CT掃描中不可避免的X射線(xiàn)輻射損傷是臨床醫(yī)師、工程專(zhuān)家及相關(guān)研究人員重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。醫(yī)學(xué)研究表明，CT掃描中使用的X射線(xiàn)具有輻射，過(guò)高的輻射劑量會(huì)造成被檢查者的脫發(fā)和皮膚灼傷，甚至誘發(fā)癌癥和遺傳性疾病。臨床中常采用降低管電流或管電壓的方式來(lái)降低X光子的曝光量，達(dá)到降低輻射劑量的目的。然而，受到硬件的限制，X光子的照射量降低將導(dǎo)致探測(cè)器捕獲的有效信號(hào)被測(cè)量噪聲淹沒(méi)，進(jìn)而導(dǎo)致CT 影像質(zhì)量下降不能滿(mǎn)足臨床的診療需求。

如何從低劑量掃描數(shù)據(jù)中重建出高質(zhì)量CT圖像是低劑量CT成像領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。為解決低劑量CT成像問(wèn)題，許多方法被提出，依據(jù)方法策略或建模對(duì)象的不同，可以將這些方法分為四類(lèi)：（1）基于投影域前處理的低劑量CT成像，此類(lèi)算法依靠探測(cè)器采集到投影數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分布特性構(gòu)建投影數(shù)據(jù)恢復(fù)模型，再利用濾波反投影算法重建出目標(biāo)圖像。然而，由于投影域中的一個(gè)像素點(diǎn)即對(duì)應(yīng)著圖像域中一整條射線(xiàn)路徑，投影數(shù)據(jù)恢復(fù)所帶來(lái)的誤差極易在圖像域引入難以消除的新偽影，是此類(lèi)方法存在的固有局限。（2）基于圖像域后處理的低劑量CT成像，此類(lèi)方法直接對(duì)重建后的圖像進(jìn)行恢復(fù)。但圖像域后處理方法無(wú)法有效地抑制低劑量圖像中存在的結(jié)構(gòu)性偽影，圖像質(zhì)量的提高受到限制；（3）基于迭代重建的低劑量CT成像，該類(lèi)型方法根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性構(gòu)建斷層圖像的目標(biāo)函數(shù)，并在目標(biāo)函數(shù)中引入正則化項(xiàng)，通過(guò)迭代求解目標(biāo)函數(shù)，最終獲得高分辨率、低噪聲的CT重建圖像。其中，經(jīng)典的正則化包括字典學(xué)習(xí)、低秩張量分解和全變分（Total Variation，TV）及其變體。但統(tǒng)計(jì)迭代重建方法因需要迭代求解尋優(yōu)，計(jì)算量大。（4）相較于上述傳統(tǒng)方法，基于深度學(xué)習(xí)的低劑量CT成像方法因其學(xué)習(xí)特性表現(xiàn)出極佳性能，包括基于深度學(xué)習(xí)的投影數(shù)據(jù)恢復(fù)方法、基于深度學(xué)習(xí)的CT圖像恢復(fù)方法以及基于深度學(xué)習(xí)的投影-圖像跨域重建方法。

雖然當(dāng)前基于深度學(xué)習(xí)的低劑量CT成像方法在性能上優(yōu)于傳統(tǒng)方法，但多為單一低劑量水平下的成像，如減低至常規(guī)劑量的1/4或1/8。當(dāng)輸入數(shù)據(jù)的劑量水平未知，或者超出訓(xùn)練數(shù)據(jù)集的劑量水平范圍，網(wǎng)絡(luò)的性能將受到影響。此外，在臨床螺旋CT掃描協(xié)議中，常根據(jù)人體的不同部位進(jìn)行自動(dòng)管電流調(diào)制曝光，所采集的不同角度投影數(shù)據(jù)有較寬范圍的劑量水平，進(jìn)一步影響現(xiàn)有低劑量螺旋CT深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)的性能。

為解決上述問(wèn)題，研究針對(duì)自動(dòng)曝光技術(shù)（AEC）的任意低劑量水平螺旋CT投影數(shù)據(jù)恢復(fù)方法，本文設(shè)計(jì)了一種基于三維小波殘差密集群網(wǎng)絡(luò)（3DWGRDN）結(jié)構(gòu)的螺旋CT投影數(shù)據(jù)恢復(fù)模型，可實(shí)現(xiàn)任意低劑量水平的螺旋CT投影數(shù)據(jù)恢復(fù)。

1 方法

1.1 螺旋CT投影數(shù)據(jù)測(cè)量模型

在統(tǒng)計(jì)上，螺旋CT投影數(shù)據(jù)的測(cè)量模型近似服從于“泊松+高斯”的聯(lián)合分布，其公式表達(dá)為：

信息化對(duì)區(qū)域創(chuàng)新能力的影響——馬太效應(yīng)存在嗎....................................................................................................................................張 騫 吳曉飛（1）

