能谱CT智能匹配技术优化腹部扫描与诊断的应用价值研究

发布时间：2018-05-25 23:13

本文选题：体层摄影术 + X线计算机　；参考：《郑州大学》2016年博士论文

【摘要】：近几十年来,随着CT硬件和软件技术的快速发展以及临床需求水平的增高,能量CT又重新成为了业界研究的热点。在这样的背景下,能谱CT成像,基于获取时一致的双能量数据信息,通过单源高低双球管电压(80k Vp和140k Vp)的瞬时切换(能量时间分辨率0.5ms)可产生双能数据的时空完美结合,从而实现数据空间的能谱解析。能谱CT在基于常规CT所具备的高空间分辨率和时间分辨率的基础上,又实现了能量分辨率和理化性质分辨率,从而突破常规CT的传统的基于CT值的诊断模式,把CT成像推向多参数成像的新诊断模式,即5维空间(x,y,z,时间和能量)的诊断模式。能谱CT在获得传统的人体形态学信息的基础上,利用通过能谱成像浏览器产生的单能量图像、基物质密度图像、单能量变化曲线和有效原子序数图像等,对组织的性质和功能状态进行多方位的评价。目前这项技术已在科研和临床上展现出巨大的应用价值,特别是低单能量成像提高图像对比度的优势,有利于降低患者对比剂的摄入量。然而单能量图像在实现高对比度的同时也伴有高噪声,而且能谱辐射剂量问题在业界仍然是一个不断的被研究和探讨的问题。自适应统计迭代重建技术在能谱CT单能量图像水平上的应用有利于降低图像噪声。而基于患者体型及所设定的扫描参数,并基于非能谱扫描的噪声指数的能谱CT智能匹配技术,可智能匹配选择患者扫描所需的最佳参数,有利于优化患者的能谱扫描辐射剂量。肝癌是我国常见的恶性肿瘤之一,死亡率高,发展较快,因此对肝癌早期诊断和及时治疗后的评估至关重要。能谱CT在小肝癌的检测及肝癌的鉴别诊断等方面已经展现出重要的临床应用价值,然而辐射剂量问题也制约着能谱CT成为常规影像筛查的诊断学方法。因此,本研究的目的是能谱CT智能匹配技术是否可以优化患者的辐射剂量,在联合迭代重建的基础上提高图像质量,保持或进一步提高肝癌的检测效能。第一部分能谱CT智能匹配技术扫描与常规CT扫描在相同辐射剂量条件下图像质量的体模研究目的:通过体模实验,探讨能谱CT智能匹配技术扫描与常规80k Vp、100k Vp和120k Vp扫描在相同辐射剂量条件下的图像质量。材料和方法:采用体模研究的方法,将含碘对比剂溶液用蒸馏水分散成8种不同的浓度(mg/ml),依次为0,0.5,1,2.5,5,10,20,50(mg/ml),体模中央为含水试管。分别进行80k Vp(方案A)、100k Vp(方案B)、120k Vp(方案C)的常规CT扫描以及能谱CT智能匹配技术能谱成像扫描模式(方案D)。计算与常规扫描各亚组(方案A、B和C)CT值相当的能谱扫描组(方案D)的单能量水平。分别采用30%、50%和70%的适应统计迭代重建技术(adaptive statistical iterative reconstruction,ASIR)重建各个方案的图像,并计算各个试管相对于中央试管的对比噪声比(contrast to noise ratio,CNR)。采用独立样本t检验比较常规扫描组图像与其CT值相当的单能量水平图像的图像噪声值和CNR的差异。结果:1.与方案A、B和C中各试管含碘溶液CT值相当的方案D的单能量范围分别集中在40~55ke V,43~62ke V和48~68ke V,对应的平均能量水平分别位于49 ke V,55 ke V和60 ke V。2.