小动物锥束CT分角度几何校正

目的 改善小动物锥束CT(CBCT)系统的空间分辨力。 方法 对由3个钢制小球组成的校正模型进行360°扫描,根据质心法计算小球中心的投影位置,然后计算光源的位置、旋转轴偏移等7个几何参数,最后对在旋转扫描过程中由于系统的不稳定而发生变化的部分几何参数进行分角度计算,得出投影角度相关的几何校正参数。在对被测物体进行扫描后,利用上述几何参数和分角度校正参数,采用FDK算法进行图像重建。 结果 经过分角度几何校正后,重建图像的空间分辨力提高了2 lp/mm。 结论 分角度几何校正方法能够很好地解决系统不稳定造成几何参数在扫描中发生轻微变化的问题,显著提高CBCT的空间分辨力。     

基于噪声功率谱的CT图像噪声评价

目的 设计并探讨基于噪声功率谱（NPS）的CT图像噪声评价方法。方法 改变CT图像扫描参数以及重建参数获取图像,采用NPS与传统标准差（SD）两种方法对该图像进行噪声检测,并对比两种检测结果。结果 NPS曲线幅值与层厚和剂量成反比,与重建算法的增强程度成正比。重建算法、层厚和剂量对噪声指数的影响能够在NPS曲线上得到明显的体现。结论 NPS能够从幅值与频率方面反应噪声变化,与SD方法相结合可形成更为完善的噪声评价体系。     

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。     

新一代基于模型的迭代重建在低剂量上腹部CT中的应用

目的 比较自适应统计迭代重建（ASIR）、常规基于模型的迭代重建（MBIRc）、新一代基于模型的迭代重建（MBIRn）中优化低密度对比设置的MBIR_NR403种算法对低剂量上腹部CT图像质量的影响。方法 采用CT扫描静止状态下水模,比较0.625 mm层厚时滤波反投影算法（FBP）、ASIR、MBIRc和MBIR_NR40的空间分辨率和密度分辨率。1年内接受2次腹部增强CT扫描受检者60例,初次检查采用常规辐射剂量（噪声指数=10）扫描,FBP重建。复查时采用低辐射剂量方案（噪声指数=20）扫描,分别采用标准算法ASIR、MBIRc和MBIR_NR40三种方法重建为0.625 mm层厚的图像后进行对比分析。测量皮下脂肪、背部肌肉、肝脾实质CT值和噪声,计算以皮下脂肪为背景的肝脾实质CNR,采用单因素方差分析比较各重建算法噪声和CNR。由2名放射科医师以常规剂量FBP重建为基础,采用半定量目测评分法盲法进行噪声和细节结构、病变边缘清晰度评分,比较主观评分差异,评价观察者间一致性。结果 体模研究提示MBIRc空间分辨率最高,MBIR_NR40密度分辨率最高。临床研究显示初次检查剂量长度乘积（DLP）为（368.03±146.25） mGy·cm,有效剂量（ED）为（5.52±2.19） mSv;复查时DLP为（93.18±41.21） mGy.cm,ED为（1.40±0.62） mSv,分别下降约74.68%和74.64%。MBIR_NR40重建图像肌肉、脂肪噪声低于MBIRc、ASIR重建和常规剂量FBP重建（P均<0.05）。MBIR_NR40重建图像肝脾CNR大于MBIRc、ASIR重建和常规剂量FBP重建（P均<0.05）。2名放射科医师主观评分一致性优良。低剂量MBIR_NR40主观图像噪声最低、显示上腹部细节结构和病变边缘特征最清晰,优于MBIRc,MBIRc优于常规剂量FBP,低剂量ASIR最差,差异均有统计学意义（P均<0.05）。结论 减少辐射剂量约75%低剂量上腹部成像时,MBIR重建图像质量优于ASIR、MBIRc重建图像及常规剂量FBP图像。     

基于C型臂超短扫描路径锥束投影的图像合成

背景：CT成像质量的优劣不仅取决于仪器的精密性和先进性,在很大程度上也取决于重建算法,由二维扇束扫描向三维锥束扫描是CT技术的发展方向,因此,寻找一种合适的锥束重建算法具有无法忽略的意义。目的：探讨基于C型臂超短扫描路径锥束投影的图像合成,为实现基于C型臂2D投影图像的3D模型重建提供算法支持。方法：由第一作者于2012年3至5月检索PubMed数据库、CNKI系列数据库及万方数据库1990年至2011年文献。检索词为＂C型臂,超短扫描路径,FDK算法,有限角锥形束三维重建,超短扫描扇束重建算法＂,检索文章的语言种类为中文和英文。计算机初检得到58篇文献,其中19篇符合纳入标准被保留。结果与结论：基于C型臂2D投影图像的3D模型重建必须进行三维模型的重建,目前应用最为广泛的的三维图像重建方法仍然是FDK。但是FDK算法适用于全路径,对超短路径而言不能直接采用,而通过将二维扇束重建算法推广到三维空间中而获得的短扫描轨迹的FDK类型锥束重建算法可对采集到的锥束投影数据进行感兴趣区域重建。未来的研究可针对减少噪声等干扰数据对重建质量造成的影响进行探讨。     

