CT to Cone-beam CT Deformable Registration With Simultaneous Intensity Correction
计算机断层成像（CT）与锥束计算机断层成像（CBCT）的形变图像配准（RDR）是自适应放射治疗的关键步骤。当前基于强度的配准算法（如demons）可能会在CT-CBCT成像的背景下失败，因为两种模式之间的强度不一致。在本文中，我们提出了一个变种的恶魔，称为变形与强度同时校正（DISC），以处理CT-CBCT图像。DISC通过在恶魔配准的每个迭代步骤对CBCT图像执行自适应强度校正步骤来将其自身与原始恶魔算法区分开来。具体地，CBCT中的体素的强度校正是通过将体素周围的块内的体素强度的一阶矩和二阶矩与CT图像上的体素强度的一阶矩和二阶矩进行匹配来实现的。预计这种策略可以消除CBCT图像中的伪影，并确保两种模式之间的强度一致性。DISC在计算统一设备架构（CUDA）编程环境中的计算机图形处理单元（GPU）上实现。DISC的性能进行了评估模拟患者的情况下，六个临床头颈部癌症患者的数据。实验结果表明，DISC算法对CBCT伪影和灰度不一致具有较强的鲁棒性，与原始DISC算法相比，DISC算法的配准精度有了显著提高。
2012-04-27 physics.med-ph
Dynamic Cone-beam CT Reconstruction using Spatial and Temporal Implicit Neural Representation Learning (STINR)
目的：动态锥形束CT（CBCT）成像在图像引导的放射治疗中是高度期望的，以提供具有高空间和时间分辨率的体积图像，从而实现包括肿瘤运动跟踪/预测和输送内剂量计算/累积的应用。然而，由于可用于每个CBCT重建的投影样本极其有限（一个投影用于一个CBCT体积），动态CBCT重建是实质上具有挑战性的时空逆问题。方法：我们开发了一种用于动态CBCT重建的同时空间和时间隐式神经表示（STINR）方法。STINR将未知图像及其运动演变映射到空间和时间多层感知器（MLP）中，并通过获取的投影迭代优化MLP的神经元权重以表示动态CBCT系列。除了MLP之外，我们还以基于主成分分析（PCA）的患者特定运动模型的形式引入了先验知识，以降低时间INR的复杂性，从而解决病态动态CBCT重建问题。我们使用扩展的心脏躯干（XCAT）体模模拟不同的肺运动/解剖情况，以评估STINR。场景包含运动变化，包括运动基线偏移、运动幅度/频率变化和运动非周期性。场景还包含扫描间解剖变化，包括肿瘤收缩和肿瘤位置变化。主要结果：STINR表现出一贯更高的图像重建和运动跟踪精度比传统的PCA为基础的方法和多项式拟合为基础的神经表示方法。STINR跟踪肺部肿瘤的平均质心误差<2 mm，重建动态CBCT的相应相对误差<10%。
2022-09-23 physics.med-ph
GPU-based Iterative Cone Beam CT Reconstruction Using Tight Frame Regularization
来自连续锥形束CT（CBCT）扫描的X射线成像剂量在大多数图像引导放射治疗程序中引起临床关注。本文的目标是开发一种基于GPU的快速算法，从欠采样和噪声投影数据中重建高质量的CBCT图像，以降低成像剂量。为此，我们开发了一种基于迭代紧框架（TF）的CBCT重建算法。在迭代过程中，将真实CBCT图像在TF基下具有稀疏表示的条件作为解的正则化。为了加快计算速度，采用了多重网格方法。我们的GPU实现实现了高计算效率和CBCT图像的分辨率512 \times 512 \times 70可以在5分钟内重建。我们已经测试了我们的算法的数字NCAT幻影和物理Catphan幻影。结果发现，我们的基于TF的算法是能够重建CBCT在欠采样和低mAs水平的上下文中。我们还定量分析了CBCT重建图像质量的调制传递函数和对比度噪声比在各种扫描条件下。结果证实了高CBCT图像质量从我们的TF算法。此外，我们的算法也已在一个真实的临床背景下使用头颈部患者的情况下进行了验证。在重建图像质量和计算效率方面，在各种情况下，也已经比较了开发的TF算法和当前最先进的TV算法。
2011-05-05 physics.med-ph
Dual-Energy Cone-Beam CT Using Two Complementary Limited-Angle Scans with A Projection-Consistent Diffusion Model
本研究提出一种无需硬件修改的单次扫描双能CBCT方法，利用两次互补有限角度扫描和投影一致性扩散模型恢复双能投影，模拟和动物实验验证了其可行性，MAE分别为20和25 HU。
2024-03-18 physics.med-ph
Cine cone beam CT reconstruction using low-rank matrix factorization: algorithm and a proof-of-princple study
呼吸相关CBCT，通常称为4DCBCT，提供呼吸相位分辨CBCT图像。在许多临床应用中，更优选的是重建第四维为时间的真实4DCBCT，即，基于相应的瞬时投影来重建每个CBCT图像。在这项工作中，我们提出了一种新的算法重建这种真正的时间分辨CBCT，称为电影CBCT，有效地利用潜在的时间相干性，如周期性或重复，在这些电影CBCT图像。假设矩阵$\bm{U}$的每一列表示要重建的CBCT图像，并且列的总数与投影的数量相同，我们算法的中心思想是$\bm{U}$的秩远小于投影的数量，并且我们可以对$\bm{U}$使用矩阵分解形式$\bm{U}=\bm{L}\bm{R}$。矩阵$\bm{L}$的列数约束$\bm{U}$的秩，因此在电影CBCT中的所有图像之间隐含地施加时间相干性条件。通过分别惩罚$\bm{L}$的紧小波框架变换的稀疏性和$\bm{R}$的傅立叶变换的稀疏性来实现$\bm{L}$中的期望图像属性和呼吸模式的周期性。采用分裂Bregman方法求解该问题。在本文中，我们专注于提出这种新的算法，并显示使用NCAT幻影仿真研究的原理证明。
2012-04-16 physics.med-ph
Four-dimensional Cone Beam CT Reconstruction and Enhancement using a Temporal Non-Local Means Method