方案D在30%ASIR图像重建水平下图像噪声值为(12.68±2.32)HU,高于30%ASIR、50%ASIR和70%ASIR方案A的图像噪声值[(8.12±1.530)HU、(7.00±1.52)HU和(6.34±1.98)HU,P值分别为0.001,0.001和0.001],增加噪声值分别约为56%,81%和100%;在50%ASIR图像重建水平下的图像噪声值为(9.73±1.49)HU,高于50%ASIR和70%ASIR方案A的图像噪声值[P值分别为0.005和0.004],增加噪声值约为39%和53%,但与30%ASIR方案A图像噪声值无显著统计学差异;在70%ASIR图像重建水平下,与方案A的图像噪声值均无统计学差异。方案A与方案D在这三种ASIR百分比重建图像条件下的CNR值均无显著统计学差异。3.方案D在30%ASIR图像重建水平下的图像噪声值为(9.91±3.40)HU,高于50%ASIR和70%ASIR方案B的图像噪声值[(6.38±1.80)HU和(5.93±2.22)HU,P值分别为0.032和0.023],增加噪声值分别约为55%和67%,但和30%ASIR方案B图像噪声值无显著统计学差异;在50%ASIR和70%ASIR图像重建水平下,与方案B的图像噪声值均无统计学差异。方案B与方案D在这三种ASIR百分比重建图像条件下的CNR值均无显著统计学差异。4.方案D在30%ASIR图像重建水平下的图像噪声值(7.95±2.80)HU,高于70%ASIR方案C的图像噪声值[(5.15±1.67)HU,P值为0.042],增加噪声值约为54%;在50%ASIR图像重建水平下,其图像噪声值与方案C的图像噪声值均无统计学差异;在70%ASIR图像重建水平下的图像噪声值为(4.94±1.18)HU,低于30%ASIR方案C图像噪声值(P=0.021),降低约为23%,但与50%ASIR和70%ASIR方案C图像噪声值无显著统计学差异。方案A与方案D在这三种ASIR百分比重建图像条件下的CNR值均无显著统计学差异。结论:在相同的辐射剂量条件下,能谱CT智能匹配技术扫描通过设置合适的迭代重建水平可达到与常规扫描相近的图像噪声和对比度。第二部分能谱CT智能匹配技术在腹部CT扫描中的应用价值目的:通过与常规120k Vp扫描和能谱手动选择模式扫描对比,评估能谱CT智能匹配技术扫描在腹部CT成像中的图像噪声和辐射剂量,并探讨其辐射剂量与体质量指数的相关性。材料和方法:前瞻性收集2015年2月至2015年5月我院因病情需要在本院行能谱CT腹部增强检查的患者共60例,扫描前记录每个患者的体质量指数(BMI)。平扫选用常规120k Vp扫描(方案A),自动管电流选择技术;双期增强扫描采用宝石能谱成像模式(gemstone spectral imaging,GSI)扫描,管电压为80k Vp和140k Vp瞬时切换,动脉期扫描选用能谱手动选择模式,手动选择平扫自动管电流中出现的最大m As所对应的GSI模式(方案B);静脉期启用能谱CT智能匹配技术扫描模式(方案C)。采用能谱成像浏览器,重建出方案B和方案C扫描的65ke V单能量图像用于分析。记录三种扫描方案的容积CT剂量指数(volume CT dose index,CTDIvol)和剂量长度乘积(dose length product,DLP),并测量三组图像膀胱和皮下脂肪的图像噪声。采用配对t检验比较方案A与C及方案B与C的图像噪声和辐射剂量。采用Pearson相关分析BMI值与方案C的CTDIvol相关性。结果:方案C的CTDIvol和DLP分别为(13.81±6.18)m Gy和(650.3±343.1)m Gy?cm,与方案A[CTDIvol和DLP分别为(13.98±5.38)m Gy和(654.5±297.7)m Gy?cm]和方案B[(12.98±6.97)m Gy和(636.3±315.4)m Gy?cm]均无显著统计学差异(P值均0.05)。