影像技术学
深度学习重建改善胸部低剂量CT图像质量的价值
中华放射学杂志, 2022,56(1) : 74-80. DOI: 10.3760/cma.j.cn112149-20210504-00441
摘要
目的

探讨深度学习重建(DLR)较混合迭代重建(Hybrid IR)在改善胸部低剂量CT(LDCT)图像质量方面的效果。

方法

回顾性分析2020年10月至2021年3月在北京协和医院行胸部LDCT体检或因肺内结节定期复查的77例患者。对所有入组患者的影像资料进行不同算法重建,获得标准级别Hybrid IR图像、标准和强级别DLR图像。在3种图像的肺实质、主动脉、肩胛下肌及腋下脂肪内选取感兴趣区并测量其CT值和标准差,用于计算信噪比(SNR)和对比噪声比(CNR)。同时,由2名影像医师按照Likert 5分量表法对图像质量进行主观评分,且记录肺磨玻璃结节(GGN)的数量,并对其显示情况进行评分。2名医师评分不一致时由第3名医师评分决定。采用Kruskal-Wallis非参数检验对3种图像的主观和客观评分进行分析,若总体存在差异,则用Bonferroni校正检验进行组内两两比较。

结果

3种图像在肺实质、主动脉、肩胛下肌及腋下脂肪处的CT值差异均无统计学意义(P均>0.05),而图像噪声、SNR和图像的CNR差异均有统计学意义(P均<0.05)。其中标准级别Hybrid IR图像、标准和强级别DLR图像的CNR分别为0.71(0.49,0.88)、1.06(0.78,1.32)和1.14(0.84,1.48)。标准级别和强级别DLR图像均较标准级别Hybrid IR图像的主观和客观噪声低及SNR和CNR高,差异均有统计学意义(P均<0.05)。在对主要解剖结构(肺裂、肺血管、气管和支气管、淋巴结、胸膜和心包)和GGN的显示上,标准级别和强级别DLR图像评分明显优于Hybrid IR图像,差异均有统计学意义(P均<0.05)。

结论

与Hybrid IR相比,DLR可以明显降低LDCT图像的噪声,且对GGN的显示良好,有助于在较低辐射剂量水平时保证图像质量,从而改善采用CT行肺癌筛查及肺结节随访的安全性。

引用本文: 王金华, 宋兰, 隋昕, 等.  深度学习重建改善胸部低剂量CT图像质量的价值 [J] . 中华放射学杂志, 2022, 56(1) : 74-80. DOI: 10.3760/cma.j.cn112149-20210504-00441.
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肺癌是我国患病率和病死率最高的肿瘤1。研究显示磨玻璃结节(ground-glass nodule,GGN)进展为肺癌的风险很高,其CT表现与肺腺癌侵袭程度密切相关2, 3。早期检出GGN并对其进行定期随访、监测,有助于降低肺癌的发病率。目前,CT的广泛使用使得GGN的检出率明显提高,但同时存在辐射剂量负担增加等风险。美国国立综合癌症网络关于肺癌筛查指南推荐将低剂量CT(low-dose CT,LDCT)作为最佳筛查方式,并指出定期监测GGN能有效降低肺癌高危人群的病死率4。而实现低剂量扫描的重要方法是降低管电压和管电流5。应用传统的滤波反投影(filtered-back projection,FBP)对获得的低剂量CT图像进行重建,会导致图像噪声和伪影增加,图像质量降低而不能满足诊断需求6, 7。近年来研究者致力于改善图像质量,发明了混合迭代重建(hybrid iterative reconstruction,Hybrid IR)和全模型迭代重建(model-based iterative reconstruction,MBIR)等重建算法。这些算法能够显著降低图像噪声、改善图像质量,具有重要的临床应用价值8, 9。如Christe等10发现在迭代重建图像中,低剂量对肺结节检出的灵敏度无影响,证实了LDCT图像的诊断性能可达到标准剂量CT(standard-dose CT,SDCT)图像的诊断效能。但有研究表明,迭代重建算法在扫描剂量进一步降低时,其降噪效果大幅度降低,临床应用相对受限11。最近新研发的深度学习重建(deep learning-based reconstruction,DLR)算法通过使用深度卷积神经网络(deep convolutional neural networks,DCNN),以低质量Hybrid IR图像和高质量MBIR图像作为训练对,在训练过程中自主学习高质量MBIR图像的特征,对低质量图像数据进行修正,再将训练好的DCNN引入到图像重建流程中,能在降低图像噪声的同时保持较高的空间分辨率,有望进一步降低辐射剂量。当前DLR算法已被用于模体和各项临床研究,但在肺部的应用较少12, 13, 14。因此,本研究旨在探讨DLR较Hybrid IR在改善LDCT图像质量及病变检出方面的效能。

 
 
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