CTCT迭代重建技术迭代重建技术 复旦附属华东医院复旦附属华东医院 王鸣鹏王鸣鹏 迭代重建应用状况迭代重建应用状况 奥地利数学家雷登（奥地利数学家雷登（Raden））创建的图像重建理论是：以创建的图像重建理论是：以不同投影角产生的一组投影不同投影角产生的一组投影数据，可采用数学方法重建数据，可采用数学方法重建成一幅图像成一幅图像传统迭代：传统迭代：每次计算都以假设图像开始，即给一幅图像一任意初始值每次计算都以假设图像开始，即给一幅图像一任意初始值，然后计算射线穿过物体可能的投影值，并将计算值与实际投影值相，然后计算射线穿过物体可能的投影值，并将计算值与实际投影值相比较，根据差异获得一个修正值，再用该修正值修正像素值如此反比较，根据差异获得一个修正值，再用该修正值修正像素值如此反复迭代直至图像重建完成复迭代直至图像重建完成FBP的的特特点点：：(1)优优点点对对计计算算设设备备要要求求低低；；重重建建速速度度快快；；目目前前常常用用2)缺缺点点忽忽略略噪噪声声（（如如焦焦点点面面积积、、探探测测器器面面积积、、采采样样体体素素形形态态等等；；不不能能处处理理采采样样数数据据不不足足的的扫扫 描描 （（ 金金 属属 、、 肥肥 胖胖 等等 ）） 。
GEGE，， A Adaptive daptive S Statistical tatistical I Iterative terative R Reconstruction;econstruction; 自适应统计迭代自适应统计迭代 , ASiR M Model odel B Based ased I Iterative terative R Reconstructioneconstruction 基于模型的迭代基于模型的迭代, (, (Veo)SiemensSiemens，， I Iterative terative R Reconstruction in Image econstruction in Image S Space; pace; 图像空间迭代图像空间迭代 , iRIS S Sinograminogram AfAffirmed firmed I Iterative terative ReReconstructionconstruction 正弦波图形法迭代正弦波图形法迭代 , SAFIREPhilipsPhilips，，D Double ouble M Model odel B Based ased I Iterative terative R Reconstruction; econstruction; 基于双模式迭代基于双模式迭代 , iDose 4ToshibaToshiba，， A Adaptive daptive I Iterative terative D Dose ose R Reduction;eduction; 自适应低剂量迭代自适应低剂量迭代 , AIDR 3D 迭代重建应用状况迭代重建应用状况 滤过反投影滤过反投影 伪影byxyobject球管探测器数据域重建域XY投影数据 滤过反投影滤过反投影 每一个方向相应的投影数据被平均后进行计算，称为每一个方向相应的投影数据被平均后进行计算，称为“反投影反投影” 滤过反投影滤过反投影 华东医院华东医院 滤过反投影滤过反投影 原原始始物物体体 重重建建后后图图像像滤过方法应用到投影数据，改善重建图像质量滤过方法应用到投影数据，改善重建图像质量 滤过反投影滤过反投影 未滤过未滤过 滤过滤过华东医院华东医院 滤过反投影滤过反投影 未滤过的反投影图像未滤过的反投影图像 滤过后的反投影图像滤过后的反投影图像 迭代重建应用状况迭代重建应用状况 ＠＠传统迭代，需用一个传统迭代，需用一个“前投影前投影”重建一个原始数据的估计值，重建一个原始数据的估计值，用该估计值校正下一次迭代，如此反复；用该估计值校正下一次迭代，如此反复；＠＠前投影的方式，决定了前投影的方式，决定了CT图像的重建处理过程，反复迭代图像的重建处理过程，反复迭代－耗时；－耗时；＠＠ CT图像重建是一个线性化的处理过程，故可用数学方法在图像重建是一个线性化的处理过程，故可用数学方法在图像空间完成减少噪声；图像空间完成减少噪声；＠＠采用原始数据空间迭代，可减少伪影和提高分辨率，并加采用原始数据空间迭代，可减少伪影和提高分辨率，并加快重建速度；快重建速度； 迭代重建应用状况迭代重建应用状况 ＠＠初期的迭代，包括初期的迭代，包括ASiR 和和IRIS，属于非完全迭代。
