王悅中

迭代重建技術(shù)在CT中的應(yīng)用

王悅中①

迭代重建(IR)技術(shù)在CT中的主要功能是提高主觀、客觀圖像質(zhì)量，該技術(shù)算法與傳統(tǒng)算法相比較能夠明顯降低信噪比及噪聲比，使CT成像質(zhì)量更好。研究顯示，IR技術(shù)算法的應(yīng)用可降低CT使用中的輻射劑量，具有良好的應(yīng)用前景。研究中重點(diǎn)分析東軟醫(yī)療IR技術(shù)發(fā)展、二代IR技術(shù)在全身CT檢查中的應(yīng)用及效果評估。

迭代重建法；技術(shù)；體層攝影術(shù)，X線計(jì)算機(jī)；應(yīng)用

王悅中,男,(1964- ),碩士，主任醫(yī)師。解放軍第210醫(yī)院放射科，從事CT、PET/CT的診斷工作。

[First-author’s address]The People's Liberation Army 210 Hospital, Imaging Department, Liaoning Dalian 116001, China.

東軟醫(yī)療自主研發(fā)生產(chǎn)的NeuViz CT產(chǎn)品系列均為國內(nèi)首創(chuàng)，其產(chǎn)品能夠?qū)Ω鞣N影像學(xué)診斷范疇的病癥進(jìn)行臨床應(yīng)用，并對以往比較困難的部位如心臟、血管及結(jié)腸等部位進(jìn)行臨床應(yīng)用，能快速的解決薄層大范圍容積掃描的要求，達(dá)到更高的診斷率。而技術(shù)創(chuàng)新的發(fā)展與迭代重建(iterative reconstruction，IR)算法的發(fā)展和應(yīng)用有著密切聯(lián)系。研究顯示，ClearView雙域迭代技術(shù)對于射線劑量的減少可以達(dá)到70%左右，極大地降低了CT使用中輻射危險(xiǎn)，能夠廣泛應(yīng)用于臨床診斷中，而且這種迭代技術(shù)能夠較大程度地降低圖像噪音，并且依托強(qiáng)大的硬件來提高圖像重建的速度，以保證圖像快速顯示，提高影像質(zhì)量。

1 醫(yī)療IR技術(shù)的發(fā)展

NeuViz 64采用ClearView雙域IR技術(shù)，為業(yè)內(nèi)目前最先進(jìn)的重建算法，在降低掃描劑量的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)低噪聲的高品質(zhì)圖像[1]。一般而言，CT圖像重建方法有兩種：①IR技術(shù)；②解析重建(analytic reconstruction，AR)技術(shù)。解析技術(shù)的算法為運(yùn)用以卷積反投影算法為主，其優(yōu)勢在于重建圖像的速度很快，但是這種算法的要求較高，所需的投影數(shù)據(jù)必須完備、等距離，在實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)，圖像有偽影出現(xiàn)[2]。而代數(shù)重建算法則在當(dāng)代醫(yī)學(xué)影像學(xué)中應(yīng)用廣泛，尤其是在大型醫(yī)院，這種代數(shù)重建算法技術(shù)經(jīng)常更新應(yīng)用，不斷改進(jìn)，使其在臨床應(yīng)用中越來越廣泛，能夠很好地適應(yīng)各種采樣數(shù)據(jù)，早期的代數(shù)迭代雖然與解析重建相比更加進(jìn)步，但其計(jì)算量大、重建速度慢的缺陷明顯，因此需不斷改進(jìn)算法來提高圖像質(zhì)量和圖像重建的速度，以更好地服務(wù)于現(xiàn)代臨床醫(yī)學(xué)[3]。

1.1 代數(shù)重建技術(shù)的應(yīng)用

NeuViz Twin雙層螺旋CT應(yīng)用了代數(shù)重建技術(shù)中的期望最大化法(maximum likelihood-expectation maximization，ML-EM)，其原理在于估計(jì)了原始X射線光子分布，并且能夠估算更多的計(jì)算數(shù)據(jù)，使成像質(zhì)量更加提高，然后利用原始估算的數(shù)據(jù)計(jì)算下一次數(shù)據(jù)，不斷重復(fù)其過程，直至原始估算的數(shù)據(jù)與下一次結(jié)果無限接近為止，其使用范圍更加廣泛，成像質(zhì)量更加提高，但其成像速度較慢[4]。其后，通過應(yīng)用自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)AF技術(shù)去除噪聲，得到校正圖像，采用不斷重復(fù)迭代的過程改進(jìn)其算法，與之前的算法所不同的是，在每次迭代結(jié)束后計(jì)算機(jī)會(huì)進(jìn)行仿真比較，并按照比較結(jié)果自適應(yīng)地進(jìn)行下一次迭代的微小改變，從而不斷修改正在處理的圖像，使之接近準(zhǔn)確的影像。這種新算法不斷提高空間分辨率，并能夠不斷降低噪聲，加快了重建速度，且其能夠?qū)崿F(xiàn)全身的快速、大范圍覆蓋掃描，實(shí)現(xiàn)多臟器、多期相掃描，獲得更高分辨率的圖像。然而盡管如此，同樣具有理想系統(tǒng)假設(shè)的局限性。

