本文關鍵詞：準確制定腹部迭代重建低劑量CT掃描參數的方法及其臨床應用研究

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【摘要】：研究背景輻射對疾病的診斷和治療發(fā)揮著越來越重要的作用,但同時也會對機體造成不同程度的危害,包括致癌等問題。X線計算機斷層掃描(Computed Tomography,CT)因具有較高的密度分辨率和較快的成像速度,在臨床上的應用越來越廣,給疾病的診治帶來了巨大的幫助。但是,CT掃描對人體的輻射劑量也較大,單期掃描時不同部位的平均有效輻射劑量(Effective Dose,ED)約2.0mSv~20mSv,均顯著高于國際輻射防護委員會(International Commission on Radiological Protection,ICRP)推薦的1mSv/a的公眾受照射安全劑量限值。其中,全腹部腸道CT檢查因掃描范圍大、期相多,患者所接受的輻射劑量較大,成為人們關注的熱點之一。降低管電壓或管電流、增加螺距等是降低CT輻射劑量的常用方法,但是過度降低輻射劑量會導致CT圖像噪聲太大,不能滿足診斷需要,因而僅僅通過調節(jié)掃描參數來降低輻射劑量的方法具有一定的限度。近年來,為了進一步降低CT掃描的輻射劑量,迭代重建(Iterative Reconstruction,IR)技術開始應用于臨床。與傳統(tǒng)的濾過反投影(Filtered Back Projection,FBP)重建相比,IR去除圖像噪聲的能力較強。因此,采用IR允許更多地降低CT掃描的輻射劑量。但是由于缺乏科學、規(guī)范地制定迭代重建低劑量ct掃描參數的方法,現有文獻中還存在著低劑量掃描參數制定不夠準確的問題,或者是掃描參數偏高、輻射劑量未能充分減少而導致低劑量ct圖像質量高于常規(guī)掃描,或者是掃描參數偏低、輻射劑量過度減少而導致低劑量ct圖像質量顯著下降,致使其掃描方法難以在臨床上推廣應用,不能有效地降低患者的受輻射劑量。因此,如何在保證圖像質量滿足診斷的前提下準確制定迭代重建低劑量ct的掃描參數成為臨床工作中面臨的一個實際問題。既往研究中有采用水模實驗估計低劑量ct掃描參數的方法,但欠準確,也不全面,本課題擬在之前研究的基礎上,深入探索能夠更加準確而全面地制定迭代重建低劑量ct掃描參數的方法。目的建立不同管電壓、管電流及重建算法條件下的水模ct圖像噪聲和輻射劑量組合曲線,并經臨床研究檢驗該曲線制定腹部迭代重建低劑量ct掃描參數的準確性與可靠性,為準確制定迭代重建低劑量ct掃描參數探索新的方法,從而促進迭代重建在臨床的推廣應用,降低ct檢查中患者的受輻射劑量。方法(1)模體試驗用西門子第二代雙源ct掃描水模,管電壓分別設置為80kv、100kv、120kv,參考管電流時間乘積(后簡稱參考管電流)從700mas降至50mas,每次減少50mas。每組掃描參數所得數據均采用fbp和正弦圖確定迭代重建3(sinogramaffirmediterativereconstruction3,safire3)兩種圖像重建方法進行重建。掃描完成后,在ct工作站上測量不同掃描與重建方法所得水模ct圖像的噪聲,即ct值的標準差(standarddeviationofctattenuation,sd),一組圖像連續(xù)測量10個層面,取其平均值作為該組圖像的噪聲,同時記錄不同掃描參數的容積ct劑量指數(volumecomputedtomographydoseindex,ctdivol)。然后用配對t檢驗比較掃描參數相同時不同重建方法的ct圖像噪聲,并用spss19.0擬合出各管電壓條件下的管電流—噪聲和管電流—ctdivol函數,用excel繪制成組合曲線,并從中讀取出與腹部常規(guī)掃描參數圖像噪聲相等的、采用safire3重建的低劑量掃描參數。最后采用catphan500ct模體檢測所得低劑量掃描參數是否會對ct圖像的空間分辨率和密度分辨率造成影響,初步評價所得掃描參數的可靠性。(2)臨床實驗搜集240例擬行全腹部腸道ct增強掃描的患者,根據bmi分為兩組,a組18.5kg/m2≤bmi23kg/m2,b組23kg/m2≤bmi27kg/m2。