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电子断层成像技术能够在纳米尺度下重构出不具有全同性的细胞或生物大分子的三维结构，正受到越来越广泛的重视。本文围绕电子断层成像技术中投影图像对位算法、三维重构结果质量评价方法以及重构软件这三个方面分别进行研究，主要内容包括：
1)对投影图像进行对位是进行三维重构的前提，其目的是为了得到更精确的电子断层重构结果。本文提出了一种基于特征匹配的无胶体金标记对位方法-SAMA(SIFT-based Automatic Markerless Alignment)。与其他基于特征匹配的无胶体金标记对位方法不同，其采用简化的SIFT算子，充分利用特征点周围的信息，提高匹配精度；在参数估计过程中不采用传统的最小二乘等非线性参数求解方法，而是使用捆绑调整和鲁棒的异常点去除方法精确估计参数。使用SAMA方法对真实电子断层成像数据进行对位，其参数估计残差值与使用胶体金标记的对位方法进行对位的残差值结果具有可比性，比其他基于特征的无胶体金标记对位方法的残差值小；且经过此方法对位后重构的图像与使用胶体金方法对位重构的图像效果相当。
2)如何对电子断层重构质量给出一个客观统一的评价标准目前还是具有挑战性的问题。本文提出基于特征提取的重构三维图像质量评价方法。与其他以估计分辨率为基础的重构质量评价方法不同，此方法提取三维图像的特征点，以特征点个数作为评价标准。在本文中，采用了综合人眼视觉模型和特征提取精确性的相位一致性(Phase Congruency)特征提取方法。在对真实电子断层成像数据进行重构质量评价的实验中，此方法结果与视觉鉴别(目前用来评价常用重构算法重构结果的唯一方法)的效果一致，从而能够通过对重构质量的评价来评价不同对位算法和不同常用重构算法的质量。此方法给出了质量优劣的合理的解释，未来可在此基础上完善，使之成为客观统一的三维图像评价标准。
3)开发重构软件的目的是为了提供一个便捷快速的电子断层重构平台。针对现有电子断层成像技术中重构软件的不足，特别是迭代重构算法速度慢的缺点，我们开发了一款基于Graphic Processor Unit(GPU)平台的电子断层重构软件-ATOM，实现了二维投影图像对位、确定重构参数、三维重构及二维数据的可视化等功能。其特点在于：在二维对位方面采用了迭代的平移旋转对位方法，提高对位精度；在三维重构方面，实现了GPU平台上的并行迭代重构算法，其中Simultaneous Iterative Reconstruction Techniques(SIRT)算法达到47倍加速比。