Quantitative cone-beam CT reconstruction with polyenergetic scatter model fusion
由于锥束CT（CBCT）的视场大，散射是造成其测量误差的主要原因，散射的复杂性使其补偿困难。迭代多能重建算法提供了在CT中提供定量成像的潜力，但它们通常与散射污染的测量不兼容。在这项工作中，我们引入了一个多能卷积散射模型，该模型直接融合到重建过程中，并利用在每次迭代时易于获得的信息，以节省一小部分额外的计算成本。我们评估这种方法与数值和真实CBCT测量，并显示出显着增强的电子密度估计和伪影减轻预先计算的快速自适应散射核叠加（fASKS）。我们证明了我们的方法有两个层次的好处：减少重建前估计散射所引入的偏差;适应样本的光谱和空间特性。
2020-01-10 physics.med-ph
Robust scatter correction method for cone-beam CT using an interlacing-slit plate
锥束计算机断层成像（CBCT）在医学成像和工业无损检测中得到了广泛的应用，但散射辐射的存在会导致图像质量的显著降低。为了便于实际应用，提出了一种基于隔行狭缝板（ISP）的CBCT散射校正方法。首先，提出了一种高斯滤波的方法来补偿内散射图像的缺失数据，同时避免计算的内散射值过大，平滑内散射场。其次，为了提高散射校正方法的实用性和方便性，提出了一种无需探测器增益校正的隔缝扫描方法。最后，在处理流程中添加针对散射校正投影图像的去噪步骤以控制噪声放大。实验结果表明，改进后的方法不仅使散射校正更加鲁棒和方便，而且获得了质量较好的散射校正切片图像。
2015-12-28 physics.med-ph
Cone-beam artifact reduction in Gamma Knife CBCT images using a line-arc-line scan trajectory
Université Laval（拉瓦尔大学）；CHU de Québec Université Laval（魁北克大学医院集团-拉瓦尔大学）；Elekta Instrument AB（Elekta仪器公司）
本研究提出伽玛刀CBCT采用线-弧-线扫描轨迹以减少锥束伪影，通过概念验证表明该轨迹能显著提升图像质量，且对现有配置改动有限。
2026-09-25 physics.med-ph
Point spread function modeling and images restoration for cone-beam CT
X射线锥束计算机断层成像（CT）具有效率高、精度高等显著特点，在医学成像和工业无损检测领域得到了广泛应用，但CT固有的成像退化降低了图像质量。针对锥束CT投影图像退化与恢复问题，提出了一种点扩散函数（PSF）建模方法。建立了锥束CT的点扩散函数通用模型，在此基础上，可以直接计算任意扫描条件下的点扩散函数，用于投影图像的恢复，无需额外测量，大大提高了锥束CT的应用便利性。其次，提出了一种基于预滤波和预分割的投影图像复原算法，使复原后的投影图像和切片图像的边缘轮廓更加清晰，并将噪声控制在与原始图像相当的水平。最后通过实验验证了所提方法的可行性和有效性。
2014-06-12 physics.med-ph physics.optics
Visualising Parker Weighting in Short-Scan Cone-Beam Micro-CT: A Practical Reference
The University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学）
本文通过可视化和定量分析，展示Parker加权在eXplore CT 120扫描仪中的应用，揭示其在减少方向性伪影和提高图像质量中的作用。
2026-07-09 physics.med-ph
Extracting respiratory signals from thoracic cone beam CT projections
与锥形束CT（CBCT）投影相关的患者呼吸信号对于肺癌放射治疗是重要的。与监测呼吸的外部替代物相比，可以直接从CBCT投影中提取这种信号。在本文中，我们提出了一种新的局部主成分分析（LPCA）方法来提取呼吸信号，通过区分呼吸运动引起的内容变化从机架旋转引起的内容变化的CBCT投影。通过与三种最先进的基于投影的方法，即阿姆斯特丹护罩（AS）方法，强度分析（IA）方法和基于傅里叶变换的相位分析（FT-P）方法进行比较，对LPCA方法进行了评估。八名患者的临床CBCT投影数据，在各种临床情况下获得的，被用来调查每种方法的性能。我们发现，所提出的LPCA方法已被证明是最好的整体性能的情况下测试，因此是一个很有前途的技术提取呼吸信号。我们还确定了每种现有方法的适用性。
2012-12-07 physics.med-ph
The geometric calibration of cone-beam imaging and delivery systems in radiation therapy
我们提出了一种方法来实现放射治疗中的锥形束成像和传输系统的几何校准;我们的方法适用于其中X射线源和平板探测器，彼此面对，在被照射物体周围的圆形轨道中移动的设备。为了从数据中提取几何参数，我们使用了一个光针体模，这是容易制造的。提出了一个具有10个自由参数（空间长度和畸变角）的模型来描述被校准的单元的几何形状和机械缺陷;引入了一些额外的参数来解释剩余效应（超出我们模型的小效应）。模型参数的值通过稳健的优化方案从针体模的一次完整扫描确定。应用该方法对两组五个逆时针（ccw）和五个顺时针（cw）扫描产生了一致的和可重复的结果。在ccw和cw扫描之间已经观察到许多差异，表明在两种旋转模式下校准的设备的不同行为。在亚像素级上实现了器件几何形状的描述。