各組再隨機分為對照組(a1和b1)、低管電流組(a2和b2)和低管電壓組(a3和b3)三個亞組,管電壓、管電流及重建算法采用經組合曲線讀取的參數,其余掃描參數與掃描水模時相同。掃描完成后,由一名放射科醫(yī)師在工作站上測量各組患者肝臟、門靜脈、腹主動脈、豎脊肌、膀胱、皮下脂肪和背景空氣等多個部位的ct值和sd,同時記錄每一次掃描的ctdivol、劑量長度乘積(productofdoseandlength,dlp),在此基礎上計算各部位的信噪比(signalnoiseratio,snr)和肝臟、門靜脈、腹主動脈的對比噪聲比(contrasttonoiseratio,cnr)等客觀圖像質量評價指標,以及每一次掃描的有效輻射劑量(effectivedose,ed)。由兩名放射科醫(yī)師在不知道掃描和重建方法的情況下采用盲法對所得各組ct圖像質量進行主觀評價。采用方差分析和非參數檢驗對各組圖像質量評價指標和輻射劑量評價指標進行統(tǒng)計學分析,采用kappa檢驗對兩位放射科醫(yī)師對各組圖像質量主觀評分的一致性進行檢驗。結果(1)模體試驗掃描參數相同時,與fbp重建相比,safire3重建的圖像噪聲均顯著減少(p0.05),其中80kv組噪聲降低率為14.1%~25.9%,100kv組為22.4%~27.8%,120kv組為25.3%~28.7%,降低率隨著圖像噪聲的減小而增加。曲線擬合結果顯示,在實驗條件下,參考管電流在50mas~600mas之間時與圖像噪聲的關系符合冪指數函數關系,與ctdivol成直線相關,決定系數r2均大于0.99,所得組合曲線客觀、準確、全面地展示了不同管電壓、管電流及重建方法對圖像噪聲和ctdivol的影響。經組合曲線讀取的與腹部常規(guī)掃描條件120kv/400mas/fbp(a1組)圖像噪聲相等的低劑量掃描參數為120kv/210mas/safire3(a2組)和100kv/410mas/safire3(a3組),與120kv/500mas/fbp(b1組)圖像噪聲相等的低劑量掃描參數為120kv/260mas/safire3(b2組)和100kv/500mas/safire3(b3組),各組掃描參數的空間分辨率均為5lp/cm,1%對比度的密度分辨率均為4mm,均能夠滿足診斷要求。(2)臨床實驗(1)圖像噪聲a1、a2、a3組之間各部位的圖像噪聲差異均無統(tǒng)計學意義(p0.05),與預期的結果一致。(2)ct值與a1、a2組相比,a3組肝臟、門靜脈、腹主動脈ct值明顯增高(p0.05),皮下脂肪ct值明顯降低(p0.05),其余部位的ct值無顯著變化(p0.05),a1、a2組之間各部位的ct值均無顯著性差異(p0.05)。(3)snr與a1、a2組相比,a3組門靜脈、腹主動脈的snr明顯增高(p0.05),其余部位的snr無顯著變化(p0.05),a1、a2組之間各部位的snr差異無統(tǒng)計學意義(p0.05)。(4)cnr與A1、A2組相比,A3組門靜脈、腹主動脈的CNR顯著增高(P0.05),肝臟的CNR輕度增高,差異無統(tǒng)計學意義(P0.05),A1、A2組之間三個部位的CNR差異無統(tǒng)計學意義(P0.05)。(5)主觀圖像質量評分A1、A2、A3組之間主觀圖像質量評分差異無統(tǒng)計學意義(P0.05)。(6)輻射劑量與A1組相比,A2、A3組的CTDIvol(7.7mGy vs.16.5mGy,9.3mGy vs.16.5mGy)、DLP(352.5mGycm vs.749.7mGycm,424.8mGycm vs.749.7mGycm)、ED(5.3mSv vs.11.2mSv,6.4mSv vs.11.2mSv)均顯著降低(P0.05),A2組的CTDIvol、DLP、ED均低于A3組,且差異有統(tǒng)計學意義(P0.05),與經組合曲線預期的結果一致。(7)B組B1、B2、B3組之間圖像噪聲、CT值、SNR、CNR、主觀圖像質量評分、CTDIvol、DLP及ED的差別與A1、A2、A3組之間類似。