基于边缘增强模型提高低剂量类同轴相位XCT重建图像空间分辨率的策略

相位恢复可以从相衬投影中恢复出相位投影信息，是类同轴相位XCT中必不可少的一步。但是，包括使用最广泛的TIE-Hom在内的单投影解析相位恢复算法本质上都是低通滤波，在大幅提高抗噪性能的同时会降低相位投影的空间分辨率，从而导致层析重建后三维相位分布空间分辨率的降低。

类同轴相衬投影具有边缘增强的特点，其空间分辨率较高，因此我们建立了类同轴相位XCT的边缘增强模型，解释了直接使用相衬投影进行三维重建和使用恢复的相位投影进行三维重建得到图像的区别。基于该模型，我们将具有较大边缘增强的相衬投影与使用TIE-Hom恢复得到的相位投影进行加权平均，并将它代入ASD-POCS框架中。相衬投影的加入在提升了重建三维相位分布的同时降低了系统线性模型的精确度，因此我们在迭代过程中加入了中值根先验约束以提升线性模型精确度。所提出的迭代层析重建方法能够有效灵活地平衡相衬投影与中值根先验的强度，在保持系统线性模型精确度的同时大幅提高重建相位图像的空间分辨率。

在模拟和实验中，分别使用所提重建策略（enhanced ASD-POCS）和已有的重建策略FDK-PC、FDK-PR和ASD-POCS分别对不同低剂量任务进行重建，并使用空间域评价指标和频域评价指标对重建结果进行评价，证实了该策略的简单有效。

图1：类同轴相位XCT实验装置图。物体位于z=0处，探测器位于z=R2处，入射X射线与物体形成角度θ。

图2：重建仿体和真值的中间层，后四列使用了相同的显示窗口[0, 710^-7]。

图3：不同任务和算法下重建结果的频域评价

图4：公开的生物材料数据在不同任务和算法下的重建结果。

全文链接：Improving spatial resolution with an edge-enhancement model for low-dose propagation-based X-ray phase-contrast computed tomography (osapublishing.org)