迭代重建技術在CT中的應用

王悅中

迭代重建技術在CT中的應用

王悅中①

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

迭代重建法；技術；體層攝影術，X線計算機；應用

王悅中,男,(1964- ),碩士，主任醫師。解放軍第210醫院放射科，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.

東軟醫療自主研發生產的NeuViz CT產品系列均為國內首創，其產品能夠對各種影像學診斷范疇的病癥進行臨床應用，并對以往比較困難的部位如心臟、血管及結腸等部位進行臨床應用，能快速的解決薄層大范圍容積掃描的要求，達到更高的診斷率。而技術創新的發展與迭代重建(iterative reconstruction，IR)算法的發展和應用有著密切聯系。研究顯示，ClearView雙域迭代技術對于射線劑量的減少可以達到70%左右，極大地降低了CT使用中輻射危險，能夠廣泛應用于臨床診斷中，而且這種迭代技術能夠較大程度地降低圖像噪音，并且依托強大的硬件來提高圖像重建的速度，以保證圖像快速顯示，提高影像質量。

1 醫療IR技術的發展

NeuViz 64采用ClearView雙域IR技術，為業內目前最先進的重建算法，在降低掃描劑量的同時，實現低噪聲的高品質圖像[1]。一般而言，CT圖像重建方法有兩種：①IR技術；②解析重建(analytic reconstruction，AR)技術。解析技術的算法為運用以卷積反投影算法為主，其優勢在于重建圖像的速度很快，但是這種算法的要求較高，所需的投影數據必須完備、等距離，在實際操作中發現，圖像有偽影出現[2]。而代數重建算法則在當代醫學影像學中應用廣泛，尤其是在大型醫院，這種代數重建算法技術經常更新應用，不斷改進，使其在臨床應用中越來越廣泛，能夠很好地適應各種采樣數據，早期的代數迭代雖然與解析重建相比更加進步，但其計算量大、重建速度慢的缺陷明顯，因此需不斷改進算法來提高圖像質量和圖像重建的速度，以更好地服務于現代臨床醫學[3]。

1.1 代數重建技術的應用

NeuViz Twin雙層螺旋CT應用了代數重建技術中的期望最大化法(maximum likelihood-expectation maximization，ML-EM)，其原理在于估計了原始X射線光子分布，并且能夠估算更多的計算數據，使成像質量更加提高，然后利用原始估算的數據計算下一次數據，不斷重復其過程，直至原始估算的數據與下一次結果無限接近為止，其使用范圍更加廣泛，成像質量更加提高，但其成像速度較慢[4]。其后，通過應用自適應統計AF技術去除噪聲，得到校正圖像，采用不斷重復迭代的過程改進其算法，與之前的算法所不同的是，在每次迭代結束后計算機會進行仿真比較，并按照比較結果自適應地進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，且其能夠實現全身的快速、大范圍覆蓋掃描，實現多臟器、多期相掃描，獲得更高分辨率的圖像。然而盡管如此，同樣具有理想系統假設的局限性。

1.2 IR技術方法

NeuViz 64多層螺旋CT選用適應性統計IR技術和基于模型的IR，以及圖像空間IR技術等，并在其超導磁核成像技術、X射線成像技術以及全數字彩色多普勒超聲診斷系統產品系列中均有應用[5]。

目前，NeuViz 64層螺旋CT，搭載了ClearView雙域IR技術，IR方法的共同點是將非線性問題轉化為線性迭代問題，通過反復迭代不斷修改初始的解。如在迭代過程中發現其結果中的某個數據超出解的范圍，則強制使該數據映射到已知的范圍內，會使密度過高或過低物體的圖像出現明顯偏差[6]。在圖像重建仿真實驗過程中，發現迭代得到的圖像結果中高頻噪聲十分嚴重，因此在每次迭代結束后對圖像進行鄰點算術加權平均的方法進行平滑處理，然后再作為初始值進行下一次迭代。為了保持圖像中物體的邊界銳利，不致因平滑函數影響而使圖像邊界變得模糊，在迭代終結前兩次不再進行平滑處理，以保持物體邊界銳利度，重建出較為滿意的圖像。從迭代進行的域上可分為時域迭代和頻域迭代，雙域IR技術是從時間域和頻率域兩個域的結合點開始進行迭代，迭代的速度變快，解決了部分IR算法的邊緣問題，并有效改進了非順序方式子集水平高時圖像會發散的缺陷。

