基于靶向扫描的低剂量灌注CT心肌缺血定量成像新方法研究

CT one-stop-shop cardiac examination can quickly and noninvasively obtain three-dimensional myocardial perfusion hemodynamic parameters and coronary stenosis information, to achieve the early diagnosis and treatment of myocardial ischemia. However, cardiac CT examination needs to continuously perform repeated volume scans on the whole heart, and then the associated x-ray radiation dose is extremely increased over that used in conventional CT examination. Thus, for cardiac CT imaging more vitality, controlling the radiation dose is a key topic area to be solved. This project intends to ensure diagnostic image quality under the premise, to carry out research of new methods of high-quality low-dose stroke CT imaging based on period alternating projection sampling scheme, the highlights include: (1) building a novel targeted region of interest based projection sampling scheme for myocardial perfusion CT scans, which provides a new CT system model for ultra-low-dose cardiac CT imaging; (2) building several myocardial perfusion CT enhanced sequential projections calibration models and image reconstruction models under the new scan scheme, which are expected to realize accurate and robust ultra-low-dose myocardial perfusion CT imaging; (3) building perfusion parameter estimation models and their analysis and evaluation, in order to obtain an accurate myocardial ischemia quantitative diagnostic information.

心脏CT一站式检查可以快速无创地获取三维心肌灌注血流动力学参数与冠状动脉狭窄信息，实现心肌缺血的早期诊断与治疗。然而，心脏CT检查需进行连续动态容积扫描，辐射剂量较常规CT大幅增加。囿于此，为使心脏CT检查更具临床生命力，控制其辐射剂量已成为CT领域亟待解决的关键性课题。本项目拟在保证诊断用影像质量前提下，全力开展低剂量动态容积CT心肌灌注优质成像新方法研究，其重点包括：（1）根据心脏CT成像特点，构建基于感兴趣区域投影采样的心肌灌注CT靶向扫描新模式，为（超）低剂量CT心肌灌注成像提供全新的数据采集系统模型；（2）结合新扫描模式，构建CT心肌灌注增强序列投影数据校正模型与图像迭代重建模型，以期实现准确、鲁棒的（超）低剂量CT心肌灌注优质成像；（3）源于新方法重建的CT心肌灌注增强序列图像，开展灌注血流参数鲁棒估计新模型构建及其影像学分析与评价，以期获得准确的心肌缺血定量诊断信息。

心脏CT一站式检查可以快速无创地获取三维心肌灌注血流动力学参数与冠状动脉狭窄信息，实现心肌缺血的早期诊断与治疗。然而，心脏CT检查需进行连续动态容积扫描，辐射剂量较常规CT大幅增加。囿于此，为使心脏CT检查更具临床生命力，控制其辐射剂量已成为CT领域亟待解决的关键性课题。本项目以课题组多年来在低剂量CT成像领域的科研积累为基础，按照项目研究计划，重点研究了基于感兴趣区域投影采样、降低管电流或稀疏角度扫描等心肌灌注扫描方式以实现低剂量动态容积CT心肌灌注优质成像方法，主要包括：（1）根据心脏CT成像特点，设计基于感兴趣区域投影采样的心肌灌注CT靶向扫描新模式，为CT心肌灌注成像提供新的低剂量数据采集系统模型；（2）在低剂量扫描模式下，结合心肌灌注成像特点，基于统计迭代重建框架，提出了一系列低剂量CT心肌灌注优质成像新模型，为实现准确、鲁棒的心肌灌注定量参数估计提供了高质量的灌注序列图像；（3）基于重建的CT心肌灌注增强序列图像，构建了灌注血流参数估计的去卷积鲁棒模型，实现了低剂量扫描模式下心肌灌注CT定量精准成像；（4）追踪前沿技术热点，探讨研究了基于人工智能技术的低剂量CT成像及图像质量评估新方法，为低剂量心肌灌注成像储备新技术。上述成像新模型均给出了相应的模型优化求解算法，以适用于工程应用转化；本项目中相关技术成果已申报国家发明专利，并在国内CT设备企业进行初步技术转化。在本项目资助下，共发表科研论文32篇，其中SCI收录期刊论文9篇、中文核心期刊论文6篇、国际会议论文17篇，申报国家发明专利2项，授权国家发明专利2项，获得2019年度广东省技术发明一等奖1项；培养或协助培养博士生2人、硕士生8人，已毕业博士2人、硕士6人，培养青年学术带头人2人，其中1人由讲师晋升为副教授，1人博士后在站期间晋升为副研究员，超额完成了项目既定目标。