研究目的
开发一个与基于体素的计算模体兼容的CT模拟平台，该平台能够对商用CT扫描器的几何结构和物理特性进行建模，并在虚拟评估和优化CT协议及参数方面具有计算高效性。
研究成果
DukeSim结合逼真的人体模型，能够对CT扫描仪进行严格量化和评估——这是临床试验证据有限或使用简单物理模体时无法实现的。
研究不足
验证工作是使用具有简单几何结构的体模进行的。未来计划待异质XCAT体模的实体版本可用后，开展进一步研究。
DukeSim：一种在计算机断层扫描中具有高真实性、快速且针对特定扫描仪的模拟框架
DOI：10.1109/TMI.2018.2886530
期刊：IEEE Transactions on Medical Imaging
出版年份：2018
更新时间：2025-09-04 15:30:14
摘要：
本研究的目的是开发一个CT模拟平台，该平台需满足以下要求：1）兼容基于体素的计算模体；2）能够模拟商用CT扫描仪的几何结构与物理特性；3）具备高效计算能力。该模拟平台旨在实现对CT扫描协议和参数的虚拟评估与优化，在降低辐射剂量的同时达到目标图像质量。给定体素化计算模体及描述目标扫描仪与协议的参数文件后，开发的DukeSim平台通过结合光线追踪与蒙特卡罗技术计算投影图像。DukeSim包含探测器量子效率、量子与电子噪声、探测器串扰、探测器与焦点区域降采样、焦点摆动以及蝴蝶结滤过器的详细模型。该平台采用GPU计算进行加速。通过商用CT扫描仪（西门子医疗Somatom Definition Flash）获取物理版与计算版模体（Mercury模体）在不同剂量水平下的临床与模拟CT扫描数据，从图像对比度、噪声强度、噪声纹理及空间分辨率四个维度对真实与模拟图像进行对比。临床与模拟图像在各指标上的相对误差分别为：图像对比度1.4%、噪声强度0.5%、噪声纹理2.6%、空间分辨率3%，证实了DukeSim的高度真实性。根据成像任务与硬件配置，本研究使用配备4块GPU的计算机时单圈旋转运算时间约2-3分钟。当结合真实人体模体时，DukeSim为开展大规模、符合实际的虚拟临床试验提供了必要工具集，可实现患者与扫描仪特异化的精准模拟。
作者：
Ehsan Abadi，Brian Harrawood，Shobhit Sharma，Anuj Kapadia，William P. Segars，Ehsan Samei
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