2 第二代IR技術在全身CT檢查中的應用

2.1 在胸腹部的應用

第二代IR技術應用于胸腹部的影像學診斷中，大部分結果表明IR減少了噪聲，圖像平滑；值得注意的是不同的IR算法導致圖像評分結果明顯不同，原因可能是不同的IR算法相比不同機器掃描可能產生更大的圖像質量差異。蔡強等[7]應用IR技術在肺氣腫篩查中進行應用，結果檢出肺結節的大小、位置和密度，并對上述方法的結果行統計學分析，檢出的真結節數256個，其靈敏度為95.2%，假陰性為4.8%，IR系統在提高肺結節檢出方面對影像診斷科醫師有所幫助，一定程度上彌補了低年資醫師工作經驗的不足。晁寶婷等[8]運用該類型CT證實了64層螺旋CT心胸聯合血管成像對心外畸形結構的診斷符合率明顯高于彩色多普勒超聲，而對心內畸形結構的診斷符合率略低于彩色多普勒超聲[9]。64層螺旋CT心胸聯合血管成像與彩色多普勒超聲聯合可提高對小兒先天性心臟病診斷的符合率。先天性心臟病術前應常規行64層螺旋CT心胸聯合血管成像聯合彩色多普勒超聲檢查，取代有創的心血管造影檢查。

2.2 對灌注結腸、肺結節的顯示

CT成像圖像往往有著邊緣模糊以及對比度差等特點，醫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行增強[10]。而第二代IR技術—ClearView雙域IR技術在醫學圖像處理中的增強是一種高額加強法，即對醫學圖像進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算增強變換域中所代表紋理的高頻成分的幅度，使用該方法處理醫學圖像其實質是補償圖像的輪廓，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 對疑難雜癥細節的顯示

由于ClearView雙域IR技術有著優良的多尺度以及時頻結合特性，因此使用其能夠在去噪中獲得理想的效果。在對醫學圖像的分解以及重構中可根據需要改變各個參數，利用ClearView雙域IR技術將圖像的信號分解到多個尺度中，然后在每個尺度下進行圖像噪聲的小波系數處理，在處理過程中通過設定固定的閥值即可實現去噪的目的。

3 第二代IR技術在全身CT檢查中的效果

近年來，臨床上對IR技術做的相關研究結果證實，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量；通過使用低管電壓或管電流技術，而使降低輻射劑量成為可能[12]。對第二代迭代技術在全身CT檢查中的效果評估源自于文獻歸納，有研究在臨床中應用第二代IR技術對兒童胸部MSCT掃描，在保證相同圖像質量的前提下與噪聲指數為5時的濾過反投影(filtered back projection，FBP)重建算法比較，噪聲指數為8時的50%Clearview重建技術可顯著降低兒童胸部CT圖像噪聲，而且第二代IR技術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檢測效果會更加明顯，降低管電壓會導致圖像的信噪比及對比噪聲比下降。而研究同時證實，應用50%的劑量配合IR，比100%劑量應用傳統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技術可避免降低管電壓所帶來的成像質量負面影響[14]。

第二代IR技術應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應用，有專家將其應用在冠脈掃描中，發現其應用可以明顯降低劑量，另外應用同樣的注射方式，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生的概率。

4 結語

相比與傳統IR技術，第二代IR技術雖然有很多優勢，但是由于尚處于應用之初，還有問題不曾顯示，臨床應用時間短所以目前可能還未暴露問題。應用該項技術的個體化的CT掃描條件及與之適應的IR等級，圖像卷積函數，對比劑方案調整，以及超低劑量下冠脈病變診斷的準確性等問題尚需更為廣泛深入的研究。

[1]陳武凡.IR及其在圖像處理中的應用[M].北京:科學出版社,2009:234-235.

[2]吳中如.生物醫學信號安全監控理論及其應用[M].上海:高等教育出版社,2003:34-36

[3]崔錦泰.小波分析導論[M].西安:西安交通大學出版社,l995:56-57.

[4]Brenner DJ,Hall EJ.Computed tomography an increasing sourceof radiation exposure[J].N Engl J Med,2007,357(22):2277-2284.

[5]McCollough CH,Primak AN,Braun N,et al.Strategies for reducing radiation dose in CT[J].Radiol Clin North Am,2009,47(1):27-40.

[6]Hara AK,Paden RG,Silva AC,et al.Iterative reconstruction technique for reducing body radiation dose at CT:feasibility study[J].AJR Am J Roentgenol,2009,193(3):764-771.

[7]蔡強,陳星.64層螺旋CT胸部低劑量掃描方案優選的多中心研究[C].杭州:中華醫學會第16次全國放射學學術大會論文匯編,2009:45-46.