(8)兩位放射科醫(yī)師對各組圖像質量的主觀評分一致性極好,kappa值在0.806~0.898之間。結論本課題在前人研究的基礎上首次采用統(tǒng)計學方法對3種管電壓條件下的管電流—圖像噪聲及管電流—CTDIvol的函數關系進行了擬合,首次將管電流—噪聲(FBP重建)、管電流—噪聲(SAFIRE3重建)和管電流—CTDIvol曲線繪制于同一坐標系內,并進一步將3種管電壓條件下的曲線并列組合在一起繪制成組合曲線,直觀、全面地展示了不同掃描及重建方法對圖像噪聲和輻射劑量的影響,為簡單、快速、準確地制定與常規(guī)掃描FBP重建圖像噪聲相等的腹部迭代重建低劑量CT掃描參數創(chuàng)造了條件。它的應用將有助于促進迭代重建在臨床的推廣應用,從而充分發(fā)揮迭代重建的優(yōu)勢,大幅度減少腹部CT檢查中患者的受輻射劑量。
【關鍵詞】：體層攝影術 X線計算機 水模 迭代重建 圖像質量 輻射劑量 管電流—噪聲曲線 管電流—CTDIvol曲線 腹部 腸道
【學位授予單位】：第四軍醫(yī)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：R814.2
【目錄】：

• 縮略語表5-7
• 中文摘要7-11
• Abstract11-17
• 前言17-18
• 文獻回顧18-31
• 第一部分 不同掃描和重建參數條件下水模CT圖像噪聲和輻射劑量組合曲線的建立31-53
• 1 材料與方法32-35
• 1.1 掃描對象32
• 1.2 檢查設備與方法32-33
• 1.3 圖像重建33
• 1.4 測量水模CT圖像噪聲33-34
• 1.5 記錄輻射劑量34
• 1.6 生成管電流—噪聲、管電流—輻射劑量(CTDIvol)曲線34
• 1.7 確定腹部低劑量CT掃描參數34-35
• 1.8 檢測腹部低劑量CT掃描參數所得圖像的空間分辨率和密度分辨率35
• 1.9 統(tǒng)計學分析35
• 2 結果35-46
• 2.1 水模掃描與圖像重建35-39
• 2.2 圖像噪聲39-41
• 2.3 輻射劑量41-42
• 2.4 管電流—噪聲、管電流—輻射劑量（CTDIvol）組合曲線42-43
• 2.5 腹部低劑量CT掃描參數43-45
• 2.6 腹部低劑量CT掃描參數的空間分辨率和密度分辨率45-46
• 3 討論46-51
• 3.1 SAFIRE的的臨床應用用及存在的問問題46-48
• 3.2 水模在制定迭代重建低劑量CT掃描參數中的應用48-49
• 3.3 經組合曲線制定低劑量CT掃描參數更加全面、準確、方便49-51
• 4 結論51-53
• 第二部分 經組合曲線制定腹部迭代重建低劑量CT掃描參數的可靠性研究53-71
• 1 材料與方法53-57
• 1.1 患者一般資料及實驗分組53
• 1.2 圖像采集與重建53-54
• 1.3 圖像質量客觀評價54-55
• 1.4 圖像質量主觀評價55-56
• 1.5 輻射劑量評估56
• 1.6 統(tǒng)計學分析56-57
• 2 結果57-66
• 2.1 患者一般資料57
• 2.2 CT值57-59
• 2.3 圖像噪聲59-60
• 2.4 信噪比60-61
• 2.5 對比噪聲比61-62
• 2.6 圖像質量主觀評價62-64
• 2.7 輻射劑量64-66
• 3 討論66-69
• 3.1 CT腸道造影檢查的優(yōu)點與不足66
• 3.2 降低管電流與降低管電壓在迭代重建低劑量CTE中的作用比較66-67
• 3.3 降低管電壓對CT圖像質量的影響67-68
• 3.4 體重或BMI對個體化掃描參數及降低輻射劑量的作用68-69
• 3.5 經組合曲線讀取低劑量CT掃描參數的可靠性和準確性的綜合評價69
• 4 結論69-71
• 小結71-72
• 參考文獻72-84
• 個人簡歷和研究成果84-85
• 致謝85

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