3D均中值滤波参数的选取对3D OSEM重建图像的影响

目的 为了分析3D均值中值滤波参数的选取对OSEM重建图像的影响，采用3D均值中值滤波器对重建前的投影数据进行滤波处理，并调整参数进行定量分析。资料与方法 对分析模拟软件ASIM模拟的三维模体投影数据进行3D 均值中值滤波处理。利用开源断层图像重建软件STIR中的OSEM算法对滤波前后的投影数据进行重建，视觉和定量评估重建图像。结果 滤波参数与图像质量密切相关。值过大，重建图像边缘保持效果较差，图像过平滑。值过小，不能抑制噪声，导致重建图像细节模糊。 结论 重建图像的噪声大小以及边缘保持效果对滤波参数的选取是十分敏感的。可根据梯度分布直方图确定滤波参数选取范围，再结合梯度分布比从该范围内折中选择合适的参数，达到既去除噪声又保护图像边缘的目的。     

不同重建算法及有序子集最大期望值法重建参数对SPECT/CT定量计算结果的影响

目的 探讨三维有序子集最大期望值法（3D-OSEM）、二维有序子集最大期望值法（2D-OSEM）、滤波反投影（FBP）重建图像及OSEM迭代次数和子集数对SPECT/CT定量计算结果的影响。方法 分别对Jaszczak圆筒模型、NEMA/IEC体模进行SPECT/CT断层显像,并进行CT衰减校正和散射校正以及3D-OSEM图像重建。根据Jaszczak圆筒模型重建图像获得特定采集及重建条件下的系统容积灵敏度（cpm/kBq）,计算IEC体模内不同大小放射性热区的绝对放射性活度（kBq/ml;绝对定量值）,并与真实活度值进行比较,计算定量误差。改变图像重建算法（2D-OSEM、FBP）和OSEM重建参数（迭代次数和子集数）对IEC体模进行图像重建,比较不同重建算法及OSEM迭代次数和子集数对定量误差的影响。结果 采用3D-OSEM、2D-OSEM、FBP重建图像时,各球体定量误差均随球体容积的减小而明显增大（r=-0.831、-0.831、-0.826,P均<0.05）。3种重建算法间不同容积球体定量误差差异有统计学意义（F=8.850,P<0.05）,其中,3D-OSEM小于2D-OSEM重建（P<0.05）,2D-OSEM小于FBP重建（P<0.05）。各不同容积球体定量误差均随迭代次数增加而减小（r=-0.721、-0.681、-0.691、-0.711、-0.845、-0.893,P均<0.05）,随子集数的增加而减小（r=-0.670、-0.694、-0.717、-0.852、-0.956、-0.998,P均<0.05）。结论 基于CT衰减校正和散射校正的3D-OSEM重建定量精确性明显优于2D-OSEM、FBP重建,选择合适的OSEM重建参数有利于提高SPECT/CT定量精确性。     

重建算法对SPECT空间分辨力的影响

目的 探讨重建算法对SPECT断层成像分辨力的影响。方法 采用Siemens Symbia T SPECT机,对长轴分布5条线源的椭圆柱分辨力模型进行成像。选择Hann和Butterworth 2种滤波反投影法（FBP）,每种窗函数各选择3种截止频率;Flash 3D和有序子集最大期望值（OSEM）法2种迭代法,各选择5种平滑函数;分别对图像进行断层重建。以线源半高宽（FWHM）代表重建图像的分辨力,计算5条线源6个层面上的径向、切向和轴向FWHM,并行多元线性回归分析。结果 FBP重建中,FWHM随窗函数截止频率增大而变小;同一截止频率下,Butterworth重建图像的FWHM小于Hann。迭代法中,FWHM随平滑函数核宽度增大而变大;Flash 3D和OSEM法重建图像径向及切向FWHM差异无统计学意义,而轴向Flash 3D图像的FWHM显著小于OSEM。结论 重建算法及参数设定对断层图像分辨力的影响较大,应根据临床需要和经验适当选择。     

基于交替方向乘子法(ADMM)直接重建心脏11C-acetate PET动力学参数图

目的 观察基于交替方向乘子法(ADMM)直接重建心脏¹¹C-acetate PET动力学参数图的价值。 方法 基于1例早期酒精性心肌病患者的心脏¹¹C-acetate PET图像构建理想动态图像,通过投影生成正弦图,加入泊松噪声,并将PET图像重建与基于心脏¹¹C-acetate单室模型动力学参数计算结合,采用ADMM直接重建心脏¹¹C-acetate PET动力学参数图;基于有序子集最大期望值法(OSEM)间接重建心脏参数图。观察两种重建方法与参考标准的相关性,评估直接重建法的价值。结果 间接重建法耗时23 min,直接重建法耗时140 min。参考标准与通过间接重建得到的K₁、k₂和vl值的平均偏差分别为2.97%、1.61%和10.19%,与通过直接重建得到的K₁、k₂和vl值的平均偏差分别为1.16%、1.06%和4.30%。参考标准与通过间接重建或直接重建得到的K₁、k₂和vl均呈高度相关(r均＞0.9,P均＜0.001)。结论 相比间接重建法,基于ADMM直接重建心脏¹¹C-acetate PET动力学参数图的准确性更高。     