基于C型臂超短扫描路径锥束投影的图像合成

背景:CT成像质量的优劣不仅取决于仪器的精密性和先进性,在很大程度上也取决于重建算法,由二维扇束扫描向三维锥束扫描是CT技术的发展方向,因此,寻找一种合适的锥束重建算法具有无法忽略的意义。目的:探讨基于C型臂超短扫描路径锥束投影的图像合成,为实现基于C型臂2D投影图像的3D模型重建提供算法支持。方法:由第一作者于2012年3至5月检索PubMed数据库、CNKI系列数据库及万方数据库1990年至2011年文献。检索词为"C型臂,超短扫描路径,FDK算法,有限角锥形束三维重建,超短扫描扇束重建算法",检索文章的语言种类为中文和英文。计算机初检得到58篇文献,其中19篇符合纳入标准被保留。结果与结论:基于C型臂2D投影图像的3D模型重建必须进行三维模型的重建,目前应用最为广泛的的三维图像重建方法仍然是FDK。但是FDK算法适用于全路径,对超短路径而言不能直接采用,而通过将二维扇束重建算法推广到三维空间中而获得的短扫描轨迹的FDK类型锥束重建算法可对采集到的锥束投影数据进行感兴趣区域重建。未来的研究可针对减少噪声等干扰数据对重建质量造成的影响进行探讨。     

自适应迭代重建技术结合高分辨算法提高儿童低剂量胸部CT肺脏病变显示的能力

目的 探讨自适应迭代重建技术（ASIR）结合高分辨算法对儿童低剂量胸部CT肺部结构显示的影响。方法 回顾性分析接受低剂量胸部CT检查且存在肺内病变的患儿42例,0~12个月预设噪声指数12,>1~2岁预设噪声指数15,3~6岁预设噪声指数17,≥7岁预设噪声指数20。将所有图像应用Soft、Standard、Lung、Chest分辨率模式重建为层厚0.625 mm的图像。以10%为步涨值,重建ASIR权重为0%~100%的11组图像。由2名医师分别用5分制评分法主观评价肺窗图像质量,包括图像主观噪声、正常肺结构及病变的显示能力,5分为最佳。统计学分析比较最佳的后处理算法,以及与之匹配的最佳ASIR权重。结果 Lung模式为观察肺部病变最佳的高分辨算法,ASIR 60%权重重建图像主观评分最佳。结论 采用ASIR 60%权重结合Lung高分辨算法可更好地显示儿童低剂量胸部CT的肺部结构。     

基于条状挡板的kV级锥形束CT散射校正

目的 校正锥形束CT投影中的散射信号,以提高图像质量。 方法 使用条状挡板测量Varian机载kV级锥形束CT投影图像中的散射信号,并将其从再次扫描的投影中扣除,以获得原始射线的投影图像。使用空域自适应的BayesShrink小波对投影图像进行去噪处理,并导入Varian On Board Imager工作站进行重建;比较处理前后的图像质量。 结果 校正后图像的低对比度分辨力提高,噪声降低,CT值的准确性和均匀性得到改善。 结论 条状挡板能准确获取投影图像中的散射信号;扣除散射信号后使用小波阈值法去噪,可有效提高图像质量。     

直线加速器机载锥形束CT图像散射的修正方法

目的 对直线加速器机载锥形束CT(CBCT)散射修正方法进行研究.方法 在CBCT射线源前放置一个"指交叉"形的阻挡光栅,对Catphan 504模体进行扫描,分别获得CBCT图像和扇形束CT图像.利用基于阈值的图像分割算法跟踪机架旋转过程中阻挡光栅在CBCT图像中的位置,提取散射样本后利用插值法估计散射信号分布,采用改进的半扇扫描重建算法重建散射修正后的图像.结果 散射修正后的Catphan 504模体图像与扇形束CT重建的图像接近.与散射修正前比较,散射修正后CT值误差从100.86 HU下降到15.74 HU,散射修正后低对比度分辨力平均提高1.37倍.结论 基于阈值的图像分割算法准确跟踪阻挡光栅的位置,在铅片区域可采集散射信号,其余区域可通过改进的半扇扫描算法完成单次扫描的图像重建.     