2006-07-04 physics.med-ph
Dual-Energy Cone-Beam CT Using Two Orthogonal Projection Views: A Phantom Study
本研究针对双能锥束CT（DECBCT）提出仅用两个不同能级正交投影的成像重建框架，基于物理信息双域扩散模型及循环域训练、光谱一致性损失策略，在体模实验中实现快速低剂量、高光谱保真度与结构精度的容积成像。
2025-04-17 physics.med-ph
Experimental validation of Fastcat kV and MV cone beam CT (CBCT) simulator
目的：针对Varian Truebeam直线加速器采集的kV和MV CBCT图像，对Fastcat锥形束CT（CBCT）模拟器进行实验验证。研究方法：Catphan 504体模的kV和MV CBCT图像分别使用机载成像仪（OBI）的100 kVp射束和电子射野成像设备（EPID）的6 MV治疗射束采集。使用X射线源、蝴蝶结滤波器、高分辨率体素化虚拟Catphan体模、防散射滤线栅和CsI闪烁探测器的详细模型进行kV Fastcat模拟。同样，使用射束能谱、平坦滤波器、高分辨率体素化虚拟Catphan体模和GOS闪烁探测器的详细模型模拟MV Fastcat CBCT。比较了体模的实验和模拟CBCT图像的HU值、对比噪声比（CNR）和剂量线性。探测器调制传递函数（MTF）的两个探测器也进行了实验验证。将Fastcat的剂量计算与使用Topas进行的MC剂量计算进行比较。结果：对于kV和MV模拟，对比度分别在14和9 HU范围内，探测器MTF分别在4.2%和2.5%范围内。同样，CNR的均方根误差（RMSE）为2.6%和1.4%。剂量在MC值的2.4%和1.6%范围内一致。kV和MV CBCT图像在Fastcat中分别用887和493个投影进行模拟需要71和72秒。结论：我们提出了一个多能量的实验验证的快速和准确的CBCT模拟器对商业直线加速器。该模拟器是开源的，在这项工作中发现的所有模…
2021-04-28 physics.med-ph
Can Planning Images Reduce Scatter in Follow-Up Cone-Beam CT?
由于其视场宽，锥束计算机断层成像（CBCT）受到大量散射的困扰，其中衰减的光子击中探测器，并破坏用于重建的线性模型。然而，假定可以生成散射的良好估计，则可以保持图像精度。在自适应放射治疗的背景下，通常在较早的时间具有同一患者的低散射规划CT图像。在随后的CBCT扫描中校正散射可以与新的测量结果自相一致，也可以利用先前的图像，最近有几种方法报告了后者的高精度。在这项研究中，我们将研究各种散射估计方法的准确性，如何将它们有效地纳入统计重建算法，以及引入一种将离线蒙特卡罗（MC）先验估计与新测量相匹配的方法。我们从颈部癌症患者的测试得出的结论是：统计重建，结合了散射估计显着优于分析和迭代方法与预校正;虽然最准确的散射估计可以从MC上的计划图像，他们只提供了一个轻微的优势，基于测量的散射核叠加（SKS）的重建误差。
2017-03-28 physics.med-ph
CT to Cone-beam CT Deformable Registration With Simultaneous Intensity Correction
计算机断层成像（CT）与锥束计算机断层成像（CBCT）的形变图像配准（RDR）是自适应放射治疗的关键步骤。当前基于强度的配准算法（如demons）可能会在CT-CBCT成像的背景下失败，因为两种模式之间的强度不一致。在本文中，我们提出了一个变种的恶魔，称为变形与强度同时校正（DISC），以处理CT-CBCT图像。DISC通过在恶魔配准的每个迭代步骤对CBCT图像执行自适应强度校正步骤来将其自身与原始恶魔算法区分开来。具体地，CBCT中的体素的强度校正是通过将体素周围的块内的体素强度的一阶矩和二阶矩与CT图像上的体素强度的一阶矩和二阶矩进行匹配来实现的。预计这种策略可以消除CBCT图像中的伪影，并确保两种模式之间的强度一致性。DISC在计算统一设备架构（CUDA）编程环境中的计算机图形处理单元（GPU）上实现。DISC的性能进行了评估模拟患者的情况下，六个临床头颈部癌症患者的数据。实验结果表明，DISC算法对CBCT伪影和灰度不一致具有较强的鲁棒性，与原始DISC算法相比，DISC算法的配准精度有了显著提高。
2012-04-27 physics.med-ph
Reconstruction-Independent Resolution Limits in Preclinical Cone-Beam Micro-CT: A Closed-Form Analysis
The University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学）
研究临床前锥形束微CT中与重建无关的分辨率极限，推导光子噪声和角采样极限的闭式表达式，组合成有效分辨率图，给出扫描设计最优值及预算分配规则，并用实例和计算器展示相关内容。
2026-07-15 physics.med-ph
Rapidly-converging multigrid reconstruction of cone-beam tomographic data
