基于快速亚像素运动估计的肺4D-CT图像超分辨率重建

肺4D-CT图像超分辨率重建技术对于提高肺4D-CT图像分辨率有重要作用。本文提出一种基于快速亚像素运动估计的
超分辨率处理方法,以重建清晰的肺4D-CT图像。首先采用快速亚像素运动估计方法估计不同“帧”图像间的运动场,然后采用
迭代反投影方法重建高分辨率肺4D-CT图像。实验结果表明,与传统的插值方法及基于全搜索运动估计的超分辨率重建算法
相比较,本方法能得到更清晰的肺部图像,图像结构明显增强。同时,与全搜索算法相比,运算时间显著缩减。
     

一种快速超分辨率图像重建算法

本文提出了一种新的自适应超分辨率重建算法,能够从序列低分辨率图像中重建出高分辨率图像.该算法充分考虑到低分辨率图像中的运动误差估计、点扩散函数以及加性高斯白噪声对重建算法的影响,通过构造新的非线性白适应正则化函数,并用实验方法分析函数的凸性以得到自适应步长因子.为验证算法的有效性,本文采用光学图像进行实验.实验结果表明,新算法能够有效地改善图像的空间分辨率和提高算法的收敛速度.     

自适应正则化超分辨率磁共振图像重建

目的为提高磁共振(MR)图像的分辨率和信噪比,本文提出一种自适应正则化的重建算法,从四幅分别存在亚像素级移动的低分辨MR图像实现超分辨率图像重建;本文提出的新正则化参数使得代价函数在定义域内呈局部凸性,同时在正则化参数中引入图像先验信息,以加强高频细节的恢复。结果表明,新算法能够有效的实现低分辨率MR图像的重建。     

生成对抗网络的血管内超声图像超分辨率重建

针对超声图像分辨率低导致视觉效果差的问题,本文以超分辨率重建为基础,结合生成对抗网络的方法,生成相对原图更 加清晰的血管内超声图像,用于辅助医生诊断与治疗。本方法应用生成对抗网络,生成器生成图像,判别器判断图像真伪。其 过程：低分辨率图像经过亚像素卷积层r2个特征通道,产生尺寸大小相同的r2个特征图,对每个特征图中相对应的同一像素重新 排列成一个r×r的子块,其对应高分辨率图像中的某一个子块,经过放大,产生r2倍的高分辨率图像。生成对抗网络经过不断优 化,获得更优质清晰的图像。将本方法（SRGAN）得出的结果与双立方插值（Bicubic）、超分辨率卷积网络（SRCNN）和亚像素卷 积网络（ESPCN）等方法比较,其峰值信噪比（PSNR）和结构相似性（SSIM）分别提高2.369dB和1.79%。因此,我们得知：结合生 成对抗网络的图像超分辨率重建能获得很好的血管内超声图像诊断视觉效果。     

基于多模态MRI脑影像的超分辨率重建

目的 探讨基于多模态脑影像数据的超分辨率合成模型将低分辨率的厚层数据重建成为高分辨率的薄层数据。方法 使用真实成对的多模态低-高分辨率MRI数据（2D-T1,2D-T2 FLAIR和3D-T1）设计结构约束的图像超分辨率重建网络,从不同模态的低分辨率MRI提取重要特征重建更高分辨率的T1图像。将T1作为主要模态使用图像全部信息,T2 FLAIR作为补充模态选取皮层下核团为关键区域进行信息增强。通过比较超分辨率重建图像与真实的高分辨率图像之间的灰度和结构相似性来确定网络的学习方向,同时通过脑分割工具获取重建图像和金标准图像的大脑解剖学结构信息,并将其作为重要约束条件来让重建模型自适应的学习大脑的组织结构特征,从而有效提升模型的重建性能。结果 在整体图像质量评价方面,该模型在149例测试集上的重建图像的平均PSNR值为33.11,SSIM为0.996,质量优于本文的其余对比方法生成的结果。在大脑解剖结构方面,我们的方法可以重建出较为清晰的脑沟、脑回以及皮层下核团,可视化结果显示了根据医学图像特性加入解剖学结构信息的有效性。分别使用单模态T1和多模态T1、T2 FLAIR进行图像重建的结果说明了有效选择第二模态关键区域的可行性。同时,在高分辨率图像作为金标准的情况下,使用本文提出的方法重建得到的超分辨率图像与使用低分辨率图像相比,在大脑灰质、白质和脑脊液上的体积测量平均精度有了较大的提升,灰质体积平均误差从3%降到1%,白质从18%降为了2%,脑脊液从35%降为了8%。结论 基于多模态的MRI脑影像超分辨率模型加入了同一组织的不同模态信息与解剖学信息,相比现有的方法,可以重建出更为接近真实高分辨率的图像,有望将其应用于临床诊疗流程中。     