自适应迭代剂量降低重建算法对脑血管体模CT图像质量的影响

目的 探讨脑血管CT成像中自适应迭代剂量降低重建(AIDR)3D算法与图像质量的关系.方法 采用ATOM 701-D型成年男性仿真人头颅模型,配置碘水混合对比剂模拟脑血管.采用320排容积CT以100 kV、300 mA、0.5 s进行颅脑单圈扫描,分别采用AIDR 3D 4个等级(off、mild、standard、strong)进行图像重建.获得轴位血管CT值及噪声、脑组织CT值及噪声、SNR和CNR.不同迭代算法等级重建对图像质量的影响采用单因素方差分析. 结果 不同AIDR 3D等级重建的血管噪声、脑组织噪声、SNR、CNR差异均有统计学意义(P均 <0.05);血管CT值及脑组织CT值差异均无统计学意义(P均 >0.05).结论 不同AIDR 3D等级降低噪声效果和提高图像质量能力不同,等级越高,图像质量越高.     

Varian 23 EX 加速器附加锥形束CT图像均匀性分析

目的 分析Varian 23 EX 加速器附加KV X线锥形束CT(CBCT)在不同扫描条件下图像均匀性的变化。方法 采用安装在直线性加速器上的CBCT系统,在标准头/体部扫描条件下重复扫描体模,并将数据通过放疗网络传至计划系统及Matlab 7.0,利用Eclips计划系统评价获取图像在x、y及z轴方向上的均匀性变化,并与传统扇形束CT(FBCT)扫描重建图像的测量结果进行比较。结果 CBCT图像在标准头/体部扫描条件下,在三个轴向上均有良好的对称性和均匀性。在标准头部扫描方式下CT值的波动范围分别为:x轴±25 HU,y轴±30 HU,z轴±20 HU。在标准体部扫描模式下,CT值的波动范围略大。等中心横断面x,y轴方向上具有最佳的对称性和均匀性。相对于x,y轴方向,z轴具有更佳的对称性和均匀性。Bowtie滤过器能够明显减少模体散射线,可提高图像的均匀性。结论 Varian 23 EX 加速器附加KV X线CBCT图像均匀度好,通过对CT值校正,CBCT可以用于治疗计划系统的剂量计算。     

比较两种低剂量CT迭代重建法与常规剂量滤波反投影重建法的图像质量

目的 对比低剂量腹部和盆腔增强扫描自适应统计迭代重建（ASIR）和基于模型的迭代重建（MBIR）与常规剂量下传统的滤波反投影（FBP）重建的图像质量和剂量减低率。方法 31例患者接受腹部和盆腔增强常规剂量CT扫描、FBP重建;复查时,接受增强低剂量扫描、40%ASIR和MBIR。由2名医师通过锐利度、噪声、伪影和诊断接受度对图像进行评分,并测量噪声值和CT值,计算SNR。记录每例患者每次检查的剂量长度乘积（DLP）和CT剂量指数（CTDIvol）,计算剂量减低率。结果 低剂量扫描的DLP值和CTDI值分别为（328.95±206.35）mGy/cm和（7.96±4.30）mGy,而常规剂量FBP重建的DLP值和CTDI分别为（689.27±339.63） mGy/cm和（16.81±7.19） mGy。对于腹部和盆腔脏器,低剂量MBIR图像比低剂量40%ASIR图像和常规剂量FBP图像有更低噪声值和更高SNR （P均<0.0167）。低剂量40%ASIR图像和常规剂量FBP图像的客观评价结果相似（P>0.0167）。MBIR和40%ASIR可以提高图像的密度分辨力,降低硬化伪影,且MBIR比40%ASIR图像有更低噪声和伪影,主观评价结果更佳。结论 在保证图像质量的前提下,相比常规剂量扫描、FBP重建,低剂量扫描MBIR和ASIR可以明显降低扫描剂量;相比ASIR法,MBIR法能提供更佳图像质量,具有进一步降低扫描剂量的潜力。     

Image Quality Assessment in Torso Phantom Comparing Effects of Varying Automatic Current Modulation with Filtered Back Projection,Adaptive Statistical,and Model-Based Iterative Reconstruction Techniques in CT

