開創口腔錐形束CT的低劑量綜合最佳化技術研究

《開創口腔錐形束CT的低劑量綜合最佳化技術研究》是依託清華大學，由張麗擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：開創口腔錐形束CT的低劑量綜合最佳化技術研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：張麗
• 項目類別：重點項目

項目摘要

口腔醫學適應現代化需求正蓬勃發展，新崛起的錐形束CT（CBCT）為其帶來了革命性變化，但所致受檢者劑量遠大於牙科X射線機而成為全民醫療照射防護焦點。縱觀核技術醫學套用和輻射防護等諸多學科及社會發展趨勢，亟需全方位研究解決CBCT低劑量綜合最最佳化這個前沿課題。故圍繞設備關鍵物理技術問題創新和臨床套用防護最最佳化研究兩大方面協同攻關，旨在突破CBCT以最佳低劑量獲得高成像質量的理論與套用基礎。從系統分析臨床調查監測數據出發，著重研究束流參數自動調節、能譜光子計數探測器、相應圖像重建方法和病態數據處理等技術以革新設計理念，為催生新一代低劑量CBCT奠定堅實理論基礎。同時深入臨床實際探究成像質量與所致劑量的制約關係，通過成人兒童的頭模實驗研究，在國內外率先創建CBCT圖像質量和所致劑量的評價體系及二者最最佳化匹配指南，發展輻射防護最最佳化原理與套用，並為建立CBCT醫療照射劑量指導水平提供科學依據。

結題摘要

口腔醫學適應現代化需求正蓬勃發展，新崛起的錐形束CT（CBCT）為其帶來了革命性變化，但所致受檢者劑量遠大於牙科X射線機而成為全民醫療照射防護焦點。縱觀核技術醫學套用和輻射防護等諸多學科及社會發展趨勢，亟需全方位研究解決CBCT低劑量綜合最最佳化這個前沿課題。從2015年至2019年，項目組圍繞設備關鍵物理技術問題創新和臨床套用防護最最佳化研究兩大方面協同攻關，突破了CBCT以最佳低劑量獲得高成像質量的理論與套用基礎，取得較好成果。項目組針對光子計數探測器的設計與製造問題，基於蒙卡模擬確定了探測器晶體參數，與此相應地完成了ASIC晶片的設計與製造，最後將兩者封裝測試，成功研製出1cm×1cm，36 × 36像素，像素尺寸0.25mm × 0.25mm的可三面拼接的面陣列模組！針對X射線源的最佳化方案問題，確定了濾波片的最佳方案，實現了管電流關於角度的自動調製，在保證圖像質量的情況下，又針對標準體型患者降低了31%的劑量！針對SPCD的建模問題，提出了一種參數化的探測器回響解析模型，並結合蒙卡模擬和實驗測量對其參數進行了標定。針對能譜重建的問題，提出了基於加權子集的前處理算法、基於最大似然的前處理算法、重建物質衰減曲線的後處理算法和基於深度學習的後處理算法等多種方法，實現了準確的能譜重建。針對病態數據校正問題，提出了加權非局部TV極小化的最佳化算法和兩種基於深度學習的圖像域最佳化算法。實驗證明了採用能譜CT成像技術，在保證圖像質量的情況下掃描劑量降低了30%！項目組進行了大量臨床調查，結果顯示接受CBCT檢查的青少年占40%，中大視野占97%，降低劑量是緊迫的任務。針對口腔CBCT劑量表征量的問題，項目組通過大量劑量測量實驗和數學擬合，首次提出了CBCT的劑量表征量，更加精確地表征了CBCT的面吸收劑量和體吸收劑量！針對圖像質量評價的問題，項目組提出了一種將主觀評價映射到客觀評價的圖像質量評價方法，在此基礎上，提出一種輻射劑量和圖像質量的匹配最佳化方法，推薦掃描參數對於大部分解剖結構都能大幅降低劑量。