1.2 IR技術(shù)方法

NeuViz 64多層螺旋CT選用適應(yīng)性統(tǒng)計(jì)IR技術(shù)和基于模型的IR，以及圖像空間IR技術(shù)等，并在其超導(dǎo)磁核成像技術(shù)、X射線成像技術(shù)以及全數(shù)字彩色多普勒超聲診斷系統(tǒng)產(chǎn)品系列中均有應(yīng)用[5]。

目前，NeuViz 64層螺旋CT，搭載了ClearView雙域IR技術(shù)，IR方法的共同點(diǎn)是將非線性問題轉(zhuǎn)化為線性迭代問題，通過反復(fù)迭代不斷修改初始的解。如在迭代過程中發(fā)現(xiàn)其結(jié)果中的某個(gè)數(shù)據(jù)超出解的范圍，則強(qiáng)制使該數(shù)據(jù)映射到已知的范圍內(nèi)，會(huì)使密度過高或過低物體的圖像出現(xiàn)明顯偏差[6]。在圖像重建仿真實(shí)驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)迭代得到的圖像結(jié)果中高頻噪聲十分嚴(yán)重，因此在每次迭代結(jié)束后對圖像進(jìn)行鄰點(diǎn)算術(shù)加權(quán)平均的方法進(jìn)行平滑處理，然后再作為初始值進(jìn)行下一次迭代。為了保持圖像中物體的邊界銳利，不致因平滑函數(shù)影響而使圖像邊界變得模糊，在迭代終結(jié)前兩次不再進(jìn)行平滑處理，以保持物體邊界銳利度，重建出較為滿意的圖像。從迭代進(jìn)行的域上可分為時(shí)域迭代和頻域迭代，雙域IR技術(shù)是從時(shí)間域和頻率域兩個(gè)域的結(jié)合點(diǎn)開始進(jìn)行迭代，迭代的速度變快，解決了部分IR算法的邊緣問題，并有效改進(jìn)了非順序方式子集水平高時(shí)圖像會(huì)發(fā)散的缺陷。

2 第二代IR技術(shù)在全身CT檢查中的應(yīng)用

2.1 在胸腹部的應(yīng)用

第二代IR技術(shù)應(yīng)用于胸腹部的影像學(xué)診斷中，大部分結(jié)果表明IR減少了噪聲，圖像平滑；值得注意的是不同的IR算法導(dǎo)致圖像評分結(jié)果明顯不同，原因可能是不同的IR算法相比不同機(jī)器掃描可能產(chǎn)生更大的圖像質(zhì)量差異。蔡強(qiáng)等[7]應(yīng)用IR技術(shù)在肺氣腫篩查中進(jìn)行應(yīng)用，結(jié)果檢出肺結(jié)節(jié)的大小、位置和密度，并對上述方法的結(jié)果行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，檢出的真結(jié)節(jié)數(shù)256個(gè)，其靈敏度為95.2%，假陰性為4.8%，IR系統(tǒng)在提高肺結(jié)節(jié)檢出方面對影像診斷科醫(yī)師有所幫助，一定程度上彌補(bǔ)了低年資醫(yī)師工作經(jīng)驗(yàn)的不足。晁寶婷等[8]運(yùn)用該類型CT證實(shí)了64層螺旋CT心胸聯(lián)合血管成像對心外畸形結(jié)構(gòu)的診斷符合率明顯高于彩色多普勒超聲，而對心內(nèi)畸形結(jié)構(gòu)的診斷符合率略低于彩色多普勒超聲[9]。64層螺旋CT心胸聯(lián)合血管成像與彩色多普勒超聲聯(lián)合可提高對小兒先天性心臟病診斷的符合率。先天性心臟病術(shù)前應(yīng)常規(guī)行64層螺旋CT心胸聯(lián)合血管成像聯(lián)合彩色多普勒超聲檢查，取代有創(chuàng)的心血管造影檢查。

