能谱CT图像重建算法研究

能谱CT所获取的是多个能谱(或能段)的X射线穿过被测物体的扫描数据。与传统CT扫描数据相比,这些数据中包含着更多的被测物体信息。基于基材料分解算法,能谱CT可重建被测物体的多个基材料图像,以及由基图像线性组合表示的虚拟单能图像,并由此进行物体成分识别和定量化分析。近年来,能谱CT成像的相关理论、技术、器件和系统都在快速发展,其应用领域也在日益扩大。本文在介绍能谱CT的数据采集模式、基材料分解数学模型的基础上,综述基于基材料分解的能谱CT图像重建算法的分类及各类算法的优缺点和适用性等,并探讨需要进一步研究的相关问题。     

基于层间无金属滤波片的双层平板探测器X射线及CT成像性能评估

目的 双层平板探测器在单次X射线曝光下即可获得高低能投影时空匹配俱佳的能谱数据,应用前景广阔。本文针对一款层间无金属滤波片、等晶体厚度(550μm CsI)的双层平板探测器,在桌面CT平台上测量和评估了其X射线及CT成像性能。方法 首先,基于CATPHAN标准模型和平场扫描,测量了该双层平板探测器的空间分辨率和噪声功率谱;其次,通过对KYOTO拟人胸腔模型的X射线摄影,分析了其双能透视成像性能;最后,使用窄束准直X射线对GAMMEX多能模体做计算机断层成像(Computed Tomography, CT)扫描,经过投影域基材料物质分解和CT图像重建,评估了其双能CT能谱成像潜力。结果 在2×2像素合并模式(0.3×0.3 mm²)下,双层平板探测器顶层所得CT图像的空间分辨率可达21 lp/cm,底层可达17 lp/cm;二维透视成像实验研究表明,散射校正后的双层平板探测器高低能数据经过加权运算,可较好地实现骨头和软组织的有效分离;三维断层成像实验研究表明,双层平板探测器能谱成像有望获得准确的物质成分信息(窄束准直下,基材料分解平均误差在10%以内)。结论 本文完...     

能谱CT多参数定量分析对肺癌病理类型的鉴别诊断价值

目的 分析能谱CT对肺癌病理类型的鉴别诊断价值。方法 回顾性收集82例肺癌患者临床资料,所有患者均经手术病理检查确诊,将患者分为腺癌组(44例)和鳞癌组(38例),统计2组影像学特征,比较2组能谱CT多参数、动脉期、静脉期不同keV下CT值、K值,采用ROC曲线分析能谱CT多参数对肺癌病理类型的鉴别诊断价值。结果鳞癌组胸膜凹陷征、磨玻璃密度患者占比(36.84%、31.58%)低于腺癌组(65.91%、54.55%),P<0.05。鳞癌组标准化碘浓度、能谱曲线斜率、碘-水含量低于腺癌组,动脉期70、100 keV下K值高于腺癌组(P<0.05)。能谱CT多参数鉴别肺癌病理类型的敏感度比较,标准化碘浓度低于能谱曲线斜率、动脉期碘-水含量、动脉期70 keV下K值(P<0.05),能谱曲线斜率、动脉期碘-水含量、动脉期100 keV下K值低于动脉期70 keV下K值(P<0.05);特异度比较,标准化碘浓度高于能谱曲线斜率、动脉期碘-水含量、动脉期70 keV下K值、动脉期100 keV下K值(P<0.05),能谱曲线斜率高于动脉期70 keV下K值,动脉期7...     

能谱CT及CT灌注成像技术在孤立性肺结节诊断中的研究进展

能谱及灌注CT成像均是计算机断层扫描（computer tomography,CT）功能成像。随着CT技术发展，探测器宽度增加，多种重建算法的出现，辐射剂量降低，一站式CT能谱联合灌注成像也成为可能。能谱及灌注CT成像既获得常规形态学图像，还同时获得多种功能学参数，该优势使得其应用越来越广泛。本文就能谱CT成像和灌注CT成像在孤立性肺结节（solitary pulmonary nodules,SPN）诊断中的应用作以综述。     

