自適應心臟運動的CT變速掃描模式研究

《自適應心臟運動的CT變速掃描模式研究》是依託北京交通大學，由劉傑擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：自適應心臟運動的CT變速掃描模式研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉傑
• 依託單位：北京交通大學

項目摘要

CT成像具有無創、快捷和解析度高的特點，因而在臨床醫學診斷和治療中被廣泛套用。儘管CT的技術和性能不斷發展和改進，然而就心臟的動態成像而言，由於恆速掃描與心率變化的不匹配以及掃描速度的限制，在心率快和心率變化時，心臟CT圖像存在明顯的運動模糊，並且成像過程輻射劑量大，因而仍不能有效滿足臨床診斷需求。迄今為止，心臟運動成像的理論和技術一直是CT和其他醫學成像研究的難點和熱點之一。本項目針對現有心臟CT成像存在的問題，提出自適應心臟運動的CT變速掃描新模式，研究基於ECG T波的心臟運動預測、自適應運動變速掃描模型和圖像重建算法等關鍵問題，提高心臟CT成像質量和降低輻射劑量，為研究自適應運動成像提供依據，其理論和技術也將對其他醫學運動成像技術有指導和借鑑意義。

結題摘要

在現有的心臟成像中，由於CT恆速掃描與心率變化的不匹配以及掃描速度的限制，在心率變異較大時，心臟CT圖像存在明顯的運動模糊，不能滿足臨床診斷需求。本項目針對心臟CT成像存在的問題，提出自適應心臟運動的CT變速掃描新模型，為提高心臟CT成像質量和降低輻射劑量探索新的模式，為自適應心臟運動成像提供依據。 本項目主要成果如下: 1：建立了一體化的心臟CT仿真模型進行心臟運動仿真。在傳統的Sheep_Logan CT模型基礎上，建立了心臟靜態結構、運動模型和心臟冠狀動脈鈣化點模型，提出了基於樣條函式的心臟非線性運動模型，提高了仿真的準確性，建立了系統的CT心臟綜合仿真模型。 2：提出了自適應心率的CT變速掃描模型，該模型能根據心率自適應選擇最優的掃描速度、時間解析度和螺距，以獲得理想的投影數據，從而提高心臟圖像質量。為了驗證該模型，通過線性和非線性模型仿真心臟運動，利用CT圖像重建算法進行了重建。重建結果表明，根據心率選擇合適的掃描參數可得到理想的投影數據，從而能有效地提高CT心臟圖像質量 3：研究心率變異特性及心臟運動相位的計算方法，套用小波變換分析心率變異信號的能量-頻率分布，給出了心率變化下的最佳的預測方法。提出了一種4D CT自動圖像排序算法，利用空間連續性特徵搜尋相位相同的圖像，算法較好地消除了運動偽影。 4：提出了多種變速掃描的速度平滑過渡模型和實現方案，包括拋物線、正弦、樣條函式等各種平滑方式。計算了實際速度變化和加速度變化對掃描系統造成的衝擊及影響，通過計算和分析證明了變速方案可行性。 5：設計了集成的CT重建算法庫，包括FBP解析重建、疊代重建和壓縮感知等心臟圖像重建算法。算法基於Matlab和C++混合實現，具有速度快、模組化、接口規範等優點，形成集化的心臟CT綜合重建平台。壓縮感測重建算法通過空間和時間方面的統一考慮，提高了算法的重建精度，在少採樣的情況下，得到了較高的心臟圖像質量。 5：利用最佳化Hough變換和多段可視化算法，實現了重建和分析的一體化計算。