在大角度锥束层析成像（CBCT）的背景下，我们提出了一个实用的迭代重建（IR）计划，旨在快速收敛所需的大型数据集。重建的鲁棒性由“空间填充”源轨迹提供，沿着该轨迹收集实验数据。收敛速度是通过利用该轨迹的高度各向同性性质来设计近似反卷积滤波器来实现的，该近似反卷积滤波器用作多重网格方案中的预处理器。我们证明了CBCT的IR计划，并比较收敛到更传统的技术。
2021-03-14 physics.med-ph stat.AP
Scattering correction based on regularization de-convolution for Cone-Beam CT
在锥束CT（Cone-Beam CT，CBCT）成像系统中，散射现象对重建图像有着重要的影响，是CBCT的一个长期研究课题。在本文中，我们提出了一种简单，新颖，快速的方法，用于减轻散射伪影和CBCT图像的对比度，属于基于卷积的方法，其中投影数据与卷积核去卷积的类别。该方法的一个关键步骤是如何确定卷积核。与现有方法相比，该方法基于双l1-l2范数正则化，对已知散射污染的投影图像和卷积核进行双l1-l2范数正则化。我们的方法可以将散射伪影从12.930减少到2.133。
2016-04-06 physics.bio-ph physics.med-ph
Penalized-Likelihood Reconstruction with High-Fidelity Measurement Models for High-Resolution Cone-Beam Imaging
我们提出了一种新的重建算法的基础上，一个一般的锥束CT前向模型，这是能够将模糊和噪声的相关性，表现在平板CBCT测量数据。具体地，所提出的模型可以包括闪烁体模糊、焦斑模糊和由于闪烁体中的光扩散而引起的噪声相关性。所提出的算法（GPL-BC）使用高斯惩罚-Likestive目标函数，其中包括模糊和相关噪声的模型。在一项模拟研究中，与FDK之后的去模糊以及基于模型的重建方法相比，GPL-BC能够实现更低的偏差，而无需集成测量模糊。在同一项研究中，GPL-BC能够实现更好的线对重建（在分割图像准确性方面），与FDK，一种基于模型的无模糊方法，以及一种基于模型的模糊但无噪声相关性的方法相比。一个原型四肢定量锥束CT测试台被用来成像人体骨小梁的物理样本。这些数据用于比较使用所提出的方法和基于模型的方法的重建，而没有模糊和/或与相同骨样本的配准μCT图像的相关性。GPL-BC重建导致更准确的骨小梁分割。多个骨小梁指标，包括骨小梁厚度（Tb.Th.）计算了每种重建方法以及μCT体积。GPL-BC重建提供了最准确的Tb. Th。测量值为0.255 mm，而μCT推导值为0.193 mm，随后进行GPL-B重建、GPL-I重建，然后进行FDK重建（分别为0.271 mm、0.309 mm和0.335 mm）。
2017-12-14 physics.med-ph
Generating Synthesized Computed Tomography (CT) from Cone-Beam Computed Tomography (CBCT) using CycleGAN for Adaptive Radiation Therapy
锥形束计算机断层成像（CBCT）图像可用于自适应放射治疗（ART）中的剂量计算。主要的挑战是大的伪影和不准确的Hounsfield单位（HU）值。目前，变形的计划CT图像通常用于此目的，尽管解剖精度可能是一个问题。理想情况下，我们希望将CBCT图像转换为CT图像，去除或大大减少伪影，并校正HU值，同时保持解剖精度。最近，深度学习在图像到图像的翻译任务中取得了巨大的成功。在有监督的训练中，很难获得与解剖结构完全匹配的成对CT和CBCT图像。为了克服这一限制，我们开发并测试了一种循环生成对抗网络（CycleGAN），这是一种无监督学习方法，不需要配对的训练数据集来从CBCT图像合成CT图像。合成CT（sCT）图像与变形计划CT（dpCT）进行了比较，显示出视觉和定量相似性，伪影被去除，HU值误差从71.78 HU降至27.98 HU。与原始CBCT图像相比，使用sCT图像的剂量计算准确度有所提高，1 mm/1%标准的平均伽马指数通过率从95.4%提高到97.4%。已进行了一项可变形体模研究，并证明sCT的解剖准确性优于dpCT。
2018-12-11 physics.med-ph
Fast Scatter Artifacts Correction for Cone-Beam CT without System Modification and Repeat Scan
提出了一种快速、准确的锥形束CT（CBCT）散射伪影校正算法。该方法从一组CBCT图像的粗散射轮廓的估计开始。一个专门为泊松信号设计的全变分去噪算法，然后应用于推导出最终的散射分布。使用蒙特卡罗（MC）模拟、实验CBCT体模数据和临床图像引导放射治疗采集的\emph{in vivo}人体数据进行定性和定量评价。结果表明，该算法可以显着减少散射伪影，恢复正确的HU在投影域或图像域。进一步的测试表明，该方法是鲁棒的分割过程。
2015-01-19 physics.med-ph physics.optics
Optimization-Based Image Reconstruction Regularized with Inter-Spectral Structural Similarity for Limited-Angle Dual-Energy Cone-Beam CT
本研究提出一种无需X射线光谱测量或成对训练数据、基于谱间结构相似性正则化的迭代重建方法，用于有限角度双能锥形束CT，有效减少伪影并实现准确定量成像。