基于已验6 MV X线相空间和能谱信息重建加速器机头蒙特卡罗模拟方法

目的 基于IAEA Varian 6 MV X线相空间文件和目标机头的光子能谱分布,建立一种新的蒙特卡罗模拟方法,重建医用加速器机头模型及X射线能量的能谱。方法 对已验的6 MV X线相空间文件进行预处理,提升每个粒子能量;根据位置、能量不同将粒子保存到不同的Phase-Space-Let (PSL)文件中,得到初始目标能量加速器机头的蒙特卡罗模拟的初始光子能谱;然后对某一待验目标能量(医科达PRECISE 10 MV X线)加速器机头的光子能谱,用初始光子能谱拟合得到拟合系数,即每个PSL的权重;最后使用初始PSL文件和该权重信息重建出待验目标能量的加速器机头模型,对其不同开野进行中轴PDD分布的计算,并用一维γ通过率验证该方法的有效性。结果 重建的10 MV光子能谱与已验的10 MV能谱峰值位置相同,整体分布一致;由重建的10 MV机头模型计算得到的PDD与实测的吻合度较高,一维γ通过率(参数1 mm 1%,Threshold=0%)>96%。结论 笔者提出的蒙特卡罗重建方法可靠、准确有效。     

综述:光子计数X射线探测器的能量标定方法

光子计数探测器具有能量分辨能力,在小动物成像、医学成像以及粒子物理等多个研究领域有广泛的应用。光子计数探测器一般工作在光子计数模式,用于测量高于阈值能量的光子数。这种工作模式的探测器常用阈值扫描来测量射线源的能谱,这也是能量标定实验的第一步。除了光子计数模式,基于Timepix的光子计数探测器还可以工作在TOT模式。探测器在TOT模式下可以直接测量入射粒子的能量,从而更方便地得到测量能谱。本文中,作者讨论了光子计数模式和TOT模式下探测器的能量标定方法,详细分析了使用不同射线源的标定实验,结果表明大部分情况下X射线荧光是更合适的射线源。     

能谱CT在肾上腺嗜铬细胞瘤与皮质腺瘤鉴别诊断中的应用

摘 要：［目的］ 探讨能谱CT在肾上腺嗜铬细胞瘤与皮质腺瘤鉴别诊断中的应用价值。［方法］回顾性分析10例肾上腺皮质腺瘤和10例肾上腺嗜铬细胞瘤患者的临床资料,所有患者均进行能谱CT检查,能谱软件处理所有图像,获取腹主动脉和肿瘤的相关参数,对其进行综合分析。［结果］肾上腺腺瘤和嗜铬细胞瘤均为单发,软组织肿块边界清晰,无囊变、出血和钙化,腺瘤平均直径(2.79±0.99) cm,嗜铬细胞瘤平均直径（3.21±0.58） cm。腺瘤和嗜铬细胞瘤的标准化CT值上,延迟期40~l40 keV、静脉期70~140 keV、动脉期40 keV和70~140 keV单能量,差异均有统计学意义（P＜0.05）;延迟期、静脉期和动脉期腺瘤的血（碘）、脂（碘）、水（碘）的基物质标准化浓度均显著低于嗜铬细胞瘤（P＜0.05）;延迟期、静脉期和动脉期腺瘤与嗜铬细胞瘤的碘（血）、碘（脂）、碘（水）差异无统计学意义（P＞0.05）。［结论］肾上腺腺瘤与嗜铬细胞瘤两种瘤体能谱CT的能谱特征物质含量、能谱曲线、单能量CT值具有显著性差异,有助于鉴别诊断;且延迟期碘(血)、碘(脂)、碘(水)基物质浓度以及单能量CT值鉴别诊断价值更高。     

能谱CT定量参数:术前诊断肺癌转移性淋巴结的价值

背景与目的 肺癌淋巴结转移是重要的生存预后因素,准确的纵隔淋巴结分期可以使患者最大程度地受益于手术.本研究旨在探讨宝石能谱计算机断层扫描(computed tomography,CT)定量参数在术前诊断非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)患者淋巴结转移的价值.方法 收集48例NSCLC患者,连续进行宝石能谱CT成像(gemstone spectral imaging,GSI)模式肺增强扫描和手术治疗.重建GSI数据,测量淋巴结的大小、动脉期和静脉期的CT值、能谱曲线的斜率、标准化碘浓度以及水浓度.采用独立样本的t检验,并进行受试者工作特征曲线(receiver operating characteristic,ROC)分析,确定诊断的最佳阈值及效能.结果 转移性淋巴结与非转移性淋巴结短轴直径、动脉期和静脉期的CT值、能谱曲线的斜率、标准化碘浓度均有统计学差异.当确定动脉期能谱曲线斜率的最佳临界值为2.75,其诊断的敏感性、特异性及总体的准确性分别为88.2％、88.4％、87.0％.结论 能谱CT的GSI模式定量参数较传统CT在术前诊断转移性淋巴结方面有更高的诊断效能.     