四维锥形束计算机断层成像（4D-CBCT）已开发用于在图像引导放射治疗（IGRT）中提供呼吸相位分辨体积成像。每个相位箱中的投影数量不足导致低质量的4D-CBCT图像具有明显的条纹伪影。在这项工作中，我们提出了两个新的4D-CBCT算法：迭代重建算法和增强算法，利用时间非局部均值（TNLM）方法。我们为给定的4D-CBCT图像集定义TNLM能量项。该项的最小化有利于那些4D-CBCT图像，使得在一个相位的一个空间点处的任何解剖特征可以在相邻相位的附近空间点中找到。通过最小化包含数据保真度项和TNLM能量项的总能量来实现4D-CBCT重建。对于图像增强，通过最小化TNLM函数来增强由FDK算法生成的4D-CBCT图像，同时保持增强图像接近FDK结果。采用前向-后向分裂算法和高斯-雅可比迭代法求解该问题。该算法在GPU上实现，以实现较高的计算效率。重建算法和增强算法生成视觉上相似的4D-CBCT图像，均优于FDK结果。定量评价表明，与FDK结果相比，该重建方法的对比度噪声比（CNR）提高了2.56~3.13倍，增强方法的CNR提高了2.75~3.33倍。该增强方法还从FDK结果中去除了超过80%的条纹伪影。在NVIDIA Tesla C1060 GPU卡上，重建算法的总计算时间约为460秒，增强算法的总计算时间约为610秒。
2012-01-12 physics.med-ph
GPU-based Fast Cone Beam CT Reconstruction from Undersampled and Noisy Projection Data via Total Variation
目的：锥形束CT（CBCT）在图像引导放射治疗（IGRT）中起着重要作用。然而，在大多数IGRT程序中，连续CBCT扫描的大辐射剂量引起了临床关注，特别是对于由于这个原因基本上被排除接受IGRT的儿科患者。本文的目标是开发一种基于GPU的快速算法，从欠采样和噪声投影数据中重建CBCT，以降低成像剂量。方法：通过最小化由数据保真度项和全变分正则化项组成的能量泛函来重建CBCT。我们开发了一个GPU友好版本的前向-后向分裂算法来解决这个模型。还采用了多重网格技术。结果：20~40张X线投影就足以重建出质量满意的IGRT图像。在NVIDIA Tesla C1060 GPU卡上的重建时间范围从77秒到130秒，取决于所使用的投影数量，估计比类似的迭代重建方法快100倍。此外，体模研究表明，我们的算法使CBCT下重建的扫描协议低至0.1 mAs/投影。与目前广泛使用的全扇形头颈部扫描方案（约360个投影，0.4 mAs/投影）相比，估计我们的快速CBCT重建算法实现了36~72倍的剂量减少。结论：这项工作表明，开发的基于GPU的CBCT重建算法能够大大降低成像剂量。该算法的高计算效率使得迭代CBCT重建方法适用于实际临床环境。
2010-03-03 physics.med-ph
GPU-based Fast Low-dose Cone Beam CT Reconstruction via Total Variation
锥形束CT（CBCT）已广泛用于图像引导放射治疗（IGRT），以在治疗分次之前获取更新的体积解剖信息，从而实现精确的患者对准目的。然而，在大多数IGRT程序中，来自连续CBCT扫描的过量X射线成像剂量引起了临床关注。通过减少CBCT扫描中的X射线投影数量和/或降低mAs水平，可以有效减少过量的成像剂量。本文的目标是开发一种基于GPU的快速算法，从欠采样和噪声投影数据中重建高质量的CBCT图像，以降低成像剂量。通过最小化由数据保真度项和总变分正则化项组成的能量泛函来重建CBCT。我们开发了一个GPU友好版本的前向-后向分裂算法来解决这个模型。还采用了多重网格技术。我们在数字NCAT体模和头颈部患者病例上测试了我们的CBCT重建算法。还使用物理Catphan体模和头颈Rando体模验证了低mAs下的性能。研究发现，40个X射线投影足以重建质量令人满意的CBCT图像，用于IGRT患者对准目的。体模实验表明，CBCT图像可以成功地重建低至0.1 mAs/投影水平与我们的算法。与目前广泛使用的全扇形头颈部扫描方案（约360个投影，0.4 mAs/投影）相比，估计使用我们的算法已实现总体剂量减少36倍。此外，在NVIDIA Tesla C1060 GPU卡上的重建时间约为130秒，估计比类似的迭代重建方法快约100倍。
2010-04-09 physics.med-ph
Super resolution dual-energy cone-beam CT imaging with dual-layer flat-panel detector
对于医学锥束计算机断层成像（CBCT）成像，平板探测器（FPD）的天然受体阵列通常被合并到减小的矩阵尺寸中。通过这样做，可以以牺牲至少50%-67%的空间分辨率为代价将信号读出速度提高超过4-9倍。显然，这种传统在同时生成高空间分辨率和高时间分辨率CBCT图像方面构成主要瓶颈。此外，传统FPD也难以生成双能量CBCT图像。在本文中，我们提出了一种创新的超分辨率双能量CBCT成像方法，命名为suRi，基于双层FPD（DL-FPD），以克服上述困难。具体而言，对于suRi，应用1D或2D子像素（在本研究中为半像素）移位分箱来代替常规对齐分箱，以在双能量数据采集期间使空间采样率加倍。因此，suRi方法提供了一种新的策略，以实现高信号读出速度和高空间分辨率的CBCT成像与FPD。此外，还开发了一种惩罚似然材料分解算法，可以直接从包含空间亚像素位移的双能量CBCT投影中重建高分辨率基底。基于单层FPD和DL-FPD的物理模型和生物样品的实验验证了这种新开发的suRi方法。合成的单色CT成像结果表明，suRi可以显着提高空间图像分辨率46.15%。我们相信，开发的suRi方法将能够大大提高成像性能的DL-FPD为基础的双能量CBCT系统在未来。
2022-10-17 physics.med-ph
Extracting respiratory signals from thoracic cone beam CT projections
与锥形束CT（CBCT）投影相关的患者呼吸信号对于肺癌放射治疗是重要的。与监测呼吸的外部替代物相比，可以直接从CBCT投影中提取这种信号。在本文中，我们提出了一种新的局部主成分分析（LPCA）方法来提取呼吸信号，通过区分呼吸运动引起的内容变化从机架旋转引起的内容变化的CBCT投影。通过与三种最先进的基于投影的方法，即阿姆斯特丹护罩（AS）方法，强度分析（IA）方法和基于傅里叶变换的相位分析（FT-P）方法进行比较，对LPCA方法进行了评估。八名患者的临床CBCT投影数据，在各种临床情况下获得的，被用来调查每种方法的性能。我们发现，所提出的LPCA方法已被证明是最好的整体性能的情况下测试，因此是一个很有前途的技术提取呼吸信号。我们还确定了每种现有方法的适用性。
2012-12-07 physics.med-ph
Fast KV-Switching and Dual-Layer Flat-Panel Detector Enabled Cone-Beam CT Joint Spectral Imaging
本研究开发了首台结合快速kV切换与双层平板探测器的台式CBCT联合光谱成像系统，通过双域投影补全与最大似然分解，显著提升了物质区分的对比噪声比。
2024-01-02 physics.med-ph
Calculating tumor trajectory and dose-of-the-day using cone-beam CT projections
