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基于离散曲波正则化变换的边缘照明X射线相位对比成像复原

DOI：10.3233/XST-16190 期刊：Journal of X-Ray Science and Technology 出版年份：2017 更新时间：2025-09-23 15:22:29
摘要： 本文研究了从一组可能存在泊松噪声的投影测量数据中重建边缘照明X射线相位对比（EIXPC）图像的问题。作者基于安斯库姆多尺度方差稳定变换（MS-VST）与快速离散曲波变换，将图像重建构建为稀疏正则化问题，并应用于模拟的边缘照明X射线相位对比图像。为精确建模，利用EIXPCi数据的噪声特性确定各投影的相对重要性。研究采用两种曲波稀疏正则化变换实现方案，包括非均匀间距快速傅里叶变换和基于包裹的变换。算法评估指标包括对比度提升、图像复原质量、物体可辨识度及峰值信噪比。这些方法能在不过度消耗内存和恢复时间的前提下提供近乎最优的解决方案。通过一系列复杂的数值几何体模和人体仿体模研究验证了所提算法的性能。数值模拟结果表明：结合MS-VST的离散曲波变换具有快速稳健的特点，能有效提升图像质量，在显著降噪的同时保留并增强边缘结构、恢复丢失信息。此外，稀疏采样与降低X射线管电流（即噪声数据）均可减少X射线成像中的辐射剂量。
作者： Bart?omiej W?odarczyk
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

从泊松噪声投影测量中恢复边缘照明X射线相位对比（EIXPC）图像，以提高图像质量、保留边缘细节、降低噪声，并可能减少X射线成像中的辐射剂量。

研究成果

采用MS-VST的离散曲波变换（尤其是基于包裹的变换方法）能有效从泊松噪声数据中恢复EIXPC图像，在PSNR、SSIM和对比度方面均优于小波方法。该方法能更好保留边缘并降低噪声，有望减少X射线成像中的辐射剂量。该算法运算快速且鲁棒性强，适用于临床前研究，但需进一步改进以处理伪影和极高噪声水平。

研究不足

该研究基于数值模拟而非真实实验数据，可能无法完全反映实际噪声和系统缺陷。这些方法在某些情况下（尤其是高噪声水平下，标准差>50）会出现伪吉布斯振荡伪影和过度模糊现象。算法在极低信噪比条件下表现可能不佳，且依赖于成像系统的特定参数。研究未涉及硬件改进，且这些方法需要计算资源支持。

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