2024-12-18 physics.med-ph
Practical Global Backprojection-Convolution in Transmission Cone-beam Computed Tomography
针对全局反投影卷积（GBC）在透射型锥束CT实用化中面临的四类离散化误差问题，本文提出符号层面的缓解策略，以圆柱源轨迹为原型，经Shepp-Logan体模及真实数据验证，推动了多维源轨迹精确CBCT重建的落地。
2025-06-12 physics.med-ph
Model-based Iterative Reconstruction for Flat-Panel Cone-Beam CT with Focal Spot Blur, Detector Blur, and Correlated Noise
虽然基于模型的重建方法已成功应用于平板锥束CT（FP-CBCT）系统，但典型的实现忽略了投影数据中的空间相关性以及由于X射线源中的检测器和焦斑而引起的系统模糊。在这项工作中，我们开发了一个基于平板的系统的前向模型，该模型包括与有限焦斑尺寸和间接检测器（例如，闪烁体）。该正演模型用于开发分阶段重建框架，其中投影数据被去卷积和对数变换，随后是广义最小二乘重建，其利用非对角统计加权来解释从采集和数据处理链产生的相关性。我们研究了这种新的重建方法在模拟数据和CBCT测试台数据的性能。与忽略噪声相关性的传统滤波反投影和基于模型的方法相比，所提出的方法产生了优越的噪声分辨率折衷。例如，对于闪烁体模糊FWHM为0.34 mm、焦斑模糊FWHM为0.70 mm的系统，使用相关噪声模型代替不相关噪声模型可将分辨率提高42%（方差匹配为6.9 x 10^-8 mm^-2）。虽然这一优点适用于具有不同模糊特性的各种系统，但对于源模糊大于检测器模糊的系统，改进最大。
2017-06-14 physics.med-ph
A Model-Based Scatter Artifacts Correction for Cone Beam CT
本文旨在为锥形束CT（CBCT）成像提供一种快速、准确的散射伪影校正算法。该方法开始于在图像域或投影域中对一组CBCT数据的粗散射轮廓的估计。然后应用专门为泊松信号设计的去噪算法来导出最终的散射分布。使用蒙特卡罗（MC）模拟的胸部和腹部体模、实验Catphan体模数据和临床图像引导放射治疗采集的体内人体数据进行定性和定量评价。结果表明，该算法可以显着减少散射伪影，恢复正确的HU在投影域或图像域。对于MC胸部体模研究，四分量分割产生最佳结果，而三分量分割的结果仍然是可接受的。对于Catphan体模数据，投影域和图像域的残差图像中所有像素的平均值分别从-21.8 HU降至-0.2 HU和0.7 HU。校正后的活体人体图像对比度有了很大的提高。基于软件的技术具有许多优点，例如高计算效率和准确性，以及在不修改临床工作流程或修改成像硬件的情况下执行散射校正的能力。当实际实施时，这将提高CBCT图像定量的准确性，并显著影响基于CBCT的介入手术和自适应放射治疗。
2016-02-29 physics.med-ph
Dynamic Cone-beam CT Reconstruction using Spatial and Temporal Implicit Neural Representation Learning (STINR)
目的：动态锥形束CT（CBCT）成像在图像引导的放射治疗中是高度期望的，以提供具有高空间和时间分辨率的体积图像，从而实现包括肿瘤运动跟踪/预测和输送内剂量计算/累积的应用。然而，由于可用于每个CBCT重建的投影样本极其有限（一个投影用于一个CBCT体积），动态CBCT重建是实质上具有挑战性的时空逆问题。方法：我们开发了一种用于动态CBCT重建的同时空间和时间隐式神经表示（STINR）方法。STINR将未知图像及其运动演变映射到空间和时间多层感知器（MLP）中，并通过获取的投影迭代优化MLP的神经元权重以表示动态CBCT系列。除了MLP之外，我们还以基于主成分分析（PCA）的患者特定运动模型的形式引入了先验知识，以降低时间INR的复杂性，从而解决病态动态CBCT重建问题。我们使用扩展的心脏躯干（XCAT）体模模拟不同的肺运动/解剖情况，以评估STINR。场景包含运动变化，包括运动基线偏移、运动幅度/频率变化和运动非周期性。场景还包含扫描间解剖变化，包括肿瘤收缩和肿瘤位置变化。主要结果：STINR表现出一贯更高的图像重建和运动跟踪精度比传统的PCA为基础的方法和多项式拟合为基础的神经表示方法。STINR跟踪肺部肿瘤的平均质心误差<2 mm，重建动态CBCT的相应相对误差<10%。
2022-09-23 physics.med-ph
Fast KV-Switching and Dual-Layer Flat-Panel Detector Enabled Cone-Beam CT Joint Spectral Imaging
本研究开发了首台结合快速kV切换与双层平板探测器的台式CBCT联合光谱成像系统，通过双域投影补全与最大似然分解，显著提升了物质区分的对比噪声比。
2024-01-02 physics.med-ph
GPU-based Iterative Cone Beam CT Reconstruction Using Tight Frame Regularization