超声数据3D打印制作二尖瓣模型的可行性

目的 探讨以3D-经食管超声心动图（TEE）为数据源，采用3D打印技术制作二尖瓣（MV）模型的可行性。方法 获取30例患者的MV 3D-TEE图像，其中MV正常、MV狭窄、MV脱垂各10例，使用铸模硅胶灌注成型法制作MV 3D模型。测量并对比3D模型及3D-TEE图像上二尖瓣前后径、前外后内侧径、瓣环周长、瓣环面积及瓣膜开放幅度，计算二者间MV上述测值的绝对差值。结果 30例3D-TEE图像均成功后处理并打印制作出MV 3D模型。3D模型与3D-TEE图像间各参数测值差异均无统计学意义（P均>0.05），且各参数测值的绝对差值均较小。结论 采用3D-TEE和3D打印技术制作MV模型可行，且具有高保真度。     

迭代模型重建技术参数设置对肝脏低剂量增强CT扫描图像质量的影响

目的 探讨全模型迭代重建（IMR）技术不同参数设置对肝脏低剂量增强CT扫描图像质量的影响。方法 收集需要接受肝脏增强CT检查的患者40例,分别行上腹部平扫和3期动态增强扫描,其中延迟期采用低剂量扫描,管电压80 kV,管电流150 mAs。对原始数据进行滤波反投射（FBP）重建和IMR技术重建,IMR采用不同参数,以获得不同水平（Level 1~3）的常规和软组织重建图像,分别记为R1、R2、R3亚组和S1、S2、S3亚组。对各组图像进行主观和客观评价并比较,主观评价包括低对比分辨率（LCD）、图像失真（ID）和诊断信心（DC）评分,客观评价包括肝脏噪声、信噪比（SNR）和对比噪声比（CNR）。结果 不同参数组图像的LCD、ID和DC评分差异均有统计学意义（P均<0.01）。不同参数组图像间噪声、SNR及CNR差异均有统计学意义（P均<0.01）;除S1与R2亚组、S2与R3亚组3项指标（P均>0.05）外,余两两比较差异均有统计学意义（P均<0.01）。结论 全迭代重建IMR技术可提高肝脏低剂量增强CT扫描的图像质量,推荐参数为软组织重建、Level 1或常规重建、Level 2。     

低管电压迭代重建模型在冠状动脉CTA中的应用

目的 探讨低管电压迭代重建模型（IMR）在冠状动脉CTA中的应用价值。方法 选取30例疑似冠状动脉心脏病患者,均进行前瞻性心电门控心脏256层MSCT扫描。若体质量指数（BMI）≥25 kg/m²,管电压为100 kV;反之,则为80 kV。分别采用滤波反投影（FBP,A组）、高级混合迭代重建（iDose⁴,B组）和IMR（C组）进行重建。分别测量3组图像主动脉根部的CT值、噪声,并计算SNR和CNR。对图像伪影、管腔边缘的锐利度、主观噪声、总体图像质量以及冠状动脉各主干血管图像质量进行主观评分,进行统计学分析。结果 3组图像的噪声、SNR以及CNR差异有统计学意义（P均<0.05）。噪声由大到小依次为A组、B组和C组（P均<0.05）。SNR和CNR由大到小依次为C组、B组和A组（P均<0.05）。C组噪声、血管边缘锐利度、总体图像质量、冠状动脉各主干血管主观评分显著高于A组和B组（P均<0.05）。B组图像伪影评分显著高于A组和C组（P均<0.05）,且A组与C组图像伪影评分差异无统计学意义（P>0.05）。结论 IMR可显著降低冠状动脉血管成像的图像噪声,提高图像SNR和CNR。     

