投影数据； 2、利用 CTSim模拟软件生成 Shepp-Logan图的平行束投影数 据； 3、对生成的投影数据进行初步评价 三、实验步骤 A、完成 CTSim模拟软件生成椭圆的平行束投影数据； 2 1、点击软件 ctsim ，打开软件界面，点击File ，选择 creat phantom，选择 Herman Head ，得到椭圆的灰度图像，如图： 图 1 软件界面图 2 选择界面 图 3 椭圆的原始数据 2、 在选择椭圆窗口的情况下， 点击 Process， 选择 rasterize， 点击 OK ，将图像进行光栅化，如图： 3 图 4 光栅化参数图 5 光栅化后的图 像 3、在选择 unnamed3窗口，选择 View，选择 Auto Scale Parameters，将 Standard Deviation Factor 参数改为，点击 OK ， 得到处理后图像，如图： 图 6 光栅化参数图 7 参数优化后图像 4、回到 herman窗口，点击 Process，选择 Projection Paramaters，参数默认即可，点击ok，开始采集数据，如图： 4 图 8 参数选择界面 5、得到投影参数后，在选择unnamed4窗口界面下，选择 Analyze，在选择 Plot Histogram，得到平行束投影分析数据，如 图： 图 9 平行束投影后的数据图 10 投影数据分析图 6、在选择平行束投影后数据窗口情况下，选择Reconstruct ， 选择 Filtered Backprojection Parameters，选择默认参数即可， 点击 OK ，得到重建数据，如图： 5 图 11 参数选择界面图 12 重建后的图像 7、 可选择不同的 View 参数对重建后的图像进行参数的优化调 整，得到最优的观察效果。

B、完成 CTSim模拟软件生成 Shepp-Logan图的平行束投影数 据； 1、由于生成 Shepp-Logan图的平行束投影数据和前面A中的 步骤基本类似， 只是选择的模拟图像不同而已，故在此不再一一列 出步骤 四、实验结果及分析 A、椭圆平行束投影 6 图 13 椭圆平行束投影及其重建图像 图 13 采用 Projection方式图 14 时域的采样参数 时的数据采集过程 7 图 15 椭圆投影数据的分析直方图 B、Shepp-Logan图的平行束投影 图 16 Shepp-Logan 图平行束投影及其重建图像 图 17 数据采集过程图 18 时域的采样参数 8 图 19 Shepp-Logan 图投影数据的分析直方图 结果分析： 由图 15 和图 19 的投影数据的分析可知，它们的统计直方分布 图还是有明显区别的，这是因为Shepp-Logan的图像更复杂，厚度 更大，因此， X射线通过后的衰减程度也是不一样的在椭圆的统 计直方图数据中，只有在处，有一个峰值，而在Shepp-Logan中， 在到之间有两个峰值 同时，从重建中的图像中可以看出，与原来的图像相比较，还 是存在一定的噪声干扰的，在后期的数据处理中应该加入一定滤波 技术，使图像更加清楚地展示。