来自连续锥形束CT（CBCT）扫描的X射线成像剂量在大多数图像引导放射治疗程序中引起临床关注。本文的目标是开发一种基于GPU的快速算法，从欠采样和噪声投影数据中重建高质量的CBCT图像，以降低成像剂量。为此，我们开发了一种基于迭代紧框架（TF）的CBCT重建算法。在迭代过程中，将真实CBCT图像在TF基下具有稀疏表示的条件作为解的正则化。为了加快计算速度，采用了多重网格方法。我们的GPU实现实现了高计算效率和CBCT图像的分辨率512 \times 512 \times 70可以在5分钟内重建。我们已经测试了我们的算法的数字NCAT幻影和物理Catphan幻影。结果发现，我们的基于TF的算法是能够重建CBCT在欠采样和低mAs水平的上下文中。我们还定量分析了CBCT重建图像质量的调制传递函数和对比度噪声比在各种扫描条件下。结果证实了高CBCT图像质量从我们的TF算法。此外，我们的算法也已在一个真实的临床背景下使用头颈部患者的情况下进行了验证。在重建图像质量和计算效率方面，在各种情况下，也已经比较了开发的TF算法和当前最先进的TV算法。
2011-05-05 physics.med-ph
Software Implementation of the Krylov Methods Based Reconstruction for the 3D Cone Beam CT Operator
Krylov子空间方法被认为是一个标准的工具，以解决大型系统的线性代数方程组在许多科学学科，如图像恢复或解决偏微分方程在力学的连续。然而，在计算机断层扫描的背景下，最常用的代数重建技术是基于经典的迭代方案。在这项工作中，我们提出了软件包，实现了全三维锥束投影算子，并使用Krylov子空间方法，即CGLS和LSQR解决相关的层析重建问题。它还实现了基本的预处理策略。在三维Shepp-Logan体模的锥形束CT重建的例子中，我们表明CGLS的收敛速度明显优于PSIRT算法。因此，Krylov子空间方法提出了一个有趣的选择重建大型三维锥束CT问题。
2021-10-26 cs.NA eess.IV math.NA
Primal-Dual UNet for Sparse View Cone Beam Computed Tomography Volume Reconstruction
University of Magdeburg（马格德堡大学）
在本文中，原始-双重UNet稀疏视图CT重建修改适用于锥束投影和执行重建的整个体积，而不是切片。实验结果表明，在仅使用23个投影的情况下，该方法的PSNR比直接FDK重建提高了10 dB，比改进的原始-对偶网络提高了近3dB。所提出的网络不是优化的wrt。存储器消耗或超参数，而仅仅用作概念的证明，并且限于低分辨率投影和体积。
2022-05-11 cs.CV cs.LG eess.IV
FastCAT: Fast Cone Beam CT (CBCT) Simulation
fastCAT应用程序使用预先计算的Monte Carlo（MC）CBCT体模特定散射和探测器响应函数，以减少兆伏（MV）和千伏（kV）CBCT成像的模拟时间。将预先计算的X射线束能量谱、探测器光学扩散函数和能量沉积以及体模散射内核与GPU射线跟踪相结合，以产生CBCT体积。使用EGSnrc模拟了入射到各种靶材料上的2.5和6 MeV电子束的MV X射线束谱，并解析计算了具有钨阳极的X射线管的kV X射线束谱。探测器在Topas扩展的Geant 4中建模，并在反射器中包括光学传输。两个MV探测器，一个标准的Varian AS 1200 GOS探测器和一个新的CWO高检测量子效率探测器建模。kV CsI探测器也被建模。在Topas中为两个直径为16 cm的体模创建了能量相关散射核：Catphan 515造影体模和拟人头部体模。Catphan体模包含六种不同组织类型的直径为1-5 mm的插入物。FastCAT模拟保持了对测量和MC模拟的高保真度：CWO和GOS探测器的MTF曲线分别在测量值的3.5%和1.2%以内。对于所有组织，fastCAT Catphan 515模拟中的HU值和CNR均在等效MC模拟的95%置信区间内，HU值和CNR比较的均方根误差分别小于16 HU和1.6。Catphan 515模块的fastCAT模拟（图像大小为1024 x1024 x10体素）在GPU上花费了…
2021-02-16 physics.med-ph
A GPU Tool for Efficient, Accurate, and Realistic Simulation of Cone Beam CT Projections
X射线投影图像的模拟在锥形束CT（CBCT）相关研究项目中起着重要作用。投影图像包含主信号、散射信号和噪声。对所有这些组件执行精确和现实的计算在计算上是苛刻的。在这项工作中，我们在GPU上开发了一个软件包，称为gDRR，用于在临床现实条件下准确有效地计算CBCT中的X射线投影图像。通过三线性射线追踪算法计算主信号。然后执行蒙特卡罗（MC）模拟，产生主信号和散射信号，两者都具有噪声。应用去噪过程以获得平滑的散射信号。然后，通过组合MC主信号和射线跟踪主信号之间的差以及MC模拟散射信号和去噪散射信号之间的差来获得噪声分量。最后，校准步骤通过缩放其幅度将计算出的噪声信号转换为真实的噪声信号。对于典型的多能谱CBCT投影，主信号的计算时间为1.2~2.3秒，而MC模拟需要28.1~95.3秒。所有其他步骤的计算时间可以忽略不计。射线追踪的原始信号与MC模拟结果的原始部分吻合较好。使用gDRR的MC模拟散射信号与EGSnrc结果一致，相对差异为3.8%。进行噪声校准过程以针对真实CBCT扫描仪校准gDRR。所计算的投影是准确和真实的，使得可以使用模拟投影再现射束硬化伪影和散射伪影。从模拟投影重建的CBCT图像中的噪声幅度也与相应mAs水平下的测量图像中的噪声幅度一致。
2012-04-28 physics.med-ph
