Разработка вычислительного алгоритма реконструкции объемных изображений в рентгеновской компьютерной томографии с применением голографических методов

Евгений Николаевич Симонов, Денис Витальевич Аврамов

Аннотация


Рассматривается вычислительный алгоритм решения обратной задачи рентгеновской томографии по реконструкции внутренней структуры микрообъектов в ближнем зоне Френеля с применением голографических методов визуализации объемных изображений. Голографические методы не дают прямого решения задачи по реконструкции внутренней структуры объекта. Они могут только решить задачу объемного отображения некоторой поверхности объекта. Однако, используя данные по поглощению рентгеновского излучения объекта и фазоконтрастных голографических сигналов в ближней зоне Френеля, показана возможность получения объемного голографического изображения внутренних слоев объекта. Решение этой сложной задачи потребовало использование трeхмерного (3D) преобразования Радона внутренней функции объекта и двухмерного (2D) преобразования Радона фазоконтрастной голографической проекции. Был получен алгоритм реконструкции фазоконтастных томографических изображений внутренней структуры объекта и на основании его разработан вычислительный алгоритм для практической реконструкции объемных томографических изображений внутренней структуры микрообъектов. Результаты исследований были подтверждены математическим моделированием алгоритма реконструкции объемных изображений. Для чего, была разработана математическая модель тестового фантома и для него смоделированы фазоконтрастные проекции с последующей реконструкцией по ним фазоконтрастных томографических изображений томографическими методами с использованием разработанного авторами программного реконструктора. Разработан компактный алгоритм реконструкции фазоконтрастных томографических изображений для экспериментальных установок по исследованию малоразмерных биологических объектов, когда для получения фазоконтрастных проекций осуществляется два массива измерений: измерения яркости от объекта на детекторе в ближней зоне Френеля и измерения от объекта на детекторе в зоне поглощения. Практическое применение разработанного подхода в получении фазоконтрастных томографических изображений томографическими методами может найти для исследования микрообъектов, где требуется высокое разрешение на изображении, чем при применении классических методов КТ.


Ключевые слова


рентгеновская компьютерная томография; голография; двумерное и трехмерное преобразование Радона

Полный текст:

PDF

Литература


Snigirev A., Snigireva I., Kohn V., Kuznetsov S., Schelokov I. On the Possibilities of X-Ray Phase Contrast Microimaging by Coherent High-Energy Synchrotron Radiation. Rev. Sci. Instrum., 1995, 66, pp. 5486–5492. DOI: 10.1063/1.1146073

Davis T., Gao D., Gureyev T., Stevenson A., Wilkins S. Phase Contrast Imaging of Weakly Absorbing Materials Using Hard X-Rays. Nature, 1995, 373, pp. 595–598. DOI: 10.1038/373595a0

Wilkins S.W., Gureyev T.E., Gao D., Pogany A., Stevenson A.W. Phase-Contrast Imaging Using Polychromatic Hard X-Rays. Nature, 1996, 384, pp. 335–338. DOI: 10.1038/384335a0

Cloetens P., Ludwig W., Baruchel J., Van Dyke D., Van Landuyt J., Guigay J.P., Schlenker M. Holotomography: Quantitative Phase Tomography with Micrometer Resolution Using Hard Synchrotron Radiation X-Rays. Appl. Phys. Let., 1999, 75, pp. 2912–2914. DOI: 10.1063/1.125225

Anastasio M.A., Shi D., De Carlo F., Pan X. Analytic Image Reconstruction in Local PhaseContrast Tomography. Phys. Med. Biol., 2004, 49, pp. 121–144. DOI: 10.1088/0031-9155/49/1/009

Groso A., Stampanoni M., Abela R., Schneider P., Linga S., Muller R. Phase Contrast Tomography: an Alternative Approach. Appl. Phys. Let., 2006, 88, p. 214104. DOI: 10.1063/1.2207221

Groso A., Abela R., Stampanoni M. Implementation of a Fast Method for High Resolution Phase Contrast Tomography. Optics Express, 2006, vol. 14, iss. 18, pp. 8103–8110. DOI: 10.1364/OE.14.008103

Gureyev T.E., Paganin D.M., Myers G.R., Nesterets Ya.I., Wilkins S. Phase-and-Amplitude Computer Tomography. Appl. Phys. Let., 2006, 89, p. 034102. DOI: 10.1063/1.2226794

Bronnikov A.V. Theory of Quantitative Phase-Contrast Computed Tomography. J. Opt. Soc. Am. A., 2002, vol. 19, no. 3, March, pp. 472–480. DOI: 10.1364/JOSAA.19.000472

Bronnikov A.V. Reconstruction Formulas in Phase-Contrast Tomography. Optics Communications, 1999, 171, pp. 239–244. DOI: 10.1016/S0030-4018(99)00575-1

Bronnikov A.V. Theory of Quantitative Phase-Contrast Computed Tomography. J. Opt. Soc. Am. A., 2002, 19, pp. 472–480. DOI: 10.1364/JOSAA.19.000472

Ярославский Л.П., Мерзляков Н.С. Цифровая голография. М.: Наука, 1982. 219 с. [Yaroslavskiy L.P., Merzlyakov N.S. Tsifrovaya golografiya [Digital Holography]. Moscow, Nauka Publ., 1982. 219 p.]

Gabor D. A New Microscopic Principle. Nature, 1948, 161, pp. 777–778. DOI: 10.1038/161777a0

Симонов Е.Н. Рентгеновская компьютерная томография: моногр. Снежинск: Изд-во РФЯЦ-ВНИИТФ, 2002. 364 с. [Simonov E.N. Rentgenovskaya komp'yuternaya tomografiya: monografiya [X-Ray Computer Tomography: Monograph]. Snezhinsk, RFNC VNIITF Publ., 2002. 364 p.]

Симонов Е.Н. Физика визуализации изображений в рентгеновской компьютерной томографии. Челябинск: Издат. центр ЮУрГУ, 2014. 505 с. Simonov E.N. Fizika vizualizatsii izobrazheniy v rentgenovskoy komp'yuternoy tomografii [Physics of Visualization of Images in a X-Ray Computer Tomography]. Chelyabinsk, South Ural St. Univ. Publ., 2014. 505 p.




DOI: http://dx.doi.org/10.14529/ctcr180401

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.