其中，P表示對(duì)數(shù)變換后探測(cè)器單元處的正常劑量投影值。

(3) 對(duì)于屏蔽門(mén)打火等情況，應(yīng)找出問(wèn)題的根本原因并進(jìn)行處理，不能一味地靠常閉車(chē)站鋼軌電位限制裝置來(lái)解決。

公式（1）和（2）表明，螺旋CT投影數(shù)據(jù)中的噪聲與其期望值高度相關(guān)，在同一劑量水平下，對(duì)不同的病人進(jìn)行掃描獲取的投影數(shù)據(jù)中的噪聲水平不同。另一方面，在臨床螺旋CT掃描中，X射線(xiàn)球管曝光采用的AEC技術(shù)是依據(jù)患者定位像中X射線(xiàn)衰減信息自動(dòng)生成的，如圖1所示，解剖位置不同，衰減強(qiáng)度不同，曝光劑量不同，進(jìn)而導(dǎo)致獲取的投影中的噪聲水平具有較大波動(dòng)。由此可知，由于探測(cè)數(shù)據(jù)中噪聲水平的波動(dòng)，針對(duì)單一劑量水平進(jìn)行訓(xùn)練的模型難以泛化至其他劑量水平，限制了此類(lèi)方法在臨床中曝光劑量復(fù)雜多變的情況下的應(yīng)用。

1.2 基于噪聲估計(jì)的螺旋CT投影數(shù)據(jù)恢復(fù)模型

公式（9）中，為投影數(shù)據(jù)VGG-19網(wǎng)絡(luò)輸出特征的像素?cái)?shù)量。范數(shù)損失表示如下：

其中∈(0,0.5)，對(duì)于函數(shù)，＜0 時(shí)，φ=1，否則φ=0。

不同于一般針對(duì)于單一劑量水平的投影數(shù)據(jù)恢復(fù)模型，本文提出的投影數(shù)據(jù)恢復(fù)模型輸入的訓(xùn)練數(shù)據(jù)為隨機(jī)的低劑量水平投影數(shù)據(jù)，因此噪聲估計(jì)模塊的引入可以為不同低劑量水平投影數(shù)據(jù)的恢復(fù)過(guò)程提供更多的參考信息。此外，本文所設(shè)計(jì)模型的輸入數(shù)據(jù)為三維容積數(shù)據(jù)，輸出結(jié)果為三維容積數(shù)據(jù)的中間層投影，該策略可以充分利用連續(xù)投影數(shù)據(jù)之間的冗余信息，在投影數(shù)據(jù)恢復(fù)過(guò)程中更完整地保留組織結(jié)構(gòu)特征。

1.3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

在本文提出的方法中，噪聲估計(jì)模塊與投影數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊采用相同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，三維小波殘差密集群網(wǎng)絡(luò)（3DWGRDN）。該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由多尺度小波網(wǎng)絡(luò)（MWCNN）進(jìn)行擴(kuò)展，在其中引入殘差密集群網(wǎng)絡(luò)塊（GRDN Block）結(jié)構(gòu)，如圖3所示。該結(jié)構(gòu)由上至下共分為三級(jí)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)和三級(jí)收縮網(wǎng)絡(luò)。在擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)中，輸入數(shù)據(jù)先通過(guò)第一層的卷積操作進(jìn)行尺度變換，然后分三級(jí)依次進(jìn)行三維離散小波變換（3D-DWT）和殘差密集群網(wǎng)絡(luò)塊（GRDN Block）處理。在收縮網(wǎng)絡(luò)中，最終擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)輸出結(jié)果分三級(jí)依次經(jīng)過(guò)三維離散小波逆變換（3D-IDWT）、與同級(jí)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)輸出結(jié)果逐像素相加以及殘差密集群網(wǎng)絡(luò)塊進(jìn)行不同尺度的信息融合。三維離散小波變換（逆變換）與殘差密集群網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合可以利用更深層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)圖像不同頻率特征的提取以及融合，從而獲得更好的投影數(shù)據(jù)恢復(fù)效果。

圖4 為殘差密集群網(wǎng)絡(luò)塊結(jié)構(gòu)。殘差密集塊（Residual Dense Block，RDB）共含有四個(gè)卷積層，將每一層的卷積輸入與之前所有的卷積層輸出結(jié)果級(jí)聯(lián)，最終初始輸入數(shù)據(jù)與最后一層卷積結(jié)果逐像素相加獲得RDB模塊輸出結(jié)果，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得模型專(zhuān)注于含噪圖像與目標(biāo)圖像殘差的學(xué)習(xí)。在GRDN Block（Group Residual Dense Network Block）中，首先連續(xù)三次實(shí)現(xiàn)RDB操作，然后級(jí)聯(lián)所有RDB模塊輸出結(jié)果，使之前的RDB特征在卷積操作階段實(shí)現(xiàn)融合，并將第一個(gè)卷積層輸出與初始輸入進(jìn)行像素級(jí)加和，最后使用一個(gè)卷積層實(shí)現(xiàn)尺度變換。

