4DCT成像与重建方法综述

本文概述过去20多年四维CT(4DCT)相关成像技术的发展,对4DCT的概念、扫描模式以及重建算法做了比较详细的介绍。文章归纳总结4DCT的5大类重建算法,评估各类算法的优势、劣势和关键技术问题,并对主要文献中的重建方法进行统计分析,拟展示目前4DCT重建算法的研究方向和未来的发展趋势。

基于STB对DCT 4阶降挡的性能优化研究

DCT的换挡是由拨叉的预挂挡控制和离合器的换挡控制两部分组成。在动力降挡过程中,预挂挡的挂挡时间较长,且对应的离合器转矩必须降为零才能开始执行挂挡过程,在某些工况下会因为等待预挂挡造成整个换挡过程的延时,进而影响整车的加速响应,这种现象在同轴动力降挡过程中表现尤其明显。为了优化某DCT车型的4阶降挡性能,提出基于STB来优化换挡时间和提升动力响应。STB是应用于DCT的一种半动力中断的换挡方式,本文对STB的整个换挡过程与正常换挡过程做了具体的对比说明,详述其优缺点。为了弥补STB换挡会有短暂动力中断的缺陷,设计了一整套控制策略。一方面开发了针对性的Kick Down逻辑,并采用与之对应的换挡规律,因此控制多阶降挡出现的时机,让4阶降挡仅在Kick Down时触发;另一方面采用开环算法将换挡过程中的发动机转速控制转化为时间控制,当预挂挡挂上并充油完毕时,发动机转速正好达到同步。经过实车上进行对比验证,STB换挡大幅缩短了4阶降挡的换挡时间,整车动力响应得到了明显优化。

深冷处理时间对激光粉末床熔化沉积TiC/TC4钛基复合材料组织演变及力学性能的影响

目的探明不同深冷处理时间对TiC/TC4钛基复合材料组织演变及其力学性能的影响规律,分析TiC/TC4钛基复合材料在深冷环境下的使用性能。方法利用低能球磨法得到石墨烯(GNPs)/TC4复合粉末,采用激光粉末床熔化沉积法制备TiC/TC4钛基复合材料,通过液氮浸泡法进行不同时间的深冷处理,然后恢复至室温进行拉伸试验。结果深冷处理过TiC/TC4钛基复合材料的拉伸强度均高于深冷处理过TC4合金的拉伸强度,断裂韧性却得到不同程度削弱。结论原位自生TiC的载荷传递作用可以增强TiC/TC4钛基复合材料在拉伸变形过程中的变形能力,使复合材料的拉伸强度得到提高;随深冷时间的持续延长,冷应力不仅会导致TC4合金原始细长针状马氏体断裂,还会驱使TiC/TC4钛基复合材料陶瓷增强相TiC发生不同程度的偏聚。此外,深冷处理后TiC/TC4钛基复合材料产生的晶格畸变现象会降低α-Ti基体一侧的应变值,使复合材料晶格畸变区域应变不均匀分布,弱化TiC/TC4钛基复合材料晶格畸变区域原子的变形协调能力,导致TiC/TC4钛基复合材料的断裂韧性值相对低。

基于4DCT图像的不同部位的非小细胞肺癌的靶区勾画研究

目的基于4DCT图像勾画不同部位的非小细胞肺癌的肿瘤靶区,分析不同部位的肿瘤靶区勾画受呼吸运动的影响程度。方法选择46例不同部位非小细胞肺癌患者行4DCT定位,将患者分为四组:肺上叶11例,肺门9例,肺下叶26例(其中13例患者加腹压、13例不加腹压)。在4DCT 10个呼吸时相上分别勾画靶区肿瘤体积(GTV),由10个GTV体积叠加得到内靶区10相(ITV10),在最大强度投影图像上勾画靶区ITVmip,并分别计算四组靶区勾画的体积差异和靶区匹配指数(MI)。结果肺上叶、肺门、肺下叶不加腹压和肺下叶加腹压的ITVmip值均小于ITV10,差异均有统计学意义(t分别=-4.13、-3.41、-5.14、-2.51,P均<0.05)。相对于肺下叶,肺上叶和肺门的MI值较高(MI≥0.8),肺下叶在加腹压情况下的MI值明显高于不加腹压情况下的MI值,差异有统计学意义(t=-3.07,P<0.05)。结论肺的不同部位的肿瘤靶区ITVmip的值均小于ITV10,ITVmip会低估肿瘤靶区的ITV。肺下叶受呼吸运动影响最大,通过加腹压能有效地减小由于肿瘤运动引起的靶区勾画误差。

