基于投影空间的CT射束硬化校正方法

针对医用X线CT成像系统的多色能谱X线在成像过程中出现的CT图像硬化伪影,会降低图像质量,干扰诊断等问题,需要对CT硬化伪影进行校正.本文对于单介质水和水骨混合物分别提出了一种基于投影空间优化的多项式拟合校正方法.首先,构建投影校正模型和理想投影模型;然后,将构建的投影校正模型与理想投影模型做对比,差异最小时确定校正系数;最后,把校正系数代入投影校正模型中再重建图像.经仿真实验结果表明,所提出的多项式拟合校正方法能够很好地去除CT硬化伪影,提高图像精度,对CT的精准定量分析具有重大意义.     

基于卷积神经网络的能谱CT射束硬化伪影抑制方法

X射线能谱CT探测器可以通过一次扫描,对两个不同的能量区间进行图像重建,由于重建算法基于单色X 射线源的假设,低能量重建图像会存在明显的射束硬化伪影. 为此提出了一种用于校正射束硬化伪影的卷积神经网络结构,使用大规模的体模样本进行训练:利用低能和高能重建图像共同作为网络输入以提取伪影特征,通过最小化输出和无伪影图像之间的均方误差来对低能图像进行校正.在两种不同能谱组合中的测试结果证明了该方法可以在保留物质结构特征的基础上抑制射束硬化伪影,校正后低能图像的峰值信噪比大约提高了20 dB.     

基于对抗式多任务学习的医学CT图像金属伪影去除方法

人体中的金属植入物会导致X射线计算机断层扫描(Computed Tomography,CT)图像中存在金属伪影,使图像质量大幅降低,目前已有许多利用深度学习(Deep Learning,DL)的方法一次针对一帧CT图像来去除金属伪影(Metal Artifact Reduction,MAR),但患者经CT扫描后得到的大量连续CT切片图像会使计算成本和时间成本十分高昂.为了能同时处理连续的CT伪影图像,提出一种基于对抗式多任务学习的连续CT图像MAR方法(Adversarial Multi-Task Learning MAR,AMTL-MAR),可以充分利用连续CT图像的空间相关性和解剖组织相似性,并行地处理多张连续的伪影图像.利用共享编码器提取连续伪影图像的共享特征,同时使用多个解码器重建相应的无伪影图像,整个任务的目标函数由各个平权的MAR子任务的损失函数线性组合而成,可以提高整个任务的图像重建质量.实验结果表明,该方法可以并行地去除连续图像中的金属伪影,准确恢复原始图像的组织结构.与现有方法相比,提出的方法处理连续伪影图像的效率更高,处理一组伪影图像耗时小于0.02 s,有效提升了MAR方法实时处理伪影图像的速度.     

胸腰椎骨内固定手术仿真模型优化研究

目前治疗胸腰椎损伤手术常用短节段的坚强内固定方式,这种方式容易引发关节退变并发症,为此本文设计了一种可旋动型椎弓根螺钉并利用仿真软件对手术模型进行优化分析.首先采用人体胸腰椎CT图像,利用Mimics,Geomagic等软件重建出人体胸腰椎长、短节段模型并分析其不同工况下的活动度及位移情况;然后基于长节段重建固定手术模...     

基于双字典自适应学习算法的低采样率CT重建

在医疗诊断中,稀疏采样能减少CT扫描过程中辐射对患者的伤害.但直接对稀疏采样后的投影数据进行重建,会使CT重建后的图像出现失真、伪影等问题.为保证低采样率下重建图像的质量,提出了双字典自适应学习算法,参照Sparse-Land模型的双字典学习框架,将K-SVD算法与双字典学习算法框架相结合得到补全投影数据,利用FBP算法进行重建得到高质量的重建图像.实验结果表明,在低采样率下使用所提方法进行CT重建的图像质量优于COMP双字典学习算法和MOD双字典学习算法,并且此方法有效提高了CT图像重建在低采样率时的性能.     

经椎间孔腰椎间融合三维有限元分析

利用有限元法研究经椎间孔腰椎间融合术(TLIF)中融合器的植入位置角度对椎弓根螺钉固定腰椎运动学和生物力学特性的影响规律.基于健康成年男性腰椎CT影像重建三维模型,再利用有限元软件Hypermesh建立了腰椎L4-L5节段正常有限元模型以及按不同角度(30°,45°,60°)植入融合器的椎弓根螺钉单/双边固定的融合模型,比较分析了各模型在前屈、后伸、侧弯和轴向旋转生理活动下的腰椎活动范围、融合器与椎间盘上下终板接触界面以及融合器自身应力分布等生物力学特性.结果表明,在相同的生理活动下,融合模型活动范围值均较正常模型大幅降低.融合器和接触界面上应力分布随着生理活动和融合器植入角度不同存在差异.综合考虑生物力学性能和融合节段的稳定性,融合器斜向45°植入配合单边椎弓根螺钉固定为相对较好TLIF术.     

