一种整体粗略扫描与局部精细扫描相结合的低剂量医用CT局部重建方法研究

As is well known, CT has been a conventional equipment in clinical diagnoses. A disadvantage however, is the radiation dose received by the patients. As the CT devices are all in full-field scan, there is an obvious problem of over radiation when the patient only needs to be scanned for certain tissue or organ. Up to now, there is no organ-scanning CT product which has been brought into market. There have been some studies on local reconstruction of volume of interest, however, the quality of the construction image can not meet the demand of clinical diagnosis yet. The main research in this project is the investigation of key technologies for low-dose CT scan methods for usage in the imaging of certain tissues and organs, and accurate local reconstruction methods which can be used in clinical practice. This research will employ the method of combining the low-dose coarse scans and local accurate scans to reconstruct the image of a particular volume of interest. The core scientific problem to be solved is to automatically locate the tissue or organ, and effectively correct the motion between the two scans based on raw data registration model, and then reconstruct the exact image by local iterative reconstruction. This method can effectively reduce the radiation received by patients when performing the organ scan. Taking the volume of interest to be 1/3 of the full-field view for example, the radiation received by patients can be reduced to about 20% of that of the original scan, and the image quality will meet the clinical diagnostic needs. The phantom and animal scanning test will be performed to evaluate the image qulity and radiation dose.

CT设备已经成为临床应用中的常规诊断设备，而患者接受的辐射剂量始终是一个备受关注的问题。由于目前的CT设备均采用全视野扫描方式，因此对于只需要对感兴趣的组织或器官进行局部成像的情况，现有的扫描方式均存在过辐射问题。目前还没有针对组织或器官扫描的CT产品推出，尽管国外已有一些针对感兴趣区域进行局部扫描重建的研究，但研究结果离实际医用还有一定距离。本项目将研究一种将整体粗略扫描与局部精细扫描相结合的局部重建方法，主要研究感兴趣区域的自动定位以及两次扫描过程中的运动影响及基于生数据配准模型的运动校正方法，并研究相应的局部迭代重建方法。本方法将有效降低组织或器官局部成像时患者接受的辐射剂量，以感兴趣区域占全视野1/3的情况为例，患者接受的辐射剂量可降至原有辐射剂量的20%左右，同时重建的图像质量可以满足医生的临床诊断需求。本研究将通过体模及动物扫描实验对重建图像质量及接受的辐射剂量进行评估验证。

CT设备是临床应用中的常规检查设备，具有扫描速度快、成像分辨率高等优势，而患者接受的辐射剂量始终是一个备受关注的问题。在多数检查中，医生仅对某些组织和器官感兴趣，即需要得到该组织或器官的高质量图像，但其周围不能存在伪影。目前我们的CT设备均采用全视野扫描方式，因此对于非感兴趣的区域，存在过辐射问题。. 本项目主要研究如何将整体粗略扫描与局部精细扫描相结合进行CT图像重建的方法。以心脏扫描为例，扫描过程包括定位片扫描，断层粗扫和心脏区域的螺旋精细扫描。本项目主要研究并解决了如下问题：.（1）提出了基于CT定位片的心脏自动定位方法。要实现自动的针对心脏区域的局部低剂量扫描，需要对心脏进行三维定位，以确定局部X射线的放线区域。目前在CT定位片中定位心脏都是通过技师手工操作实现，这样对整个扫描流程来说需要浪费一定的时间。本项目研究了一种利用正、侧位定位片自动对心脏区域进行三维定位的方法，可以得到心脏区域的准确定位。.（2）实现了基于整体粗略扫描与局部精细扫描相结合的重建算法。该部分研究内容主要分为低计量模拟方法、基于统计迭代方法的两次扫描数据相结合的重建质量优化和基于FDK方法的两次扫描数据相结合的重建方法研究三个部分。低计量模拟方法主要是在数据模拟阶段通过高质量数据如何产生低计量的数据；基于统计迭代方法的两次扫描数据相结合的重建质量优化主要研究了基于贝叶斯迭代算法，对两次扫描相结合的数据进行迭代重建，以提高图像质量的方法；而基于FDK方法的两次扫描数据相结合的重建方法研究是针对实际的扫描数据，研究了两次数据的结合填充方法，并进行重建，同时对重建结果进行了评估。从实验结果可以看出，整体粗扫和局部精细扫描相结合进行图像重建可以在降低患者辐射剂量的同时保证较好的图像质量。. 在项目研究期间，项目组累计在国内外学术刊物上已发表论文5篇（SCI已收录3篇，待收录1篇；EI收录1篇）；投稿中1篇；申请发明专利2项（授权1项）；培养硕士2名（已毕业1名，在读1名）。