X线相衬CT成像显示人体胆道闭锁样品微脉管结构

目的 探讨X射线相衬CT（PCCT）对人体胆道闭锁（BA）样品中脉管显微结构的显示作用。方法 将4份人体BA样品进行冲洗、固定并以乙醇脱水干燥,采用上海同步辐射光源BL13W1线站进行PCCT成像,通过图像处理分别获得滤波反投影算法重建图像、样品整体及微脉管的3D重建图像,并对不同类型脉管进行区分。而后对样品进行石蜡包埋,4 μm切片,并行平滑肌细胞抗体（SMA）、细胞角蛋白19抗体（CK19）免疫组化染色及苦味酸天狼星红染色组织病理检查。对比观察滤波反投影算法及微脉管3D重建图像与相应病理图。结果 滤波反投影算法重建CT图像及微脉管3D重建图像均可用以区分人体BA样品中的肝动脉、胆管及增生胆管、门静脉,并清晰显示不同类型脉管的结构特征,所示微脉管结构与组织病理学检查相符。结论 结合滤波反投影重建算法及3D可视化技术,PCCT能够清晰显示离体BA组织的微脉管结构。     

非等中心锥束CT成像系统标定及三维重建

目的 研究非等中心锥束CT系统(CBCT)几何参数标定及投影图像重排, 提出新的方法以提高参数标定精度及三维(3D)重建质量, 以期突破现有算法要求等中心系统应用环境的限制。方法 针对非等中心CBCT系统建立坐标系, 推导标定模型中特定标志点空间坐标与其在投影图像中平面坐标之间的几何关系, 建立虚拟等中心CBCT系统, 提出面向非等中心CBCT系统的解析+迭代混合标定方法, 对投影图像进行重排, 在此基础上进行3D重建。将标定模型置于非等中心CBCT系统中, 获取各个旋转角度下的投影图像;提取投影图像中特定标志点坐标, 基于这些坐标数据, 采用所提方法计算虚拟等中心CBCT系统几何参数;并求取虚拟等中心锥束投影图像;最后采用FDK算法进行3D重建。结果 与文献[10]算法相比, 所提算法对转轴在成像板上的投影坐标(u^0' 和v^0' )标定精度相当, 而射线源到成像板的垂直距离(D')和射线源到转轴的距离(R')标定精度明显较优。结论 本研究混合标定算法可提高D'和R'的标定精度, 并可突破文献[10]算法等中心系统应用环境的限制。     

基于模型的迭代重建算法与自适应迭代重建算法对肺炎患儿胸部低剂量CT图像质量的优化

目的 评价基于模型的迭代重建（MBIR）算法、自适应迭代重建（ASiR）算法及滤波反投影（FBP）算法对肺炎患儿胸部低剂量CT图像质量的优化。方法 选取肺炎患儿41例,根据年龄设定噪声指数（NI）。将原始数据重建为5 mm的MBIR图像（序列A）,5 mm的30%ASiR与70%滤波反射投影（FBP）混合图像（序列B）,5 mm的FBP（序列C）图像,由2名医师主观评价图像质量,并计算优化信噪比（SNR）及辐射剂量。结果 序列A图像的主观噪声、细微结构的显示方面明显优于序列B及序列C图像,但结构边缘略为模糊;序列A图像的客观噪声值较序列B及序列C图像噪声降低,SNR较序列B及序列C升高,辐射剂量约为（0.24±0.05）mSv。结论 序列A的图像质量明显优于序列B及序列C的图像。     

新型混合滤波器在FDK算法中的应用

目的 探讨新型混合滤波器在锥束CT图像重建FDK算法中的应用价值。方法 对使用锥束CT图像质量检测模体CatPhan 500获得的投影数据进行FDK算法重建,重建过程中分别应用由R-L滤波器和S-L滤波器组成的传统混合滤波器及R-L滤波器和NEW滤波器组成的新型混合滤波器,比较两种混合滤波器重建图像的质量。结果 与传统混合滤波器相比,新型混合滤波器重建图像的对比噪声比及空间均匀性有所提高,且图像噪声有所降低;而两种混合滤波器重建图像的空间分辨率无明显差别。结论 FDK算法中新型混合滤波器在重建图像空间分辨率无明显下降的情况下,提高了对比噪声比及空间均匀性,降低了图像噪声,因此新型混合滤波器的重建效果优于传统混合滤波器。     

基于交替投影的CT图像重建算法

目的 探讨基于交替投影的CT图像重建算法的可行性。方法 将CT图像的重建转化为凸集优化问题,将重建模型分解为多个约束,并确定其对应的凸集,通过交替投影的方式在其交集中找到可行解。对TV先验项构成的凸集的求解,通过定义TV函数的上方图集,利用点到这个凸集的切向超平面的连续投影,找到起始点到TV凸集最近的点。分别采用CPTV算法、TV-POCS算法和基于交替投影的CT图像重建算法对Shepp-Logan头部图像进行重建,比较不同算法对不同角度投影图像重建后的均方根误差（RMSE）。分别采用TV-POCS算法和基于交替投影的CT图像重建算法对小鼠脊椎轴位图像进行重建,比较两种算法的归一化均方距离（d）和归一化平均绝对距离（r）。结果 CPTV算法所重建的图像平滑性较差,伪影较多,而TV-POCS算法和基于交替投影的重建算法不仅有效抑制了噪声,还保护了图像的边缘,图像质量较高。基于交替投影的重建算法的RMSE比另外两种算法下降速度更快,收敛值更小。基于交替投影的重建算法重建图像的d和r值均小于TV-POCS算法（0.064 0 vs 0.262 4,0.073 7 vs 0.298 2）。结论 采用基于交替投影的重建算法重建有限角度的CT投影图像不需参数估计,且图像质量更高,收敛速度更快。     