能谱CT虚拟平扫代替常规平扫应用于肺部占位性病变诊疗中的可行性

目的通过定量分析肺部肿块虚拟平扫(VNC)与常规平扫(TNC)图像,探讨能谱CT VNC在肺部占位性病变诊疗应用上的可行性。方法选取Philips IQon spectral能谱CT检查的肺部占位性病变患者30例,利用工作站后处理功能,获得VNC图像。采用CT值、噪声、SNR及CNR等客观评价指标测量比较VNC与TNC的图像质量。采用五分法主观评价VNC、TNC的图像质量。采用配对t检验和秩和检验比较2组图像的客观评价指标,绘制Bland-Altman plot散点图以分析CT值的一致性,使用Kappa检验评价主观评分间的一致性。结果VNC图像的客观评价指标CT值、噪声及CNR与TNC图像比较,无统计学差异(P>0.05);VNC图像SNR高于TNC图像SNR(P<0.05)。VNC、TNC图像的主观评分分别为4.08分、4.03分;Kappa值分别为0.733、0.753,主观评分一致性较强。结论在肺部占位性病变中,基于双层光谱探测器CT系统增强扫描获得的VNC图像替代TNC图像具有一定的可行性。     

新的超分辨CT扫描模式和图像重建方法

针对通常工业CT转台特点,提出了一种新的基于扇束等距采样的超分辨CT扫描模式和相应的重建算法。分别向左和右偏移CT旋转中心1/4探测器宽度,得到的两组相叠采样的投影数据。通过求解一组具有双对角矩阵的线性方程组,得到高分辨的CT虚拟投影数据,进而由扇束滤波反投影算法重建出高分辨的CT图像。数值模拟结果验证了本文方法的有效性。     

基于全变分与交替保边扩散平滑的稀疏角度CT重建算法

通过全变分(TV)正则化重建CT图像,虽然在一定程度上可以有效地提高图像重建质量,但在图像边缘存在过度平滑的现象。因此,本文基于TV算法,结合保边延拓和平滑算法(AEDS)的保边性能,提出一种用于稀疏图像重建的双约束迭代CT重建算法。通过使用TV算法和AEDS算法,对重建图像进行稀疏正则化,以更好地抑制噪声,达到边缘保护的效果。经实验结果表明,与其他算法相比,所提算法在抑制噪声的同时,保留了图像更多细节及边缘结构,提高了重建图像质量。     

能谱CT碘基图在肺癌患者放化疗疗效评估中的应用价值

目的 探讨能谱CT碘基图在肺癌患者放化疗疗效评估中的应用价值.方法 依据实体瘤疗效评价标准1.1版将84例肺癌患者分为有效组(n=59)和无效组(n=25),所有患者放化疗前后均接受能谱CT成像扫描,观察并分析能谱CT相关参数,包括肿瘤最大径、CT值、碘密度值(IC)和能谱曲线斜率(λHU).采用受试者工作特征(ROC)曲线和曲线下面积(AUC)评估能谱CT参数对肺癌患者放化疗疗效的诊断价值.结果 放化疗前,两组患者肿瘤最大径、CT值、动静脉期IC、动静脉期λHU比较,差异均无统计学意义(P﹥0.05).放化疗后,有效组患者肿瘤最大径、CT值、动静脉期IC、动静脉期λHU均明显低于本组放化疗前和无效组患者,差异均有统计学意义(P﹤0.01).动静脉期IC及动静脉期λHU联合诊断肺癌患者放化疗疗效的AUC为0.96,高于能谱CT各参数单独检测的AUC,差异均有统计学意义(P﹤0.05).结论 能谱CT通过定量分析肺组织摄碘分布及含量,反映肺癌患者放化疗后肿瘤内微循环的变化,对评价放化疗疗效具有较高的价值.     

