迭代重建技术在CT中的应用

2014-02-05王悦中

中国医学装备 2014年12期

王悦中

迭代重建技术在CT中的应用

王悦中①

迭代重建(IR)技术在CT中的主要功能是提高主观、客观图像质量，该技术算法与传统算法相比较能够明显降低信噪比及噪声比，使CT成像质量更好。研究显示，IR技术算法的应用可降低CT使用中的辐射剂量，具有良好的应用前景。研究中重点分析东软医疗IR技术发展、二代IR技术在全身CT检查中的应用及效果评估。

迭代重建法；技术；体层摄影术，X线计算机；应用

王悦中,男,(1964- ),硕士，主任医师。解放军第210医院放射科，从事CT、PET/CT的诊断工作。

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

东软医疗自主研发生产的NeuViz CT产品系列均为国内首创，其产品能够对各种影像学诊断范畴的病症进行临床应用，并对以往比较困难的部位如心脏、血管及结肠等部位进行临床应用，能快速的解决薄层大范围容积扫描的要求，达到更高的诊断率。而技术创新的发展与迭代重建(iterative reconstruction，IR)算法的发展和应用有着密切联系。研究显示，ClearView双域迭代技术对于射线剂量的减少可以达到70%左右，极大地降低了CT使用中辐射危险，能够广泛应用于临床诊断中，而且这种迭代技术能够较大程度地降低图像噪音，并且依托强大的硬件来提高图像重建的速度，以保证图像快速显示，提高影像质量。

1 医疗IR技术的发展

NeuViz 64采用ClearView双域IR技术，为业内目前最先进的重建算法，在降低扫描剂量的同时，实现低噪声的高品质图像[1]。一般而言，CT图像重建方法有两种：①IR技术；②解析重建(analytic reconstruction，AR)技术。解析技术的算法为运用以卷积反投影算法为主，其优势在于重建图像的速度很快，但是这种算法的要求较高，所需的投影数据必须完备、等距离，在实际操作中发现，图像有伪影出现[2]。而代数重建算法则在当代医学影像学中应用广泛，尤其是在大型医院，这种代数重建算法技术经常更新应用，不断改进，使其在临床应用中越来越广泛，能够很好地适应各种采样数据，早期的代数迭代虽然与解析重建相比更加进步，但其计算量大、重建速度慢的缺陷明显，因此需不断改进算法来提高图像质量和图像重建的速度，以更好地服务于现代临床医学[3]。

1.1 代数重建技术的应用

NeuViz Twin双层螺旋CT应用了代数重建技术中的期望最大化法(maximum likelihood-expectation maximization，ML-EM)，其原理在于估计了原始X射线光子分布，并且能够估算更多的计算数据，使成像质量更加提高，然后利用原始估算的数据计算下一次数据，不断重复其过程，直至原始估算的数据与下一次结果无限接近为止，其使用范围更加广泛，成像质量更加提高，但其成像速度较慢[4]。其后，通过应用自适应统计AF技术去除噪声，得到校正图像，采用不断重复迭代的过程改进其算法，与之前的算法所不同的是，在每次迭代结束后计算机会进行仿真比较，并按照比较结果自适应地进行下一次迭代的微小改变，从而不断修改正在处理的图像，使之接近准确的影像。这种新算法不断提高空间分辨率，并能够不断降低噪声，加快了重建速度，且其能够实现全身的快速、大范围覆盖扫描，实现多脏器、多期相扫描，获得更高分辨率的图像。然而尽管如此，同样具有理想系统假设的局限性。

1.2 IR技术方法

NeuViz 64多层螺旋CT选用适应性统计IR技术和基于模型的IR，以及图像空间IR技术等，并在其超导磁核成像技术、X射线成像技术以及全数字彩色多普勒超声诊断系统产品系列中均有应用[5]。