目的：锥形束CT（CBCT）投影图像在几个呼吸周期内实时提供解剖数据，形成肿瘤运动的综合图像。我们开发并验证了一种方法，该方法使用这些投影来确定治疗的每个部分期间高度移动的肿瘤的轨迹和剂量。研究方法：采集呼吸体模的CBCT图像，其轨迹模仿具有高振幅（高达2.5 cm）和滞后的肺肿瘤。模板匹配算法用于识别每个CBCT投影中钢BB的位置，并计算绝对BB位置的高斯概率密度函数，其最佳拟合成像器几何结构中观察到的BB轨迹。研究了轨迹重建的两种修改：第一，使用呼吸相位信息来细化轨迹估计（相位），第二，使用蒙特卡罗（MC）方法来对估计的高斯肿瘤位置分布进行采样。结果如下：使用所有方法，确定BB的平均位置，精度优于0.1 mm，轨迹误差平均为标记振幅的3.8 $\pm$ 1.1%。使用相位法的剂量计算更准确，平均绝对误差小于0.5%，最高噪声轨迹的误差小于1%。基于MC的轨迹可防止剂量的高估，但从绝对意义上看，会增加少量剂量测定误差（<0.1%）。结论：使用CBCT投影准确计算了标记物轨迹和每日靶剂量。该技术提供了一种使用普通CBCT数据评估高移动性肿瘤的方法，并且可以促进更好的策略来减轻或补偿SBRT期间的运动。
2015-01-14 physics.med-ph
A Model-Based Scatter Artifacts Correction for Cone Beam CT
本文旨在为锥形束CT（CBCT）成像提供一种快速、准确的散射伪影校正算法。该方法开始于在图像域或投影域中对一组CBCT数据的粗散射轮廓的估计。然后应用专门为泊松信号设计的去噪算法来导出最终的散射分布。使用蒙特卡罗（MC）模拟的胸部和腹部体模、实验Catphan体模数据和临床图像引导放射治疗采集的体内人体数据进行定性和定量评价。结果表明，该算法可以显着减少散射伪影，恢复正确的HU在投影域或图像域。对于MC胸部体模研究，四分量分割产生最佳结果，而三分量分割的结果仍然是可接受的。对于Catphan体模数据，投影域和图像域的残差图像中所有像素的平均值分别从-21.8 HU降至-0.2 HU和0.7 HU。校正后的活体人体图像对比度有了很大的提高。基于软件的技术具有许多优点，例如高计算效率和准确性，以及在不修改临床工作流程或修改成像硬件的情况下执行散射校正的能力。当实际实施时，这将提高CBCT图像定量的准确性，并显著影响基于CBCT的介入手术和自适应放射治疗。
2016-02-29 physics.med-ph
A GPU Tool for Efficient, Accurate, and Realistic Simulation of Cone Beam CT Projections
X射线投影图像的模拟在锥形束CT（CBCT）相关研究项目中起着重要作用。投影图像包含主信号、散射信号和噪声。对所有这些组件执行精确和现实的计算在计算上是苛刻的。在这项工作中，我们在GPU上开发了一个软件包，称为gDRR，用于在临床现实条件下准确有效地计算CBCT中的X射线投影图像。通过三线性射线追踪算法计算主信号。然后执行蒙特卡罗（MC）模拟，产生主信号和散射信号，两者都具有噪声。应用去噪过程以获得平滑的散射信号。然后，通过组合MC主信号和射线跟踪主信号之间的差以及MC模拟散射信号和去噪散射信号之间的差来获得噪声分量。最后，校准步骤通过缩放其幅度将计算出的噪声信号转换为真实的噪声信号。对于典型的多能谱CBCT投影，主信号的计算时间为1.2~2.3秒，而MC模拟需要28.1~95.3秒。所有其他步骤的计算时间可以忽略不计。射线追踪的原始信号与MC模拟结果的原始部分吻合较好。使用gDRR的MC模拟散射信号与EGSnrc结果一致，相对差异为3.8%。进行噪声校准过程以针对真实CBCT扫描仪校准gDRR。所计算的投影是准确和真实的，使得可以使用模拟投影再现射束硬化伪影和散射伪影。从模拟投影重建的CBCT图像中的噪声幅度也与相应mAs水平下的测量图像中的噪声幅度一致。
2012-04-28 physics.med-ph
Visual enhancement of Cone-beam CT by use of CycleGAN
University of Tokyo Hospital（东京大学医院）；Kyushu University（九州大学）
锥形束计算机断层扫描（CBCT）提供了优于传统扇束CT的优势，因为它需要更短的时间和更少的曝光来获得图像。CBCT已经在用于图像引导放射治疗的患者定位、提取用于设计患者特异性治疗的放射组学信息以及计算用于自适应放射治疗的分数剂量分布中发现了各种各样的应用。然而，CBCT图像遭受低的软组织对比度，噪声和伪影相比，传统的扇束CT图像。因此，提高CBCT的图像质量是非常必要的。在本文中，我们提出了一种综合的方法来翻译CBCT图像与深度神经网络。我们的方法只需要未配对和未对齐的CBCT图像和计划扇束CT（PlanCT）图像进行训练。一旦经过训练，3D重建的CBCT图像可以直接转换为高质量的PlanCT图像。我们证明了我们的方法的有效性，从24个前列腺患者获得的图像，我们提供了一个统计和视觉比较。与原始CBCT相比，平移图像的图像质量在体素值、空间均匀性和伪影抑制方面显示出实质性改善。原始CBCT图像的解剖结构在翻译后的图像中也得到了很好的保留。我们的方法能够实现更准确的自适应放射治疗，并为CBCT开辟了依赖于高质量图像的新应用。
2019-11-26 cs.CV physics.med-ph
Single Scan Dual-energy Cone-beam CT Using Static Detector Modulation: A Phantom Study
锥形束CT（CBCT）安装在治疗室，以促进在线临床应用，包括放射和手术中的图像引导。半扇和短罐是临床应用中常用的模式，用于扩大成像体积和减少辐射暴露。使用CBCT忠实地重建解剖结构，而包括材料成分在内的深层信息在其当前形式下是不可行的。双能量计算机断层成像（DECT）是一种先进的医学成像技术，通过使用两种不同的能量谱扫描患者，具有优异的材料区分能力。传统的DECT系统需要昂贵且复杂的硬件组件，这显著地限制了DECT应用于锥束CT（CBCT）机器。在这项工作中，我们提出了一个双能量锥束CT（DECBCT）系统，通过放置一个专门设计的光束调制器在探测器表面的前面，在一次扫描中获取双能量投影数据。引入基于深度学习的数据恢复模型，从探测器调制数据生成完整的双能量数据，用于DECT图像重建和材料分解。所提出的方法的性能进行了评估，使用电子密度体模和临床CT。在电子密度体模研究中，电子密度计算的平均误差小于1.16%。在头部和骨盆研究中，重建的线性衰减系数（LAC）的平均误差分别小于1.41%和0.89%。结果表明，该方法是一个有前途的解决方案，单扫描DECBCT在临床实践中。
2022-05-23 physics.med-ph
Adaptive Diffusion Models for Sparse-View Motion-Corrected Head Cone-beam CT
本研究提出了一种结合联合重建和运动估计的自适应扩散模型，用于解决头锥形束CT中稀疏视图下的运动补偿和图像重建问题，实验显示其在低剂量成像中具有显著优势。
2025-12-04 physics.med-ph
Scatter correction for photon-counting detector based CBCT imaging