Comprehensive Evaluations of Cone-beam CT dose in Image-guided Radiation Therapy via GPU-based Monte Carlo simulations
锥形束CT（CBCT）已广泛用于图像引导放射治疗（IGRT）中的患者设置。CBCT扫描的辐射剂量已成为临床关注的问题。本研究的目的是：1）为Varian机载成像（OBI）系统调试基于GPU的蒙特卡罗（MC）剂量计算包gCTD，并测试计算准确度; 2）在典型IGRT扫描方案中定量评价OBI系统的CBCT剂量。我们首先在水模中进行剂量测量。gCTD中使用的X射线源模型参数通过调试过程获得。通过比较计算值与水中和CTDI模型中的测量值，证明了gCTD的准确性。25例脑癌患者用于研究标准剂量头部方案中的剂量，25例前列腺癌患者用于研究骨盆方案和骨盆聚光灯方案中的剂量。计算每个器官的平均剂量。还计算具有最高剂量的2%体素的平均剂量以量化最大剂量。结果发现，对一个器官的平均剂量值有很大的不同患者。此外，器官内的剂量分布是高度不均匀的。最大剂量比平均剂量高1~3倍，取决于器官，由于骨结构中的极高剂量区域，整个身体的最大剂量高达8倍。在我们的研究中也观察到了高计算效率，例如对于典型情况，MC剂量计算时间小于5分钟。
2013-09-19 physics.med-ph
Comparison of Pencil beam, Collapsed cone and Monte-Carlo algorithm in radiotherapy treatment planning for 6 MV photon
在非均匀区域中的治疗计划系统计算可能由于电子平衡的损失而呈现显著的不准确性。在这项研究中，三种不同的剂量计算算法，铅笔束，塌陷锥，蒙特卡罗，我们的计划系统提供了比较，以评估其对肺部和乳腺病例的三维规划的影响。使用PB、CC和MC算法计算了总共5个乳腺病例和5个肺部病例。根据我们的机构方案，在Oncentra MasterPlan图像配准模块上，在正常呼吸条件下拍摄的0.3至0.5 cm计算机断层成像切片上进行计划治疗体积和危险器官描绘。根据每种算法计算每例患者的四个调强放射治疗计划。这些计划在Oncentra MasterPlan和CMS Monaco治疗计划系统上进行，用于6 MV。在靶区剂量分布、OAR体积和监视器单位方面对计划进行了比较。此外，使用三维二极管阵列探测器测量绝对剂量，以评估均匀体模中的剂量差异。比较PB、CC和MC算法计划的剂量分布，PB算法提供了PTV的充分覆盖。PB算法计算的MU值小于其他算法。MC算法在绝对剂量测定方面表现出最高的准确性。在比较计算算法时发现了差异。PB算法估计的目标剂量高于CC和MC算法。与CC和MC算法相比，PB算法实际上高估了剂量。MC算法比其他算法具有更好的准确性。
2015-03-11 physics.med-ph
Resolution-Noise Characteristics of Common FDK Filter Kernels: A Practical Reference for Preclinical Cone-Beam Micro-CT
The University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学）
本文通过不同滤波核与截止频率组合，评估预临床微CT中FDK算法的分辨率与噪声特性，提供MTF、NPS和NPW d'的量化参考数据。
2026-04-30 physics.med-ph
Visual enhancement of Cone-beam CT by use of CycleGAN
University of Tokyo Hospital（东京大学医院）；Kyushu University（九州大学）
锥形束计算机断层扫描（CBCT）提供了优于传统扇束CT的优势，因为它需要更短的时间和更少的曝光来获得图像。CBCT已经在用于图像引导放射治疗的患者定位、提取用于设计患者特异性治疗的放射组学信息以及计算用于自适应放射治疗的分数剂量分布中发现了各种各样的应用。然而，CBCT图像遭受低的软组织对比度，噪声和伪影相比，传统的扇束CT图像。因此，提高CBCT的图像质量是非常必要的。在本文中，我们提出了一种综合的方法来翻译CBCT图像与深度神经网络。我们的方法只需要未配对和未对齐的CBCT图像和计划扇束CT（PlanCT）图像进行训练。一旦经过训练，3D重建的CBCT图像可以直接转换为高质量的PlanCT图像。我们证明了我们的方法的有效性，从24个前列腺患者获得的图像，我们提供了一个统计和视觉比较。与原始CBCT相比，平移图像的图像质量在体素值、空间均匀性和伪影抑制方面显示出实质性改善。原始CBCT图像的解剖结构在翻译后的图像中也得到了很好的保留。我们的方法能够实现更准确的自适应放射治疗，并为CBCT开辟了依赖于高质量图像的新应用。
2019-11-26 cs.CV physics.med-ph
Modeling shift-variant X-ray focal spot blur for high-resolution flat-panel cone-beam CT
平板锥束CT（CBCT）已在临床上应用于许多高分辨率应用。增加几何放大率可以潜在地提高分辨率，但也会由于扩展的X射线焦斑而增加模糊。我们提出了一个移变焦斑模糊模型，并将其纳入基于模型的迭代重建算法。我们将此算法应用于仿真和CBCT测试台数据。在骨小梁模拟研究中，我们发现没有模糊模型的传统重建方法表现出移位变分辨率特性，这在很大程度上取决于采集协议（例如，短扫描与全扫描）和用于重建特定区域的射线的阳极角。对于物理CBCT实验焦斑模糊的特点和空间分辨率幻影扫描和重建。在这两个实验中，使用移位变模型的图像质量显着改善的方法，建模没有模糊或只有一个移位不变的模糊，这表明一个潜在的手段，以克服传统的CBCT空间分辨率和系统设计的限制。
