iDose4迭代重建技術對低劑量肺部CT圖像影響的模型及臨床研究.pdf

1、[研究背景]
　　 隨著多層螺旋CT的發(fā)展及廣泛普及，其應用數(shù)量急劇增加，CT檢查的輻射劑量問題已經(jīng)成為目前臨床研究熱點之一，低劑量掃描已廣泛應用于肺癌篩查，目前用于肺部篩查的合適劑量約30mAs-50mAs，劑量降低幅度太大時圖像噪聲水平提高，圖像質(zhì)量下降進而影響診斷[1]。近來低劑量研究的重點從前期單純降低毫安秒到目前聯(lián)合改進重建算法以求在降低有效輻射劑量改善圖像質(zhì)量方面有所突破。CT技術自誕生以來，解析重建(analyti

2、creconstructionAR)和迭代重建(iterativereconstructionIR)是兩種基本方法。濾波反投影法(FilteredBackProjection，F(xiàn)BP)是解析重建的主要算法，因其運算構建系統(tǒng)簡單和速度快成為CT常規(guī)重建技術而被各廠商應用[2]，而該方法在保證圖像質(zhì)量的前提下降低劑量的幅度是有限的。迭代重建算法并不是新興的重建技術，曾用于第一臺商用CT機，但因重建速度慢以及運算構建復雜等缺點被臨床廢棄[3]

3、。相比FBP技術，IR算法能在顯著降低劑量的同時選擇性去除噪聲。獲得較好的圖像質(zhì)量[4]，故在當今對低劑量迫切要求的發(fā)展趨勢下迭代重建技術又重新應用于臨床[5]。近來各廠商相繼推出的迭代重建技術如：西門子IRIS、東芝ADIR、GEASIR、飛利浦iDose4等，其主要考慮即對低劑量掃描的原始數(shù)據(jù)進行迭代重建以求在輻射劑量及圖像質(zhì)量方面有所突破。本研究應用Philips256-iCT通過模型及臨床對照研究相結(jié)合的方法探討iDose4迭代

4、重建算法對肺部平掃圖像的影響，研究其降低圖像噪聲的效果，尋求較合適的低劑量掃描方案。
　　 第一部分，迭代重建算法對低劑量CT顯示肺結(jié)節(jié)及其圖像質(zhì)量影響的模型研究
　　 [目的]
　　 探討iDose4高級迭代重建算法(iterativereconstructionIR)與濾波反投影法(filteredbackprojectionFBP)對低劑量螺旋CT發(fā)現(xiàn)GGO和部分實性結(jié)節(jié)及其圖像質(zhì)量的影響。
　　

5、[材料和方法]
　　 1、采用PhilipsBrilliance256層iCT。應用常規(guī)劑量100mAs(我院胸部CT平掃健康體檢日常劑量)作為對照組，3種低劑量組(50mAs/25mAs/15mAs)，對包含有模擬結(jié)節(jié)的肺模型進行掃描，其他參數(shù)一致：120kVp，準直128×0.625mm，螺距0.915，0.5s/Rot，層厚5mm，F(xiàn)OV257mm。掃描結(jié)束記錄不同掃描條件主機顯示的單次掃描CT劑量加權指數(shù)(CTDIvol

6、)和劑量長度乘積(DLP)兩項指標。采用FBP及iDose4(1-6)水平重建比例對原始數(shù)據(jù)進行離線重建，層厚1mm。以100mAs聯(lián)合FBP重建作為對照組。
　　 2、CT圖像質(zhì)量分析：測量不同序列上肺近似胸鎖關節(jié)層面、中肺近似主肺動脈窗層面及下肺近似右下肺靜脈3個層面1mm軸位圖像肺CT值及其標準差(SD)，取6個ROICT值標準差的平均值作為每層面的平均CT值標準差(MSD)評價圖像噪聲，由我院兩名有經(jīng)驗的胸部放射學專家對

7、各組圖像結(jié)節(jié)的顯示及其質(zhì)量分等級進行評估。定義標準參數(shù)為100mAs聯(lián)合FBP重建。
　　 [結(jié)果]
　　 1、不同掃描條件的輻射劑量：四種毫安秒組(120kVp/100mAs、50mAs、25mAs、15mAs)有效輻射劑量(ED)為2.45mSv、1.22mSv、0.61mSv、0.36mSv，低劑量組輻射劑量較100mAs組降低約50.85-3％。
　　 2、不同毫安秒及重建算法組合時，肺模型肺實質(zhì)CT值測

8、量無統(tǒng)計學差異(P>0.05)。平均CT值標準差(MSD)隨著毫安秒降低而增大(P=0.000)，3個低劑量組采用FBP重建MSD與對照組均有統(tǒng)計學差異。同一毫安秒組內(nèi)隨著iDose4迭代重建水平的提高MSD值逐漸減小(P=0.000)，50mAs選擇iDose4-1臨界水平與100mAs無明顯差異；25mAs采用iDose4-4水平重建圖像較FBP圖像噪聲改善(MSD下降約38.49％)，與100mAsFBP比較無明顯差異；15mAs

