Статья

Название статьи МЕТОД РАСЧЁТА ТРАЕКТОРИЙ РАСПРОСТРАНЕНИЯ РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧЕЙ НА ОСНОВЕ АЛГОРИТМА СЯОЛИНЯ
Автор О. Ю. Воронков, Д. Г. Ковтун, С. А. Синютин
Рубрика РАЗДЕЛ II. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ И СИСТЕМ
Месяц, год 03, 2018
Индекс УДК 004.421
DOI
Аннотация Описан метод моделирования хода рентгеновских лучей сквозь объёмное пространство вокселей на базе алгоритма Ву Сяолиня для растеризации векторных прямых со сглаживанием. Предлагаемый метод предназначен для получения трёхмерных лучевых сумм и системной матрицы в процессе проектирования медицинской установки для томосинтеза, обладающей ограниченными углами считывания проекций исследуемого объекта. Обобщённо описана конструкция рентгеновского устройства, имеющего несколько режимов работы, в том числе режим томосинтеза, приведены его технические характеристики. Пояснено преимущество излагаемого метода перед встроенными возможностями программного пакета MatLab и перед созданным ранее для того же устройства алгоритмом без сглаживания. Изложены общие принципы предлагаемого алгоритма построения хода лучей в пространстве вокселей, изображена его блок-схема. Отображены итоги вычислительного эксперимента в среде MatLab по построению хода лучей сквозь математический фантом, двумерных и трёхмерных лучевых сумм. Объяснено понятие системной матрицы, необходимой для функционирования определённого класса алгоритмов томографической реконструкции. Актуальность работы состоит в развитии томосинтеза, выступающего в роли более дешёвой, быстрой и безопасной методики в сравнении с полной томографией, для решения свойственных которому задач нет готовых программных продуктов, в связи с чем возникает необходимость в разработке специальных алгоритмов и программ, ориентированных на поставленную проблему. Научная новизна работы заключена в применении двумерного алгоритма Сяолиня из области компьютерной графики к области рентгенографии посредством расширения этого алгоритма до трёхмерного варианта с учётом всех особенностей конструкции медицинской установки.

Скачать в PDF

Ключевые слова Томография, томосинтез; лучевые суммы; системная матрица; компьютерное моделирование; ограниченные углы съёма; алгоритм Сяолиня.
Библиографический список 1. Воронков О.Ю., Синютин С.А. Метод получения лучевых сумм при моделировании установок для томосинтеза на основе алгоритма Брезенхема // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2017. – № 6 (191). – С. 189-200.
2. Воронков О.Ю., Синютин С.А. Использование алгоритма Брезенхема для получения лучевых сумм при моделировании томографических установок // Материалы Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Компьютерные и информационные технологии в науке, инженерии и управлении (КомТех-2017)». – Таганрог: Изд-во ЮФУ, 2017. – С. 38-43.
3. Хофер М. Компьютерная томография. Базовое руководство. – 2-е изд., перераб. и доп.
– М.: Мед. лит., 2008. – 224 с.
4. Терновой С.К., Абдураимов А.Б., Федотенков И.С. Компьютерная томография: учеб. пособие. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008. – 176 с.
5. Губарени Н.М. Вычислительные методы и алгоритмы малоракурсной компьютерной томографии. – Киев: Наукова думка, 1997. – 328 с.
6. Наттерер Ф. Математические аспекты компьютерной томографии: пер. с англ. – М.: Мир, 1990. – 288 с.
7. Avinash C. Kak, Malcolm Slaney. Principles of Computerized Tomographic Imaging. – New York: The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. – 337 p.
8. Лихачев А.В. Алгоритмы томографической реконструкции: учеб. пособие. – Новосибирск: НИУ-НГУ, 2013. – 117 с.
9. Изучение методов компьютерной томографии. Метод. указания к лаб. раб. по курсу «Физические основы получения информации». – Режим доступа: URL: http://dfe.petrsu.ru/koi/teaching/fopi/lab-tomogr_2015.pdf.
10. Edwin L. Dove. Notes on Computerized Tomography. – Режим доступа: URL: https://www.imt.liu.se/edu/courses/TBMT02/ct/CTNotes.pdf.
11. Москвитин Е.В. Томографическая реконструкция трёхмерного объекта на базе методов томосинтеза // Известия Томского политехнического университета, 2002. – Т. 305.
– Вып. 5. – С. 31-35.
12. Пат. РФ №2510080, 21.11.2011. Устройство для обработки изображения, способ обработки изображения и среда долговременного хранения информации / Нода Такеси.
13. Tsutomu Gomi, Hiroshi Hirano, Masahiro Nakajima, Tokuo Umeda. X-ray digital linear tomosynthesis imaging. – Режим доступа: URL: http://www.scirp.org/JOURNAL/ PaperInformation.aspx?PaperID=5640.
14. Yulia Levakhina. Three-Dimensional Digital Tomosynthesis: Iterative Reconstruction, Artifact Reduction and Alternative Acquisition Geometry. – Springer Vieweg, 2014. – 192 p.
15. Ingrid Reiser, Stephen Glick. Tomosynthesis Imaging. – CRC Press, Taylor & Francis Group, 2014. – 257 p.
16. Hiroshi Hirano. Utility of Tomosynthesis with a Flat-panel Detector – Comparison with MSCT // Medical Now. – 2005. – Vol. 57. – P. 16-23.
17. Grant D.G. Tomosynthesis: a three-dimensional radiographic imaging technique // IEEE Trans Biomed Eng. – 1972. – No. 19, pp. 20-27.
18. Дьяконов В.П. MatLab. Полный самоучитель. – М.: ДМК Пресс, 2012. – 768 с.
19. Поршнев С.В. Компьютерное моделирование физических процессов в пакете MatLab.
– М.: Горячая линия-Телеком, 2003. – 592 с.
20. Сизиков В.С. Обратные прикладные задачи и MatLab: учеб. пособие. – СПб.: Изд-во «Лань», 2011. – 256 с.
21. Artyom M. Grigoryan, Merughan M. Grigoryan. Image Processing: Tensor Transform and Discrete Tomography with MATLAB. – CRC Press, Taylor & Francis Group, 2013. – 466 p.
22. Журавель И.М. Краткий курс теории обработки изображений. – Режим доступа: URL: http://matlab.exponenta.ru/imageprocess/book2/47.php.
23. Даниил Басманов. Брезенхем и У на страже диагоналей. – Режим доступа: URL: https://habrahabr.ru/post/185086/.
24. Алгоритм Брезенхэма. – Режим доступа: URL: https://ru.wikipedia.org/ wiki/Алгоритм_Брезенхэма.
25. Алгоритм Ву. – Режим доступа: URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Алгоритм_Ву.
26. Andersen A.H., Kak A.C. Simultaneous algebraic reconstruction technique (SART): a superior implementation of the ART algorithm // Ultrasonic imaging. – 1984. – Vol. 6, No. 1. – P. 81-94.
27. Yu X. et al. cuART: Fine-Grained Algebraic Reconstruction Technique for Computed Tomography Images on GPUs // Cluster, Cloud and Grid Computing (CCGrid), 2016 16th IEEE/ACM International Symposium on. – IEEE, 2016. – P. 165-168.

Comments are closed.