自适应心脏运动的CT变速扫描模式研究

CT成像具有无创、快捷和分辨率高的特点，因而在临床医学诊断和治疗中被广泛应用。尽管CT的技术和性能不断发展和改进，然而就心脏的动态成像而言，由于恒速扫描与心率变化的不匹配以及扫描速度的限制，在心率快和心率变化时，心脏CT图像存在明显的运动模糊，并且成像过程辐射剂量大，因而仍不能有效满足临床诊断需求。迄今为止，心脏运动成像的理论和技术一直是CT和其他医学成像研究的难点和热点之一。本项目针对现有心脏CT成像存在的问题，提出自适应心脏运动的CT变速扫描新模式，研究基于ECG T波的心脏运动预测、自适应运动变速扫描模型和图像重建算法等关键问题，提高心脏CT成像质量和降低辐射剂量，为研究自适应运动成像提供依据，其理论和技术也将对其他医学运动成像技术有指导和借鉴意义。

在现有的心脏成像中，由于CT恒速扫描与心率变化的不匹配以及扫描速度的限制，在心率变异较大时，心脏CT图像存在明显的运动模糊，不能满足临床诊断需求。本项目针对心脏CT成像存在的问题，提出自适应心脏运动的CT变速扫描新模型，为提高心脏CT成像质量和降低辐射剂量探索新的模式，为自适应心脏运动成像提供依据。 .本项目主要成果如下:.1：建立了一体化的心脏CT仿真模型进行心脏运动仿真。在传统的Sheep_Logan CT模型基础上，建立了心脏静态结构、运动模型和心脏冠状动脉钙化点模型，提出了基于样条函数的心脏非线性运动模型，提高了仿真的准确性，建立了系统的CT心脏综合仿真模型。.2：提出了自适应心率的CT变速扫描模型，该模型能根据心率自适应选择最优的扫描速度、时间分辨率和螺距，以获得理想的投影数据，从而提高心脏图像质量。为了验证该模型，通过线性和非线性模型仿真心脏运动，利用CT图像重建算法进行了重建。重建结果表明，根据心率选择合适的扫描参数可得到理想的投影数据，从而能有效地提高CT心脏图像质量.3：研究心率变异特性及心脏运动相位的计算方法，应用小波变换分析心率变异信号的能量-频率分布，给出了心率变化下的最佳的预测方法。提出了一种4D CT自动图像排序算法，利用空间连续性特征搜索相位相同的图像，算法较好地消除了运动伪影。.4：提出了多种变速扫描的速度平滑过渡模型和实现方案，包括抛物线、正弦、样条函数等各种平滑方式。计算了实际速度变化和加速度变化对扫描系统造成的冲击及影响，通过计算和分析证明了变速方案可行性。.5：设计了集成的CT重建算法库，包括FBP解析重建、迭代重建和压缩感知等心脏图像重建算法。算法基于Matlab和C++混合实现，具有速度快、模块化、接口规范等优点，形成集化的心脏CT综合重建平台。压缩传感重建算法通过空间和时间方面的统一考虑，提高了算法的重建精度，在少采样的情况下，得到了较高的心脏图像质量。.5：利用优化Hough变换和多段可视化算法，实现了重建和分析的一体化计算。