3D scattering image reconstruction based on measurement optimization of a radar network

ABSTRACT

For radar network, each radar can obtain the two-dimensional (2D) inverse synthetic aperture radar (ISAR) image from the corresponding observation angle independently. Taking advantage of the multi-view observation via radar network and the projection relationship in ISAR imaging, the three-dimensional (3D) image of the target can be reconstructed by the inverse-projection principle. However, it is hard to reconstruct the scattering position and coefficient simultaneously, and the network optimization should be studied to improve the reconstruction performance. To solve these problems, a novel 3D scattering image reconstruction method is proposed in this paper. Firstly, the 3D reconstruction model is built as a compressed sensing (CS) framework. Then, the network optimization for single target is transformed into the measurement matrix optimization before the 3D scattering recovery. Finally, numerical simulations under the noise scenarios and the principle prototype experiment on real data are shown to demonstrate the validity of the proposed method.     

Optimal theranostic SPECT imaging protocol for 223radium dichloride therapy

²²³Radium dichloride image-based individual dosimetry requires an optimal acquisition and reconstruction protocol and proper image correction methods for theranostic applications. To assess this problem, radium-223 dichloride SPECT images were acquired from a Jaszczak simulator with a dual-headed gamma camera, LEHR collimator, 128 × 128 matrix, and total time of 32 minutes. A cylindrical PMMA phantom was used to calibrate the measurements performed with Jaszczak. The image quality parameters (noise coefficient, contrast, contrast-to-noise ratio and recovery coefficient) and septal penetration correction were calculated by MATLAB®. The best results for the investigated image quality parameters were obtained with an 89 keV energy window (24% wide) produced together with OSEM/MLEM reconstruction (8 subsets and 4 iterations) applying a Butterworth filter (order 10 and cutoff frequency of 0.48 cycles·cm^?1). The successfully performed recovery coefficient parameter evaluation allows uptake correction for future patient dosimetry applications.     

低管电压结合迭代重建技术配合不同对比剂注射方案在冠状动脉CTA成像中的可行性研究

目的 探讨迭代重建技术（IDose⁴）在降低管电压配合不同对比剂碘流率注射方案下行冠状动脉CT血管成像（CCTA）的可行性。方法 对10只实验猪分别重复9次CCTA扫描[管电压分别为120 kV（A₁）、100 kV（A₂）、80 kV（A₃）,对比剂碘流率分别约为1300 mgI/s（B₁）、1000 mgI/s（B₂）及750 mgI/s（B₃）,两两组合成9组方案];对原始图像分别采用滤波反投影法（FBP）及IDose⁴重建,将A₁B₁+FBP重建设为对照组。比较各组图像的主、客观指标。结果 在相同条件下,IDose⁴重建较FBP重建显著降低图像噪声、提高SNR及CNR（P均<0.001）。随管电压及碘流率的降低,图像噪声增大,SNR、CNR降低。采用IDose⁴重建,除A₃B₁、A₃B₂、A₃B₃组噪声仍明显增加外（P均<0.05）,其余各组噪声、SNR、CNR均与对照组无统计学差异（P均>0.05）。采用FBP重建,A₃B₁、A₃B₂、A₃B₃组及A₂B₃组冠状动脉远段可诊断率较对照组明显减低（P均<0.05）,而经IDose⁴重建后,除A₃B₃组冠状动脉远段可诊断率仍明显低于对照组（P=0.015）外,余各组均明显改善,与对照组无统计学差异（P均>0.05）。结论 采用IDose⁴重建结合低管电压及低碘流率行CCTA是可行的。     

自适应非局域均值滤波的超声图像去噪

目的 提出一种去除超声图像噪声的新方法。方法 对超声图像进行非局域搜索,找到相似的图像块进行加权平均,降低噪声。通过定义一个特征强度,区分斑点噪声和图像边界;然后将特征强度引入非局域滤波方法中,对平坦区域和边界进行自适应滤波。结果 本方法可有效去除斑点噪声,提高噪声图像的峰值信噪比(PSNR)和结构相似度指数(SSIM),优于常规方法。结论 自适应非局域均值滤波可有效去噪,并保护超声图像特征。