iDOSE星光平臺薈萃低劑量時代CT重建技術(shù)的發(fā)展歷程

　近十年來，關(guān)于CT重建算法的研究非?；钴S，科研人員和工程技術(shù)人員投入巨大的精力，致力于優(yōu)化圖像重建計算性能，以及在CT成像重要影響因子的平衡。這期間，涌現(xiàn)出了很多新穎的解析圖像重建算法（Analytic Reconstruction）和圖像迭代重建法（Iterative Reconstruction）。這些新算法不僅提高了CT的空間分辨率、密度分辨率與時間分辨率，同時也降低了成像所需劑量，減少了圖像偽影。簡短的回顧這一領(lǐng)域的動態(tài)，或許有助于我們把握目前CT技術(shù)進(jìn)展的前沿和方向。

　　正如大家所了解，錐形線束CT（Cone-Beam CT）不僅為我們提供了快速的容積采集，同時也顯著提高了長軸方向上的分辨率。而這一突破得益于Katsevich提出的精確濾波反投影(Filtered Back Projection ,FBP)方程式。隨其之后，F(xiàn)eldkamp等人將近似錐形束濾波反投影法進(jìn)一步推向了實用和完善階段。直至今日之前，濾波反投影方法占據(jù)了CT圖像重建的主流，得到廣泛的應(yīng)用。

　　而隨著臨床診療的發(fā)展，CT臨床應(yīng)用的廣度和深度都日漸達(dá)到了前所未有的高度。在新的醫(yī)療發(fā)展形勢背景下，業(yè)界對CT使用的安全性考慮與圖像質(zhì)量均有了新的、更高的要求。但由于采用濾波反投影法，重建圖像的投影數(shù)據(jù)被假設(shè)為免除噪聲干擾的；然而實際上，噪聲作為投影數(shù)據(jù)與生俱來的特性是始終存在的，尤其是在低劑量掃描的情況下更是如此。這便成為了濾波反投影法在新時期難以克服的致命弱點。因此，濾波反投影法此時所暴露出的不足，便成為了阻礙了其發(fā)展步伐的絆腳石?？陀^需求的變化，也為另一種新的思路提供了演進(jìn)的核心原動力——CT圖像迭代重建法。

　　對于致力于CT發(fā)展的專業(yè)人士而言，圖像迭代重建并不陌生。眾所周知，它可以很好地處理電子噪聲或是其它物理因素所導(dǎo)致的圖像偽影，從而保證圖像的信息，降低檢查時的射線劑量。Housfeild就是圖像迭代法的使用者。但是，由于迭代重建龐大的運算量和高昂的計算成本，使得迭代重建一度沉寂。如今，計算機(jī)技術(shù)的跨越式發(fā)展，不僅讓迭代圖像重建凱旋而來，更是距離實際的應(yīng)用越來越近。

　　圖像迭代重建法大致可分為兩類：一是全程迭代法，二是局部迭代。全程迭代法使CT重建從投影數(shù)據(jù)的采集方式到圖像重建過程，均經(jīng)歷了革命性的變化，較之Housfeild時代，圖像的計算時間和圖像質(zhì)量已然不可同日而語，但是其計算量依然龐大，依然無法滿足臨床診療要求；而局部迭代法，是在解析法的基礎(chǔ)上采用迭代方法實現(xiàn)對正弦圖的恢復(fù)，由于其計算量較少，且能實現(xiàn)低劑量條件下的圖像重建，同時保持的圖像質(zhì)量，因此這種優(yōu)異的特性使之獲得了廣泛的關(guān)注。

　　生恰逢時，正是對飛利浦iDOSE開發(fā)環(huán)境的好描述。在圖像迭代重建法正是風(fēng)生水起的技術(shù)環(huán)境下，在對低劑量的呼聲一浪高過一浪的學(xué)術(shù)環(huán)境下，iDOSE以其驚人的降低劑量的能力和優(yōu)異的圖像質(zhì)量，在RSNA盛裝出現(xiàn)，為與會者描繪了CT發(fā)展的新希望和新方向。

　　比起傳統(tǒng)的迭代算法，iDOSE的重建算法突破采用了雙模型迭代重建（圖1）——解剖模型和噪聲模型：不僅噪聲模型可以將濾波反投影法難以處置的系統(tǒng)噪聲進(jìn)行數(shù)學(xué)建模和處理；同時解剖模型還可保證快速運算的實施，是確保解剖細(xì)節(jié)信息的基礎(chǔ)。

　　實驗室數(shù)據(jù)顯示，較之濾波反投影方法，iDOSE的計算量增加了240倍。然而，顯然傳統(tǒng)的計算平臺已經(jīng)無法滿足如此計算量的需求。為此，飛利浦RapidView IR重建平臺提供了新一代圖像重建的強(qiáng)大能力。RapidView IR具備海量高密度并行計算能力，在超高性能、多核心計算機(jī)芯片的支持下，能實現(xiàn)高速迭代重建，其迭代重建速度達(dá)到20幅/秒，而濾波反投影重建速度達(dá)到50幅/秒。該平臺的出現(xiàn)，將飛利浦醫(yī)療在該領(lǐng)域內(nèi)的領(lǐng)先性能推向了新的高度。

　　前期臨床統(tǒng)計顯示，iDOSE可以顯著降低常規(guī)檢查和灌注功能檢查所需的劑量水平；在同等的劑量水平下，iDOSE可以顯著降低噪聲對圖像質(zhì)量的影響。在國內(nèi)，目前iDOSE重建技術(shù)已在中國醫(yī)科大學(xué)盛京醫(yī)院、復(fù)旦大學(xué)華山醫(yī)院、廣東省醫(yī)學(xué)影像研究所等醫(yī)療機(jī)構(gòu)展開了臨床應(yīng)用。反饋結(jié)果得知，基于iDOSE平臺的優(yōu)異圖像質(zhì)量和對射線劑量降低的能力讓人印象深刻，在保證圖像質(zhì)量的情況下，iDOSE高可以達(dá)到80%的劑量降低能力。

　　從2009年面世至今，iDOSE的技術(shù)能量隨著臨床反饋的好評不斷升溫，它不僅綜合了CT重建技術(shù)發(fā)展的軌跡，同時在低劑量時代到來之時，其燦爛的應(yīng)用前景以及本身涵蓋的科研意義也為CT發(fā)展翻開了新的篇章！