三維小波殘差密集群網(wǎng)絡(luò)中采用三維離散小波變換（3D-DWT）及其逆變換（3D-IDWT）實(shí)現(xiàn)三維螺旋CT投影數(shù)據(jù)的分解和不同特征圖信息的融合，將離散小波變換與逆變換結(jié)合在卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)學(xué)習(xí)濾波核，實(shí)現(xiàn)不同子帶圖像的特征提取與映射，由此避免傳統(tǒng)U形網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中由池化層及上采樣層所引起的分辨率丟失，從而保持特征圖的銳利度。圖5表示一次3D-DWT的過(guò)程，即對(duì)一個(gè)三維特征圖依次從三個(gè)方向進(jìn)行一維小波分解，獲得八個(gè)具有不同頻率特性的子帶圖像：X、X、X、X、X、X、X、X。例如，經(jīng)過(guò)三維Haar變換之后，X在點(diǎn)(,,)可計(jì)算為：

加強(qiáng)與“兩新”組織出資人、負(fù)責(zé)人溝通交流，堅(jiān)持“引導(dǎo)不主導(dǎo)、參與不干預(yù)、協(xié)調(diào)不強(qiáng)制、監(jiān)督不包攬”的原則，加強(qiáng)政治引領(lǐng)，充分發(fā)揮團(tuán)結(jié)凝聚、組織協(xié)調(diào)、引導(dǎo)監(jiān)督等作用，幫助解決生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)、黨建工作等方面的難題。為企業(yè)發(fā)展創(chuàng)造價(jià)值收益、為企業(yè)發(fā)展建言獻(xiàn)策、為重點(diǎn)任務(wù)突擊出力、為經(jīng)營(yíng)活動(dòng)牽線(xiàn)搭橋，以黨建推動(dòng)企業(yè)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)黨建與企業(yè)深度融合、齊頭并進(jìn)，不斷激發(fā)企業(yè)發(fā)展活力，轉(zhuǎn)變業(yè)主存在的“重發(fā)展、輕黨建”觀念，達(dá)成黨建工作是企業(yè)發(fā)展“助推器”的共識(shí)，真正實(shí)現(xiàn)黨建與發(fā)展的互利雙贏，用實(shí)效凝聚“兩新”組織信黨、擁黨、愛(ài)黨、為黨。

其逆變換結(jié)果可推導(dǎo)得到：

1.4 損失函數(shù)

文化是旅游的靈魂，只有讓文化不斷“活化”，讓游客感知到，才能發(fā)揮“靈魂”的作用。泰伯廟是傳承吳文化重要的歷史遺址。在做好歷史文化遺址的現(xiàn)代開(kāi)發(fā)方面，注重激活承擔(dān)中國(guó)文化的傳承者與守望者的主體意識(shí)，讓群眾認(rèn)識(shí)到，旅游的本質(zhì)也是一種精神文化活動(dòng)，是滿(mǎn)足旅游審美需求的社會(huì)文化現(xiàn)象，是文化創(chuàng)造同時(shí)也是文化消費(fèi)的一種活動(dòng)。

在模型的訓(xùn)練過(guò)程中，以常規(guī)劑量水平（200 mAs）為參考，隨機(jī)生成不同低劑量水平的投影數(shù)據(jù)作為網(wǎng)絡(luò)的輸入，其范圍可設(shè)置為常規(guī)劑量的1/20（10 mAs）至1/4（50 mAs），即公式（2）中的劑量縮放因子隨機(jī)賦值的范圍為［1/20,1/4］。常規(guī)劑量水平的螺旋CT投影數(shù)據(jù)則作為模型參數(shù)訓(xùn)練的目標(biāo)。所提出的模型將連續(xù)的9個(gè)投影數(shù)據(jù)堆疊構(gòu)成三維螺旋CT投影數(shù)據(jù)，并以此作為輸入，最終輸出中間的1個(gè)投影。

其中?、?分別表示沿水平方向和豎直方向的梯度算子。

對(duì)于“統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)”的財(cái)務(wù)原則而言，在財(cái)務(wù)共享平臺(tái)當(dāng)中，煤礦企業(yè)需對(duì)財(cái)權(quán)予以合理的分配，適當(dāng)放松對(duì)各個(gè)部門(mén)的絕對(duì)領(lǐng)導(dǎo)，并在條件允許的范圍中，給予他們部分自由掌控權(quán)，讓他們自行地對(duì)項(xiàng)目計(jì)劃以及預(yù)算報(bào)表等予以制定。通過(guò)對(duì)財(cái)務(wù)共享平臺(tái)的有效運(yùn)用，領(lǐng)導(dǎo)層可以對(duì)企業(yè)資產(chǎn)與資金流向進(jìn)行實(shí)時(shí)的掌握，以便于根據(jù)具體的經(jīng)營(yíng)狀況來(lái)判斷經(jīng)營(yíng)活動(dòng)是否合理，這樣既能夠提升工作效率，還可以確保資金在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的安全。其次，就過(guò)分分權(quán)的相關(guān)煤炭企業(yè)而言，需從上至下進(jìn)行大變革，通過(guò)財(cái)務(wù)共享來(lái)對(duì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)進(jìn)行牽制，增強(qiáng)對(duì)各個(gè)部門(mén)的管理，以此來(lái)確保資金的合理分配和運(yùn)用，逐漸往現(xiàn)代化企業(yè)發(fā)展。