宝石能谱CT在胸膜原发肿瘤诊断中的价值初探

目的：探讨宝石能谱CT在胸膜原发肿瘤术前诊断中的应用价值。方法回顾性分析19例胸膜原发肿瘤患者的临床病历资料、CT图像特征和能谱参数,包括不同keV水平下的CT值,碘、水浓度及良恶性病变的能谱曲线斜率等,并进行统计学分析。结果恶性病变8例：恶性胸膜孤立性纤维性肿瘤（SFTP）3例,胸膜间皮瘤3例,滑膜肉瘤2例;良性病变11例：神经鞘瘤9例,良性SFTP 1例,脂肪瘤1例。恶性与良性肿瘤（除外脂肪瘤）能谱参数比较,恶性肿瘤平均碘浓度及平均水浓度为（14.05±8.82）g/L、（1027.32±8.64）,良性肿瘤平均碘浓度及平均水浓度为（6.38±5.33）g/L、（1016.44±11.94）;恶性肿瘤能谱曲线斜率为（1.40±0.70）,良性肿瘤能谱曲线斜率为（0.85±0.54）;40~110 keV条件下恶性肿瘤CT值大于良性肿瘤,且差异具有统计学意义（P﹤0.05）。结论不同病理类型的胸膜原发肿瘤具有一定的能谱CT特征,CT图像和能谱参数的结合对胸膜原发肿瘤良恶性的判断具有一定的价值。     

FDK算法中一种新的插值方法

针对在FDK算法的反投影过程中，各个体素在探测器上投影分布的特点，本文提出一种新的插值方法。该方法根据体素投影的特点，采用在重建过程中，根据其在不同扫描角度下在各个探测器单元上的投影所占面积的加权和作为反投影值。实际实验结果表明，在FDK算法中这个新的插值方法比传统的插值方法（如：最近邻插值，双线性插值）重建出来的图像边缘清晰，而且能更好地抑制噪声。     

一站式CT能谱联合灌注成像技术在肺癌病理类型鉴别中的应用研究

目的:研究一站式CT能谱联合灌注成像技术在肺癌诊断中的应用价值。方法:收集在本院就诊患肺癌的患者,所有患者均采用Aquilion ONE 640层CT扫描仪进行能谱联合灌注扫描,最后经病理证实病灶分别为鳞状细胞癌24例,腺癌29例,小细胞肺癌8例。采集图像后应用Dual Energy能谱处理程序处理每一组能谱数据,通过碘图测得病灶及同层主动脉的碘基值(IC),并获得标准化碘基值(NIC);经Vitrea工作站采用80 kVp水平能谱数据联合原始灌注数据重建获得灌注图像,获得病灶支气管动脉血流(AF)、肺动脉血流(PF)和血流灌注指数(PI)。所有数据均测量三次并取平均数。肺鳞癌腺癌之间的能谱、灌注参数值的差异比较均采用独立样本t检验,有统计学差异的参数采用ROC曲线分析。以P<0.05为差异具有统计学意义。结果:肺腺癌组IC、NIC、AF、PF值高于肺鳞癌组,PI值低于肺鳞癌组,其中,IC、NIC、AF、PI差异具统计学意义(P<0.05),AUC分别为0.717、0.899、0.79、0.746,同时联合IC、NIC、AF及PI用于肺鳞癌、肺腺癌之间鉴别诊断时,AUC为0.943,敏感度、特异度分别为86.2%、95.8%。结论:参数IC、NIC、AF及PI值有助于对肺腺癌、肺鳞癌之间的鉴别诊断,同时联合这四种参数值可以提高诊断效能,敏感度及特异度,有助于对肺癌病理类型进行预判。     

能谱CT肺灌注血容量图对肺癌癌周组织灌注的定量研究

目的:采用能谱CT肺灌注血容量(lung perfused blood volume,LPBV)图像对肺癌组织癌周灌注进行定量分析研究。方法:对临床资料完整且均经病理确诊的30例肺癌患者行能谱CT平扫及增强扫描,增强扫描的延迟时间分别为25、55和140s。在平扫图像上测量肿瘤直径,在增强动脉期的LPBV图像上分别测量肺癌实质、癌周<3cm的肺组织及健侧对应区域内的肺组织的灌注碘基值。比较所有病例及周围型肺癌中癌周灌注与健侧肺灌注的差异性,比较不同肺癌分型(中心型与周围型)癌周灌注的差异性,并对癌周灌注与肿瘤大小、肿瘤实质灌注与肿瘤大小、肿瘤实质灌注与癌周灌注进行相关性分析。结果:癌周肺灌注与健侧肺灌注分别为(0.74±0.56)和(1.20±0.53)mg/mL,差异有统计学意义,t=-5.60,P<0.01;癌周灌注在中心型和周围型肺癌分型之间差异无统计学意义,t=-1.79,P=0.08;癌周灌注与肿瘤大小之间无相关性,r=-0.31,P=0.09;癌周灌注与肿瘤实质灌注存在相关性,r=0.42,P=0.02;肿瘤实质灌注与肿瘤大小之间存在一定的相关性,r=-0.57,P<0.01。结论:能谱CT的LPBV图像有助于更好地了解肺癌周围组织的灌注情况,对肺癌诊疗有一定的临床价值。     