通过，属于非完全迭代通过一定的比例与一定的比例与FBP算法混合重建，速度快、降噪少，需操作算法混合重建，速度快、降噪少，需操作者选择迭代的比例者选择迭代的比例；；＠＠ ASiR迭代迭代重建是在原始数据空间利用系统统计噪声模型重建是在原始数据空间利用系统统计噪声模型，来消除由统计波动造成的图像噪声；，来消除由统计波动造成的图像噪声；＠＠ IRIS 迭代重建是在图像数据空间，利用迭代技术降低图迭代重建是在图像数据空间，利用迭代技术降低图像噪声；像噪声； 迭代重建方法迭代重建方法 X线焦线焦点模型点模型成像体素成像体素模型模型探测器探测器模型模型噪声统计噪声统计模型模型成像物体成像物体模型模型合成后的合成后的投影数据投影数据系统光学系统光学模型模型经校正后经校正后的物体投的物体投影数据影数据 系统系统光学光学实际测量实际测量投影数据投影数据被扫描物被扫描物体的估计体的估计ASiR＠＠系统光学模型方式需占用大量的计算机资源系统光学模型方式需占用大量的计算机资源＠＠ ASiR着重于系统噪声统计学模型并减少剂量着重于系统噪声统计学模型并减少剂量 迭代重建方法迭代重建方法 FBPASiR 迭代重建方法迭代重建方法 MBiR点焦点点焦点点探测器点探测器点体素点体素笔形束笔形束完全采样完全采样线性合成线性合成简单计算简单计算简单化简单化实际焦点实际焦点真实探测器真实探测器立方体素立方体素宽束宽束统计模型统计模型物理模型物理模型复杂计算复杂计算优质图像优质图像timex-ray flux.focal spot modeldetector modelvoxel modelphysics modelstatistics modelobject modelMBIR 迭代重建方法迭代重建方法 X线管线管X射线射线物体物体探测器探测器数学模式化后的焦点数学模式化后的焦点数学模式化后数学模式化后的射线的射线被重建的图像被重建的图像投影投影MBiR 迭代重建方法迭代重建方法 MBiR＝＝Veo＠＠在在MBiR方式中，实际扫描测量与经数学模式化后的测量方式中，实际扫描测量与经数学模式化后的测量之间的差别得到最小化之间的差别得到最小化FBPMBiR 迭代重建方法迭代重建方法 CTDI＝＝19CTDI＝＝9 迭代重建方法迭代重建方法 n迭代重建算法是通过若迭代重建算法是通过若干次迭代，逐次对待处干次迭代，逐次对待处理的图像进行改善。
理的图像进行改善n可以在高对比度下提高可以在高对比度下提高空间分辨率，在低对比空间分辨率，在低对比度下降低噪声度下降低噪声n缺点：速度慢缺点：速度慢n滤波反投影算法滤波反投影算法FBP图像域像域图像域像域原始数据域原始数据域原始数据域原始数据域比比较重建重建完全完全图像更新像更新反投影反投影重建重建迭代重建理论算法迭代重建理论算法 迭代重建方法迭代重建方法 n减少运算量，节省运算时间 n虽然速度快，可以降低噪声，但对图像的任何位置的噪声处理都是一样的n这就使得经过处理的图像看上去与传统FBP方法得到的差别较大n对剂量敏感，当剂量很低时，图像质量会变差 图像域像域图像域像域比比较重建重建基本基本图像更新像更新反投影反投影原始数据域原始数据域原始数据域原始数据域比比较重建重建完全完全图像更新像更新反投影反投影迭代重建理论算法迭代重建理论算法统计迭代算法统计迭代算法 迭代重建方法迭代重建方法 