已有研究表明，對(duì)于任意噪聲水平的螺旋CT投影數(shù)據(jù)，利用投影數(shù)據(jù)的噪聲方差引導(dǎo)投影數(shù)據(jù)恢復(fù)模型可大幅提升其恢復(fù)效果，受此啟發(fā)，本研究將利用低劑量螺旋CT投影數(shù)據(jù)的噪聲方差圖引導(dǎo)其恢復(fù)，然而實(shí)際應(yīng)用中正常劑量投影及入射X射線(xiàn)強(qiáng)度不可獲得，無(wú)法應(yīng)用式（2）估計(jì)低劑量螺旋CT投影數(shù)據(jù)的噪聲方差，因此，本文構(gòu)建深度學(xué)習(xí)模型從低劑量螺旋CT投影數(shù)據(jù)本身估計(jì)其噪聲方差。

綜上所述，對(duì)于投影數(shù)據(jù)恢復(fù)任務(wù)來(lái)說(shuō)，目標(biāo)函數(shù)的構(gòu)建主要有噪聲估計(jì)損失和投影數(shù)據(jù)恢復(fù)損失構(gòu)成，其網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)函數(shù)表示為：

服務(wù)升級(jí)，品牌演出提升市民文化修養(yǎng)。以公共文化品牌滿(mǎn)足大眾期待。強(qiáng)化“精彩365·快樂(lè)每一天”文化惠民品牌建設(shè)，整合社會(huì)資源、優(yōu)化文化產(chǎn)品供給。打造“建鄴書(shū)房”“濱江之夏音樂(lè)節(jié)”“江心洲露天電影節(jié)”“24小時(shí)美術(shù)館”特色品牌，不斷延伸品牌內(nèi)涵，推出多個(gè)針對(duì)細(xì)分受眾的子品牌，涵蓋戲劇、歌舞、話(huà)劇、影視等形式，構(gòu)建公共文化品牌集群。

上式中，λ、λ和λ表示對(duì)應(yīng)各部分損失函數(shù)的權(quán)重參數(shù)。

1.5 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

以“The 2016 NIH-AAPM-Mayo Clinic Low Dose CT Grand Challenge”的臨床公開(kāi)數(shù)據(jù)集作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)提出的基于三維小波殘差密集群結(jié)構(gòu)的低劑量螺旋CT投影數(shù)據(jù)恢復(fù)模型進(jìn)行訓(xùn)練和測(cè)試。該數(shù)據(jù)集使用SIMENS公司64排螺旋CT機(jī)（Definition AS+）進(jìn)行掃描，共10例患者，包括從胸腔到骨盆的螺旋投影集，掃描條件為管電流200 mAs，管電壓120 kVp。實(shí)驗(yàn)隨機(jī)從10例臨床數(shù)據(jù)中挑選8例作為模型的訓(xùn)練集，另外2例分別作為測(cè)試集與驗(yàn)證集。

項(xiàng)目啟動(dòng)伊始，就以多批次等強(qiáng)度工作，替代“前期沒(méi)事干”的常態(tài)。保持一個(gè)緊張、恒定的推進(jìn)速度。將短期進(jìn)度計(jì)劃按需求和項(xiàng)目單位進(jìn)行離散，隨之將每期工作繼續(xù)拆分成若干沖刺段，每次沖刺只解決一個(gè)核心問(wèn)題，嚴(yán)禁一張假大空的甘特圖，必須拆分。且每次沖刺的隊(duì)員要最大程度地輪換。以多輪次迭代匯聚成交付產(chǎn)品。

滯回曲線(xiàn)是在力的往復(fù)加載作用下得到的荷載-變形曲線(xiàn).它反映出結(jié)構(gòu)在反復(fù)受力過(guò)程中的變形特征、剛度退化及能量消耗，是確定恢復(fù)力模型和進(jìn)行非線(xiàn)性地震反應(yīng)分析的依據(jù)，體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的抗震性能[9].圖5為本文不同構(gòu)件的T-θ滯回曲線(xiàn)，縱軸T為施加的扭矩，橫軸θ為扭轉(zhuǎn)角.