ObjectivesTo compare image quality on computed tomographic (CT) images acquired with different levels of automatic tube current modulation reconstructed with filtered back projection (FBP), adaptive statistical iterative reconstruction (ASIR), and novel model-based iterative reconstruction (MBIR) techniques.MethodsA torso phantom was scanned at 17 different noise levels of automatic current modulation and images were reconstructed with FBP, ASIR, and MBIR. Objective and subjective image qualities were assessed. Effective dose was also calculated.ResultsObjective image analysis supports significant noise reduction and superior contrast to noise ratio with new a MBIR technique. Subjective image parameters were maximally rated for MBIR followed by ASIR then FBP. The reconstruction algorithms were evaluated over effective doses ranging from 0.7 to 3 mSv.ConclusionMBIR shows superior reduction in noise and improved image quality (both objective and subjective analysis) compared with ASIR and FBP. It was possible to achieve meaningful image quality even at the highest noise index of 70 achieving substantial dose reduction to as low as 0.7 mSv.     

Temporal image reconstruction in electrical impedance tomography

Electrical impedance tomography (EIT) calculates images of the body from body impedance measurements. While the spatial resolution of these images is relatively low, the temporal resolution of EIT data can be high. Most EIT reconstruction algorithms solve each data frame independently, although Kalman filter algorithms track the image changes across frames. This paper proposes a new approach which directly accounts for correlations between images in successive data frames. Image reconstruction is posed in terms of an augmented image x and measurement vector y, which concatenate the values from the d previous and future frames. Image reconstruction is then based on an augmented regularization matrix R, which accounts for a model of both the spatial and temporal correlations between image elements. Results are compared for reconstruction algorithms based on independent frames, Kalman filters and the proposed approach. For low values of the regularization hyperparameter, the proposed approach performs similarly to independent frames, but for higher hyperparameter values, it uses adjacent frame data to reduce reconstructed image noise.     

The Acceptability of Iterative Reconstruction Algorithms in Head CT: An Assessment of Sinogram Affirmed Iterative Reconstruction (SAFIRE) vs. Filtered Back Projection (FBP) Using Phantoms

BackgroundComputed tomography (CT) is the primary imaging investigation for many neurologic conditions with a proportion of patients incurring cumulative doses. Iterative reconstruction (IR) allows dose optimization, but head CT presents unique image quality complexities and may lead to strong reader preferences.ObjectivesThis study evaluates the relationships between image quality metrics, image texture, and applied radiation dose within the context of IR head CT protocol optimization in the simulated patient setting. A secondary objective was to determine the influence of optimized protocols on diagnostic confidence using a custom phantom.Methods and SettingA three-phase phantom study was performed to characterize reconstruction methods at the local reference standard and a range of exposures. CT numbers and pixel noise were quantified supplemented by noise uniformity, noise power spectrum, contrast-to-noise ratio (CNR), high- and low-contrast resolution. Reviewers scored optimized protocol images based on established reporting criteria.ResultsIncreasing strengths of IR resulted in lower pixel noise, lower noise variance, and increased CNR. At the reference standard, the image noise was reduced by 1.5 standard deviation and CNR increased by 2.0. Image quality was maintained at ≤24% relative dose reduction. With the exception of image sharpness, there were no significant differences between grading for IR and filtered back projection reconstructions.ConclusionsIR has the potential to influence pixel noise, CNR, and noise variance (image texture); however, systematically optimized IR protocols can maintain the image quality of filtered back projection. This work has guided local application and acceptance of lower dose head CT protocols.     

SAFIRE重建算法对胸部CT图像质量和辐射剂量的影响

目的 利用仿真胸部体模,比较原始数据域迭代重建(SAFIRE)算法与滤波反投影(FBP)算法对胸部CT图像质量和辐射剂量的影响。方法 在新双源CT(Somatom definition flash CT)设备上预设80、100、120 kV三组管电压值,采用自动毫安秒care dose 4D技术对仿真胸部体模进行扫描,分别用FBP及SAFIRE重建算法(等级1~5)重建图像,比较胸部不同组织结构的噪声及CT值,并由2名放射科医师独立评价图像质量。每组扫描结束后,记录CT剂量加权指数(CTDIvol)和剂量长度乘积(DLP),计算并比较有效剂量。结果 相同扫描参数检查时,SAFIRE重建算法较FBP算法图像噪声明显降低(P<0.05);不同扫描参数检查时,无论FBP算法或SAFIRE重建算法,图像噪声均随管电压增加而降低;胸部各组织结构的噪声会随重建算法和管电压改变而发生变化;100 kV/SAFIRE(等级3)的主观和客观图像质量指标均优于120 kV/FBP,且辐射剂量降低37.61%。结论 胸部CT扫描中,采用SAFIRE重建算法能有效提高图像质量,降低辐射剂量。