基于4D-CT图像在肺癌放疗靶区勾画设计中的应用

目的探讨4D-CT图像在肺癌适形放疗靶区勾画中的应用价值。方法分别对8例肺癌患者行多层CT电影（Cine）和常规增强扫描,记录扫描参数信息。将扫描数据输入自主开发的4D-CT图像重建系统,进行4D-CT图像和MIP图像重建。模拟勾画4D适形精确放疗靶区;对同组8例患者常规扫描数据行3D传统放疗计划靶区设计。结果 8例肺癌患者4D-CT重建图像靶区勾画的GTV4D平均为：23.62±6.28cm3;该组患者的传统三维重建图像的GTV3D平均为：28.88±7.93cm3。结论传统3D的靶区设计因须考虑吸气和呼气末相的肿瘤位置而使GTV3D要大得多;采用4D-CT图像制定的适形放疗计划,大幅缩小了肿瘤靶区体积,降低了正常组织的受照剂量,可望减少中远期放疗并发症,提高放疗后生存质量。     

一种基于图割的交互式脑膜瘤核磁共振图像分割方法

摘要：为实现脑膜瘤核磁共振（MR）图像的精确分割,本文提出了一种新的基于图割的交互式图像分割算法。该方法首先
提取高维图像特征,然后利用加权KNN（K-Nearest Neighbor）分类器估计待分类像素属于肿瘤与背景区域的概率,并构造
新的能量函数;最后采用图割优化方法对能量函数优化求解。对脑膜瘤MR图像的分割实验表明,本方法较基于灰度信
息的图割方法在精度上有明显提高。     

雌激素对低氧性肺血管重建的作用

目的观察17-β雌二醇对低氧性肺动脉高压大鼠肺血管重建的作用。方法采用间断常压低氧法建立大鼠低氧性肺动脉高压模型,以右心导管法测定肺动脉压力(mPAP);测定右心室肥厚指数[RV/(LV S)];肺组织切片采用HE染色,经图像分析技术测定大鼠肺小血管管壁厚度指标[管壁厚度与血管外径的百分比(WT%)和管壁面积与血管总面积的百分比(WA%)];用放射免疫法测定血清中17β雌二醇浓度。将24只SD大鼠随机分成正常对照组、低氧组、雌激素预防组(每天低氧前腹腔注射17β雌二醇30μg/kg,共3周)、雌激素治疗组(低氧3周后每天腹腔注射17β雌二醇30μg/kg,共7d)。结果(1)低氧组大鼠的mPAP、RV/(LV S)(%)、WT%和WA%均高于正常对照组(P<001);血清中17β雌二醇浓度与正常对照组比较无显著性差异(P>005)。(2)雌激素预防组、雌激素治疗组的大鼠mPAP、RV/(LV S)(%)、WT%和WA%均低于低氧组(P<005),而血清中17β雌二醇浓度高于低氧组和正常对照组(P<001)。结论17β雌二醇能有效降低低氧性肺动脉高压大鼠的肺动脉压力、阻抑右心室肥厚,对低氧性肺动脉高压血管重建具有预防和治疗作用。     