深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)框架中使用的三維卷積核大小為3×3×3，訓(xùn)練次數(shù)設(shè)置為800，學(xué)習(xí)率設(shè)置為=10，每迭代250次，學(xué)習(xí)率調(diào)整為0.5×，使用RMSprop優(yōu)化算法迭代模型參數(shù)，動(dòng)量設(shè)置為0.9。

實(shí)驗(yàn)采用當(dāng)前流行的圖像域低劑量CT恢復(fù)模型殘差編碼解碼卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、迭代殘差卷積網(wǎng)絡(luò)以及多尺度小波殘差網(wǎng)絡(luò)作為對(duì)比實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷木W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，后文中分別表示為REDCNN、IRLNet、MWResNet。為比較本文提出的恢復(fù)模型與現(xiàn)有低劑量CT圖像恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)對(duì)不同低劑量水平數(shù)據(jù)恢復(fù)效果的差異，實(shí)驗(yàn)選定通過(guò)常規(guī)劑量CT仿真的1/15（13 mAs）、1/10（20 mAs）兩種低劑量水平螺旋CT投影數(shù)據(jù)作為測(cè)試數(shù)據(jù)。由于對(duì)比模型僅針對(duì)相同劑量水平CT圖像進(jìn)行恢復(fù)，因此先分別利用1/10常規(guī)劑量和1/15常規(guī)劑量重建圖像及對(duì)應(yīng)的正常劑量圖像進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，得到針對(duì)這兩種低劑量水平的CT 圖像恢復(fù)模型。其中，IRLNet（1/10）、MWResNet（1/10）和REDCNN（1/10）表示為利用1/10常規(guī)劑量數(shù)據(jù)訓(xùn)練的網(wǎng)絡(luò)；IRLNet（1/15）、MWResNet（1/15）和REDCNN（1/15）則表示為利用1/15常規(guī)劑量數(shù)據(jù)訓(xùn)練的網(wǎng)絡(luò)。

為定量地評(píng)估不同CT恢復(fù)模型的性能，本研究選取了三個(gè)常用的量化指標(biāo)，分別為歸一化均方誤差（NMSE），峰值信噪比（PSNR）以及結(jié)構(gòu)相似性（SSIM）。歸一化均方誤差和峰值信噪比可以明確表現(xiàn)圖像的噪聲去除水平，結(jié)構(gòu)相似性指標(biāo)可以量化地說(shuō)明圖像恢復(fù)過(guò)程中的結(jié)構(gòu)保持情況。并利用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，采用曼-惠特尼U檢驗(yàn)。

那段時(shí)間，我一直頂著人們的冷眼在城里穿梭。我心里陰暗潮濕，簡(jiǎn)直要發(fā)霉了。那個(gè)猜不透的佟老板，還有我經(jīng)歷的那場(chǎng)車(chē)禍，這一切我越來(lái)越覺(jué)得混亂了。再看看原先魚(yú)塘的地方，樓房正一天天長(zhǎng)高，像個(gè)巨大的陰影立在那里，我的五臟六腑都被那陰影壓迫著。

六名臨床影像醫(yī)師對(duì)70張測(cè)試圖像的整體圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)分（10分制），并利用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。評(píng)分結(jié)果以“均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差”表示，分析中＜0.05表明差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。圖像質(zhì)量評(píng)分采用曼-惠特尼檢驗(yàn)，檢驗(yàn)本文所提出方法與對(duì)比方法結(jié)果的總體均值是否有顯著的差別。

為驗(yàn)證噪聲估計(jì)模塊對(duì)于后續(xù)投影數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊的指導(dǎo)作用，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了一種僅含投影數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊（Denoising only）的模型，與加入噪聲估計(jì)模塊（NE）的網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中，兩種模型均采用三維小波殘差密集群網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，且同樣以隨機(jī)低劑量水平仿真數(shù)據(jù)作為輸入。

