基于物理模型的CT重建及快速多尺度配置法

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11401601
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    22.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0505.反问题建模与计算
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2017-12-31

项目摘要

The development of low-dose CT is still in its early stage, which is limited by the poor reconstruction image quality and motivates the study of fast CT reconstruction algorithm based on an accurate physical model. The CT imaging can be modeled as an integral equation. The discrete system model was consistently used in practice for CT reconstruction, which has unavoidable approximate error from the true physical model. This approximate error degraded the resolution of the reconstructed images. The issue that limits the use of integral equation model in practice is the huge computational cost to solve the integral equations arising from CT imaging. We propose to use directly the physical model of CT imaging, exploit the multiscale structure of the medical CT images, and develop fast multiscale collocation method for CT reconstruction, reducing the computational complexity such that it is comparable to Fast Fourier Transform. We will systematically study the integral equation model of CT imaging which includes several system blurring mechanics, construct the multiscale basis and corresponding multiscale collocation functionals with vanishing moment and biorthogonal properties for solving this type of integral equations in polar coordinate system, and develop the appropriate system matrix compression algorithm based on the constructed multiscale basis and collocation functionals. Based on these, we will develop the fast multiscale collocation method for solving integral equations arising from CT imaging and apply the method to accurate model-based low-dose CT reconstruction.
低放射剂量CT成像的研究迫切要求我们发展基于精确物理模型的快速CT重建算法。CT成像的物理模型是一个积分方程模型。传统的CT重建使用的是离散的系统模型,该模型是连续积分方程模型的分片常数逼近,具有不可回避的逼近误差,限制了重建图像的分辨率。实际应用中未曾直接使用积分方程模型是因为求解该积分方程耗费的巨大计算量。本项目计划利用医学CT图像的多尺度结构,建立应用于CT重建的基于积分方程模型的快速多尺度配置法,在保证逼近精度的基础上将CT重建的计算复杂度降低到和快速傅里叶变换可比较的数量级。我们将研究包含多种物理模糊机制的CT成像积分方程模型,构造在极坐标系下数值求解CT成像积分方程所需的具有消失矩和双正交性质的小波基函数和多尺度配置泛函,并利用它们建立适用的离散化系统矩阵压缩算法。在上述工作基础上,我们将建立求解CT成像积分方程的快速多尺度配置法,并将其应用于低放射剂量CT成像的精确快速重建。

结项摘要

本项目针对低放射剂量断层成像的研究,从理论上研究了低剂量计算断层成像(CT)和发射计算断层成像(ECT)基于连续物理模型的快速迭代重构算法。我们采取了连续积分方程模型以描述断层成像过程,为减低连续积分方程模型带来的高计算量,我们采用了非结构化网格上的分片线性基函数进行连续模型的离散化,提出了基于非结构网格的有限元基函数的快速配置法。为了抑制低放射剂量断层成像的高噪声,我们提出了一种定义在非结构化网格上可保留边缘的正则化方法,将断层成像重建建模为一个不光滑最优化问题的求解。我们利用了次微分和迫近(Proximity)算子等数学工具,将原最优化问题化为等价的不动点方程,提出了一种预条件不动点迭代算法,并证明了不动点迭代算法的收敛性。数值实验证明我们的算法在精度上和速度上相比于传统的基于离散模型的算法都有较大的提高。同时,我们建立了基于高斯核的积分方程模型的快速多尺度配置法并应用于图像恢复问题,在保证逼近精度的基础上将图像恢复的计算复杂度降低到和快速傅里叶变换可比较的数量级。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Computer-aided assessment of breast density: comparison of supervised deep learning and feature-based statistical learning
计算机辅助乳腺密度评估:监督深度学习和基于特征的统计学习的比较
  • DOI:
    10.1088/1361-6560/aa9f87
  • 发表时间:
    2018-01-01
  • 期刊:
    PHYSICS IN MEDICINE AND BIOLOGY
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Li, Songfeng;Wei, Jun;Samala, Ravi K.
  • 通讯作者:
    Samala, Ravi K.
Iodine and freeze-drying enhanced high-resolution MicroCT imaging for reconstructing 3D intraneural topography of human peripheral nerve fascicles
碘和冷冻干燥增强高分辨率 MicroCT 成像用于重建人周围神经束的 3D 神经内地形
  • DOI:
    10.1016/j.jneumeth.2017.06.009
  • 发表时间:
    2017-08-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF NEUROSCIENCE METHODS
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Yan, Liwei;Guo, Yongze;Liu, Xiaolin
  • 通讯作者:
    Liu, Xiaolin
HIGH-RESOLUTION IMAGE RECONSTRUCTION: AN envℓ1/TV MODEL AND A FIXED-POINT PROXIMITY ALGORITHM
高分辨率图像重建:envâ1/TV 模型和定点邻近算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    International Journal of Numerical Analysis & Modeling
  • 影响因子:
    1.1
  • 作者:
    WENTING LONG;YAO LU;LIXIN SHEN;YUESHENG XU
  • 通讯作者:
    YUESHENG XU
Consistency mapping of 16 lymph node stations in gastric cancer by CT-based vessel-guided delineation of 255 patients.
通过 CT 血管引导勾画 255 名患者,对胃癌 16 个淋巴结站进行一致性绘图
  • DOI:
    10.18632/oncotarget.18407
  • 发表时间:
    2017-06-20
  • 期刊:
    Oncotarget
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Xu S;Feng L;Chen Y;Sun Y;Lu Y;Huang S;Fu Y;Zheng R;Zhang Y;Zhang R
  • 通讯作者:
    Zhang R
A novel three-dimensional smile analysis based on dynamic evaluation of facial curve contour.
一种基于面部曲线轮廓动态评价的三维微笑分析方法
  • DOI:
    10.1038/srep22103
  • 发表时间:
    2016-02-25
  • 期刊:
    Scientific reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Lin Y;Lin H;Lin Q;Zhang J;Zhu P;Lu Y;Zhao Z;Lv J;Lee MK;Xu Y
  • 通讯作者:
    Xu Y

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其他文献

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    徐文骥;宋金龙;陆遥;刘新;窦庆乐;XU Wen-ji,SONG Jin-long,LU Yao,LIU Xin,DOU Qing-le
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    徐文骥;宋金龙;刘新;孙晶;陆遥;XU Wen-ji,SONG Jin-long,LIU Xin,SUN Jing,LU Yao (S
  • 通讯作者:
    XU Wen-ji,SONG Jin-long,LIU Xin,SUN Jing,LU Yao (S
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  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
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    --
  • 作者:
    张艺帆;陆遥;王华琼;李劲松
  • 通讯作者:
    李劲松

其他文献

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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