双能量乳腺X射线成像噪声分析与评价方法

针对双能量乳腺X射线成像结果易受到成像噪声影响的问题,提出了一种新的用于评价成像噪声对双能量计算结果影响的方法.该方法首先采用乳腺体模在两台临床常用的乳腺X射线成像系统中用双能量曝光,计算出成像噪声大小,并根据双能量成像物理模型推导出双能量计算结果对成像噪声的敏感度指标公式,然后依据公式和成像噪声水平评价敏感度大小.使用该评价方法对成像噪声引起的钙化图像背景区域的波动值以及钙化点的对比度信噪比值进行研究,仿真结果表明,成像噪声对双能量计算结果的影响较大,对于Essential系统,成像噪声会给钙化图像背景区域带来100～120μm的波动;对于DS系统,波动为160～200μm.Essential系统的性能明显优于DS系统,更适合于双能量乳腺X射线成像.     

DR双能量减影技术在诊断小儿腺样体肥大中的应用

目的探讨数字化x线摄影双能量减影技术在诊断小儿腺样体肥大中的应用价值。方法对43例儿童患者进行鼻咽部数字化X线摄影双能量减影检查。最终以CT扫描或手术病理为参考标准。结果在43例患者中,对于腺样体肥大的显示效果数字化X线摄影常规图像组清晰显示32例,双能量减影组清晰显示40例（x2=5．46,p〈0．05）有统计学意义,对于鼻咽腔的显示效果数字化X线摄常规图像组清晰显示35例,双能量减影组清晰显示42例（X2=4．4,p〈0．05）有统计学意义．数字化x线摄双能量减影软组织图像能清晰显示肥大的腺样体与狭窄的鼻咽部气道,数字化x线摄影双能量减影对病灶显示明显优于常规数字化X线摄图像。结论数字化X线摄影双能量减影技术能有效去除周围骨组织影像对气道重叠,使气道显示更为清晰,对气道狭窄情况的诊断更为准确,便于进行鼻咽部气道测量．对临床诊断以及治疗方案的制定提供了可靠的依据。     

深度学习重建算法在肠系膜上动脉CT血管成像中的应用评估

目的:评估深度学习图像重建算法在肠系膜上动脉CT血管成像(CTA)图像中的应用价值。方法:回顾性纳入40例患者肠系膜上动脉CTA的原始数据，利用滤波反投影重建(FBP)、自适应统计迭代重建(ASIR)30%、ASIR 60%、深度学习图像重建(DLIR)-L、DLIR-M、DLIR-H共6种算法重建图像，测量并分析肠系膜上动脉的CT值、SD值和信噪比，两位放射科医生进行主观图像评价。结果:6种算法重建图像CT值、噪声、信噪比和主观图像质量评分间差异有统计学意义(P<0.001),DLIR-H,DLIR-M、ASIR60%、DLIR-L、ASIR30%、FBP图像噪声依次增加，信噪比依次降低；3种DLIR的CT值无明显差异，但DLIR的CT值高于FBP和ASIR;主观评分显示DLIR重建图像血管锐利度增强。结论:DLIR改善了肠系膜上动脉CTA的图像质量，并且能提高血管锐利度，但也存在改变原始信息的风险。     

第三代双源CT不同扫描模式抑制下颈部伪影的对比

目的:通过对比下颈部CT常规扫描、双能量模式扫描、无预设值CARE kV联合CARE Dose 4D自动控制曝光技术,探索下颈部CT扫描抑制伪影的个性化方案.方法:随机选取进行下颈部CT检查的患者99例,分成3组,A组:固定千伏、毫安扫描;B组:无预设值CARE kV联合CARE Dose 4D自动控制曝光技术扫描;C组:双能量模式扫描,分别将图像质量评分、噪声值、信噪比及容积CT剂量指数进行对比.结果:C组图像质量评分(3.70±0.51)高于B组(3.36±0.50),P0.05,B组图像质量评分(3.36±0.50)明显高于A组(3.00±0.59),P0.01;B组容积CT剂量指数(6.38±1.40)mGY明显低于A组(9.29 mGY),P0.01;A组容积CT剂量指数(9.29mGY)明显低于C组(12.58±4.74)mGY,P0.01;C组噪声值(7.51±2.29)明显低于A组(12.03±3.52)、B组(12.18±4.47),两者P0.01;C组信噪比(7.57±2.20)明显高于A组(5.19±1.86)、B组(5.51±1.86),两者P0.01;A、B组噪声值、信噪比无明显统计学意义(分别为P=0.86,P=0.52).结论:建议常规下颈部CT扫描使用无预设值CARE kV联合CARE Dose 4D自动控制曝光技术,可获得辐射剂量最低、图像质量较优的影像,而双能量扫描模式能更大程度抑制下颈部伪影,在诊断下颈部疑难病变、定位细微病灶时,或在征得病人同意的情况下,可使用双能量模式获得更高质量的影像.     