目前，NeuViz 64层螺旋CT，搭载了ClearView双域IR技术，IR方法的共同点是将非线性问题转化为线性迭代问题，通过反复迭代不断修改初始的解。如在迭代过程中发现其结果中的某个数据超出解的范围，则强制使该数据映射到已知的范围内，会使密度过高或过低物体的图像出现明显偏差[6]。在图像重建仿真实验过程中，发现迭代得到的图像结果中高频噪声十分严重，因此在每次迭代结束后对图像进行邻点算术加权平均的方法进行平滑处理，然后再作为初始值进行下一次迭代。为了保持图像中物体的边界锐利，不致因平滑函数影响而使图像边界变得模糊，在迭代终结前两次不再进行平滑处理，以保持物体边界锐利度，重建出较为满意的图像。从迭代进行的域上可分为时域迭代和频域迭代，双域IR技术是从时间域和频率域两个域的结合点开始进行迭代，迭代的速度变快，解决了部分IR算法的边缘问题，并有效改进了非顺序方式子集水平高时图像会发散的缺陷。

2 第二代IR技术在全身CT检查中的应用

2.1 在胸腹部的应用

第二代IR技术应用于胸腹部的影像学诊断中，大部分结果表明IR减少了噪声，图像平滑；值得注意的是不同的IR算法导致图像评分结果明显不同，原因可能是不同的IR算法相比不同机器扫描可能产生更大的图像质量差异。蔡强等[7]应用IR技术在肺气肿筛查中进行应用，结果检出肺结节的大小、位置和密度，并对上述方法的结果行统计学分析，检出的真结节数256个，其灵敏度为95.2%，假阴性为4.8%，IR系统在提高肺结节检出方面对影像诊断科医师有所帮助，一定程度上弥补了低年资医师工作经验的不足。晁宝婷等[8]运用该类型CT证实了64层螺旋CT心胸联合血管成像对心外畸形结构的诊断符合率明显高于彩色多普勒超声，而对心内畸形结构的诊断符合率略低于彩色多普勒超声[9]。64层螺旋CT心胸联合血管成像与彩色多普勒超声联合可提高对小儿先天性心脏病诊断的符合率。先天性心脏病术前应常规行64层螺旋CT心胸联合血管成像联合彩色多普勒超声检查，取代有创的心血管造影检查。

2.2 对灌注结肠、肺结节的显示

CT成像图像往往有着边缘模糊以及对比度差等特点，医生为了诊断患者病情需要对那些正常条件下难以看清的图像进行增强[10]。而第二代IR技术—ClearView双域IR技术在医学图像处理中的增强是一种高额加强法，即对医学图像进行小波分解然后再精确重建，在重建的过程中对图像通过线性运算增强变换域中所代表纹理的高频成分的幅度，使用该方法处理医学图像其实质是补偿图像的轮廓，是因图像轮廓的灰度陡然变化，其中包含着较为丰富的高频分量，提高了图像的清晰度[11]。

2.3 对疑难杂症细节的显示

由于ClearView双域IR技术有着优良的多尺度以及时频结合特性，因此使用其能够在去噪中获得理想的效果。在对医学图像的分解以及重构中可根据需要改变各个参数，利用ClearView双域IR技术将图像的信号分解到多个尺度中，然后在每个尺度下进行图像噪声的小波系数处理，在处理过程中通过设定固定的阀值即可实现去噪的目的。

3 第二代IR技术在全身CT检查中的效果

近年来，临床上对IR技术做的相关研究结果证实，IR算法可以通过降低噪声、提高信噪比及对比噪声比而改善图像质量；通过使用低管电压或管电流技术，而使降低辐射剂量成为可能[12]。对第二代迭代技术在全身CT检查中的效果评估源自于文献归纳，有研究在临床中应用第二代IR技术对儿童胸部MSCT扫描，在保证相同图像质量的前提下与噪声指数为5时的滤过反投影(filtered back projection，FBP)重建算法比较，噪声指数为8时的50%Clearview重建技术可显著降低儿童胸部CT图像噪声，而且第二代IR技术能够遵循使用最低剂量原则，在满足诊断要求的前提下尽可能减少辐射剂量，以最大限度确保降低对儿童辐射损害[13]。第二代IR算法对于超重及肥胖的患者的影像学检测效果会更加明显，降低管电压会导致图像的信噪比及对比噪声比下降。而研究同时证实，应用50%的剂量配合IR，比100%剂量应用传统FBP法重建降低了噪声，并提高了对比噪声比，故扫描中使用IR技术可避免降低管电压所带来的成像质量负面影响[14]。