2 結(jié)果

2.1 不同低劑量水平CT圖像恢復(fù)效果

圖6展示1/10常規(guī)劑量數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)結(jié)果，顯示窗為［-160,240］HU。如圖所示，（A）LD與（B）HD分別表示1/10常規(guī)劑量螺旋CT投影數(shù)據(jù)與正常劑量螺旋CT投影數(shù)據(jù)重建圖像。（D）、（E）、（F）是以1/10常規(guī)劑量作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)圖像，分別對(duì)應(yīng)IRLNet（1/10）、MWResNet（1/10）、REDCNN（1/10）。（G）、（H）、（I）是以1/15常規(guī)劑量作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)圖像，分別對(duì)應(yīng)IRLNet（1/15）、MWResNet（1/15）、REDCNN（1/15）。（C）表示本文所提出網(wǎng)絡(luò)3DWGRDN恢復(fù)后投影數(shù)據(jù)重建的圖像。綠框區(qū)域箭頭所示的病灶可觀察出低對(duì)比度陰影部分恢復(fù)效果，紅色區(qū)域主要顯示肝部紋理細(xì)節(jié)特征。在以1/10常規(guī)劑量作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)中，恢復(fù)圖像（D）、（F）噪聲與偽影都得到了抑制，而恢復(fù)圖像（E）在肝部亮斑處失真最嚴(yán)重，未得到良好恢復(fù)。在以1/15常規(guī)劑量作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)圖像（G）、（H）、（I）中，圖像的噪聲與偽影同樣得到抑制，但是恢復(fù)圖像在肝部存在的陰影和亮斑結(jié)構(gòu)都存在模糊，未得到良好恢復(fù)。例如綠框所示的病灶區(qū)域，對(duì)于低對(duì)比度的部分陰影，1/15數(shù)據(jù)訓(xùn)練恢復(fù)模型的恢復(fù)圖像顯得更模糊，其邊界更難以分辨。在紅色區(qū)域中，所有的圖像域恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)的恢復(fù)圖像（D）、（E）、（F）、（G）、（H）、（I）中，結(jié)構(gòu)均被模糊并產(chǎn)生失真。本文提出的恢復(fù)策略結(jié)果（C）不僅具有明顯的偽影及噪聲去除效果，并精確的保留了結(jié)構(gòu)特征和必要的病灶，可以明顯觀察出結(jié)構(gòu)邊緣與肝部的病灶區(qū)域。

圖7展示1/15常規(guī)劑量（13 mAs）的胸腔數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)結(jié)果，顯示窗為［-1075,225］HU。如圖所示，（A）與（B）分別表示低劑量投影數(shù)據(jù)與正常劑量投影數(shù)據(jù)重建圖像。（D）、（E）、（F）是以1/10常規(guī)劑量作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)圖像，分別對(duì)應(yīng)IRLNet（1/10）、MWResNet（1/10）、REDCNN（1/10）。（G）、（H）、（I）是以1/15常規(guī)劑量作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)圖像，分別對(duì)應(yīng)IRLNet（1/15）、MWResNet（1/15）、REDCNN（1/15）。（C）表示本文所提出網(wǎng)絡(luò)3DWGRDN恢復(fù)后投影數(shù)據(jù)重建的圖像。紅色及綠色箭頭所示位置可以觀察到低劑量圖像中條形偽影在不同模型中的恢復(fù)情況。在以1/15常規(guī)劑量作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)中，IRLNet（1/15）、REDCNN（1/15）的恢復(fù)圖像（G）、（I）中噪聲與偽影只得到了部分抑制，如綠色框中組織部分的條形偽影。MWResNet（1/15）恢復(fù)圖像（H）基本去除低劑量圖像中的條形偽影。在以1/10常規(guī)劑量作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)圖像（D）、（E）、（F）中，其噪聲與偽影都得到了恢復(fù)，但是其恢復(fù)效果全部出現(xiàn)不同程度的下降。例如綠框所示的條形偽影，（D）、（E）、（F）中其偽影比對(duì)應(yīng)的1/15網(wǎng)絡(luò)（G）、（H）、（I）更強(qiáng)。另外在紅色區(qū)域中，（D）、（E）、（F）、（G）、（H）、（I）在軟組織邊緣仍然存在條形偽影。本文所提出的方法恢復(fù)效果圖（C）具有良好的偽影、噪聲去除效果和結(jié)構(gòu)保持程度。

表1和表2分別展示了1/10常規(guī)劑量投影數(shù)據(jù)重建圖像（圖6）和1/15常規(guī)劑量投影數(shù)據(jù)重建圖像（圖7）恢復(fù)結(jié)果的定量指標(biāo)。由表1可知，通過(guò)1/10和1/15常規(guī)劑量數(shù)據(jù)訓(xùn)練出的網(wǎng)絡(luò)對(duì)1/10常規(guī)劑量掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)時(shí)，從NMSE、PSNR、SSIM 3個(gè)定量指標(biāo)來(lái)看，1/10網(wǎng)絡(luò)均優(yōu)于1/15網(wǎng)絡(luò)。對(duì)表2進(jìn)行觀察，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與表1相反，對(duì)1/15常規(guī)劑量重建圖像來(lái)說(shuō)，在恢復(fù)效果上除MWResNet在SSIM指標(biāo)的表現(xiàn)，其余指標(biāo)均為1/15常規(guī)劑量投影數(shù)據(jù)訓(xùn)練出的網(wǎng)絡(luò)更為優(yōu)秀或持平。另外，由表1和表2可以發(fā)現(xiàn)，本文提出的3DWGRDN低劑量螺旋CT恢復(fù)模型的表現(xiàn)最好，相比于其他CT圖像恢復(fù)模型，峰值信噪比提升了0.47%（29.744329.6049）～4.12%（29.095127.9429）。結(jié)構(gòu)相似性指標(biāo)上提升最為顯著，為5.79%（0.72510.6854）～17.46%（0.73520.6259），利用SPSS軟件進(jìn)行曼-惠特尼檢驗(yàn)，值均小于0.05。

