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《浙江大学》 2012年
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迭代重建技术在体部低剂量CT检查中的应用和图像质量评价

胡秀华  
【摘要】:第一部分图像域迭代重建(IRIS)在胸部CT平扫中的应用初探 目的评价采用图像域迭代重建(Iterative Reconstruction in Image Space, IRIS)算法重建的胸部CT平扫图像的质量,和使用该算法减少胸部CT辐射剂量的潜力。材料与方法本研究包括CT水模实验和患者实验两部分。 CT水模实验,以120kV/150mAs和100kV/270mAs为基准扫描条件,管电流每降低10%扫描一次,直至基准条件的40%。分别用滤波反投影(Filtered Back-projection, FBP)技术和IRIS技术重建,测量两组图像的噪声,测算IRIS技术的降噪能力。 患者实验,纳入90例胸部CT平扫的患者,随机分成3组:全剂量A组(n=30)采用标准的扫描条件,120kV/110mAs;低剂量B组(n=30)采用低电压扫描条件100kV/110mAs;低剂量C组(n=30)采用低电流扫描条件,120kV/67mAs.三组扫描分别采用FBP和IRIS算法重建,获得卷积函数(B30f和130f)互相匹配的两套图像。分别测量两套CT图像中主动脉和背阔肌的客观噪声(OIN).信噪比(SNR)和对比度噪声比(CNR)。图像的主观噪声和质量评价由两位有经验的放射诊断医师完成。低剂量B、C组采用IRIS算法重建的图像分别进行主观和客观的图像质量评价,评价结果分别与全剂量A组采用FBP算法重建的图像进行比较。90例患者实际扫描的管电流时间乘积和CT容积剂量指数由机器自动测算生成,然后采用剂量长度乘积乘以胸部转换系数(0.017mSv·mGy-1-cm-1)的方法估算扫描的有效剂量。 结果水模实验结果显示在120kV和100kV的条件下,IRIS重建的图像噪声显著低于相同扫描条件下的FBP图像,采用全剂量60%的扫描条件并使用IRIS算法重建获得图像的噪声与全剂量扫描并使用FBP算法重建获得的图像噪声接近。在患者实验中,A、B、C三组患者胸部CT平扫的有效剂量分别为3.81±0.43,2.40±0.19,和2.41±0.15mSv。与FBP算法比较,IRIS算法可显著改善图像的客观噪声、信噪比和对比度噪声比。低剂量B、C组使用IRIS算法的图像客观噪声、信噪比和对比度噪声比至少与全剂量A组使用FBP算法的图像一样。而低剂量B、C组使用IRIS算法的图像的主观噪声和图像质量评价与全剂量A组使用FBP算法的图像无显著性差异。 结论与FBP算法比较,IRIS算法能显著降低图像的噪声,但不影响分辨率;在减少40%的辐射剂量的条件下,IRIS算法仍可保持甚至改善胸部CT平扫的图像质量。 第二部分基于原始数据的迭代技术重建的半剂量腹部CT图像的质量和小病变的显示能力 目的评价采用第二代迭代技术,即基于原始数据的迭代(Sinogram Affirmed Iterative Reconstruction, SAFIRE)技术,重建的半剂量腹部CT的图像质量和小病变的显示能力。 材料和方法本研究包括标准体部模体实验和患者实验两部分。 标准体部模体实验,以120kV/250mAs和100kV/410mAs为基准扫描条件,管电流时间乘积(mAs)每降低10%扫描一次,直至基准条件的20%。分别采用滤波反投影(Filtered Back-projection, FBP)技术和SAFRIE技术重建,SAFIRE选择滤波强度3(Strength3, s3),对比FBP图像和SAFIRE_s3图像的空间分辨率、密度分辨率和客观噪声。 患者实验,60例常规腹部CT扫描的患者在平扫后(30例)或增强静脉期后(30例)增加一个半剂量序列。常规扫描采用120kV/200mAs,启用自动管电流调制技术(CARE Dose4D),半剂量序列采用120kV/100mAs,其余扫描参数同全剂量序列,但是仅覆盖以胰腺为中心的轴向10cm范围。半剂量扫描序列的原始数据采用SAFIRE算法重建,选择滤波强度3和5(Strength5, s5),获得两组半剂量迭代图像(HD-SAFIRE_s3和HD-SAFIRE_s5).全剂量序列中与半剂量序列范围相同的部分原始数据采用FBP重建,获得全剂量图像(FD-FBP).以FD-FBP组的图像为参考,评价两组半剂量迭代重建图像的客观噪声、主观噪声和解剖细节的显示能力。然后计数60例患者10cm扫描范围内肝、脾、肾三个主要的实质性脏器内长径≤2cm的小病变并评价病变的清晰度和边缘的锐利度。60例患者全剂量和半剂量扫描序列的管电流时间乘积和CT容积剂量指数由机器自动测算生成,然后采用剂量长度乘积乘以腹部转换系数(0.015mSv·mGy-1-cm-1)的方法估算扫描的有效剂量。 结果标准体部模体实验:在相同的扫描条件下,FBP图像与SAFIRE s3图像的空间分辨率、密度分辨率均一致,各组图像的线对数均≥6线对/cm。在120kV组和100kV组,mAs从100%降低至60%,密度分辨率保持2mm, mAs降至50%,密度分辨率降至3mm。在120kV和100kV组,采用SAFIRE_s3算法重建的图像噪声比FBP重建图像降低29-33%。当辐射剂量减少至基准剂量的45%时,采用SAFIRE_s3重建所得图像的噪声与基准剂量扫描采用FBP重建的图像噪声水平相当。 患者实验:在平扫和静脉期图像中,HD-SAFIRE_s3组图像的客观噪声与FD-FBP组图像基本相当,而且,增强静脉期扫描的HD-SAFIRE_s3组空气噪声低于FD-FBP组(p=0.002),而HD-SAFIRE_s5组图像的客观噪声则显著低于FD-FBP组(各p=0.000)。主观噪声评价显示在FD-FBP和HD-SAFIRE_s3组中,分别有44/60和47/60例被评为噪声合适,分别有10/60和3/60例被评为噪声过少,图像过于平滑,有统计学差异(p=0.026),而在HD-SAFIRE_s5组中,60/60例全被评价为噪声过少,图像过于平滑。在60例FD-FBP图像中,共发现了33例中83个长径2cm的小病灶,但是在半剂量扫描迭代重建的30例平扫患者中,有5个肝内小结节和1个右肾小结节(平均长径约5.5±0.5mm,范围:4.9-5.9mm)因边缘模糊被漏诊,增强的半剂量迭代图像无小结节漏诊。在图像总的诊断可接受度评价中,FD-FBP和HD-SAFIRE_s3两组中分别有47/60和42/60例被评价为完全可以接受,无统计学差异(p=0.072),但是在HD-SAFIRE_s5组中,仅16/60例被评价为完全可以接受,其他44/60例为评为基本可以接受,与FD-FBP组结果存在显著性差异(p=0.000)。 结论经客观和主观的综合评价,证明半剂量扫描SAFIRE_s3重建的图像质量与全剂量扫描采用FBP重建的图像质量基本相当,而SAFIRE s5的图像则因噪声过低而显得过于平滑。在半剂量扫描迭代重建的平扫图像中,由于病灶边缘较模糊,一部分大小接近层厚的小病灶被漏诊,但是增强的半剂量迭代重建腹部CT图像的质量和小病变的显示能力完全不逊于全剂量FBP图像。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TP391.41

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【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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