2.2 對灌注結(jié)腸、肺結(jié)節(jié)的顯示

CT成像圖像往往有著邊緣模糊以及對比度差等特點(diǎn)，醫(yī)生為了診斷患者病情需要對那些正常條件下難以看清的圖像進(jìn)行增強(qiáng)[10]。而第二代IR技術(shù)—ClearView雙域IR技術(shù)在醫(yī)學(xué)圖像處理中的增強(qiáng)是一種高額加強(qiáng)法，即對醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行小波分解然后再精確重建，在重建的過程中對圖像通過線性運(yùn)算增強(qiáng)變換域中所代表紋理的高頻成分的幅度，使用該方法處理醫(yī)學(xué)圖像其實(shí)質(zhì)是補(bǔ)償圖像的輪廓，是因圖像輪廓的灰度陡然變化，其中包含著較為豐富的高頻分量，提高了圖像的清晰度[11]。

2.3 對疑難雜癥細(xì)節(jié)的顯示

由于ClearView雙域IR技術(shù)有著優(yōu)良的多尺度以及時(shí)頻結(jié)合特性，因此使用其能夠在去噪中獲得理想的效果。在對醫(yī)學(xué)圖像的分解以及重構(gòu)中可根據(jù)需要改變各個(gè)參數(shù)，利用ClearView雙域IR技術(shù)將圖像的信號分解到多個(gè)尺度中，然后在每個(gè)尺度下進(jìn)行圖像噪聲的小波系數(shù)處理，在處理過程中通過設(shè)定固定的閥值即可實(shí)現(xiàn)去噪的目的。

3 第二代IR技術(shù)在全身CT檢查中的效果

近年來，臨床上對IR技術(shù)做的相關(guān)研究結(jié)果證實(shí)，IR算法可以通過降低噪聲、提高信噪比及對比噪聲比而改善圖像質(zhì)量；通過使用低管電壓或管電流技術(shù)，而使降低輻射劑量成為可能[12]。對第二代迭代技術(shù)在全身CT檢查中的效果評估源自于文獻(xiàn)歸納，有研究在臨床中應(yīng)用第二代IR技術(shù)對兒童胸部MSCT掃描，在保證相同圖像質(zhì)量的前提下與噪聲指數(shù)為5時(shí)的濾過反投影(filtered back projection，F(xiàn)BP)重建算法比較，噪聲指數(shù)為8時(shí)的50%Clearview重建技術(shù)可顯著降低兒童胸部CT圖像噪聲，而且第二代IR技術(shù)能夠遵循使用最低劑量原則，在滿足診斷要求的前提下盡可能減少輻射劑量，以最大限度確保降低對兒童輻射損害[13]。第二代IR算法對于超重及肥胖的患者的影像學(xué)檢測效果會(huì)更加明顯，降低管電壓會(huì)導(dǎo)致圖像的信噪比及對比噪聲比下降。而研究同時(shí)證實(shí)，應(yīng)用50%的劑量配合IR，比100%劑量應(yīng)用傳統(tǒng)FBP法重建降低了噪聲，并提高了對比噪聲比，故掃描中使用IR技術(shù)可避免降低管電壓所帶來的成像質(zhì)量負(fù)面影響[14]。

第二代IR技術(shù)應(yīng)用盡可能低濃度的碘對比劑(270 mg I/ml)配合降低管電壓同時(shí)應(yīng)用，有專家將其應(yīng)用在冠脈掃描中，發(fā)現(xiàn)其應(yīng)用可以明顯降低劑量，另外應(yīng)用同樣的注射方式，而對比劑濃度不同，又顯著的降低了碘注射量，從而降低了碘對比劑副作用產(chǎn)生的概率。

4 結(jié)語

相比與傳統(tǒng)IR技術(shù)，第二代IR技術(shù)雖然有很多優(yōu)勢，但是由于尚處于應(yīng)用之初，還有問題不曾顯示，臨床應(yīng)用時(shí)間短所以目前可能還未暴露問題。應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)的個(gè)體化的CT掃描條件及與之適應(yīng)的IR等級，圖像卷積函數(shù)，對比劑方案調(diào)整，以及超低劑量下冠脈病變診斷的準(zhǔn)確性等問題尚需更為廣泛深入的研究。

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“醫(yī)心一意”，邁瑞新品精彩綻放第72屆CMEF

金秋十月，邁瑞以“醫(yī)心一意”為主題，攜SAL8000生化免疫流水線、BriCyte E6 流式細(xì)胞儀、DC-8EXP專家版彩超、DC-70高性能彩超以及DigiEye 680數(shù)字X射線成像系統(tǒng)等系列新品與解決方案精彩亮相第72屆CMEF，再一次生動(dòng)、全面地詮釋了邁瑞與醫(yī)者“醫(yī)心一意”創(chuàng)新的豐碩成果，向業(yè)界展示邁瑞基于“洞察臨床需求，全球聯(lián)動(dòng)研發(fā)”的創(chuàng)新風(fēng)采。

