实验研究
能谱CT深度学习图像重建与迭代重建算法图像质量对比的体模和动物模型研究
中华放射学杂志, 2023,57(12) : 1361-1367. DOI: 10.3760/cma.j.cn112149-20230824-00126
摘要
目的

探讨基于体模和动物模型的深度学习重建算法(TF-GSI)和自适应统计迭代重建算法(ASiR-V)对于能谱CT图像质量的影响。

方法

使用GE Revolution Apex能谱CT对ACR 464体模和胃癌淋巴结转移小鼠模型(n=16)进行扫描。分别在体模和小鼠的70 keV虚拟单能图像上重建TF-GSI和ASiR-V的中、高两档等级图像(TF-GSI-M、TF-GSI-H、ASiR-V50%和ASiR-V100%)。评价体模各组图像骨和丙烯酸的任务传递函数(TTF)、图像噪声功率谱(NPS)以及可检测能力指数(d′)。使用单因素方差分析对比小鼠图像噪声、脑组织和肝脏的信噪比(SNR)和对比噪声比(CNR)。2名医师(A和B)评价TF-GSI-H和ASiR-V100% 2种重建算法图像对微小病灶检出的一致性采用Kappa检验。

结果

体模方面,TF-GSI-H组图像在TTF、NPS和d′的表现均最佳:相较ASiR-V100%,TF-GSI-H组图像骨和丙烯酸的TTF50%分别升高了2.4%和8.9%,TF-GSI-H组图像的NPS peak下降了54.1%,TF-GSI-H相对ASiR-V100%对骨和丙烯酸的检出能力分别提升了52.7%和59.5%。TF-GSI组相较ASiR-V组图像噪声降低,2种组织的SNR和CNR均升高,但各组图像间差异不具有统计学意义(P>0.05)。2名医师对2种重建算法图像评价的一致性良好(A,Kappa=0.875,P<0.001;B,Kappa=0.625,P=0.012)。2种重建算法图像对小鼠微小转移灶的检出方面,TF-GSI组高于ASiR-V组(准确度分别为83.5%、71.9%;灵敏度分别为77.8%、61.2%;特异度分别为85.7%、85.7%)。

结论

TF-GSI相对ASiR-V可以提高能谱CT虚拟单能图像的空间分辨率,改善图像噪声并具有提高微小病灶检出的潜在价值。

引用本文: 姜江, 陈勇, 石骁萌, 等.  能谱CT深度学习图像重建与迭代重建算法图像质量对比的体模和动物模型研究 [J] . 中华放射学杂志, 2023, 57(12) : 1361-1367. DOI: 10.3760/cma.j.cn112149-20230824-00126.
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迭代重建(iterative reconstruction,IR)算法是目前能谱CT最常用的图像降噪算法之一,与滤波反投影(filtered back projection,FBP)算法相比,其可以在保证图像质量的基础上进一步降低辐射剂量1。然而,IR算法的缺点也显而易见:如低剂量下损失图像细节;改变图像纹理,使图像看起来不自然,影响日常诊断等2, 3。有研究表明,以高质量FBP算法为训练目标开发的TrueFidelityTM for Gemstone Spectral Imaging(TF-GSI)深度学习重建算法可以在IR算法的基础上进一步降低图像噪声,改善图像分辨率且不改变噪声纹理4, 5, 6。既往研究主要基于传统CT图像,基于能谱CT图像质量方面的研究较少。同时,已有研究表明深度学习重建算法相比IR算法可以提升胰腺癌诊断的准确度7以及低辐射剂量下对于乏血供肝转移瘤的检出率等8,但其能否进一步提高微小病灶的检出能力值得进一步研究。因此,本研究拟应用体模及动物模型,对比TF-GSI算法与自适应统计迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction-V,ASiR-V)算法在能谱CT图像质量方面的表现及微小病灶检出能力。

 
 
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