表3為7種不同低劑量CT恢復(fù)模型恢復(fù)結(jié)果的整體圖像質(zhì)量評(píng)分統(tǒng)計(jì)情況。其中，本文所提出的3DWGRDN模型整體評(píng)分最高，均值相較于其他模型提升7.19%（7.316±1.2076.825±1.160）至17.38%（7.316±1.2076.233±1.400），值最大為0.048，均小于0.05，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.2 噪聲估計(jì)模塊準(zhǔn)確性驗(yàn)證結(jié)果

圖8展示的是兩種不同低劑量水平投影數(shù)據(jù)輸入至噪聲估計(jì)模型的輸出結(jié)果。由上至下（A）、（B）、（C）、（D）分別為1/10常規(guī)劑量投影噪聲方差圖真值、1/10常規(guī)劑量投影噪聲方差圖估計(jì)結(jié)果、1/15常規(guī)劑量投影噪聲方差圖真值、1/15常規(guī)劑量投影噪聲方差圖估計(jì)結(jié)果。1/10與1/15常規(guī)劑量投影數(shù)據(jù)噪聲方差圖估計(jì)值與真實(shí)值差異的均值分別是3.80×10和1.59×10。

2.3 噪聲估計(jì)模塊必要性驗(yàn)證結(jié)果

圖9為對(duì)噪聲估計(jì)模塊的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中，兩種恢復(fù)模型的恢復(fù)結(jié)果。其中（A）為正常劑量投影數(shù)據(jù)重建圖像，（B）、（D）兩圖分別為1/10 常規(guī)劑量數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)3DWGRDN（Denoising only）和3DWGRDN（NE +Denoising）的恢復(fù)結(jié)果，（C）、（E）分別為1/15常規(guī)劑量數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)3DWGRDN（Denoising only）和3DWGRDN（NE+Denoising）的恢復(fù)結(jié)果。在1/10常規(guī)劑量數(shù)據(jù)恢復(fù)結(jié)果（B）、（D）中，兩幅圖像表征相似，但（B）圖中在肝部邊緣部分相對(duì)出現(xiàn)條狀偽影。觀察1/15常規(guī)劑量恢復(fù)圖像（C）、（E）發(fā)現(xiàn)，不含噪聲估計(jì)模塊的恢復(fù)圖像（C）無(wú)論是噪聲偽影表征，還是肝部亮斑細(xì)節(jié)都弱于圖（E）。表4為圖9所示圖像的定量評(píng)價(jià)指標(biāo)，表中數(shù)據(jù)清晰顯示，在針對(duì)于同一種低劑量水平投影數(shù)據(jù)的恢復(fù)結(jié)果中，含有噪聲估計(jì)模塊的投影數(shù)據(jù)恢復(fù)模型3DWGRDN（NE+Denoising）在NMSE、PSNR 和SSIM的指標(biāo)上均高于僅含投影數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊的模型3DWGRDN（Denoising only）。

本區(qū)表層土壤Zn含量較低，變化范圍為39.2～88.4 mg/kg，均值為56.23 mg/kg，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值(200 mg/kg)[4]，表明土壤環(huán)境質(zhì)量中單指標(biāo)Zn處于清潔狀態(tài)。

3 討論

在1/10常規(guī)劑量數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，利用噪聲水平更高的輸入數(shù)據(jù)訓(xùn)練模型時(shí)，雖然恢復(fù)結(jié)果中的噪聲得到了很好的去除，但是會(huì)出現(xiàn)邊緣以及組織細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)的損失。對(duì)比圖7展示的1/15常規(guī)劑量胸腔數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)結(jié)果以及表2的量化指標(biāo)，在噪聲水平欠估計(jì)的情況下，針對(duì)單一劑量水平進(jìn)行訓(xùn)練的恢復(fù)模型必然造成偽影去除不完全、去噪效果下降的結(jié)果。另外，綜合以上兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，可以得出結(jié)論：僅從圖像域進(jìn)行低劑量CT圖像恢復(fù)難以還原噪聲特性，對(duì)于結(jié)構(gòu)性的偽影去除效果不如本文所使用的低劑量螺旋CT投影數(shù)據(jù)處理方法，容易對(duì)診斷過(guò)程造成誤導(dǎo)。在本文提出的3DWGRDN中，不僅在兩種低劑量水平下都有最佳的偽影及噪聲去除效果，并精確的保留了結(jié)構(gòu)特征和必要的病灶，可以明顯觀察出結(jié)構(gòu)邊緣與肝部的病灶區(qū)域。對(duì)于定量指標(biāo)評(píng)價(jià)，尤其在SSIM表現(xiàn)方面，本文所提出的恢復(fù)策略與普通針對(duì)單一劑量水平的低劑量去噪網(wǎng)絡(luò)相比有很大的優(yōu)勢(shì)，這主要是由于本文采用低劑量螺旋CT投影數(shù)據(jù)恢復(fù)方法并且對(duì)噪聲進(jìn)行了準(zhǔn)確的估計(jì)。