滤波反投影算法滤波反投影算法FBP图像域像域原始数据域原始数据域图像域像域图像域像域图像域像域比比较重建重建基本基本图像更新像更新反投影反投影原始数据域原始数据域原始数据域原始数据域原始数据域原始数据域比比较完全完全图像更新像更新比比较重建重建完全完全图像更新像更新反投影反投影重建重建迭代重建理论算法迭代重建理论算法统计迭代算法统计迭代算法IRIS重建重建图像重像重组 迭代重建方法迭代重建方法 FBP迭代重建理论算法迭代重建理论算法n统计迭代算法统计迭代算法 IRIS¨速度快，无需迭代¨临床习惯的图像¨对降低剂量作用不明显¨低剂量或提高图像质量 ¨理论完善¨耗时¨降低剂量¨重建速度快¨图像塑胶感¨重建速度快优点优点优点优点优点优点优点优点缺点缺点缺点Disadvantage¨低剂量或提高图像质量¨理论完善 迭代重建方法迭代重建方法 FBP法：剂量较高；剂量法：剂量较高；剂量 加权加权FBP（（WFBP）：用）：用 传统迭代：剂量减少，耗传统迭代：剂量减少，耗减减50％，％，则图像噪声大；则图像噪声大； FBP相同剂量，使噪声降相同剂量，使噪声降 时；时； 低；低； 迭代重建方法迭代重建方法 统计迭代统计迭代法：剂量低、噪法：剂量低、噪 IRIS：剂量低、噪声降，：剂量低、噪声降， SAFIRE：剂量更低、噪：剂量更低、噪声降，图像失真感；声降，图像失真感； 重建速度不够快；重建速度不够快； 声声降，重建速度快；降，重建速度快； 迭代重建应用实例迭代重建应用实例 IRIS SAFIRE迭代重建通常需迭代重建通常需3大步：大步：1、、原始数据域的迭代以去除伪影及纠正几何学误差；原始数据域的迭代以去除伪影及纠正几何学误差；1、先采用加权、先采用加权FBP做预重建；做预重建；2、然后是、然后是2次采用不同校正方法的循环重建处理。
次采用不同校正方法的循环重建处理 迭代重建应用实例迭代重建应用实例 wFBP预重建预重建重建重建数据数据原始数据空间原始数据空间图像空间图像空间SinogramdataⅠ、、Ⅱ、、1校正原始数据校正原始数据，去除伪影；，去除伪影；有偏差，再有偏差，再wFBP更新更新图像图像迭代期间，应用迭代期间，应用了基于噪声模式了基于噪声模式的动态原始数据的动态原始数据Ⅱ、、2统计优统计优化处理化处理去除去除噪声噪声与原图像比较与原图像比较多次重复多次重复 迭代重建应用实例迭代重建应用实例 小结：小结：1、原始数据空间的反复迭代中，采用了基于噪声、原始数据空间的反复迭代中，采用了基于噪声模式的动态原始数据，使分辨率不变、噪声降低；模式的动态原始数据，使分辨率不变、噪声降低；2、图像空间的反复迭代去除噪声是基于：原始数、图像空间的反复迭代去除噪声是基于：原始数据中有多少噪声被扩散到图像空间据中有多少噪声被扩散到图像空间 迭代重建应用实例迭代重建应用实例 普通普通FBP wFBP，与，与FBP IRIS，与，与wFBP比比 SAFIRE，与，与FBP比比 比较，剂量比较，剂量35％％ 较，剂量较，剂量30％％ 较，剂量较，剂量70％％兴趣区兴趣区 兴趣区兴趣区 兴趣区兴趣区 兴趣区兴趣区 26.8HU 17.6HU 12.3HU 7.8HU 迭代重建应用实例迭代重建应用实例 选择选择SAFIRE后，操作后，操作界面有界面有1－－5的强度选的强度选择，择，1表示噪声大，表示噪声大，5表示噪声小；数字大小表示噪声小；数字大小不是迭代的含义，并且不是迭代的含义，并且与重建时间无关。
与重建时间无关 迭代重建应用实例迭代重建应用实例 迭代重建应用实例迭代重建应用实例 儿童纵隔：儿童纵隔：80kV，，DLP 12 SAFIRE：同样条件，噪声减少：同样条件，噪声减少 大约大约35％，信噪比和对比噪声比％，信噪比和对比噪声比 增加约增加约50％ 迭代重建应用实例迭代重建应用实例 肥胖病人：肥胖病人：80kV，，DLP 41 SAFIRE：同样条件，噪声减少：同样条件，噪声减少 大约大约35％ 迭代重建应用实例迭代重建应用实例 谢谢！谢谢！ 。