基于4D-CT的放疗计划在胃癌中的应用价值

目的:比较分析4D-CT计划和常规3D-CT计划两种不同计划的靶区体积及相关剂量学方面的差异,评估4D-CT技术应用于胃癌放疗在剂量学方面的价值。方法:胃癌术后患者10例,在仰卧位平静自由呼吸下行CT模拟定位,先常规3D扫描再行4D扫描并根据呼吸周期重建得到10个不同呼吸时相的CT图像。勾画完整的放疗靶区(GTVs、CTVs)及危及器官。在三维计划系统中,以20%的时相基准,分别根据计划靶体积(PTV3D、PTV4D)为10例患者各设计2套放射治疗计划,PTV3D在临床靶体积(CTV)的基础上外加常规安全边界,PTV4D是在10个时相CTV融合后形成的4D内靶体积(ITV4D)基础上外放摆位边界,比较两者靶区及正常组织在体积及相关剂量学方面的差异。结果:在靶区PTV覆盖率与剂量分布均匀性方面差异无显著性;4D计划较3D计划肝平均剂量明显下降(P<0.05),肝V30、V40有下降但差异无显著性(P>0.05);双肾V20及平均剂量未见显著差异(P>0.05);CTV3D与ITV4D的体积分别为(433.04±139.71)cm3和(535.44±150.89)cm3,后者体积增加了(102.40±21.77)cm3;PTV3D与PTV4D的体积分别为(860.87±226.52)cm3和(787.87±193.83)cm3,后者体积减少了(73.00±46.38)cm3,均具有显著的统计学差异。结论:3D计划存在夸大或遗漏靶区的风险,应用4D-CT能在不遗漏肿瘤放疗靶区的基础上尽可能的缩小靶体积,保护危及器官。     

基于四维CT的呼吸门控技术分析呼吸运动对肺部肿瘤的影响

目的：探讨应用呼吸门控技术行三维放疗的肺部肿瘤患者受呼吸影响后靶区几何中心在三维方向上的矢量变化。方法采用放疗专用Phlipis 16排大孔径 CT定位机对48例需行胸部放疗、已行真空气垫体位固定的肺癌患者行辅以瓦里安实时位置管理系统的4D-CT模拟定位扫描,将每个呼吸周期的 CT图像平均分为10个呼吸时相。每个时相勾画靶区,融合10个时相的CT图像,测定靶区中心点在三维方向上的最大运动矢量并进行分析。结果（1）在平静呼吸状态下,肺的呼吸动度在 X轴方向（左右）、Y轴方向（前后）、Z轴方向（头脚）分别为1．97、2．33、8．41 mm;方向精度分别为1．31、1．50、1．92 mm;平均误差分别为（1．00＆#177;1．28）mm、（1．19＆#177;1．49）mm、（1．67＆#177;1．89）mm ,三维方向的呼吸动度差异有统计学意义（χ2＝6．773,P ＝0．034）。（2）病灶位于左、右肺的呼吸动度在 X轴方向（左右）、Y轴方向（前后）、Z轴方向（头脚）分别为1．96和1．99 mm （t ＝0．79,P ＝0．94）,2．49和2．18 mm （t＝0．72,P ＝0．48）,8．49和8．18 mm （t＝1．21,P ＝0．23）;三维方向的呼吸动度差异无统计学意义。结论呼吸门控技术可以定量测定肺部肿瘤受呼吸运动影响在三维方向的移动范围。     

结缔组织病相关性肺间质病变的高分辨CT表现

目的：分析结缔组织病相关性肺间质病变(connective tissue associated interstitial lung disease,CTD-ILD)的高 分辨CT(high resolution computed tomography,HRCT)表现。方法：收集中南大学湘雅医院2013年9月至2015年9月结缔 组织病患者127例,所有患者均经临床实验室检查或病理学检查确诊为结缔组织病,且HRCT证实存在肺间质病变, 回顾性分析患者的肺部HRCT影像表现。结果：127例患者结缔组织病分类包括类风湿关节炎36例(28.3%),皮肌炎及 多肌炎34例(26.8%),系统性硬化症31例(24.4%),干燥综合征18例(14.2%),混合性结缔组织病7例(5.5%),系统性红斑 狼疮1例(0.8%)。根据HRCT表现分为非特异性间质性肺炎(nonspecific interstitial pneumonia,NSIP)77 例(60.6%),寻常 型间质性肺炎(usual interstitial pneumonia,UIP)46例(36.2%),淋巴细胞性间质性肺炎(lymphocytic interstitial pneumonia, LIP)2例(1.6%),隐源性机化性肺炎(cryptogenic organizing pneumonia,COP)1例(0.8%),急性间质性肺炎(acute interstitial pneumonia,AIP)1例(0.8%)。36例类风湿关节炎相关性肺间质病变的HRCT表现为UIP(24例,66.7%)和NSIP(12例, 33.3%)。34例皮肌炎及多肌炎相关性肺间质病变的HRCT表现为NSIP(32例,94.1%),UIP和COP(各1例,各占2.9%)。 31例系统性硬化症相关性肺间质病变的HRCT表现为NSIP(21例,67.8%)和UIP(9例,29.0%),LIP(1例,3.2%)。18例干 燥综合征相关性肺间质病变的HRCT表现为NSIP(9例,50.0%),UIP(8例,44.4%)和LIP(1例,5.6%)。7例混合型CTD- ILD的HRCT表现为UIP(4例,57.1%)和NSIP(3例,42.9%)。系统性红斑狼疮仅见1例AIP。结论：不同类型CTD-ILD的 HRCT表现具有相对独特的特点。     