L_1范数字典约束的感兴趣区域CT图像重建算法

针对现有全变分(TV)约束感兴趣区域(ROI)重建方法易产生块状伪影、细小结构丢失的问题,提出了一种L1范数字典稀疏约束的ROI低剂量CT医学图像重建算法。首先将ROI医学图像重建问题转化为最优化问题,以罚加权最小二乘函数为保真项,L1范数字典稀疏表示为约束项构建目标函数;然后将目标函数分解为图像更新和字典稀疏表示两个子优化问题,并交替求解上述两个子优化问题,实现ROI图像重建。胸腔模体仿真实验结果表明,在分别添加光子数为1×105、5×104和1×104泊松噪声投影情况下,与TV约束重建方法相比,图像结构相似度(SSIM)分别提高约0.103 5、0.113 1和0.125 8,峰值信噪比分别提高4.88、4.93和5.44dB。山羊肺部实际CT扫描实验结果进一步证明,本文算法能够有效地去除块状伪影且较好的保留细小结构。     

DXA测量腰椎骨密度的研究

目的 :探讨腰 2～腰 4椎体的骨密度变化趋势。材料和方法 :对 71名健康志愿者用双能量 X线骨密度测量仪 (DXA)测量腰椎 2、3、4骨密度 (BMD) ,其中男 1 3名 ,女 5 8名 ,平均年龄 5 5 .5岁。结果 :用配伍组的方差分析显示本组人群的不同腰椎的骨密度是有显著差异的 (P<0 .0 5 )。结论 :本组人群的不同腰椎 BMD是不同的 ,从腰 2到腰 4呈增长趋势。     

微动椎弓根螺钉的生物力学仿真评测

利用有限元法评估一种微动椎弓根螺钉的生物力学性能.基于人体脊柱CT图像数据建立腰椎L3-L4节段有限元模型,并在此基础上建立坚强固定(M1)、微动固定(M2)、混合固定(M3)3种内固定有限元模型,对有限元模型施加模拟生理载荷,计算内固定节段各项生物力学参数.仿真结果表明,微动椎弓根螺钉在屈伸方向增大了内固定节段的椎间活动度,其中前屈工况增大95%,后伸工况增大83%;改善了载荷在椎间的传递,增大终板正常生理性刺激应力4.25%~5.7%;降低了植入体上的应力集中效应,在前屈、后伸和侧弯工况下降低椎弓根螺钉应力9.2%~16.2%.     

双源CT低管电压联合迭代重建算法在冠状动脉成像中的应用研究

目的探讨80 k V低管电压联合迭代重建算法在CT冠状动脉成像中的应用价值.方法收集60例行冠状动脉检查的患者,所有患者心率均小于65次/min,体质量指数25 kg/m2,均采用Flash扫描模式,随机分为A组(120 k V)和B组(80 k V),B组根据原始数据重建方法不同分为B1组(传统滤波反投影,FBP)和B2组(正弦确认迭代重建技术,SAFIRE).主观对各组的图像质量进行评分,分析比较各组噪声(SD)、平均CT值(SI)、信噪比(SNR)、对比信噪比(CNR)和有效辐射剂量(ED)的差异.结果 A组和B2组主观图像评分差异无统计学意义(P0.05);B2组的图像噪声显著高于A组(P0.01),SNR和CNR相比无明显变化,差异无统计学意义(P0.05);B2组的图像噪声显著低于B1组(P0.01),SNR和CNR显著高于B1组(P0.01);A组平均有效辐射剂量为(7.30±0.68)m Sv,B组平均有效辐射剂量为(0.79±0.10)m Sv,B组辐射剂量明显小于A组,平均减少89%,两组比较差异具有统计学意义(P0.05).结论采用相同管电压时,与FBP算法比较,SAFIRE算法能显著改善冠脉的图像质量;对于BMI小于25 kg/m2的患者,采用80 k V管电压联合迭代重建算法可在不影响图像诊断的同时显著降低辐射剂量.     

基于快速分裂Bregman迭代的全变差正则化SENSE磁共振图像重建

在并行磁共振成像中，由于敏感度编码(SENSE)重建过程的病态性，当加速因子增大时，其重建图像的信噪比将会明显降低.通过深入分析全变差(TV)正则化的SENSE重建模型，引入一种高效快速的分裂Bregman迭代算法来得到优化解，进而有效改善图像重建效果.分别对磁共振的体模数据和大脑数据进行仿真实验研究.结果表明，与传统TV正则化SENSE重建相比，此算法不但迭代次数少、收敛速度快，而且能够有效消除混叠伪影，提高图像信噪比并减小归一化均方误差.     