本研究验证了能量调制散射校正方法e-Grid在光子计数探测器锥形束CT成像中的有效性，可显著消除杯状伪影，减少至少71%至75%的散射伪影，并展现出跨系统应用的潜力。
2024-12-17 physics.med-ph
Quantitative cone-beam CT reconstruction with polyenergetic scatter model fusion
由于锥束CT（CBCT）的视场大，散射是造成其测量误差的主要原因，散射的复杂性使其补偿困难。迭代多能重建算法提供了在CT中提供定量成像的潜力，但它们通常与散射污染的测量不兼容。在这项工作中，我们引入了一个多能卷积散射模型，该模型直接融合到重建过程中，并利用在每次迭代时易于获得的信息，以节省一小部分额外的计算成本。我们评估这种方法与数值和真实CBCT测量，并显示出显着增强的电子密度估计和伪影减轻预先计算的快速自适应散射核叠加（fASKS）。我们证明了我们的方法有两个层次的好处：减少重建前估计散射所引入的偏差;适应样本的光谱和空间特性。
2020-01-10 physics.med-ph
Evaluation of scatter rejection and correction performance of 2D antiscatter grids in cone beam computed tomography
目的：我们一直在研究二维抗散射网格（2D ASG），以减少散射通量和提高图像质量的锥形束计算机断层成像（CBCT）。在这项工作中，两个不同方面的二维ASG，他们的散射抑制和校正能力，CBCT实验进行了研究。为了校正通过2D ASG传输的残余散射，将其用作散射测量装置，并采用一种新方法：基于网格的散射采样。方法：开发了三个聚焦二维ASG原型，网格比为8，12和16，用于安装在直线加速器上的CBCT几何结构。在第一阶段中，2D ASG被用作散射抑制装置，并在CBCT图像中评估网格比对CT数量准确性和对比噪声比（CNR）的影响。在第二阶段，基于网格的分散采样方法被实现。CT数的百分比变化通过改变体模大小从头部到骨盆configuration.Results：当2D ASG被用作散射抑制装置，CT数的变化，由于体模尺寸的变化从23%减少到2 - 6%。16的网格比产生最低的CT数变化。所有三种2D ASG均改善了CNR，在骨盆大小的体模中最多改善了2倍。当2D ASG原型用于散射抑制和校正时，CT数变化进一步降低至1.3 - 2.6%。结论：当2D ASG单独用作散射抑制装置时，可以通过增加网格比来实现CT数精度的实质性改善。即使在较低的栅格比下，2D ASG也可以提供显著的CNR改善。当2D ASG与基于网格的散射采样方法结合使用时，无论网格比如何，它都进一步提高了CT数的准确性，同时保…
2020-08-28 physics.med-ph
Robust scatter correction method for cone-beam CT using an interlacing-slit plate
锥束计算机断层成像（CBCT）在医学成像和工业无损检测中得到了广泛的应用，但散射辐射的存在会导致图像质量的显著降低。为了便于实际应用，提出了一种基于隔行狭缝板（ISP）的CBCT散射校正方法。首先，提出了一种高斯滤波的方法来补偿内散射图像的缺失数据，同时避免计算的内散射值过大，平滑内散射场。其次，为了提高散射校正方法的实用性和方便性，提出了一种无需探测器增益校正的隔缝扫描方法。最后，在处理流程中添加针对散射校正投影图像的去噪步骤以控制噪声放大。实验结果表明，改进后的方法不仅使散射校正更加鲁棒和方便，而且获得了质量较好的散射校正切片图像。
2015-12-28 physics.med-ph
Feature-oriented Deep Learning Framework for Pulmonary Cone-beam CT (CBCT) Enhancement with Multi-task Customized Perceptual Loss
The Hong Kong Polytechnic University（香港理工大学）；Sun Yat-Sen University（中山大学）；Fourth Military Medical University（中国人民解放军空军军医大学）；Xijing Hospital（西京医院）；Queen Mary Hospital（玛丽医院）；Guangzhou University of Chinese Medicine（广州中医药大学）；Soochow University（苏州大学）
本文提出一种面向特征的深度学习框架，通过多任务定制特征到特征感知损失函数，将低质量肺部CBCT转换为高质量类CT图像，在伪影抑制和解剖细节保留上优于现有方法。
2023-11-01 cs.CV physics.med-ph
Nonlinear ill-posed problem in low-dose dental cone-beam computed tomography
National Institute for Mathematical Sciences（国家数学科学研究所）；Yonsei University（延世大学）
本文描述了低剂量牙科锥束计算机断层扫描（CBCT）的不适定非线性逆问题的数学结构，并解释了基于深度学习的方法重建计算机断层扫描图像相对于传统正则化方法的优势。本文解释了牙科CBCT比标准计算机断层扫描更不适定的根本原因。尽管存在这种严重的不适定性，但由于其成本竞争力和低辐射剂量，对牙科CBCT系统的需求正在迅速增长。然后，我们描述了现有方法的局限性，在使用牙科CBCT数据严重损坏的金属种植体的牙齿的形态结构的准确恢复。我们进一步讨论了从CBCT数据生成的全景图像用于精确牙齿分割的有用性。我们还讨论了在CBCT图像重建中利用无辐射口腔内扫描数据作为先验信息以补偿金属植入物对数据造成的损害的可能性。
2023-03-03 cs.CV eess.IV physics.med-ph
CBCT-IQ: A Publicly Available Annotated Cone-Beam CT Dataset for Image Quality Assessment and Benchmarking
Austrian Center for Medical Innovation and Technology (ACMIT)（奥地利医学创新与技术中心（ACMIT））；Danube Private University（多瑙河私立大学）；Medical University of Vienna（维也纳医科大学）；University of Cambridge（剑桥大学）；University of Applied Sciences Technikum Wien（维也纳技术应用科学大学）；University Hospital Vienna（维也纳大学医院）；Montpellier Cancer Institute（蒙彼利埃癌症研究所）；University of Montpellier（蒙彼利埃大学）；Urmia University of Medical Science（乌尔米耶医科大学）；University Hospital Wiener Neustadt（维也纳新城大学医院）；University of Sydney（悉尼大学）