保乳术后调强放疗分别采取3DCT与4DCT的结果对比研究

目的:比较保乳术后分别实施三维CT(3DCT)、四维CT(4DCT)勾画靶区与剂量体积参数,针对呼吸运动对调强放疗(IMRT)的影响展开分析。方法:回顾性选取2022年3月—2023年3月徐州矿务集团总医院放疗中心接收的18例保乳术联合IMRT治疗的患者,于患者平稳呼吸状态下依次实施3DCT、4DCT定位扫描检查、勾画靶区、放疗计划设计,针对两种扫描技术的PTV剂量参数、危及器官的计划剂量参数进行比较。结果:4DCT扫描下的PTV剂量参数D_(95)、D_(90)、D_(min)、V_(100)、V_(95)、V_(90)低于3DCT(P<0.05),3DCT扫描下的CI、HI高于4DCT(P<0.05);4DCT扫描下的心脏V_(30)、V_(20)高于3DCT(P<0.05)。结论:在保乳术后辅助应用IMRT的放疗过程中,容易受到自由呼吸运动的影响,并会对心脏、患侧肺照射位置、照射的体积与剂量带来一定影响,因此需注意到常规3DCT定位放疗计划存在的问题,积极利用4DCT扫描定位技术,最大限度减轻呼吸运动对IMRT精准性的影响。

基于4DCT的腹部器官呼吸运动分析

背景与目的:个体化准确测量器官的呼吸移动度是确定腹部肿瘤体内边界(internal margin,IM)的前提。本研究应用4DCT(four-dimensional computedtomography)测量腹部器官在三维方向的呼吸移动度,并进一步分析膈肌与各器官移动度的关系。方法:选择13例肝癌患者行4DCT扫描,其中5例患者合并腹主动脉旁淋巴结转移。在10个呼吸时相的CT图像中分别勾画不同的器官,包括肝脏、双肾、胰腺、脾及腹主动脉旁淋巴结。在4DCT中测量膈肌及腹部各器官在三维方向的呼吸移动度,并分析膈肌移动度与各器官移动度是否相关。结果:膈肌在头尾方向的移动度为(10.3±4.0)mm,个体差异明显。肝、左右肾脏、胰腺、脾、腹主动脉旁淋巴结在头尾方向的移动度分别为(10.1±3.9)mm、(9.3±2.9)mm、(9.6±4.1)mm、(7.6±3.0)mm、(10.6±3.3)mm、(5.7±1.8)mm。肝脏、右肾的移动度与膈肌移动度无明显差异,且呈高度线性正相关关系;左肾、胰腺、脾的移动度与膈肌动度无明显相关;双侧肾脏的移动度相仿,但一侧肾脏的运动度并不能预测对侧肾脏的运动度。结论:应用4DCT可准确测量腹部器官在三维各方向的呼吸运动度。膈肌移动度可以代表肝脏和右肾头尾方向的运动度,而腹主动脉旁淋巴结的移动度相对较小。

4DCT下肺癌大体肿瘤的变化及相关因素分析

目的：采用4DCT （Four-Dimension-Computed Tomography）分析肺癌大体肿瘤靶区体积（GTV）的位置和体积变化特性，及与位置和体积变化相关的因素。方法：采用Siemens Sensation Open 24和腹压力传感器作为数据采集设备，采集入组患者的CT数据。将1个呼吸周期等分成10个时相点重建采集到的CT数据，传至Pinnacle TPS 工作站，进行GTV的界定。考察GTV质心的位置和GTV的体积随呼吸周期的变化情况，和横膈顶的Z轴坐标（Z’）与GTV质心的Z轴坐标的关联情况。结果：GTV的质心变化范围为：0.5～6.8 mm（X坐标），1.0～8.2 mm（Y坐标），2.0～18.0 mm（Z坐标）；GTV的体积变化可达45.7%。入组的10例病人中，有5例病人GTV质心变化呈现出近似的周期性变化，另外5例病人GTV质心的某些坐标变化呈现出近似的周期性变化。GTV体积不随呼吸呈现出周期性的变化。横膈顶的Z轴坐标（Z’）与GTV质心的Z轴坐标并不直接关联。结论：GTV质心的位置和体积随呼吸并不一定呈周期性改变，横膈顶不能作为GTV质心的Z轴坐标变化的参考。

MPEG-4视频DCT量化模块的改进方法

在对MPEG-4视频编码DCT量化模块的分析和研究的基础上,对MPEG-4编码器提出了一种基于DCT域运动估计的改进方法。这种编码结构直接在DCT变换域中进行运动估计,不需要将DCT系数变换回空间域,因此它能有效地减少编码的运算次数和编码结构的复杂度,满足实时编码的要求。

一种高效4×4二维DCT快速算法

提出了一种新的高效 4× 4二维离散余弦变换 (DCT)的快速算法 .该算法具有极低的计算复杂性和简单、规则的结构 .由于大部分乘法运算集中在末级 ,所以 ,实际应用中的比例和量化可以和这些乘法结合在一起 .因此 ,算法适合用软件和硬件实现 .实验结果表明 ,该算法比其他算法具有更高的计算效率 .由于其高效率 ,该算法可作为递归二维离散余弦变换算法的核心模块 .