展會(huì)期間，《中國醫(yī)學(xué)裝備》、《世界醫(yī)療器械》、《中國醫(yī)療器械信息》、《中國醫(yī)療裝備》、《武警醫(yī)學(xué)》等媒體記者，就“當(dāng)前國家扶持民族企業(yè)、加快推動(dòng)高端醫(yī)療設(shè)備國產(chǎn)化等利好政策，移動(dòng)醫(yī)療發(fā)展趨勢，業(yè)界并購浪潮”等熱點(diǎn)話題，采訪了集團(tuán)首席運(yùn)營官王建新先生。他表示：利好政策和新形勢會(huì)讓民族企業(yè)發(fā)展受益，而邁瑞作為植根中國、面向全球的國際化企業(yè)，開發(fā)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品都涉及到高端臨床應(yīng)用，“如本屆CMEF展示的SAL8000生化免疫流水線、A系列麻醉機(jī)、M9便攜彩超等高端新品，都已進(jìn)駐解放軍總醫(yī)院、上海長海醫(yī)院等三甲醫(yī)院。未來3年，邁瑞將一如既往堅(jiān)持高投入技術(shù)研發(fā)和全球市場開拓，不斷推出高端設(shè)備攻堅(jiān)三甲醫(yī)院，同時(shí)鞏固中端，以自主核心技術(shù)優(yōu)勢快速定制滿足臨床需要的優(yōu)異產(chǎn)品，延展開拓更廣闊的市場份額”。

創(chuàng)新與并購是邁瑞并駕齊驅(qū)的發(fā)展戰(zhàn)略，王建新強(qiáng)調(diào)收并購后的整合是提升贏利能力、創(chuàng)新能力和行業(yè)市場地位。2008年并購的Datascope監(jiān)護(hù)業(yè)務(wù)，通過組織架構(gòu)、人員隊(duì)伍及產(chǎn)品研發(fā)等方面的整合，通過新開發(fā)的床邊監(jiān)護(hù)、中央站、遙測3款針對北美市場的高端監(jiān)護(hù)產(chǎn)品及A系列高端麻醉機(jī)，更好地開拓了北美市場。去年收購的美國ZONARE公司，最重要的整合是將ZONARE高端超聲技術(shù)應(yīng)用到邁瑞現(xiàn)有超聲產(chǎn)品中，M9等新品實(shí)現(xiàn)了技術(shù)融合的最大收益，同時(shí)將ZONARE的生產(chǎn)制造“嫁接”到深圳，很好地提升了創(chuàng)新型企業(yè)的贏利能力。同樣，對于國內(nèi)收并購的9家企業(yè)，通過高研發(fā)投入、產(chǎn)品性能及質(zhì)量的改造，豐富邁瑞產(chǎn)品新領(lǐng)域，為客戶提供更全面的臨床解決方案。

對于移動(dòng)醫(yī)療的發(fā)展，王建新認(rèn)為移動(dòng)醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，將帶來醫(yī)療健康產(chǎn)業(yè)未來商業(yè)模式的巨大變革，健康服務(wù)將從醫(yī)院延伸到院外、社區(qū)、患者及親戚朋友，涉及到移動(dòng)互聯(lián)、后臺(tái)數(shù)據(jù)管理及信息安全等技術(shù)。邁瑞監(jiān)護(hù)系列產(chǎn)品在信息獲取、病例數(shù)據(jù)庫等方面具有“天然”優(yōu)勢，做穿戴式、小型移動(dòng)智能監(jiān)測設(shè)備相對占有先機(jī)。王建新最后表示，為振興民族醫(yī)療設(shè)備產(chǎn)業(yè)，邁瑞愿與更多的業(yè)內(nèi)專家、醫(yī)務(wù)人員、合作伙伴攜手并肩，為人類健康事業(yè)做出新的貢獻(xiàn)。

Iterative reconstruction techniques in the application of CT/

WANG Yue-zhong// China Medical Equipment,2014,11(12):81-83.

The iterative reconstruction algorithm in the main function is to improve the subjective and objective image quality in CT, compared with the traditional algorithm, can significantly reduce the signal-to-noise ratio, contrast to noise ratio, make the CT image quality is good, and more recently, studies have found that the application of the algorithm or can reduce the use of radiation dose, so use foreground is very good, the technology based on this the paper focus on the development of technology, neusoft medical iteration, and the second generation iteration technology in general, the application of CT examination and evaluation are analyzed.

Iterative reconstruction; Technology; Tomography, X-ray computed; Application

1672-8270(2014)12-0081-03

R197.39

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2014.12.029

2014-07-29

①解放軍第210醫(yī)院放射科 遼寧 大連 116001