本研究构建首个公开标注的CBCT-IQ数据集，含1764张经专家评分的CBCT图像，对26种IQA指标基准测试并提出排名方法，为CBCT IQA研究提供标准化资源。
2026-08-03 cs.CV physics.med-ph
One-step inversion algorithms for spectral CT, with application to dynamic Cone Beam CT
双能量锥形束计算机断层成像（DE-CBCT）是一种有前途的技术，可用于多种医疗应用，包括动态血管造影。最近，已经提出了一种动态两步法：首先，从多能量正弦图计算水和碘投影，然后，使用4D全变差（TV）约束重建从碘投影的碘对比度的动态图像。与两步法相比，一步法使用将多材料图像与多能量正弦图直接相关的模型。这类方法通过避免中间分解步骤来降低材料图像之间的噪声相关性是众所周知的，但是要求解决非凸的大规模优化问题，这可能是具有挑战性的。在这项工作中，我们使用非线性原始-对偶混合梯度法（NL-PDHGM）优化框架来提出基于经验模型的一步法的两个版本：第一个版本考虑了多方面的因素，材料图像作为静态对象，而第二个版本是针对特定应用开发的，具有静态水图像和由一系列3D碘组成的动态碘图像与不同时间点相关的图像。开发最后一个版本是为了在单次CBCT扫描期间获得血管中碘浓度的变化。为了评估所提出的一步方法，我们使用模拟，考虑CBCT系统与双层光谱探测器和脑体模与静态和动态血管树。所提出的一步方法进行了比较，2步方法。
2021-12-22 physics.med-ph
Feasibility of dual-energy CBCT material decomposition in the human torso with 2D anti-scatter grids and grid-based scatter sampling
本研究通过二维防散射栅格和残余散射校正抑制散射，验证了双能CBCT在人体躯干中实现物质分解的可行性，将碘定量误差降至1.5 mg/ml以下，媲美多探测器CT。
2023-06-23 physics.med-ph
Spatiotemporal Gaussian Optimization for 4D Cone Beam CT Reconstruction from Sparse Projections
针对稀疏投影4D-CBCT重建中的条纹伪影与运动保持难题，提出可微X射线光栅化的时空高斯表示及联合形变网络，从1分钟扫描数据恢复高质量动态图像。
2025-01-07 eess.IV physics.med-ph
Fast Monte Carlo Simulation for Patient-specific CT/CBCT Imaging Dose Calculation
近来，来自计算机断层成像（CT）或锥形束CT（CBCT）扫描的X射线成像剂量已经成为严重的问题。为了剂量管理的目的，已经提出了患者特异性成像剂量计算。虽然蒙特卡罗（MC）剂量计算可以相当准确，为此目的，它遭受低计算效率。针对这一问题，我们在NVIDIA CUDA平台下的GPU架构上成功开发了MC剂量计算包gCTD，用于快速准确地估计患者在CT或CBCT扫描期间接收的X射线成像剂量。已经特别针对GPU架构开发了技术以实现高计算效率。在均质水体模和异质Zubal头部体模中使用CBCT扫描几何结构进行的剂量计算表明，gCTD和EGSnrc之间具有良好的一致性，表明我们的代码具有准确性。在提高效率方面，发现与EGSnrc相比，gCTD在均质水体模中实现了约400倍的加速，在Zubal体模中实现了约76.6倍的加速。至于绝对计算时间，Zubal体模的成像剂量计算可在约17秒内完成，平均相对标准偏差为0.4%。虽然我们的gCTD代码已经在CBCT扫描的背景下开发和测试，但通过简单的几何修改，它也可以用于评估CT扫描中的成像剂量。
2011-11-15 physics.med-ph
Concurrent kilovoltage CBCT imaging and megavoltage beam delivery: Suppression of cross-scatter with 2D antiscatter grids and grid-based scatter sampling
同时使用千伏（kV）和兆伏（MV）射束的概念在锥形射束计算机断层成像（CBCT）引导的放射治疗中具有潜在应用，例如单次屏气扫描、金属伪影减少和MV治疗递送期间的同时成像。然而，MV射束输送期间产生的MV交叉散射降低了CBCT图像质量。为了解决这一问题，研究了2D抗散射网格和交叉散射校正方法。利用3D打印的钨2D抗散射栅格原型来减少在同时MV射束输送期间kV投影中的MV交叉散射注量。通过使用2D网格本身作为交叉散射强度采样装置来校正剩余的交叉散射，称为基于网格的散射采样。为了测试这种方法，在输送6和10 MV射束的同时进行kV CBCT采集，模拟高剂量率治疗输送场景。在体模的投影和CBCT图像中评估了所提出的方法的MV交叉散射抑制性能。2D网格将kV投影中MV交叉散射的强度平均降低了3倍。通过基于网格的散射采样估计的剩余MV交叉散射在测量的参考强度值的7%以内。CBCT图像质量在同步kV-MV射束输送过程中得到显著改善。在没有我们的方法的情况下，Hounsfield单位（HU）的中位不准确度高达191 HU，并且使用我们的2D网格和散射校正方法将其降低到3 HU。我们的方法提供了2-6倍的对比度比改善。结果表明，我们的方法可以成功地减少高能量交叉散射的影响，同时kV CBCT成像和兆伏治疗交付。
2022-04-14 physics.med-ph
Scattering correction based on regularization de-convolution for Cone-Beam CT
在锥束CT（Cone-Beam CT，CBCT）成像系统中，散射现象对重建图像有着重要的影响，是CBCT的一个长期研究课题。在本文中，我们提出了一种简单，新颖，快速的方法，用于减轻散射伪影和CBCT图像的对比度，属于基于卷积的方法，其中投影数据与卷积核去卷积的类别。该方法的一个关键步骤是如何确定卷积核。与现有方法相比，该方法基于双l1-l2范数正则化，对已知散射污染的投影图像和卷积核进行双l1-l2范数正则化。我们的方法可以将散射伪影从12.930减少到2.133。
2016-04-06 physics.bio-ph physics.med-ph
Comprehensive Evaluations of Cone-beam CT dose in Image-guided Radiation Therapy via GPU-based Monte Carlo simulations