通過(guò)圖8結(jié)果發(fā)現(xiàn)，將1/10、1/15兩組低劑量水平投影數(shù)據(jù)的噪聲方差圖估計(jì)以及真值放在一起進(jìn)行比較，噪聲估計(jì)模型的輸出結(jié)果會(huì)隨著低劑量水平的變化而發(fā)生改變，其趨勢(shì)與真實(shí)投影數(shù)據(jù)的噪聲方差圖相同。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了本文所使用的噪聲估計(jì)模塊的準(zhǔn)確性。

立春儀 立春是二十四節(jié)氣之一，又能 稱(chēng)“打春”。傳統(tǒng)習(xí)俗以立春為春季的開(kāi)始，達(dá)斡爾族對(duì)其很重視，這一天家家戶(hù)戶(hù)要吃春餅，俗稱(chēng) “咬春”。還要給耕牛的犄角涂抹紅色，表示立春見(jiàn)喜，希望耕牛在春耕中多出力，秋天有好的收成。

在噪聲估計(jì)模塊的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)圖像分析（圖9）與定量指標(biāo)（表4）比較，噪聲估計(jì)模塊可以有效指導(dǎo)投影數(shù)據(jù)恢復(fù)工作，大幅提升低劑量投影數(shù)據(jù)恢復(fù)效果。其結(jié)果證明在缺乏噪聲估計(jì)模塊時(shí)，即使采用相同的投影數(shù)據(jù)恢復(fù)模型，恢復(fù)后螺旋CT投影數(shù)據(jù)的重建圖像仍會(huì)產(chǎn)生偽影。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了投影噪聲估計(jì)模塊的必要性。

本文所提出的低劑量螺旋CT投影數(shù)據(jù)恢復(fù)方法主要貢獻(xiàn)在于實(shí)現(xiàn)了任意低劑量水平投影數(shù)據(jù)的穩(wěn)定恢復(fù)，繼而可以重建得到噪聲水平下降、低劑量掃描引起的偽影被有效去除的斷層圖像。其中，初始低劑量螺旋CT投影數(shù)據(jù)信息使用噪聲估計(jì)模塊估計(jì)出噪聲方差圖，投影數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊將估計(jì)的噪聲方差圖作為指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)不同劑量水平的投影數(shù)據(jù)恢復(fù)。兩個(gè)模塊均使用三維小波殘差密集群網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過(guò)三維離散小波變換及其逆變換實(shí)現(xiàn)恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)中圖像的下采樣和上采樣。低劑量螺旋CT投影數(shù)據(jù)依靠小波變換（逆變換）的正交性，在經(jīng)過(guò)圖像特征提取與重組后，依然保持信息的完整，有效避免了恢復(fù)圖像中出現(xiàn)的新偽影和組織結(jié)構(gòu)失真現(xiàn)象。對(duì)于噪聲估計(jì)模塊，針對(duì)單一噪聲水平的一般恢復(fù)模型恢復(fù)噪聲級(jí)別更高的圖像會(huì)出現(xiàn)去噪不足，保留明顯的偽影；恢復(fù)噪聲級(jí)別更低的圖像會(huì)出現(xiàn)模糊效果。因此，本文提出策略利用非對(duì)稱(chēng)損失對(duì)真實(shí)噪聲進(jìn)行學(xué)習(xí)，提高對(duì)真實(shí)噪聲估計(jì)的泛化能力，更好的實(shí)現(xiàn)去噪效果。

值得注意的是，由于本文所提出的模型關(guān)鍵點(diǎn)在于估計(jì)低劑量螺旋CT投影數(shù)據(jù)中噪聲方差圖，用于引導(dǎo)低劑量投影數(shù)據(jù)恢復(fù)。如果直接對(duì)投影數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)，盡管可以實(shí)現(xiàn)有效的去噪效果，但是由于投影數(shù)據(jù)恢復(fù)方法的局限性，其重建圖像結(jié)果會(huì)出現(xiàn)模糊效應(yīng)。

本工作在未來(lái)的研究可從兩個(gè)方面開(kāi)展，對(duì)于噪聲方差圖的估計(jì)準(zhǔn)確性提升和尋找更為有效的利用方式。噪聲估計(jì)模塊輸出結(jié)果的準(zhǔn)確性與后續(xù)投影數(shù)據(jù)恢復(fù)效果具有很強(qiáng)的相關(guān)性，如何設(shè)計(jì)更為有效的噪聲估計(jì)模型實(shí)現(xiàn)噪聲方差圖的準(zhǔn)確估計(jì)將是本研究的下一步方向；另外，在下一步研究中，需要探索其他方法通過(guò)估計(jì)出的噪聲方差圖信息來(lái)更好地實(shí)現(xiàn)低劑量螺旋CT投影數(shù)據(jù)及其重建圖像的恢復(fù)任務(wù)。

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