物理评价4DCT联合PETCT融合图像在食管癌放疗靶区勾画中放射性食管炎发生率的应用与研究

目的评价四维CT(4DCT)联合PET/CT在食管癌患者放疗靶区勾画中的优势及其对降低放射性放射性食管炎发生率的作用。方法选取146例确诊为食管癌的患者,根据放射治疗靶区定位的方法不同将其分为对照组(应用3DCT+PET-CT进行靶区定位,70例)和观察组(应用4DCT+PET-CT进行靶区定位,76例)。依据标准摄取值(SUV)阈值不同(SUV≥2.5、20%SUVmax、30%SUVmax作为靶区分区)对PET-CT图像进行勾画靶区,分别得到靶区IGTV-PET2.5、IGTV-PET20%、IGTV-PET30%。根据患者靶区中心偏移不同将其分为五个区间。计算对比两种定位方式的体积比和靶区匹配指数(MI),探究其对治疗效果和不良反应的影响。结果对比两组靶区中心偏移情况,其中占比最高的均在1.5~2 cm区间,但两组之间比较无统计学差异。对比两组的体积比和MI发现,当靶区中心偏移<0.5 cm时,两组之间体积比和MI均无统计学差异;当靶区中心偏移≥1.0 cm且SUV≥2.5时,观察组体积比和MI均明显优于对照组(P<0.05);当靶区中心偏移≥0.5 cm且SUV阈值为30%SUVmax时,观察组体积比和MI均明显优于对照组(P<0.05);当SUV≥2.5时与4DCT结合的方法最优。对比两组患者治疗结果和不良反应发生情况发现,与对照组相比,观察组总体治疗有效率明显提高,不良反应发生率显著下降(P均<0.05)。结论患者靶区中心偏移≥1.0 cm时,运用4DCT联合PET/CT进行食管癌靶区勾画具有明显优势,具有较高的临床应用价值,但在实际运用时需选择合适的SUV值。

立体视频的4维矩阵DCT编码算法(英文)

基于4维矩阵DCT变换理论提出了一种有效的立体视频编码方法。通常的方法是对每个立体对都进行视差估计和运动估计,该论文的方法采用4维矩阵DCT变换去除双目图像数据间的冗余,因此只需进行三分之一的运动估计计算而不需做任何视差估计。第一个立体对被称为"I立体对",接下来的每三个相邻的立体对被称为一个"P立体对",并且以4维单元的形式进行保存。仅对"P立体对"的中间时刻的块进行运动估计,中间时刻的运动矢量被视为4维单元的统一的运动矢量来计算运动补偿。然后,用4维矩阵DCT变换进一步的去除时域和空域上的冗余性。实验结果表明在计算复杂度大大降低的情况下该方法可以得到较好的编码性能。

4DCT在体部伽玛刀治疗肺癌中的应用

目的:采取肺呼吸双期扫描,人工图像复置移植,用于体部伽玛刀治疗肺癌。方法:通过21例利用此方法,与以往治疗失败病例进行分析。结果:确定病灶在治疗过程中移动的轨迹轮廓,使病灶部分遗漏或脱靶降低为零。结论:21例的系列图像分析提示病灶在肺内的位置,直径大小,治疗体位是影响病灶移动的主要因素,同时也存在明显的不确定因素,建议行双期扫描。

基于MPEG4高效视频DCT编码器的实现

提出并实现了一个基于MPEG4的快速高效存储的DCT视频编码器 ,用它把H .2 6 1视频数据流转换为低比特率、低空间分辨率的MPEG4流 ,并进行无线视频处理。和现有编码器相比 ,它不仅能够大大地节省存储空间 ,计算复杂度也降低了许多 ,实验结果表明用该编码器得到的视频质量与用象素领域方法得到的视频质量相当。