基于快速分裂Bregman迭代的全变差正则化SENSE磁共振图像重建

在并行磁共振成像中,由于敏感度编码(SENSE)重建过程的病态性,当加速因子增大时,其重建图像的信噪比将会明显降低.通过深入分析全变差(TV)正则化的SENSE重建模型,引入一种高效快速的分裂Bregman迭代算法来得到优化解,进而有效改善图像重建效果.分别对磁共振的体模数据和大脑数据进行仿真实验研究.结果表明,与传统TV正则化SENSE重建相比,此算法不但迭代次数少、收敛速度快,而且能够有效消除混叠伪影,提高图像信噪比并减小归一化均方误差.     

基于正弦图分区修复的稀疏角度CT重建算法

针对稀疏投影CT重建图像中的条形伪影问题,提出一种稀疏表示与低秩矩阵填充相结合的正弦图分区修复方法.首先,将正弦图子块依据灰度熵大小分为两类;然后,采用字典学习算法修复边界区域的正弦图子块,为了保留正弦图的内部结构,设计一种联合修复模型用于内部子块的修复,将正弦图的低秩特性融入稀疏表示模型中,以便引入非局部信息;最后,组成完整的正弦图并经滤波反投影(FBP)重建获得最终图像.实验结果表明,与经典算法相比,该算法在投影域与图像域皆有较优表现,能够较好地修复正弦图的结构,明显改善稀疏重建图像中的条形伪影及结构模糊问题.     

内固定系统中在螺钉受拔出负载时腰椎的受力分析

通过有限元方法分析比较传统轨迹椎弓根(traditional trajectory,TT)螺钉与皮质骨轨迹椎弓根(cortical bone trajecto-ry,CBT)螺钉固定技术在腰椎椎体应用下的生物力学性能.依据提取的骨质疏松症患者电子计算机断层扫描图(computed tomography,CT)样本建立L1-L5全椎体功能单元骨质疏松人体有限元模型,模拟TT螺钉和CBT螺钉两种固定方式置钉后,以实际值为依据在加载一定旋转拔出力状态下测量比较两种方式钉道周围骨质的应力分布、最大应力值及分析其差异.结果 表明:相同固定方式下CBT组在相同载荷状态中椎骨的应力分布差异明显.不同的钉道带来不同骨密度,直接影响了内固定螺钉在腰椎骨内的力学性能.不同的钉植入角度也对钉的应力分布以及最大应力值产生影响.L1-L5椎体形状不同,大小不同,其力学性能,表现也不相同.得出CBT螺钉技术是骨质疏松患者腰椎内固定方案中的一种优选方式.但针对5段腰椎需要对不同的椎骨采取不同的治疗方案.     

基于FDK反投影权重的锥束DSA重建算法

针对锥束数字减影血管造影成像系统(DSA)锥角增大而导致锥束伪影严重的问题,提出了一种基于FDK的反投影权重锥束DSA重建算法.分析了圆扫描轨迹远端伪影的成因,针对短扫描阴影区域导致的Radon空间数据缺失,提出了一种距离变量的反投影权重函数,并将其作为约束条件引入到FDK算法中,实现扫描轨迹远端区域的数据补偿,扩大图像重建区域.应用该算法对无噪声和有噪声的模拟投影数据,及自行研发的锥束DSA的实际扫描数据分别进行了重建试验.结果表明,文中算法较FDK类算法(Parker-FDK)对大锥角投影数据可明显抑制锥角伪影,其归一化均方距离判据和归一化平均绝对距离判据比Parker-FDK均降低了5％.     

不同骨密度轨迹内固定系统对腰椎L4-L5节段的影响

为了评价改良皮质骨螺钉技术(modified cortical screw technique,MCBT)与其他传统内固定系统对腰椎骨质疏松湿标本L4-L5节段的生物力学影响.通过运用计算机体层摄影(computed tomography,CT)数据建立4种不同的有限元模型,比较三种置钉模型在相同生理负荷下的内固定系统应力的变化和腰椎L4-L5节段椎间活动度的变化.结果表明:改良模型组在前屈、后伸、侧弯、扭转工况下内固定系统的最大应力值明显大于传统椎弓根螺钉技术(traditional pedicle screw technique,TT)模型组和传统皮质骨螺钉技术(cortical bcrew technique,CBT).MCBT螺钉模型在前屈、后伸、扭转工况下的椎间活动度最小,侧弯工况下大于TT模型组和CBT模型组.可见与TT和CBT相比,MCBT的机械稳定性更好,且在临床应用方面具有一定价值.