随着CT成像技术在临床上的广泛应用，由X射线引起的辐射越来越受到人们的关注。CT辐射会对人体造成一定伤害，并提高了癌症等疾病的发病率，因此需要在保证图像质量的前提下尽可能地降低X射线的辐射剂量。为降低辐射剂量，Naidich等人在1990年首次提出了低剂量CT的概念，在其他扫描参数不变情况下，通过降低球管电流进行成像，以在达到诊断要求的同时降低辐射剂量。当CT管电流过低时，探测器接收到的光子数目会减少，重建得到的图像会有严重的噪声干扰，产生条纹伪影（streak artifacts），因此需要对图像中的噪声进行抑制，包括对重建图像进行噪声滤除和对投影数据进行去噪以及对重建算法进行改进三种方法。第二种方法因具有高效、重建图像均匀、各向同性等优点而获得广泛应用。本课题组在前期研究中发现了低剂量CT投影数据噪声具有非平稳高斯特性，提出了一种惩罚加权最小二乘（Penalized Weighted Least-Squares，PWLS）方法，利用该方法对投影数据去噪处理后进行滤波反投影算法（Filtered Back-projection，FBP）重建，能有效地滤除噪声，并保持较好的空间分辨率。近年来利用稀疏角度投影进行CT重建，以达到降低X射线辐射剂量的研究引起广泛关注。2006年Candes等人研究了从少量线性测量数据恢复信号的难题，证明了一个信号如果是稀疏表示的，则可以利用全变分（Total Variation，TV）最小化的方法从少量测量数据中精确重建信号。Sidky等人将该理论引入稀疏角度CT重建中，提出了一种全变分最小迭代算法，该算法分别对投影数据误差项和TV项交替最小化，取得了较好的重建效果。考虑到将低管电流成像和稀疏角度CT重建方法相结合，可进一步发挥两种方法的优势，降低辐射剂量。因此，本论文分别在低管电流成像及稀疏角度重建算法方面进行研究，并将两种方法相结合以进一步减少辐射剂量。主要工作分为以下几点：(1)低剂量CT投影数据的PWLS去噪处理和恢复利用课题组前期建立的噪声模型和PWLS方法对国产64排CT的低剂量投影数据进行噪声特性分析并进行去噪处理。真实数据实验结果初步表明该方法用于国产低剂量CT数据的有效性，为降低国产多排CT成像的辐射剂量提供了一个可能途径。(2)基于投影数据恢复的低剂量CT稀疏角度重建本论文在对低剂量CT投影数据进行PWLS方法去噪基础上，结合CT稀疏角度重建进一步减少CT辐射剂量。首先对获得的低剂量CT投影数据进行PWLS去噪处理和恢复，然后采用全变分最小化方法进行稀疏角度的CT重建。文中分别采用Shepp-Logan模型仿真实验和真实体模实验数据对算法进行了验证。结果表明，本文提出的方法可利用恢复后的低剂量CT投影数据实现CT图像的稀疏角度重建。(3)低剂量、大视野Micro-CT成像平台研究为进一步扩展低剂量CT成像技术的应用，本论文还设计和实现了一种低剂量大视野Micro-CT锥束成像系统，用于实现对大鼠、兔子等较大动物组织结构的活体成像。初步的实验结果表明，该Micro-CT成像系统能较好地重建出被扫描动物的组织结构，并能实现低剂量下的三维重建。