2016-10-17 math.OC physics.med-ph
Automatic Calibration Method of Voxel Size for Cone-beam 3D-CT Scanning System
对于锥束三维计算机断层成像（3D-CT）扫描系统，体素尺寸是保证基于3D-CT图像的数据分析和特征测量准确性的重要指标。同时，体素的大小随着旋转台沿X射线方向的移动而变化。为了实现体素尺寸的自动标定，提出了一种新的易于实现的方法。根据该方法，在不同的成像位置处捕获球形体模的多个投影，并通过非线性最小二乘拟合来计算相应的体素尺寸值。通过这些插值值，得到一个线性方程，该方程反映了转台从其标称零位的位移距离与体素尺寸之间的关系。最后，将线性方程导入3D-CT扫描系统的标定模块，当转台沿X射线方向运动时，动态输出体素尺寸的精确值。实验结果表明，该方法能够满足实际CT扫描系统的要求，具有实现简单、精度高的优点
2013-05-06 physics.ins-det physics.med-ph
Image Reconstruction in Cone Beam Computed Tomography Using Controlled Gradient Sparsity
针对医用CBCT中TV正则化计算量大、参数难选的问题，提出结合控制理论动态调参的高效最小化算法，实现可在临床可接受时间内运行的全自动3D重建，其稀疏度参数可通过图谱确定或直观调节。
2024-12-10 cs.NA math.NA physics.med-ph
Complex Wavelet-Based Sinogram Segmentation for Metal Artifact Reduction in Cone-Beam CT
University of Helsinki（赫尔辛基大学）；Aalto University School of Electrical Engineering（阿尔托大学电气工程学院）；Planmeca Oy（Planmeca公司）；University of Oulu（奥卢大学）；Oulu University Hospital（奥卢大学医院）
本文提出基于复波let的投影域金属伪影减少方法，通过分析性金属分割提升锥束CT图像质量。
2026-08-05 cs.NA math.NA physics.med-ph
Nonlinear ill-posed problem in low-dose dental cone-beam computed tomography
National Institute for Mathematical Sciences（国家数学科学研究所）；Yonsei University（延世大学）
本文描述了低剂量牙科锥束计算机断层扫描（CBCT）的不适定非线性逆问题的数学结构，并解释了基于深度学习的方法重建计算机断层扫描图像相对于传统正则化方法的优势。本文解释了牙科CBCT比标准计算机断层扫描更不适定的根本原因。尽管存在这种严重的不适定性，但由于其成本竞争力和低辐射剂量，对牙科CBCT系统的需求正在迅速增长。然后，我们描述了现有方法的局限性，在使用牙科CBCT数据严重损坏的金属种植体的牙齿的形态结构的准确恢复。我们进一步讨论了从CBCT数据生成的全景图像用于精确牙齿分割的有用性。我们还讨论了在CBCT图像重建中利用无辐射口腔内扫描数据作为先验信息以补偿金属植入物对数据造成的损害的可能性。
2023-03-03 cs.CV eess.IV physics.med-ph
Auto-Calibration of Cone Beam Geometries from Arbitrary Rotating Markers using a Vector Geometry Formulation of Projection Matrices
本文提出了一种基于视场内位置未知的少量旋转基准点确定高放大率锥束显微CT系统投影几何形状的方法。通过采用计算机图形学中常用的投影矩阵形式，可以给出所得到的自洽校准问题的非常清楚的表示，将所寻求的矩阵与标记投影的可观察参数相关联。提供了用于未知投影矩阵和标记组件的易于实现的求解过程以及从投影矩阵到源和检测器相对于旋转轴的真实空间位置和取向的映射。在投影矩阵方面的校准问题的单独治疗，一方面和独立的变换到一个更直观的几何表示，另一方面证明是非常有帮助的讨论中发生的模糊性参考自由校准。特别是，可以绘制基于样品知识的方法与仅基于检测器几何形状的知识的方法之间的联系。这进一步提供了另一种关于经常报告的估计探测器朝向旋转轴倾斜的困难的直观视图。考虑$10^{6}$随机生成的锥形束成像配置和基准标记分布范围内的典型情况下进行的模拟研究，以评估所提出的技术的稳定性。
2020-08-20 eess.IV physics.med-ph
Design and construction of a wireless robot that simulates head movements in cone beam computed tomography imaging
Hamedan University of Technology（哈马丹理工大学）；Hamadan University of Medical Sciences（哈马丹医科大学）；Pprime Institute CNRS（法国国家科学研究中心Pprime研究所）；ENSMA（国立高等机械与航空技术学院）；University of Poitiers（普瓦捷大学）