第二代IR技术应用尽可能低浓度的碘对比剂(270 mg I/ml)配合降低管电压同时应用，有专家将其应用在冠脉扫描中，发现其应用可以明显降低剂量，另外应用同样的注射方式，而对比剂浓度不同，又显著的降低了碘注射量，从而降低了碘对比剂副作用产生的概率。

4 结语

相比与传统IR技术，第二代IR技术虽然有很多优势，但是由于尚处于应用之初，还有问题不曾显示，临床应用时间短所以目前可能还未暴露问题。应用该项技术的个体化的CT扫描条件及与之适应的IR等级，图像卷积函数，对比剂方案调整，以及超低剂量下冠脉病变诊断的准确性等问题尚需更为广泛深入的研究。

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“医心一意”，迈瑞新品精彩绽放第72届CMEF

金秋十月，迈瑞以“医心一意”为主题，携SAL8000生化免疫流水线、BriCyte E6 流式细胞仪、DC-8EXP专家版彩超、DC-70高性能彩超以及DigiEye 680数字X射线成像系统等系列新品与解决方案精彩亮相第72届CMEF，再一次生动、全面地诠释了迈瑞与医者“医心一意”创新的丰硕成果，向业界展示迈瑞基于“洞察临床需求，全球联动研发”的创新风采。

展会期间，《中国医学装备》、《世界医疗器械》、《中国医疗器械信息》、《中国医疗装备》、《武警医学》等媒体记者，就“当前国家扶持民族企业、加快推动高端医疗设备国产化等利好政策，移动医疗发展趋势，业界并购浪潮”等热点话题，采访了集团首席运营官王建新先生。他表示：利好政策和新形势会让民族企业发展受益，而迈瑞作为植根中国、面向全球的国际化企业，开发设计的产品都涉及到高端临床应用，“如本届CMEF展示的SAL8000生化免疫流水线、A系列麻醉机、M9便携彩超等高端新品，都已进驻解放军总医院、上海长海医院等三甲医院。未来3年，迈瑞将一如既往坚持高投入技术研发和全球市场开拓，不断推出高端设备攻坚三甲医院，同时巩固中端，以自主核心技术优势快速定制满足临床需要的优异产品，延展开拓更广阔的市场份额”。

创新与并购是迈瑞并驾齐驱的发展战略，王建新强调收并购后的整合是提升赢利能力、创新能力和行业市场地位。2008年并购的Datascope监护业务，通过组织架构、人员队伍及产品研发等方面的整合，通过新开发的床边监护、中央站、遥测3款针对北美市场的高端监护产品及A系列高端麻醉机，更好地开拓了北美市场。去年收购的美国ZONARE公司，最重要的整合是将ZONARE高端超声技术应用到迈瑞现有超声产品中，M9等新品实现了技术融合的最大收益，同时将ZONARE的生产制造“嫁接”到深圳，很好地提升了创新型企业的赢利能力。同样，对于国内收并购的9家企业，通过高研发投入、产品性能及质量的改造，丰富迈瑞产品新领域，为客户提供更全面的临床解决方案。

对于移动医疗的发展，王建新认为移动医疗技术的发展，将带来医疗健康产业未来商业模式的巨大变革，健康服务将从医院延伸到院外、社区、患者及亲戚朋友，涉及到移动互联、后台数据管理及信息安全等技术。迈瑞监护系列产品在信息获取、病例数据库等方面具有“天然”优势，做穿戴式、小型移动智能监测设备相对占有先机。王建新最后表示，为振兴民族医疗设备产业，迈瑞愿与更多的业内专家、医务人员、合作伙伴携手并肩，为人类健康事业做出新的贡献。

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