锥形束CT（CBCT）已广泛用于图像引导放射治疗（IGRT）中的患者设置。CBCT扫描的辐射剂量已成为临床关注的问题。本研究的目的是：1）为Varian机载成像（OBI）系统调试基于GPU的蒙特卡罗（MC）剂量计算包gCTD，并测试计算准确度; 2）在典型IGRT扫描方案中定量评价OBI系统的CBCT剂量。我们首先在水模中进行剂量测量。gCTD中使用的X射线源模型参数通过调试过程获得。通过比较计算值与水中和CTDI模型中的测量值，证明了gCTD的准确性。25例脑癌患者用于研究标准剂量头部方案中的剂量，25例前列腺癌患者用于研究骨盆方案和骨盆聚光灯方案中的剂量。计算每个器官的平均剂量。还计算具有最高剂量的2%体素的平均剂量以量化最大剂量。结果发现，对一个器官的平均剂量值有很大的不同患者。此外，器官内的剂量分布是高度不均匀的。最大剂量比平均剂量高1~3倍，取决于器官，由于骨结构中的极高剂量区域，整个身体的最大剂量高达8倍。在我们的研究中也观察到了高计算效率，例如对于典型情况，MC剂量计算时间小于5分钟。
2013-09-19 physics.med-ph
Equivariant Multiscale Learned Invertible Reconstruction for Cone Beam CT: From Simulated to Real Data
Netherlands Cancer Institute（荷兰癌症研究所）；University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学）；Elekta Limited（Elekta有限公司）
本文提出LIRE++，一种旋转等价多尺度学习可逆重建方法，用于提升锥束CT的重建效率与图像质量。
2025-12-24 cs.CV physics.med-ph
Fast Scatter Artifacts Correction for Cone-Beam CT without System Modification and Repeat Scan
提出了一种快速、准确的锥形束CT（CBCT）散射伪影校正算法。该方法从一组CBCT图像的粗散射轮廓的估计开始。一个专门为泊松信号设计的全变分去噪算法，然后应用于推导出最终的散射分布。使用蒙特卡罗（MC）模拟、实验CBCT体模数据和临床图像引导放射治疗采集的\emph{in vivo}人体数据进行定性和定量评价。结果表明，该算法可以显着减少散射伪影，恢复正确的HU在投影域或图像域。进一步的测试表明，该方法是鲁棒的分割过程。
2015-01-19 physics.med-ph physics.optics
A patient-specific scatter artifacts correction method
本文提供了一种用于图像引导介入手术的锥形束计算机断层成像（CBCT）的快速和患者特定的散射伪影校正方法。由于CBCT成像中感兴趣的辐照体积增加，与2D成像相比，散射辐射显著增加，导致图像质量下降。在这项研究中，我们提出了一种散射伪影校正策略，使用基于解析卷积的模型，其自由参数估计使用粗略估计的散射配置文件从采集的锥束投影。使用单色和多色X射线源的蒙特卡罗模拟对其进行了评价。结果表明，该方法显着减少散射引起的阴影伪影和恢复CT数。
2015-01-19 physics.med-ph
Modeling shift-variant X-ray focal spot blur for high-resolution flat-panel cone-beam CT
平板锥束CT（CBCT）已在临床上应用于许多高分辨率应用。增加几何放大率可以潜在地提高分辨率，但也会由于扩展的X射线焦斑而增加模糊。我们提出了一个移变焦斑模糊模型，并将其纳入基于模型的迭代重建算法。我们将此算法应用于仿真和CBCT测试台数据。在骨小梁模拟研究中，我们发现没有模糊模型的传统重建方法表现出移位变分辨率特性，这在很大程度上取决于采集协议（例如，短扫描与全扫描）和用于重建特定区域的射线的阳极角。对于物理CBCT实验焦斑模糊的特点和空间分辨率幻影扫描和重建。在这两个实验中，使用移位变模型的图像质量显着改善的方法，建模没有模糊或只有一个移位不变的模糊，这表明一个潜在的手段，以克服传统的CBCT空间分辨率和系统设计的限制。
2016-10-17 math.OC physics.med-ph
Bridging cone-beam CT and MRI to stopping power ratio maps: a modality-agnostic Brownian bridge approach to support robust adaptive proton therapy
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Henry Ford Health（亨利福特健康系统）；Wayne State University（韦恩州立大学）
本研究提出模态无关的正则化布朗桥（rBBrg）框架，从CBCT或MRI确定性预测阻止本领比（SPR）图，在骨MAE上优于ResNet，伽马通过率更高，支持高效灵活的自适应质子治疗。
2026-09-30 physics.med-ph
Single-scan scatter correction in CBCT by using projection correlation based view interpolation (PC-VI) and a stationary ring-shaped beam stop array (BSA)
在X射线锥形束（CB）CT的散射校正中，使用移动束流阻挡阵列（BSA）的单次扫描方案提供了可靠的低剂量散射测量，并且通过使用基于投影相关的视图插值（PC-VI），可以高精度地恢复（在散射测量期间）被移动BSA遮蔽的主要通量。然而，在实际应用中，移动的BSA可能增加机械负担。为了更好的实用性，本文提出了一种基于PC-VI的单次扫描方案，其中环形固定BSA作为CB扫描过程中的虚拟移动BSA，因此该固定BSA遮蔽的初级通量也可以通过PC-VI很好地恢复。对整个系统的设计原则进行了推导和评价。该方案大大增强了单扫描散射校正方案的实用性。
2014-10-30 physics.med-ph
Real-time CBCT Imaging and Motion Tracking via a Single Arbitrarily-angled X-ray Projection by a Joint Dynamic Reconstruction and Motion Estimation (DREME) Framework
本研究提出DREME框架，通过整合深度学习与动态CBCT重建，无需患者特定先验即可从单次任意角度X射线投影实现实时CBCT成像与三维运动估计，精度达1.2-1.8 mm，为分次内运动管理提供新方案。
2024-09-25 physics.med-ph
Can Planning Images Reduce Scatter in Follow-Up Cone-Beam CT?
