蘇州醫工所在乳腺斷層攝影研究中取得進展

在我國，乳腺癌是女性發病率最高的癌症，在所有女性癌症中佔比鋼彈16.51%（參見國家癌症中心發布的《2018年全國最新癌症報告》）。近年來，我國乳腺癌發病率已經逐年升高，且呈現年輕化趨勢。

早期篩查可極大地降低乳腺癌死亡率，腫塊和鈣化灶是早期篩查的重要診斷依據。影像學檢查是乳腺癌早期篩查的主要手段，包括超聲、磁共振和X射線。數字乳腺X射線攝影（Digital Mammography, DM），俗稱「乳腺X光」，對腫塊特別是微小鈣化具有較高的檢查率，在國內外乳腺癌篩查相關的指南與規範中得到推薦。但是，DM屬於二維成像技術，三維乳腺組織在二維影像中發生重疊，病灶容易被緻密組織遮擋，導致至少15%~30%的漏診率。為了克服DM的缺點，研究人員在DM的基礎上發展出了一種新的成像模式——數字乳腺斷層攝影（Digital Breast Tomosynthesis, DBT），掃描方式如圖1所示。

DBT利用小角度範圍（小於60度）內的有限次（9-25）投影，重建乳腺的準三維影像。與通過360度上千次投影的電腦斷層成像（Computed Tomography, CT）相比，DBT屬於欠採樣投影採集，對應的傅裡葉變換域缺失嚴重，這給影像重建帶來了極大困難。重建影像的特點是：斷層內解析度較高、斷層厚度較大。解析重建演算法對投影採集的完備性要求極高，而經典的迭代重建演算法容易遭受雜訊干擾，二者均難以得到高品質的重建影像。

中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所高欣、劉仰川等人針對DBT影像重建，提出了一種新的迭代重建演算法MTTV-POCS。該演算法將多尺度吉洪諾夫-全變分濾波器（Multiscale Tikhonov-Total Variation，MTTV）作為正則化項，在利用凸集投影法（Projection Onto Convex Sets，POCS）求解保真項所獲得的中間影像中，自適應地去除雜訊並最大限度地保持邊緣資訊。該演算法分別利用兩種數字體模和兩個病人數據，與現有的ASD-POCS和SD-SART演算法進行了重建對比實驗，結果驗證了所提出的演算法在抑製雜訊和保持邊緣兩個方面均具有優勢。

相關研究結果發表於Australasian Physical & Engineering Sciences in Medicine。

論文資訊：Yangchuan Liu, Cishen Zhang, Wenru Li, Yuguo Tang, Xin Gao. An adaptive multiscale anisotropic diffusion regularized image reconstruction method for digital breast tomosynthesis.Australasian physical & engineering sciences in medicine, Oct. 11, 2018.

圖1. DBT成像結構示意圖。

圖2. 不同雜訊水準下乳腺體模的重建結果。從上到下的行分別對應0.1%、0.5%和1%水準的高斯雜訊，從左到右的列分別對應ASD-POCS、SD-SART和MTTV-POCS演算法。

圖3. 對應圖2中豎直綠線的灰度值曲線。（a）是完整的灰度值曲線，（b）-（d）分別是對應（a）中虛線框1、2、3的放大圖。

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