《X射线多源医学CT成像技术及其在精准诊疗中的应用》

X射线CT影像技术已成为各系统疾病临床诊疗常用的重要手段。通过CT扫描获得的信息,不仅可精确测量正常组织与病变组织的CT值,体现它们之间的密度差异和细微结构差异,而且可以通过三维立体重建,充分展示它们的空间关系及立体结构,如几何学特性参数和微结构参数等,以此分析评估疾病的各种生物学特性,研究病变组织的结构和成分在生理及病理状态下的微细改变过程,对于各种疾病的前沿基础研究、临床诊疗及其创新性研究具有十分重要的意义。多排螺旋医学CT和双能谱CT(如西门子FLASH、飞利浦iCT、GE宝石能谱CT等)技术及其临床应用仍然存在许多问题:超出常规扫描设计视野仅能近似成像;病变初期组织的CT图像识别度低;由医源性高吸收植入物导致的金属伪影;以及CT影像特征参数在疾病诊疗中的更有效利用。该项目针对医学CT影像技术和临床应用存在的有关问题,主要研究了如下技术:

(1)提出了多源CT成像技术,包括双源、三源圆轨迹扫描半径相同和半径不同的CT扫描模式,以及全扫描和短扫描重建技术,在同样设备条件下成像视野得到显著扩大,并可设计快速扫描,有效解决了超出视野检测对象和动态器官的成像问题,为临床诊疗提供了病变组织的三维高空间分辨和高密度分辨图像;

(2)提出了CT图像伪影校正技术,包括由系统几何参数误差导致的伪影形成机理、带几何参数偏差量的重建技术和消减图像金属伪影技术,校正了系统机械运动定位精度不够的问题和扫描床平移与转盘转动导致的传动误差,以及由体内植入物导致的金属伪影,为精准诊疗提供了高质量图像;

(3)提出了基于CT影像特征参数的多个系统疾病精准诊疗的设计方案,包括利用高质量CT图像的特征参数,可对多个系统良性、恶性疾病进行诊断、分级和分期,还可利用三维几何信息的精确引导,使穿刺针、活检针及消融针等医疗器材能够准确抵达病灶,完成诊疗活动,如胸腹部病变的经皮穿刺活检、消融等。

项目研究成果获2项发明专利、1项实用新型专利和2项软件著作权;在《Medical Physics》等医学国际权威期刊发表SCI检索论文6篇,EI检索论文1篇,出版专著1部,在《实用放射学杂志》等中文核心杂志发表2篇;在青岛市黄岛区中医医院和青岛大学附属医院进行了推广应用;在2015年第13届(美国,罗德岛)放射学及核医学成像全三维图像重建国际会议(fully3D)进行了口述报告和海报展览,获得了同行专家的一致好评。

项目研究成果在指导高端CT成像系统设计、临床精准诊疗以及手术导航系统设计等方面具有很高的实用价值,一方面可为国内外高端医学CT设备研制提供重要的技术指导,可引领国内具有自主知识产权的高端医疗器械创新研发,以打破中国90%以上的高端医用CT机依赖进口的现状,创造巨大的经济效益;另一方面在高质量CT图像引导下,可以更好地完成医学上精准诊疗、监测治疗效果及复发等一系列临床工作,避免传统手术的风险、大面积损伤、恢复慢和高费用,为患者解决了重要难题,更好地保护人们的生命健康、提升健康水平,产生了巨大的社会效益。

成果说明

临床中利用项目提出的双源和三源大视野成像技术,结合扫描床的平移升降功能,在GE公司64排CT的设备上等价实现了大视野扫描设计,解决了多个超视野的检测部位的精确重建问题,实施过程中结合成像目的可以控制扫描时间;利用其消减CT图像金属伪影方法,对含有医用金属植入物的髋关节部位重建,解决了原有金属伪影严重影响诊断的问题,CT图像质量得到明显提高。利用项目中基于多层螺旋CT图像分析恶性结节和良性结节的方法,有效解决了恶性肺结节和良性肺结节的判断问题,多例临床诊疗结果证明了利用高质量的CT图像有关特征参数进行早期孤

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