由于其视场宽，锥束计算机断层成像（CBCT）受到大量散射的困扰，其中衰减的光子击中探测器，并破坏用于重建的线性模型。然而，假定可以生成散射的良好估计，则可以保持图像精度。在自适应放射治疗的背景下，通常在较早的时间具有同一患者的低散射规划CT图像。在随后的CBCT扫描中校正散射可以与新的测量结果自相一致，也可以利用先前的图像，最近有几种方法报告了后者的高精度。在这项研究中，我们将研究各种散射估计方法的准确性，如何将它们有效地纳入统计重建算法，以及引入一种将离线蒙特卡罗（MC）先验估计与新测量相匹配的方法。我们从颈部癌症患者的测试得出的结论是：统计重建，结合了散射估计显着优于分析和迭代方法与预校正;虽然最准确的散射估计可以从MC上的计划图像，他们只提供了一个轻微的优势，基于测量的散射核叠加（SKS）的重建误差。
2017-03-28 physics.med-ph
CBCT scatter correction with dual-layer flat-panel detector
针对DL-FPD双能CBCT受散射影响的问题，提出基于线性能量信号模型的e-Grid快速散射估计与校正方法，实验证明其显著降低伪影和非均匀性并提升多物质分解精度。
2024-10-28 physics.med-ph
COBRA2026: a large-scale multicenter pelvic cone-beam computed tomography projection dataset
University of Bern（伯尔尼大学）；LMU Munich（慕尼黑大学）；University Hospital of Cologne（科隆大学医院）；University Medical Center Utrecht（乌得勒支大学医学中心）；Medical University of Graz（格拉茨医科大学）；Lund University（隆德大学）；Skåne University Hospital（斯卡奈大学医院）
COBRA2026数据集用于开发和评估放疗CBCT相关方法，含欧洲六个中心867名患者数据，经处理后分为训练、验证和测试集，支持多种研究，以特定许可发布并附代码，构成重建挑战基础。
2026-07-23 physics.med-ph
Deep Learning based Direct Segmentation Assisted by Deformable Image Registration for Cone-Beam CT based Auto-Segmentation for Adaptive Radiotherapy
University of Texas Southwestern Medical Center（德克萨斯大学西南医学中心）
基于锥形束CT（CBCT）的在线自适应放射治疗需要精确的自动分割，以减少医生编辑轮廓的时间成本。然而，基于深度学习（DL）的CBCT图像直接分割是一项具有挑战性的任务，主要是由于图像质量差和缺乏标记良好的大型训练数据集。可变形图像配准（Deformable Image Registration，简称DIF）通常用于将同一患者的计划CT（planning CT，简称pCT）上的手动轮廓传播到CBCT。在这项工作中，我们将在联合国的协助下解决上述问题。我们的方法包括三个主要组成部分。首先，我们使用变形的pCT轮廓从pCT和CBCT之间的多个拼接方法作为伪标签的DL为基础的直接分割模型的初始训练。其次，我们使用变形的pCT轮廓从另一个pCT算法作为影响体积定义的DL为基础的直接分割的兴趣区域。第三，使用较小的真实标签集进一步微调初始训练的DL模型。我们发现，与基于DIR的分割相比，在使用伪标签训练并且没有影响者体积的CBCT上基于DL的直接分割显示出较差的性能。然而，在直接分割网络中添加变形的pCT轮廓作为影响体积显著提高了分割性能，达到了基于DIR的分割的准确度水平。具有影响者数量的DL模型可以通过使用较小的真实标签集进行微调来进一步改进。实验表明，19个结构中有7个结构与基于DIR的分割相比具有至少0.2的Dice相似系数增加。基于DL的直接CBCT分割模型可以通过使用变形的pCT轮…
2022-10-10 cs.CV physics.med-ph
A feasibility Study of Time of Flight Computed Tomography for Breast Imaging
用于乳腺成像的锥形束计算机断层成像（CBCT）有可能取代传统的乳腺X线摄影。然而，对剂量和图像质量的担忧阻碍了CBBCT系统从临床试验阶段进入下一阶段。飞行时间（TOF）方法最近被证明可以减少95%的X射线散射效应，并提高图像CNR的110%，为大体积的对象。紧凑型自由电子激光（FEL）等X射线源的进步和探测器技术的进步表明，TOF方法在CBCT中对大型物体进行成像时具有可行性。在这项研究中，我们探讨了这种TOF CBCT在改善乳腺癌成像方面的有效性。GATE软件被用来模拟锥形束CT成像的直径为8 cm的圆柱形的水使用一个模型化的20 keV的准高能自由电子激光源和各种探测器的时间分辨率范围从1到1000 ps的幻影。还使用相同的系统设置对相似尺寸的不均匀乳房体模进行成像。结果表明，探测器的时间分辨率为10 ps的图像对比度噪声比（CNR）提高了57%，并减少了8.63的散射-初级比（SPR）的一个小圆柱体模。对于乳房体模，在5 ps的时间分辨率下，图像CNR增强了12%，SPR降低了1.35。
2021-01-29 physics.med-ph
Optimization-Based Image Reconstruction Regularized with Inter-Spectral Structural Similarity for Limited-Angle Dual-Energy Cone-Beam CT
本研究提出一种无需X射线光谱测量或成对训练数据、基于谱间结构相似性正则化的迭代重建方法，用于有限角度双能锥形束CT，有效减少伪影并实现准确定量成像。
2024-12-18 physics.med-ph
Model-based Iterative Reconstruction for Flat-Panel Cone-Beam CT with Focal Spot Blur, Detector Blur, and Correlated Noise
虽然基于模型的重建方法已成功应用于平板锥束CT（FP-CBCT）系统，但典型的实现忽略了投影数据中的空间相关性以及由于X射线源中的检测器和焦斑而引起的系统模糊。在这项工作中，我们开发了一个基于平板的系统的前向模型，该模型包括与有限焦斑尺寸和间接检测器（例如，闪烁体）。该正演模型用于开发分阶段重建框架，其中投影数据被去卷积和对数变换，随后是广义最小二乘重建，其利用非对角统计加权来解释从采集和数据处理链产生的相关性。我们研究了这种新的重建方法在模拟数据和CBCT测试台数据的性能。与忽略噪声相关性的传统滤波反投影和基于模型的方法相比，所提出的方法产生了优越的噪声分辨率折衷。例如，对于闪烁体模糊FWHM为0.34 mm、焦斑模糊FWHM为0.70 mm的系统，使用相关噪声模型代替不相关噪声模型可将分辨率提高42%（方差匹配为6.9 x 10^-8 mm^-2）。虽然这一优点适用于具有不同模糊特性的各种系统，但对于源模糊大于检测器模糊的系统，改进最大。
2017-06-14 physics.med-ph
Generalizability issues with deep learning models in medicine and their potential solutions: illustrated with Cone-Beam Computed Tomography (CBCT) to Computed Tomography (CT) image conversion
University of Texas Southwestern Medical Center（德克萨斯大学西南医学中心）
当将在一个数据集上训练的深度学习（DL）模型应用于其他数据集时，泛化性是一个问题。训练一个在任何地方、任何时间、对任何人都有效的通用模型是不现实的。在这项工作中，我们演示了可推广性问题，然后通过使用锥束计算机断层成像（CBCT）到计算机断层成像（CT）图像转换任务作为测试床，探索基于迁移学习（TL）的潜在解决方案。以前的工作已经将CBCT转换为CT样图像。然而，所有这些工作都只研究了一个或两个解剖部位，并使用来自同一供应商的扫描仪的图像。在这里，我们研究了为一台机器和一个解剖部位训练的模型如何在其他机器和其他部位上工作。我们在从一家供应商的头部和颈部癌症患者扫描仪获取的CBCT图像上训练了一个模型，并将其应用于来自另一家供应商的扫描仪和其他疾病部位的图像。我们发现，当将经过训练的DL模型应用于来自另一个供应商的扫描仪的数据集时，泛化能力可能是这个特定应用程序的一个重要问题。然后，我们探索了三种基于TL的实用解决方案来解决这个泛化问题：目标模型，它是从零开始在目标域上训练的;组合模型，它是从零开始在源和目标域数据集上训练的;适应模型，它将训练的源模型微调到目标域。我们发现，当目标域中有足够的数据时，这三种模型都可以获得良好的性能。当目标数据集有限时，自适应模型效果最好，这表明使用微调策略将训练模型适应于看不见的目标域数据集是在临床中实现DL模型的可行且简单的方法。