影响肺癌SBRT肿块运动幅度的因素及进行4DCT扫描的必要性研究

目的 基于四维CT（4DCT）扫描得到的不同时相图像,以期探讨进行立体定向体部放射治疗（SBRT）时进行4DCT扫描的必要性以及常规扫描的可行性.方法 收集2016年4月—2017年7月,19例拟进行SBRT的早期肺癌患者.分析所有患者10个时相胸部4DCT图像,得到呼吸频率;筛选出吸气末和呼气末图像,两者相减计算膈顶运动幅度;确定肿块的解剖位置、和胸壁粘连情况.分别得到肿块头脚、左右、腹背侧最大运动幅度,并求出肿瘤体积的变化.应用SPSS 16.0软件处理,寻找影响肿块三维方向运动因素,对于年龄、KPS评分、呼吸频率、膈顶运动幅度采用Spearman相关分析;对于性别、肿瘤部位、是否和胸壁粘连采用秩和检验.对单因素分析中差异有统计学意义的因素进行Logistic多元回归分析.结果19例患者肿块头脚、左右和腹背方向运动幅度分别为（3.32±2.67）mm,（0.21±0.33）mm,（0.20±0.18）mm.单因素分析结果：肿瘤部位、膈顶运动幅度影响肿块头脚运动幅度（P〈0.05）.所有因素对于左右和腹背方向运动幅度影响差异无统计学意义.多因素回归分析提示：肿块部位（P=0.001）、膈顶运动幅度（P=0.006）影响肿块运动幅度差异有统计学意义.肿块运动幅度与肿块部位、膈顶运动幅度具有相关性.结论 呼吸运动主要影响肿块的头脚方向运动,对腹背、左右方向运动可不考虑.位于肺上叶、和胸壁粘连的肺癌患者可不考虑肿块运动、肿瘤体积变化,可进行基于常规CT扫描的SBRT治疗.位于肺中叶和下叶的肿瘤进行SBRT治疗,采用4DCT扫描具有必要性.

4DCT图像二维配准与三维配准的区别

从4DCT图像中提取吸气末和呼气末两个相位的断层图像,首先应用Elastix工具包对两个相位的图像逐层进行二维B样条弹性配准,然后结合VTK和Elastix工具包对它们进行三维B样条弹性配准,配准算法与二维相同,只是维数不同,比较二维和三维配准的差异。研究表明,4DCT图像配准宜采用三维弹性配准,其结果更符合呼吸变化规律。

MPEG-4视频DCT量化模块的FPGA实现

介绍了一种采用FPGA技术实现MPEG4ASP级视频DCT量化模块的设计方案。该模块包括二维DCT/IDCT、量化/反量化和帧内直流/交流(DC/AC)预测。用VHDL进行描述并通过模拟试验表明,该模块可在880个时钟周期内处理完一个宏块的数据,工作频率达到40MHz。文章采用全硬件实现方法,提出了各模块的硬件电路结构设计,减少了电路规模。

128层4DCT灌注成像在急性脑梗死的初步应用

目的探讨128层4DCT全脑灌注成像对急性期脑梗死的初步应用。方法对20例急性脑梗死患者,于发病24h内行CT平扫及CT脑灌注成像,比较CT平扫与脑灌注图像发现缺血灶的敏感性,测量缺血区的灌注参数值,并应用灌注扫描图像重建CTA,判断颅内大血管阻断或狭窄及分支缺损情况。结果 20例患者中常规CT15例未见明显异常,有5例早期脑梗死征象,其中8处表现为病变区密度轻度减低,脑灌注图像中发现14处异常灌注区。CTP均发现灌注异常区,表现为脑血流量及脑血容量降低、达峰时间和平均通过时间延迟;病灶侧与健侧、病灶中心区与周边区比较,差异有显著意义(P<0.01)。15例CTA显示血管异常,其中左侧大脑中动脉狭窄或闭塞6例,右侧大脑中动脉狭窄5例。右侧大脑前动脉狭窄4例。结论 128层4DCT灌注成像可以通过一次注射对比剂,获得常规CT扫描、全脑灌注、CTA的数据,对早期发现脑缺血、全面评价缺血范围、避免病灶漏诊有重要价值。

基于DCT域的MPEG-4编码器改进方法研究

在对MPEG-4标准的分析和研究的基础上,对MPEG-4编码器提出了一种基于离散余弦变换(DCT)域运动估计的改进方案。这种编码结构直接在DCT变换域中进行运动估计,不需要将DCT系数变换回空间域。因此它能有效地减少编码的运算次数和编码结构的复杂度,满足实时编码的要求。

基于MPEG-4的DCT变换编码技术研究

在阐述MPEG-4视频编码原理的基础上,本文重点介绍方块DCT(离散余弦变换)变换编码算法在图像/视频压缩中的原理与重要地位,并研究了目前适合于MPEG-4标准的基于形状自适应离散余弦变换(Shape Adaptive DCT)的视频变换编码新方法。

Philips公司Brilliance CT Big Bore大孔径4DCT常见故障及处理方法

以实例方式介绍Philips公司Brilliance CT Big Bore大孔径4DCT扫描时几类常见的故障现象及其处理方法。