即时CT系统成像方法关键技术研究

早期诊断对于治疗像冠心病、脑血管病、癌症等这类严重危害人类健康的疾病有重大意义。早期诊断需要高空间分辨率的影像，以便能够观察到更细小的血栓、血管瘤、肿瘤等病理特征，及时做出诊断。虽然螺旋CT已经成为多种临床疾病最重要的影像诊断工具之一，但是，由于人体器官自身的固有运动，目前CT的影像质量还无法满足这些重大疾病的早期诊断需求。为了突破现有螺旋CT技术的诸多局限，实现人类活体高分辨率CT成像，本研究提出了即时成像CT的概念，利用十几组X光源和探测器，针对感兴趣区域采用多次曝光、重建的成像方式，最终获得高空间分辨率（20μm）的CT图像。本研究的重点是解决即时CT的成像方法难题，研究投影稀疏且截断情况下的感兴趣区域重建方法，以及CT图像的融合方法。本项目高分辨率CT成像技术的突破对于生物医学研究、临床应用等具有重要意义，使得人类活体高分辨率成像成为可能，尤其对某些重大疾病的早期诊断意义重大。

多光源技术是提高CT成像速度的有效途径，本项目研究的即时CT正是通过多组X光源和探测器实现超快CT成像的一项技术。本课题研究了即时CT成像中关键方法，圆满完成全部计划研究内容，取得了预期的成果，包括：1）搭建完成两套人体运动测量装置，对人体平躺和坐姿两种状态下的头部运动情况进行了测量和分析，对于研究人体运动情况和即时CT系统设计具有重要意义。2）研究了感兴趣区域CT图像重建理论和方法，创新性地提出了SVD-THT算法，获得本领域最高水平刊物《IEEE Transactions on Medical Imaging》（影响因子3.6）评审专家的高度评价。3）分别研究了稀疏角度投影和有限角度投影下的CT重建问题，提出了FRESH算法和SART+ATV算法，很好地解决了这两种情况下的重建问题。4）研究了基于序列即时CT图像的匹配问题，提出了基于改进SIFT原理的即时CT图像匹配方法。5）金属伪影是CT成像中的一个难题，创新性地提出了基于三视角投影图的金属伪影快速校正算法，被本领域一流国际刊物《Physics in Medicine and Biology》（影响因子2.8）选为“Featured Article”。上述研究成果已经在我们搭建的高精度微焦点CT成像平台上通过实际实验进行了验证，证明了方法和技术的有效性。本项目所取得的研究成果为研制新一代多光源即时CT成像系统在原理、可行性、方法上奠定了坚实的理论和技术基础，对于高分辨率CT、超过过程成像等具有重要意义。