基于X射线相衬CT重建及其在牙根管显微结构可视化的应用研究

来源 :天津医科大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:ym_l
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X射线相位衬度成像(X-ray phase-contrast imaging,XPCI)具有高分辨率、高衬度,且成像质量高,被广泛应用于各个领域。XPCI是根据X射线穿过物体发生菲涅尔衍射,使相位发生变化来成像。对于低Z样品,如生物软组织,其相位变化是吸收衰减变化的1000倍,因此,XPCI被广泛应用于软组织成像研究,且其分辨率可达亚微米级别,可对显微组织结构进行清晰的成像。结合CT成像技术,相衬CT(phase contrast computed tomography,PCCT)可展现显微组织内部的三维结构信息。然而在成像过程中,受仪器精度影响,投影旋转中心(center of rotation,COR)发生偏移,图像重建存在伪影,致使图像信息模糊不清,对显微组织成像的影响更大。因此,本研究先对COR进行校正,确保重建信息完整清晰,然后利用PCCT对牙根管显微结构进行成像,为评估根管治疗效果提供影像学依据。具体研究内容如下:(1)本文根据正弦图投影数据的对称性,提出只对大小相等方向相反的0°和180°投影数据进行平移匹配,并加入大津阈值分割减少噪声对校正精度的影响,最后采用L1范数量化COR偏移距离,进一步提高校正精度。实验中,选用质心法与互相关法作为对比算法,对加入随机梯度噪声和高斯噪声的仿真模型进行COR校正和断层重建,并通过峰值信噪比(peak signal to noise ratio,PSNR)、相对误差(relative error,RE)和通用质量指数(universal quality index,UQI)指标定量分析算法的抗噪性及校正的准确性。对同质性样品(肝脏)、异质性样品(牙齿、填充和预处理牙根管)的相衬成像数据和牙根管吸收成像数据进行上述COR校正,重建其断层图像从而衡量其COR校正的准确性。最后,对仿真和实际样品数据进行稀疏采样,然后进行新算法COR校正,测量其校正精度的稳定性。结果表明,相较于对比算法,本研究提出的新算法只需计算一对数据,在大大减少了计算量的情况下具有更好的校正精度和抗噪性(稀疏采样投影数据在10%50%时也能很好地校正COR值)。(2)本文利用临床CT筛选出具有管间峡区的样品,并记录其峡区出现的位置。利用相衬CT对峡区位置进行高分辨成像,观察峡区形态和组织分布,最终确定出带有组织的管间峡区根管。对筛选出的样品进行预处理,采用临床CT、显微CT和相衬CT进行成像,比较其对峡区内玷污层、组织聚集物和管壁微小组织的成像完整度和清晰度。根据相衬CT组织衬度不同,区分软硬组织,并对不同成像方式所获不同组织进行信噪比和衬噪比测量,突出相衬CT的抗噪性和高衬度及其在显微组织成像的优势。对预处理后管间峡区含有组织的根管分组,分别采用endo-shaper和超声仪进行清洗,并对清洗后的根管进行相衬CT成像,通过观察组织残留情况对清洗效果进行评估,进一步说明该成像方式可为治疗效果评估提供影像学依据。
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