迭代重建技術(shù)

1、一.迭代算法原理及進(jìn)展迭代重建算法的基本原理是：首先對 X線光子分布進(jìn)行原始估計(jì)，在此基礎(chǔ)上估算每個投 影方向上探測器獲得的可能計(jì)數(shù)(即正投影)，再將正投影數(shù)據(jù)與探測器實(shí)際采集的投影 數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，用于更新原始估計(jì)數(shù)據(jù)；不斷重復(fù)此過程，直至下一次迭代結(jié)果無限接近由于IR重建時(shí)間長，計(jì)算復(fù)雜，早期IR法僅在SPECTW PET等核醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到應(yīng) 用。近年來，得益于計(jì)算機(jī)技術(shù)和圖像重建算法的不斷發(fā)展以及低劑量成像的需求，IR技術(shù)又逐步在CT領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注目前多家公司推出了多種IR算法，按照迭代計(jì)算所利用的數(shù)據(jù)空間不同，可大致分 為3類(1)僅在圖像數(shù)據(jù)空間進(jìn)行IR,如IRIS,對原始數(shù)據(jù)按照傳統(tǒng)

2、的FBP法重建后，再 根據(jù)噪聲模型對獲得的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行多次迭代計(jì)算，以降低噪聲和偽影。這種方法運(yùn)算較 快，計(jì)算時(shí)間僅稍長于 FBP法，但由于基于FBP圖像進(jìn)行迭代計(jì)算，不可避免地具有 FBP 法“理想系統(tǒng)”假設(shè)的局限性。(2)在投影數(shù)據(jù)空間和圖像數(shù)據(jù)空間中均進(jìn)行IR,如ASIR、SAFIRE iDose和AIDR。首先對投影數(shù)據(jù)以FBP法進(jìn)行重建，將獲得的圖像數(shù)據(jù)與基于統(tǒng)計(jì)的、考慮到光子和電子 噪聲的理想噪聲模型進(jìn)行比較，去除噪聲，得到校正圖像，對此圖像再通過正投影更新原 始投影數(shù)據(jù)，用于下次迭代計(jì)算，如此進(jìn)行多次IRo這種方法重建速度也較快，但同樣具有FBP法的局限性。(3)僅在投影數(shù)據(jù)空間

3、進(jìn)行IR,如IMR ,MBIR (即Veo技術(shù))，對X線束從焦點(diǎn)到 探測器的整個過程建立多個模型，焦點(diǎn)、X線束、體素和探測器的幾何形狀均被考慮進(jìn)去，最為復(fù)雜，計(jì)算量最大，整個重建過程需1090min。使用這些技術(shù)的 意義在于可在大幅降低 CT輻射劑量的同時(shí)獲得與常規(guī)FBP法相同、甚至更好的圖像質(zhì)量。相關(guān)研究顯示，與上一代 IR算法（ASIR,IDOSE相比，這兩種（IMR,MBIR重建方 法體現(xiàn)出更優(yōu)越的降噪能力，能有效的提高圖像的空間分辨率，并且能有效降低輻射劑量 67%-86%二.傳統(tǒng)的濾波反投影filtered back projection, FBP）重建技術(shù)在降低輻射劑量的同時(shí)會導(dǎo)致

4、噪聲偽影增加，從而降低圖像質(zhì)量并影響疾病診斷相較于FBP,迭代重建（iterative reconstruction, IR）技術(shù)可在低輻射劑量的條件下仍保證圖像質(zhì)量，但目前大部分商用迭代重建技術(shù)均屬于部分迭代，噪聲降低程度有限，圖像失真感較嚴(yán)重，而最新的迭彳t模型重建 （iterative model reconstruction, IMR）技術(shù)是一種新型的全迭代重建技術(shù)，相較于部分迭代技術(shù)，可進(jìn)一步降低圖像噪聲并提高圖像質(zhì)量，IMR技術(shù)通過前向后向重建在投影數(shù)據(jù)域及圖像數(shù)據(jù)域進(jìn)行迭代運(yùn)算，并采用統(tǒng)計(jì)學(xué)模型以及 CT系統(tǒng)模型進(jìn)行對比校正，最終得到低噪聲高分辨的CT圖像（對于心臟，常用IDOS

5、EA4技術(shù)，現(xiàn)今IMR較IDOSE4可更顯著降低圖像噪聲，提高圖像 CNRffi圖像質(zhì)量；應(yīng)用IMR重建可在降低輻射劑量的情況下保證圖像質(zhì)量對于胸部，與FBP重建算法比較，在相同劑量條件下，50%IDOSEffi IMR能顯著降低胸部CT 圖像噪聲并提高圖像質(zhì)量；其中IMR重建算法降噪及提高圖像質(zhì)量效果更為顯著對于腹部，IMR技術(shù)相較于部分迭代技術(shù)具有更大的降低輻射劑量潛力，并能夠顯著降低噪聲，提高圖像低對比分辨力，有利于CT腹部掃描）客觀評價(jià)指標(biāo)圖像噪聲、圖像信噪比（SNR）、對比口聲比（CNR） 主觀評價(jià)指標(biāo)（低對比分辨力、病灶邊緣銳利度、圖像失真及診斷信心度 ）濾波反投影(FBP) 迭代

6、重建技術(shù)(iterative reconstruction, IR)混合迭代重建技術(shù)(Idose)(飛利浦公司)全模型迭代重建技術(shù)(iterative model reconstruction , IMR)(飛利浦公司改進(jìn)后)圖像空間迭代重建技術(shù)(iterative reconstruction in imagespace IRIS )(西門子公司)基于原始數(shù)據(jù)的迭代技術(shù)( snogram affirmed iterative reconstruction,SAFIRE)(西門子公司改進(jìn)后)自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction ASiR)(GE公司)基于模型的迭代重建算法(model-based-iterative