9、采用低比例(iDose41-5水平)重建時圖像MSD值與100mAsFBP組存在不同程度差異(P<0.05)，采用iDose4-6重建較FBP圖像噪聲改善(MSD下降約60.99％)，與100mAsFBP組無明顯差異(P>0.05)。
　　 3、15mAs采用FBP重建圖像與100mAsFBP圖像一致性較差(kappa<0.4)，結(jié)節(jié)評分偏低。25mAs采用iDose4-4、15mAs采用iDose4-6水平重建圖像與100mA

10、s采用FBP掃描一致性較好(0.4≤kappa<0.75)；
　　 [結(jié)論]
　　 iDose4迭代重建算法與FBP相比能降低圖像噪聲，實驗條件下50mAs選擇iDose4-1臨界水平，25mAs選擇iDose4-4臨界水平，15mAs選擇iDose4-6水平可以作為肺部低劑量篩查的管電流與iDose4迭代重建水平可選組合方案。
　　 第二部分，迭代重建算法對肺部低劑量CT圖像質(zhì)量的臨床研究
　　 [目的

11、]
　　 比較iDose4高級迭代重建算法(iterativereconstructionIR)與常規(guī)濾波反投影法(filteredbackprojectionFBP)對肺部低劑量平掃圖像質(zhì)量的影響。
　　 [材料和方法]
　　 1、收集我院2011年8月-10月擬行胸部體檢的無肺部臨床癥狀的門診或住院病人144例患者，男性86例，女性58例，年齡18-75歲，平均47.5歲。分別采用常規(guī)劑量(選用我院胸部平掃日

12、常劑量)組A：100mAs(n=40)、低劑量組B：50mAs(n=40)、C：25mAs(n=40)、D：15mAs(n=24)進行掃描。
　　 2、CT檢查方法：采用PhilipsBrilliance256層iCT掃描機進行全肺屏氣掃描，掃描范圍自肺尖至肺底，除毫安秒外其它參數(shù)保持一致：分別為120kVp，準直128×0.625mm，螺距0.915，F(xiàn)OV280-330mm，0.5s/Rot，層厚5mm，掃描前訓練病人屏氣，

13、掃描中病人屏氣良好，所有圖像均無呼吸運動偽影。掃描結(jié)束記錄不同掃描條件主機顯示的單次掃描CT劑量加權指數(shù)(CTDIv)和劑量長度乘積(DLP)兩項指標。對掃描原始數(shù)據(jù)均采用FBP及iDose4-4和6水平進行離線重建，層厚1mm，以100mAs聯(lián)合FBP重建作為對照組。
　　 3、由兩名有經(jīng)驗的主治以上醫(yī)師對圖像質(zhì)量分等級進行評估，并測量不同序列肺尖部胸鎖關節(jié)層面、主肺動脈窗層面及右下肺靜脈3個層面肺組織及同一層面右側(cè)肩胛骨區(qū)肌

14、肉組織1mm軸位圖像同一部位CT值及其標準差(SD)，比較不同管電流和重建算法掃描圖像噪聲(MSD)、CNR、SNR的大小。
　　 [結(jié)果]
　　 1、ABCD四組ED分別為2.73±0.27mSv，1.30±0.17mSv和0.66±0.08mSv，0.46±0.02mSv；低劑量組ED較100mAs組分別降低52.37％，75.8％和83.2％；
　　 2、不同管電流及重建算法組合時肺實質(zhì)CT值無統(tǒng)計學差異(

15、P>0.05)。50mAs采用FBP重建圖像較100mAsFBP組無明顯差異，采用iDose4-4和6水平重建較100mAsFBP組比較MSD肺尖部降低(27.52％、43.13％)，中肺(20.25％、32.94％)，下肺(17.26％、33.46％)，3個層面CNR及SNR均較對照組增大。25mAs采用FBP重建圖像較100mAsFBP組3個層面MSD值分別增加約40.46％、36.86％、35.89％；采用iDose4-4圖像較1

16、00mAsFBP組MSD、CNR及SNR均無統(tǒng)計學差異(P>0.05)。15mAs采用FBP及iDose4-4重建圖像較100mAsFBP組比較MSD、CNR及SNR均有統(tǒng)計學差異(P<0.05)：采用iDose4-6圖像與100mAsFBP組相比3個部位MSD無明顯差異(P>0.05)，3個層面CNR及SNR均低于100mAsFBP組。
　　 3、降低毫安秒肺尖部MSD增加顯著，采用迭代重建算法噪聲顯著改善。
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