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数字乳腺断层摄影(DBT)深度分辨率极值建模及逼近极值重建

批准号:
61801475
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
24.0 万元
负责人:
刘仰川
学科分类:
医学信息检测与处理
结题年份:
2021
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
张寅、袁刚、朱叶晨、晋青鹏、林燕语

项目摘要

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项目成果

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中文摘要
数字乳腺断层摄影(DBT)是乳腺癌早期筛查的新技术,它利用小角度范围内的有限次投影,重建乳腺准三维图像。由于扫描方式限制,DBT图像深度分辨率低于平面分辨率10倍以上,导致处于断层之间远离断层焦平面的微小病灶无法清晰成像,易造成漏诊。提高深度分辨率是解决该问题的有效途径。现有研究仅给出了深度分辨率与少数成像参数之间的定性关系,相互之间的定量关系尚未见报道,致使深度分辨率提高策略缺乏详实的理论依据。本课题针对DBT成像技术,对周期性体模进行连续射线积分与滤波反投影,从理论上构建深度分辨率与成像参数之间的关系模型,揭示深度分辨率的极值分布;在此基础上,设计多尺寸重建网格及自适应扩散滤波正则化重建算法,实现深度分辨率逼近极值;借助分布式计算框架,提出一种适用于DBT重建的云计算加速方案,解决重建耗时问题。本研究有望为DBT系统结构优化提供理论依据,为DBT增强对乳腺癌微小病灶检测提供解决方案。
英文摘要
Digital breast tomosynthesis (DBT) is a new technology for early screening of breast cancer, it uses a limited number of projections over a small angle range to reconstruct a pseudo-3D image of the breast. Due to the limitation of the scanning method, the depth resolution of the DBT image is less than 10 times the plane resolution, which results in the inability of the micro-lesions located between the slices and far away from the slice focal planes to be clearly imaged, which may result in missed diagnosis. Increasing the depth resolution is an effective way to solve this problem. The existing research only gives the qualitative relationship between the depth resolution and a few imaging parameters, and the quantitative relationship between them has not been reported, resulting in a lack of detailed theoretical basis for the depth resolution improvement strategy. This topic is aimed at DBT imaging technology, continuous ray integration and filtered back-projection is performed on a periodic phantom to theoretically construct a relation model between depth resolution and imaging parameters and to reveal the extremum distribution of the depth resolution. On this basis, a multi-size reconstruction mesh and an adaptive diffusion filter regularization reconstruction algorithm are designed to realize the approaching extremum reconstruction of the depth resolution. With the help of a distributed computing framework, a cloud computing acceleration scheme suitable for DBT reconstruction is proposed to solve the reconstruction time-consuming problem. This study is expected to provide a theoretical basis for the structural optimization of DBT system and provide a solution for DBT to enhance the detection of breast cancer micro-lesions.
数字乳腺断层摄影(DBT)在小角度范围内有限次投影,重建得到的准三维图像具有平面内分辨率高、深度(纵向)分辨率低的特点。理论分析深度分辨率与成像参数之间的关系有助于进一步提升深度分辨率,从而减少乳腺癌微小病灶的漏诊。本项目基于现有解析成像理论,对常规成像结构的DBT进行了深度分辨率分析,并从工程角度总结了用于提升深度分辨率的成像结构设计规律。本项目基于压缩感知理论,提出了一种自适应多尺度吉洪诺夫-全变分正则化的凸集投影(MTTV-POCS)重建算法,并利用临床DBT数据验证了该算法在乳腺癌微小病灶检测方面的性能。本项目基于并行计算框架MapReduce,提出了一种DBT云计算重建加速方案,并利用Monte Carlo仿真数据验证了该方案的可行性。本项目提出了一种基于先验图像的金属伪影校正算法,并利用头部模型和临床数据验证了该方法的可行性。本项目进一步研究了基于深度学习的稀疏DBT图像重建、稀疏CBCT图像重建,低剂量CT图像增强,在投影数据域、正弦图像域、重建图像域均取得了比传统方法更优的实验结果。本项目另外开展了基于影像组学的疾病预测研究、平板锥束CT装调研究。本项目研究了DBT相关的成像理论、重建算法、并行计算方法、伪影校正方法,并将流行的深度学习方法应用于医学成像领域,取得的研究成果具有一定的实用价值,有助于促进我国医学成像技术发展。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
An adaptive multiscale anisotropic diffusion regularized image reconstruction method for digital breast tomosynthesis
数字乳腺断层合成的自适应多尺度各向异性扩散正则化图像重建方法
DOI: 10.1007/s13246-018-0700-5
发表时间: 2018-12-01
期刊: AUSTRALASIAN PHYSICAL & ENGINEERING SCIENCES IN MEDICINE
影响因子: --
作者: [Liu,Yangchuan, Zhang,Cishen, Gao,Xin]
通讯作者: Gao,Xin
Bi-parametric magnetic resonance imaging based radiomics for the identification of benign and malignant prostate lesions: cross-vendor validation
基于双参数磁共振成像的放射组学用于识别良性和恶性前列腺病变:跨供应商验证
DOI: 10.1007/s13246-021-01022-1
发表时间: 2021-06-01
期刊: PHYSICAL AND ENGINEERING SCIENCES IN MEDICINE
影响因子: 4.4
作者: [Ji,Xuefu, Zhang,Jiayi, Xia,Wei]
通讯作者: Xia,Wei
DOI: --
发表时间: 2020
期刊: 中国医学物理学杂志
影响因子: --
作者: [高鹏, 刘仰川, 杨智, 高欣]
通讯作者: 高欣
A fast iteration approach to undersampled cone-beam CT reconstruction
欠采样锥束 CT 重建的快速迭代方法。
DOI: 10.3233/xst-180417
发表时间: 2019
期刊: Journal of X-Ray Science and Technology
影响因子: 3
作者: [Zhu Yechen, Liu Yangchuan, Zhang Qi, Zhang Cishen, Gao Xin]
通讯作者: Gao Xin
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