一个端到端的CT仿真框架，配备图形用户界面和示例扫描仪模型

《MEDICAL PHYSICS》：An end-to-end CT simulation framework with graphical user interface and sample scanner models

虚拟成像试验工具开发与验证 CT模拟框架整合DukeSim并采用Web GUI和Python脚本实现灵活操作，结合物理投影（Ray-tracing+Monte Carlo）和MCR重建工具，验证跨平台环境下的准确性与兼容性，支持多种CT设备建模与优化

　　

摘要

背景

虚拟成像试验（VIT）通过患者和扫描设备的计算模型来促进医学成像实验。为了在医学成像领域得到广泛采用，VIT工具不仅需要准确，还需要具备鲁棒性和用户友好性。

目的

开发一个经过验证的端到端CT仿真框架，该框架提供基于脚本和图形用户界面（GUI），便于安装，并能在多种计算环境中稳定运行。

方法

一个先前经过验证的CT模拟器（DukeSim）被整合成一个端到端框架，包含四个主要组成部分：（1）一个受临床扫描仪控制台启发的基于Web的GUI；（2）一个作为灵活入口点的Python包装脚本；（3）一个利用光线追踪和蒙特卡洛方法的基于物理的CT投影器；（4）一个支持滤波反投影和迭代技术的供应商中立的重建模块（MCR Toolkit）。基于NodeJS和Express服务器配置开发的基于Web的GUI用于选择协议和扫描仪配置并启动CT模拟。DukeSim软件被打包成三种类型的软件包，具有严格的版本控制、测试、错误跟踪和发布流程。此外，通过开发模拟传统CT扫描仪特性的示例模型，展示了该软件的功能和潜在用途。

结果

成功开发了集成CT仿真框架，使其能够在虚拟成像试验中无缝应用并具有广泛适用性。此外，对传统扫描仪的建模和验证证明了该框架能够准确表示各种临床相关的扫描仪。

结论

这项工作代表了CT仿真工具的重大进展，提供了一个端到端、经过验证且功能强大的解决方案，适用于虚拟成像试验。该软件能够灵活模拟各种CT技术，结合其用户友好的界面和经过验证的准确性，使其成为推动CT技术研究、评估和优化的宝贵工具。

利益冲突声明

与本研究无关的是，Ehsan Abadi与西门子（Siemens）、通用电气（GE）和Silomedics, LLC存在关联。Ehsan Samei与通用电气（GE）、西门子（Siemens）、Imalogix、12Sigma、SunNuclear、Metis Health Analytics、Silomedics、剑桥大学出版社（Cambridge University Press）以及Wiley and Sons存在关联。其他作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。