HRCT诊断周围型肺癌的价值及误诊分析

目的:研究HRCT对周围型肺癌的诊断价值及分析误诊的原因。方法:采用多排螺旋CT对24例周围型肺癌行层厚为0.5 mm的容积靶扫描,通过多层面(MPR)重建的方法,显示支气管与周围型肺癌的关系,将其结果与手术病理及肺部穿刺病理相对照。结果:24例周围型肺癌中,HRCT诊断22例,误诊2例,诊断率为91.7%。结论:HRCT对周围型肺癌的诊断率较高,其误诊的主要原因是肿瘤未引起支气管改变。     

螺旋CT三维重建技术在结直肠癌诊断中的应用价值

目的 探讨8层螺旋CT三维重建在中晚期结直肠癌诊断中的应用价值。方法 回顾分析43例经过手术证实的结直肠癌病例，术前均进行平扫和三期扫描，所有病例均进行三维重建。将CT显示的影像特征与手术证实的结果进行对比分析。结果 CT诊断肿瘤的浆膜层浸润准确率94．59％（35／37），淋巴结转移准确率76．92％（10／13），远处脏器转移准确率61．54％（8／13），显示肿块准确率100．00％（43／43），显示供血血管准确率100．00％（24／24）。结论 8层螺旋CT三维重建可以较好的显示病灶及病灶与周围脏器的关系，为外科手术治疗提供独特的信息。     

Positioning study of cervical vertebra pedicle axial line projective point by computed tomography image reconstruction

Background  Safe placement of the screws is a critical aspect of trans-pedicle internal fixation, and little information on in vivo morphology of the cervical vertebrae pedicle measured with imaging methods is available. The aim of this study was to measure the dimensions of cervical vertebrae C3 to C7 and provide screw length, screw diameter and tilt angle for clinical cervical vertebra trans-pedicle internal fixation.

Methods  Thirty Chinese men and women underwent high-speed spiral computed tomography measurements to obtain data for C3 to C7, and the morphology of the cervical vertebra pedicles was reconstructed.

Results  Reconstructed computer tomography image data revealed that: (1) pedicle sponge width increased incrementally from C3 to C7, (2) pedicle depth was similar for C3 to C7, (3) pedicle angle decreased incrementally from 47.20° to 33.76° for C3 to C7, and (4) pedicle point to midline distance was similar for C3 to C7. There were no statistical differences in morphological data between the right and the left side. Men had statistically larger values than women for all morphological parameters.

Conclusions  Reconstructed computed tomography images can provide useful data for clinical cervical vertebra trans-pedicle internal fixation. The individual measurement of cervical vertebra pedicles is recommended for safe placement of trans-vertebra pedicle screws.

     

多排螺旋CT肺血管成像技术显示周围型肺癌与肺血管的关系

目的采用多排螺旋CT肺血管成像技术显示周围型肺癌与肺血管的关系,并探讨其诊断价值。方法51例周围型肺癌患者行多排螺旋CT肺血管造影检查,分别采用螺旋CT多层面重建、最大密度投影等技术显示周围型肺癌与肺动脉和肺静脉的关系。将周围型肺癌引发肺动脉和肺静脉的改变分为4型,分析分型与周围型肺癌病理类型间的关系。结果1～6级肺血管均可显示,5级以上肺血管形态可清晰显示。肺鳞癌和腺癌间肺动、静脉受累及率均无统计学意义。腺癌Ⅲ型肺动脉改变所占百分比高于鳞癌（x~2=4.595,P〈0.05）。腺癌和鳞癌间Ⅰ～Ⅳ型肺静脉改变所占百分比均无统计学意义,腺癌Ⅰ型＋Ⅱ型肺静脉改变所占百分比高于鳞癌（x~2=7.526,P〈0.05）。结论多排螺旋CT肺血管造影及后处理技术可确切显示5级以上肺血管与肿瘤间的关系,周围型肺癌与血管关系的分型有助于周围型肺癌的诊断、分期及预后,同时在一定程度上提示病理学改变。     

