摘要：目的 讨论三种常用插值方法对基于shepp-Logan滤波的滤波再投影算法生成的正电子发射计算机断层扫描重建图像的质量影响。 方法 用GATE模拟正电子发射计算机断层扫描成像，之后使用MATLAB开发的图像重建程序，分别使用双线性插值、最邻近插值、三次样条插值、双立方插值对投影图像进行重建，最后使用基于结构相似性指标的质量比较程序对生成的重建图像进行质量评价，比较不同插值算法生成的图像之间的结构相似性。  结果  采用最邻近插值法重建的图像与采用双线性插值法、三次样条插值法、双立方插值法生成的图像结构相似性较后者之间的差异大，双线性插值法和双立方插值法生成的图像结构相似性相较于它们与其他插值法方法生成图片的结构相似性值最大。   结论  利用不同的插值算法生成的重建图像质量存在不同水平的区别，最邻近插值法重建的图像质量相对较低。在不追求精度的情况下可采用双线性插值法来取代三次样条插值法以减少运算量和提升运算速率。

关键词： 图像重建；滤波反投影；正电子断层扫描；GATE模拟；质量评价

目录

摘要

ABSTRACT

1.绪论-1

1.1 研究背景-1

1.2 研究的意义与价值-1

1.3 研究现状-2

1.3.1 目前主要研究方向-2

1.3.2 国内研究现状-2

1.3.3 国外研究现状-2

1.4 本文的研究目标-2

1.5 研究的方法路线-3

2.设计原理-4

2.1 PET成像原理-4

2.1.1 正电子成像的物理基础-4

2.1.2 PET成像-4

2.2投影图像的生成-4

2.2.1 中心切片定理-4

2.2.2 Randon逆变换-5

2.3图像的重建-5

2.3.1 图像的傅里叶变换-5

2.3.2 shepp-logan滤波器-6

2.4 常用插值算法-7

2.4.1 插值函数的定义-7

2.4.2 图像插值的目的-7

2.4.3 双线性插值法-7

2.4.4最邻近插值法-8

2.4.5 三次样条插值法-8

2.4.6双立方插值法-9

2.5 图像质量分析（IQA）-9

2.5.1 图像质量得到构成-9

2.5.2 结构相似性-10

3.投影图像的模拟仿真-11

3.1 GATE仿真原理-11

3.1.1 GATE介绍-11

3.1.2 GATE模型结构-11

3.2 GATE环境的配置-12

3.2.1 安装准备-12

3.2.2 安装Cmake-13

3.2.3 安装CLHEP-13

3.2.4 安装 ROOT-14

3.2.5 安装GEANT4-15

3.2.6 安装Gate7.1-16

3.3 GATE成像步骤-17

3.3.1 定义扫描几何-17

3.3.2 定义被扫描几何体-22

3.3.3 建立物理过程-22

3.3.4 初始化-23

3.3.5 设置数字转换器-23

3.3.6 设置源文件-24

3.3.7 定义数据输出-24

3.3.8 设定运行时间片-25

3.3.9 开始仿真-25

4.重建函数的确定-26

4.1 matlab介绍-26

4.2 MATLAB图形界面设计-26

4.3 回调函数的设计-29

5.图像的质量及质量评价指标-34

5.1 影像图像的质量的因素-34

5.2 图像的对比度-34

5.3 图像的分辨率-34

5.4 图像的噪声-34

5.5 峰值信噪比-34

5.6 结构相似性-35

6.对重建结果的分析与结论-36

6.1 评价的方法选择-36

6.2 实验的数据记录-36

6.3 实验的结果分析-38

6.4 实验结论与讨论-38

致谢-39

参考文献-40