CT图像中金属伪影的快速校正

CT系统由于检测对象含有金属夹杂而使得重建图像中出现金属伪影,影响图像的质量。针对金属伪影,提出一种快速而稳定的校正方法。首先判断金属投影区域,然后对金属投影进行插值,然后重建图像。最后,在重建的图像中插入金属部分,得到完整的重建图像。数值模拟和实际CT系统的实验表明,该方法能有效的消除金属伪影,并能保留金属信息,恢复图像的完整。该算法计算复杂度很小,计算快速,具有较高的实用价值。     

能谱CT参数对非小细胞肺癌淋巴结转移的定性评估价值

目的 探讨能谱CT参数对非小细胞肺癌淋巴结转移情况的定性评估价值.方法 收集行胸部能谱CT增强检查的57例非小细胞肺癌患者的临床资料,共获得淋巴结148枚,其中,转移性淋巴结66枚(转移组),非转移性淋巴结82枚(未转移组).所有患者均行能谱CT中的宝石CT能谱成像(GSI)模式进行双期(动静脉期)增强扫描,分析能谱参数[动静脉期碘密度值(IC)、水密度值(WC)、能谱曲线斜率(λHU)、标准化碘密度值(NIC)、标准化水密度值(NWC)、标化有效原子序数(Neff-Z)]对非小细胞肺癌淋巴结转移情况的定性评估价值.结果 转移组动静脉期能谱CT参数中的IC、NIC、λHU、Neff-Z均明显低于未转移组(P﹤0.01).受试者工作特征(ROC)曲线分析结果显示,动脉期能谱CT参数中λHU、IC、NIC、Neff-Z的AUC分别为0.79(95％CI:0.72～0.86)、0.73(95％CI:0.64～0.82)、0.85(95％CI:0.77～0.92)、0.71(95％CI:0.63～0.79).静脉期能谱CT参数中λHU、IC、NIC、Neff-Z的AUC分别为0.81(95％CI:0.73～0.88)、0.84(95％CI:0.77～0.90)、0.86(95％CI:0.79～0.93)、0.74(95％CI:0.69～0.82).结论 术前能谱CT参数对非小细胞肺癌淋巴结转移情况具有一定的定性评估价值,有利于术前明确淋巴结转移的状态.     

以PET/CT图像为基准的能谱CT平扫成像在宫颈癌中诊断价值的初步探索

目的:初步探索以PET/CT图像为基准的能谱CT平扫成像在宫颈癌诊断中的应用价值。方法:回顾性收集我院21例病理证实为宫颈鳞状细胞癌的患者,所有患者术前均行PET/CT扫描及能谱CT扫描,以PET/CT融合图像为参照,在能谱CT图像上勾画感兴趣区,记录宫颈癌病灶及周围正常组织有效原子序数（effective atomic number,Eff-Z）值、单能量70 keV下的CT值和能谱曲线,绘制ROC曲线,得出最佳诊断阈值。结果:宫颈癌病灶及周围正常组织的Eff-Z值及70 keV下的CT值差异具有统计学意义（P＜0.05）。宫颈癌病灶Eff-Z值为7.33±0.09（7.1~7.5）;病灶周围正常组织Eff-Z值为7.01±0.10（6.8~7.2）;Eff-Z为7.25时,敏感度为90.5%,特异度为100%。70 keV单能量重建成像宫颈癌病灶CT值为（38.27±5.04）HU（29.2~50.9 HU）,病灶周围正常组织CT值为（29.79±7.14）HU（19.9~43.1 HU）;CT值为34.2 HU时,敏感度为85.7%,特异度为76.2%。宫颈癌病灶能谱曲线平直,病灶周围正常组织曲线在40~70 keV呈上升趋势,之后趋于平缓。结论:能谱CT在宫颈癌诊断中有一定的作用。     

CT旋转中心的精确确定方法

CT旋转中心（COR）的精确确定是图像准确重建的一个前提条件,COR的偏差会导致重建图像出现伪影,降低成像质量,本文对现有的COR确定方法进行了分析研究,在此基础上,利用中心投影具有π分割数据一致性的特点,提出了一种利用投影原始数据精确确定CT投影中心的方法。本方法无需专用校正模体,不需知道CT测量的几何参数,不需要全周扫描数据,对于射线源与旋转中心的连线不垂直于探测器的情况同样适用。实验结果证明,本方法适用范围广,抗随机噪声能力强,具有很好的应用前景。