2020-04-17 cs.LG eess.IV physics.med-ph
Rapidly-converging multigrid reconstruction of cone-beam tomographic data
在大角度锥束层析成像（CBCT）的背景下，我们提出了一个实用的迭代重建（IR）计划，旨在快速收敛所需的大型数据集。重建的鲁棒性由“空间填充”源轨迹提供，沿着该轨迹收集实验数据。收敛速度是通过利用该轨迹的高度各向同性性质来设计近似反卷积滤波器来实现的，该近似反卷积滤波器用作多重网格方案中的预处理器。我们证明了CBCT的IR计划，并比较收敛到更传统的技术。
2021-03-14 physics.med-ph stat.AP
A comprehensive study on the relationship between image quality and imaging dose in low-dose cone beam CT
虽然已经针对低剂量CBCT开发了基于压缩感知（CS）的重建，但需要清楚地了解低剂量水平下图像质量与成像剂量之间的关系。在本文中，我们定性地研究这个问题，在一个全面的方式进行了广泛的实验和模拟研究。基本思想是将图像质量和成像剂量一起绘制为整个临床相关范围内投影数量和每个投影的mAs的函数。可以实现对图像质量和剂量之间的权衡的清晰理解，并且可以为IGRT中的各种成像任务开发最佳的低剂量CBCT扫描协议。主要研究结果包括：1）在CS框架下，图像质量在大剂量范围内几乎没有下降，当剂量< 100 mAs时，图像质量下降明显。总剂量< 40 mAs会导致图像急剧退化。最佳低剂量CBCT扫描方案可能落在40-100 mAs的总剂量范围内，这取决于特定的IGRT应用。2)在恒定低剂量水平下的不同扫描协议中，投影数小于50的超稀疏视图重建是最具挑战性的情况，即使使用强正则化。使用其他低mAs协议可以获得更好的图像质量。3)最佳扫描协议是中等数量的投影和中等水平的mAs/视图的组合。当总剂量约为72.8 mAs或更低时，以及当ROI是低对比度或高分辨率对象时，这一点更加明显。根据我们的研究结果，最佳的投影数量大约是90到120。4)临床上可接受的最低剂量水平取决于任务。在我们的研究中，72.8 mAs是用于可视化低对比度物体的安全剂量水平，而12.2 mAs的总剂量足以检测直径大于3 mm的高对比度物…
2012-01-27 physics.med-ph
Multi-Energy Blended CBCT Spectral Imaging Using a Spectral Modulator with Flying Focal Spot (SMFFS)
本文首次提出带飞焦点的光谱调制器（SMFFS）技术，并设计散射解耦材料分解（SDMD）方法，在统一框架中同时实现CBCT光谱成像与散射校正，显著提升材料分解精度和CT定量成像性能。
2024-01-07 physics.med-ph
Liver Segmentation using Turbolift Learning for CT and Cone-beam C-arm Perfusion Imaging
Otto von Guericke University Magdeburg（马格德堡奥托·冯·格里克大学）；Helmholtz-Zentrum hereon（亥姆霍兹赫里昂中心）；Hannover Medical School（汉诺威医学院）；Human Technopole（人类技术园）
采用时间分离技术（TST）的基于模型的重建被发现可以改善使用C型臂锥形束计算机断层扫描（CBCT）的肝脏动态灌注成像。为了使用从CT灌注数据提取的先验知识应用TST，肝脏应该从CT扫描中准确地分割。重建的主要和基于模型的CBCT数据需要分割适当的可视化和灌注图的解释。这项研究提出了Turbolift学习，它在不同的肝脏分割任务上连续训练多尺度Attention UNet的修改版本，遵循训练CT，CBCT，CBCT TST的顺序-使之前的训练作为后续训练的预训练阶段-解决了训练数据集数量有限的问题。对于来自CBCT TST的肝脏分割的最终任务，所提出的方法在6倍和4倍交叉验证实验中分别实现了0.874 $\pm$ 0.031和0.905 $\pm$ 0.007的总体Dice分数-确保了仅针对该任务训练的模型的统计学显著改进。实验表明，Turbolift不仅提高了模型的整体性能，而且使其对源于栓塞材料和截断伪影的伪影具有鲁棒性。此外，深入分析证实了分割任务的顺序。本文展示了从CT、CBCT和CBCT TST中分割肝脏的潜力，从可用的有限训练数据中学习，这些训练数据将来可能用于肝脏疾病治疗评价的灌注图的可视化和评价。
2023-02-09 cs.CV cs.LG eess.IV
Design and construction of a wireless robot that simulates head movements in cone beam computed tomography imaging
Hamedan University of Technology（哈马丹理工大学）；Hamadan University of Medical Sciences（哈马丹医科大学）；Pprime Institute CNRS（法国国家科学研究中心Pprime研究所）；ENSMA（国立高等机械与航空技术学院）；University of Poitiers（普瓦捷大学）
本文设计并构建了一种绳索驱动并联机器人，可在CBCT扫描仪内以3自由度同步模拟干颅骨头部运动，用于研究运动伪影并构建参考数据集，实验显示其运动可重复性超过95%。
2024-10-01 cs.RO physics.med-ph
From Data Completeness to Data Sufficiency: A Task-Driven Imaging Framework for Intraoperative CBCT under Quality-Time-Dose Trade-offs
School of Computer Science and Engineering, Southeast University（东南大学计算机科学与工程学院）；School of Instrument Science and Engineering, Southeast University（东南大学仪器科学与工程学院）；Shanghai First-Imaging Information Technology Co., LTD.（上海第一影像信息技术有限公司）
该研究针对术中CBCT，指出追求数据完备性不合理，提出围绕数据充分性评估，强调临床决策所需最小图像质量阈值，综合多场景证据表明可接受近似误差以实现质量、时间、剂量平衡。
2026-07-09 cs.CV eess.IV physics.med-ph
Equivariant Multiscale Learned Invertible Reconstruction for Cone Beam CT
Netherlands Cancer Institute（荷兰癌症研究所）
本文提出旋转等变、多尺度的学习型可逆原始-对偶方法LIRE+，通过可逆残差、分块计算和低分辨率启动降低内存、时延与参数量，并在胸部及头颈部CT重建中优于LIRE等基线。
2024-01-20 cs.CV physics.med-ph
Differentiable Voxel-based X-ray Rendering Improves Sparse-View 3D CBCT Reconstruction
Brigham and Women’s Hospital（布里格姆妇女医院）；MIT CSAIL（麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室）
本研究提出自监督框架DiffVox，通过基于物理的可微X射线渲染优化体素网格，结合正则化体素学习与精确离散Beer-Lambert定律，在稀疏视角下实现优于传统迭代算法和神经场方法的CBCT重建，可减少辐射并提升诊断价值。
2024-12-02 cs.CV eess.IV physics.med-ph