本文设计并构建了一种绳索驱动并联机器人，可在CBCT扫描仪内以3自由度同步模拟干颅骨头部运动，用于研究运动伪影并构建参考数据集，实验显示其运动可重复性超过95%。
2024-10-01 cs.RO physics.med-ph
Full-field fluorescence computed tomography (F3CT) using a calibrated virtual cone-beam pinhole geometry
University of Manchester（曼彻斯特大学）；Diamond Light Source（钻石光源）；The ESRF - European Synchrotron（欧洲同步辐射装置）；STFC-UKRI, Rutherford Appleton Laboratory（STFC-UKRI，拉瑟福·阿普顿实验室）；RMIT University（皇家墨尔本理工大学）；Monash University（莫纳什大学）；Université Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）
该研究提出基于同步辐射的F3CT技术，结合针孔光阑与能量分辨二维探测器，经两阶段校准-重建工作流程实现三维元素Mapping，可用于生物、地质样本成像，为三维X射线荧光成像及关联断层扫描提供新方案。
2026-08-31 cond-mat.mtrl-sci physics.acc-ph physics.ins-det
Equivariant Multiscale Learned Invertible Reconstruction for Cone Beam CT: From Simulated to Real Data
Netherlands Cancer Institute（荷兰癌症研究所）；University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学）；Elekta Limited（Elekta有限公司）
本文提出LIRE++，一种旋转等价多尺度学习可逆重建方法，用于提升锥束CT的重建效率与图像质量。
2025-12-24 cs.CV physics.med-ph
Deep-learning-based Breast CT for Radiation Dose Reduction
Rensselaer Polytechnic Institute（伦斯勒理工学院）；Koning Corporation（科宁公司）
锥形束乳房计算机断层成像（CT）提供了具有各向同性分辨率和高对比度信息的真实3D乳房图像，可检测小至几百微米的钙化并揭示细微的组织差异。然而，乳房对X射线辐射高度敏感。减少辐射剂量对医疗保健至关重要。少视图锥形束CT仅使用标准锥形束乳腺CT采集的一小部分X射线投影数据，从而能够显著降低辐射剂量。然而，不充分的采样数据将导致严重的条纹伪影的CT图像重建使用传统的方法。在这项研究中，我们提出了一种基于深度学习的方法来建立图像重建的残差神经网络模型，该模型适用于少视图乳腺CT，以生成高质量的乳腺CT图像。我们分别使用标准锥形束乳腺CT的三分之一和四分之一的X射线投影视图来评估基于深度学习的图像重建。基于临床乳腺成像数据集，我们进行了监督学习训练神经网络从少视图CT图像到相应的全视图CT图像。实验结果表明，基于深度学习的图像重建方法允许少视图乳腺CT实现每次锥束CT扫描的辐射剂量<6 mGy，这是FDA为乳腺X线筛查设定的阈值。
2019-09-25 cs.CV eess.IV physics.med-ph
Spatiotemporal Gaussian Optimization for 4D Cone Beam CT Reconstruction from Sparse Projections
针对稀疏投影4D-CBCT重建中的条纹伪影与运动保持难题，提出可微X射线光栅化的时空高斯表示及联合形变网络，从1分钟扫描数据恢复高质量动态图像。
2025-01-07 eess.IV physics.med-ph
Cutting Voxel Projector a New Approach to Construct 3D Cone Beam CT Operator
Institute of Materials Physics, Helmholtz-Zentrum Hereon（亥姆霍兹中心黑尔戈兰材料物理研究所）；Institute for Medical Engineering and Research Campus STIMULATE, Otto von Guericke University（奥托·冯·格里克大学医学工程与STIMULATE研究园区研究所）
本文提出一种切割体素投影器，通过解析公式计算体素对探测器像素的贡献，支持自适应网格细化，在锥束CT重建中相比TT投影器精度更高，且松弛版本速度更快。
2025-03-26 cs.CV cs.NA eess.IV
Model-Based Perfusion Reconstruction with Time Separation Technique in Cone-Beam CT Dynamic Liver Perfusion Imaging
本文提出基于时间分离技术的模型重建方法，解决CBCT动态肝脏灌注成像中低时间采样与高噪声问题，仅需8次旋转即可在降噪同时保持灌注图准确性。
2025-02-03 cs.NA math.NA physics.med-ph