多层螺旋CT三维血管造影对颅内动脉瘤的诊断价值

目的 80%的蛛网膜下腔出血都是由颅内动脉瘤破裂引起的.颅内动脉瘤一旦发生破裂出血,死亡率可达50%.文中旨在探讨多层螺旋CT三维血管造影(three-dimension multi-slice computed tomography angiography,3D-MSCTA)对颅内动脉瘤诊断的价值.方法 回顾分析经数字减影血管造影术(digital subtraction angiography,DSA)及临床手术证实的42例自发性蛛网膜下腔出血(subarachnoid hemorrhage,SAH)患者的3D-MSCTA影像学表现.42例患者均行CT平扫及增强扫描,增强扫描后运用容积再现(volume redering,VR)、多层平面重建(multiplanar reformation,MPR)、最大信号密度投影(maximum intensity projection,MIP)技术重建三维脑血管,并参照原始图像进行观察.结果 42例患者经3D-MSCTA检查后,40名患者诊断为颅内动脉瘤,共发现动脉瘤44个,2例未见明确颅内动脉瘤;经DSA检查,41名患者诊断为颅内动脉瘤,共发现动脉瘤46个,1例未见明确颅内动脉瘤;3D-MSCTA检查对颅内动脉瘤检出敏感性为95.7%.结论 3D-MSCTA作为无创、操作简便的颅内动脉瘤的检查方法,具有很高的敏感性(95.7%),可作为一种安全、快捷的常规筛查方法,亦可为拟定治疗方案提供详细的资料.对于3D-MSCTA检查未发现颅内动脉瘤的自发性蛛网膜下腔出血患者应进一步行DSA检查.     

阻塞性肺病呼气末肺残气量的CT评价

目的:探讨呼气末高分辨率CT(HRCT)对阻塞性肺病(OLD)患者的肺残气量的评估价值.方法:对有肺功能检测结果的13名健康志愿者与14例OLD患者行吸气与呼气末HRCT扫描,测量吸气与呼气状态下肺CT值,并目测呼气末HRCT扫描时肺残气量的范围.结果:所有的OLD与8名健康志愿者都有肺内空气残余,但OLD的范围明显增大.OLD患者在吸气与呼气时肺CT值变化及残气量分数与健康者明显不同,且与肺功能密切相关(P＜0.01).结论:呼气末HRCT可用于评估OLD患者肺残气量并可诊断这类疾病.肺CT值的测量与肺残气量的评估是两种有价值的分析方法.     

早产儿缺氧缺血性脑病的CT检查及临床分析

目的探讨CT检查对诊断早产儿缺氧缺血性脑病(HIE)的价值.方法采用Somatom emotion型螺旋扫描机对251例HIE患儿在生后2周内,孕龄满40周,生后2个月后进行CT检查.结果早产儿HIE生后2周内表现:胎龄<32周有81%(35/43) CT低密度范围以重度表现为主,有无窒息CT重度表现的发生率分别为83%与80%,32～34周只有12%(7/58)有重度表现,有无窒息CT重度表现的发生率分别为10%与13%,<34周有无窒息两组对比CT重度表现的发生率无显著差异(P>0.05).孕龄>34周的早产儿20%(31/150) 以重度表现为主,有无窒息CT表现为重度的发生率分别为38%与15%,两组对比有显著差异(χ2=8.27,P<0.05).脑白质低密度CT值>18Hu占70%(177/251).孕龄满40周CT检查76%(19/25)仍有白质低密度的改变,而无广泛脑软化,无脑室明显扩大或脑室周围明显白质软化25例中88%6～8个月后的DQ评分≥85分.结论早产儿HIE的诊断必须结合临床及其窒息史、异常产科史,同时CT随访到纠正孕龄到40周及加强新生儿期后的随访治疗.