西安交通大学实验报告 成 绩 共 17 页 课程医学成像实验 9 系别生 物 医 学 工 程实 验 日 期 2012 年 12 月 XX 日 专业班级医电 01 班组别交 报告日期 2013 年 01 月 02日 姓名谭礼茂学号报 告 退 发 (订正、重做 ) 同 组 者教师审批签字 实验名称 CT重建原理投影数据采集实验2 一、实验目的 对仿真数据与实际图像数据实现滤波反投影重建，加深对 CT 成像过程及原理的理解 二、实验要求 用 CTSim程序完成滤波反投影重建实验，分析评价结果 三、实验内容 1、对人脑体模仿真数据与实际的CT图像数据进行滤波反投 影重建实验，比较直接反投影与RL 和 SL 滤波方法的重 建结果； 2、分析不同视角条件下各种重建的结果； 3、分析噪声对各种滤波反投影重建方法的影响，比较各种滤 波反投影重建方法的抗噪能力； 4、计算重建误差 四、实验步骤 在第一次实验时，已经获得了图像的投影方式，并在实验报 告中详细列出了操作的步骤，故在此不再重复 1、在仿真软件中，有很多可以选择的选项，比如在扫描数据 时，选择 Process，选择 Projection Parameters ，在这个对话框 10 里面，Geometry 选项是用来选择投影的方式的，一共有三种选择 的方式，如图： 图 1 投影方式的选择 2、同样在图像重建时， 可以选择不同的滤波方式，重建的图 像进行滤波，选择Reconstruct ，选择 Filted Backprojection， 在对话框中有 Filter选项，其中包含四种滤波方式可供选择，如 图所示： 图 2 滤波方式的选择 3、重建误差的计量可以使用软件自带的相减，在 Image 选项 下面，点击 subtract ，可以获得重建后的图像与原始图像之间的 差值，如图： 11 图 3 图像之间的相减 五、实验结果 A、椭圆数据 1、首先，利用模拟软件进行椭圆的不同投影方式下的数据采 集： 图 4 采用软件自带的三种投影方式：平行束投影、等角投影 和等线投影，得到的K空间的图像 2、 三种不同的投影方式在同一种滤波方式：Bandlimit滤波， 下得到的重建图像以及重建误差，如图： 12 图 5 投影数据（第一行）、重建图像（第二行） 、重建误差（第三行） 3、三种不同的投影方式在同一种滤波方式：hamming滤波， 下得到的重建图像以及重建误差，如图： 图 6 投影数据（第一行）、重建图像（第二行）、重建误差（第 三行） 13 4、三种不同的投影方式在同一种滤波方式：hanning 滤波， 下得到的重建图像以及重建误差，如图： 图 7 重建图像（第一行）、重建误差（第二行） 5、三种不同的投影方式在同一种滤波方式：Cosine 滤波，下 得到的重建图像以及重建误差，如图： 图 8 重建图像（第一行）、重建误差（第二行） 14 B、Shepp-Logan图 1、首先，利用模拟软件进行的不同投影方式下的数据采集： 图 9 图 4 采用软件自带的三种投影方式：平行束投影、等角 投影和等线投影，得到的K空间的图像 2、 三种不同的投影方式在同一种滤波方式：Bandlimit滤波， 下得到的重建图像以及重建误差，如图： 图 10 重建图像（第一行）、重建误差（第二行） 15 3、三种不同的投影方式在同一种滤波方式：hamming滤波， 下得到的重建图像以及重建误差，如图： 图 11 重建图像（第一行）、重建误差（第二行） 4、三种不同的投影方式在同一种滤波方式：hanning 滤波， 下得到的重建图像以及重建误差，如图： 图 12 重建图像（第一行）、重建误差（第二行） 16 5、三种不同的投影方式在同一种滤波方式：Cosine 滤波，下 得到的重建图像以及重建误差，如图： 图 13 重建图像（第一行）、重建误差（第二行） C、在MATLAB平台下，调用 phantom函数，获得标准图像，然 后进行投影，并在无滤波、Ram-Lak 滤波重建、 Shepp-Logan滤波 重建， （代码见附录程序 1）得到的结果如下图所示： 原 始 图 像 Ram-Lak滤 波 重 建 50100150200250 50 100 150 200 250 无 滤 波 重 建 50100150200250 50 100 150 200 250 Shepp-Logan 滤 波 重 建 50100150200250 50 100 150 200 250 图14 原始图像以及三种滤波情况下的重建图像 17 D 、利用 MATLAB平台，选用实际中 CT 脑部图像，然后进行投影， 并在无滤波、 Ram-Lak 滤波重建、 Shepp-Logan滤波重建， （代码见 附录程序 2）得到的结果如下图所示： 原 始 图 像 Ram-Lak 滤 波 重 建 100200300400500 100 200 300 400 500 无 滤 波 重 建 100200300400500 100 200 300 400 500 Shepp-Logan 滤 波 重 建 100200300400500 100 200 300 400 500 图15 原始图像以及三种滤波情况下的重建图像 E、分析不同的视角条件下，投影并进行重建的图像情况，本 次采用两种情况下的视角 a、从0度到180度，间隔为 10度，共 18个视角； b、从0度到180度，间隔为 2度，共 90个视角。

同样分别采用三种滤波方式进行重建（代码见附录程序3） 结果如下图所示： 18 原 始 图 像无 滤 波 重 建 50100150200250 50 100 150 200 250 Ram-Lak 滤 波 重 建 50100150200250 50 100 150 200 250 Shepp-Logan 滤 波 重 建 50100150200250 50 100 150 200 250 图16 a情况下的重建图像 原 始 图 像无 滤 波 重 建 50100150200250 50 100 150 200 250 Ram-Lak 滤 波 重 建 50100150200250 50 100 150 200 250 Shepp-Logan 滤 波 重 建 50100150200250 50 100 150 200 250 图17 b情况下的重建图像 19 F、噪声测试，在实际测试中添加高斯白噪声（均值为0，方差 为） ，然后进行投影之后，滤波重建，这三种情况下的滤波效果均 不理想（代码见附录程序4） ，然后，再选择添加 Poisson 噪声，然 后投影并在三种滤波情况下进行重建图像，并采用模拟图像和实际 的 CT图像分别进行测试（代码见附录程序5） ，结果如下图所示： original无 滤 波 重 建 50100150200250 50 100 150 200 250 Ram-Lak 滤 波 重 建 50100150200250 50 100 150 200 250 Shepp-Logan滤 波 重 建 50100150200250 50 100 150 200 250 图 18 模拟图像的高斯白噪声测试 original无 滤 波 重 建 100200300400500 100 200 300 400 500 Ram-Lak 滤 波 重 建 100200300400500 100 200 300 400 500 Shepp-Logan滤 波 重 建 100200300400500 100 200 300 400 500 图 19 实际 CT图像的高斯白噪声测试 20 original无 滤 波 重 建 50100150200250 50 100 150 200 250 Ram-Lak 滤 波 重 建 50100150200250 50 100 150 200 250 Shepp-Logan 滤 波 重 建 50100150200250 50 100 150 200 250 图 20 模拟图像的 Poisson 噪声测试 original 无。