[8]晁寶婷,黃杰.64層螺旋CT在先天性心臟病診斷中的價值[J].實用放射性雜志,2008,23(2):267-268.

[9]Prakash P,Kalra MK,Kambadakone AK,et al.Reducing abdominal CT radiation dose with adaptive statistical iterative reconstruction technique [J].Invest Radiol,2010,45(4):202-210.

[10]Silva AC,Lawder HJ,Hara A,et al.Innovationsin CT dose reduction strategy:application of the adaptive statistical iterative reconstruction algorithm[J].AJR Am J Roentgenol,2010,194(1):191-199.

[11]張曉錦,董健,崔斌,等.自動管電流調節技術在胸部低劑量CT篩查中的臨床價值[J].中國醫學影像技術,2010,34(6):678-679.

[12]Venousl.Thromboembolism:reducing the risk of venous thromboembolism(Deep vein thrombosis and pulmonary embolism)in patients admitted to hospital.National clinical guideline centre-acute and chronic conditions(UK)[M].London:Royal College of Physicians(UK),2010:92-93.

[13]梁秀梅,楊龍,譚勇,等.胸部外傷螺旋CT超低劑量掃描的研究[J].第三軍醫大學學報,2012,23(24):2207-2208.

[14]Rety.OECD Guidelines on Measuring Subjective Well-being.Organisation for Economic Cooperation and Development(OECD)[J].Paris:OECD Publishing,2013,3:20-22.

[15]Peterson K,McDonagh M,Carson S,et al.Drug Class Review:Newer Antiemetics:Final Report Update 1[Internet][J].Portland(OR):Oregon Health&Science University,2009,11:67-68.

“醫心一意”，邁瑞新品精彩綻放第72屆CMEF

金秋十月，邁瑞以“醫心一意”為主題，攜SAL8000生化免疫流水線、BriCyte E6 流式細胞儀、DC-8EXP專家版彩超、DC-70高性能彩超以及DigiEye 680數字X射線成像系統等系列新品與解決方案精彩亮相第72屆CMEF，再一次生動、全面地詮釋了邁瑞與醫者“醫心一意”創新的豐碩成果，向業界展示邁瑞基于“洞察臨床需求，全球聯動研發”的創新風采。

展會期間，《中國醫學裝備》、《世界醫療器械》、《中國醫療器械信息》、《中國醫療裝備》、《武警醫學》等媒體記者，就“當前國家扶持民族企業、加快推動高端醫療設備國產化等利好政策，移動醫療發展趨勢，業界并購浪潮”等熱點話題，采訪了集團首席運營官王建新先生。他表示：利好政策和新形勢會讓民族企業發展受益，而邁瑞作為植根中國、面向全球的國際化企業，開發設計的產品都涉及到高端臨床應用，“如本屆CMEF展示的SAL8000生化免疫流水線、A系列麻醉機、M9便攜彩超等高端新品，都已進駐解放軍總醫院、上海長海醫院等三甲醫院。未來3年，邁瑞將一如既往堅持高投入技術研發和全球市場開拓，不斷推出高端設備攻堅三甲醫院，同時鞏固中端，以自主核心技術優勢快速定制滿足臨床需要的優異產品，延展開拓更廣闊的市場份額”。

創新與并購是邁瑞并駕齊驅的發展戰略，王建新強調收并購后的整合是提升贏利能力、創新能力和行業市場地位。2008年并購的Datascope監護業務，通過組織架構、人員隊伍及產品研發等方面的整合，通過新開發的床邊監護、中央站、遙測3款針對北美市場的高端監護產品及A系列高端麻醉機，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高端超聲技術應用到邁瑞現有超聲產品中，M9等新品實現了技術融合的最大收益，同時將ZONARE的生產制造“嫁接”到深圳，很好地提升了創新型企業的贏利能力。同樣，對于國內收并購的9家企業，通過高研發投入、產品性能及質量的改造，豐富邁瑞產品新領域，為客戶提供更全面的臨床解決方案。

對于移動醫療的發展，王建新認為移動醫療技術的發展，將帶來醫療健康產業未來商業模式的巨大變革，健康服務將從醫院延伸到院外、社區、患者及親戚朋友，涉及到移動互聯、后臺數據管理及信息安全等技術。邁瑞監護系列產品在信息獲取、病例數據庫等方面具有“天然”優勢，做穿戴式、小型移動智能監測設備相對占有先機。王建新最后表示，為振興民族醫療設備產業，邁瑞愿與更多的業內專家、醫務人員、合作伙伴攜手并肩，為人類健康事業做出新的貢獻。

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醫院放射科 遼寧 大連 116001