方案C的膀胱和脂肪噪声值分别为(8.89±1.65)、(6.09±1.38)HU,低于方案A[(11.5±1.88)、(8.27±1.66)HU](P值均0.001),但是与方案B[(8.95±1.35)、(6.38±1.22)HU]无显著统计学差异(P值均0.05)。方案C的CTDIvol与受检者BMI值呈正相关(r=0.668,P0.01)。结论:在腹部CT扫描中,能谱CT智能匹配技术扫描的辐射剂量与常规120k Vp扫描和能谱手动选择模式扫描相当且与BMI呈正相关,其65ke V单能量图像噪声低于常规120k Vp扫描图像,但与能谱手动选择模式扫描图像相当。第三部分能谱CT智能匹配技术联合自适应统计迭代重建技术在腹部低对比剂量扫描中的应用价值目的:探讨能谱CT智能匹配技术联合自适应统计迭代重建技术(ASIR)对上腹部低对比剂量增强扫描的图像质量和辐射剂量的影响。方法:前瞻性收集2015年2月1日至2015年5月30日100例行上腹部CT平扫和双期增强扫描的患者。采用电脑随机数字法将研究对象随机分为试验组和对照组,每组各50例。试验组采用能谱CT智能匹配技术和300mg I/kg对比剂,并分别采用滤波反投影法(FBP)和ASIR技术重建能谱单能量图像(40~60ke V)获得A组和B组图像;对照组采用常规120k Vp扫描模式和450mg I/kg对比剂,采用FBP技术进行重建,获得C组图像。对三组图像质量进行客观评价[图像噪声及肝脏、胰腺、腹主动脉和门静脉的对比噪声比(CNR)]和主观评分(总体图像质量评分)。采用单因素方差分析和Kruskal-Wallis H检验比较三组图像的客观和主观评价指标;采用t检验比较试验组和对照组的辐射剂量。结果:试验组和对照组的容积CT剂量指数均为(12±5)m Gy,剂量长度乘积分别为(364±142)和(377±131)m Gy.cm,差异均无统计学意义(t值分别为-0.408和-0.428,P值均0.05)。在40ke V水平下,B组双期各部位的CNR值高于A组和C组,双期图像噪声值[(29±6)、(24±6)HU]低于A组[(43±11)、(44±10)HU]但高于C组[(18±4)、(18±4)HU],双期总体图像质量评分[(3.0±0.2)、(2.9±0.3)分]低于C组[(3.6±0.4)、(3.6±0.5)分]但与A组[(2.9±0.4)、(2.8±0.4)分]无统计学差异;在50ke V水平下,B组双期各部位的CNR值高于A组但不低于C组,双期图像噪声值[(20±5)、(20±4)HU]低于A组[(31±8)、(31±7)HU]但相当于C组,双期总体图像质量评分[(3.6±0.4)、(3.5±0.4)分]高于A组[(3.3±0.3)、(3.3±0.3)分]但与C组无统计学差异;在60ke V水平下,B组双期图像噪声值[(14±4)、(14±3)HU]低于A组[(19±5)、(20±5)HU]和C组,双期各部位的CNR值和总体图像质量评分[(3.9±0.4)、(3.9±0.3)分]均高于A组(3.7±0.4)、(3.7±0.3)分]和C组。B组总体图像质量评分除双期40ke V单能量图像外均3分,均符合临床诊断需求。结论:通过采用能谱CT智能匹配技术,上腹部能谱CT扫描可简捷的获得与常规扫描相当的辐射剂量;联合ASIR重建技术,50~60ke V低单能量图像可在提高图像CNR、降低对比剂使用量的同时保持或提高总体图像质量。第四部分低k Vp与能谱CT成像联合迭代重建技术在腹部低对比剂量扫描及肝癌检测中的对比研究目的:探讨低k Vp联合自适应统计迭代重建技术(ASIR)及能谱CT智能匹配技术联合ASIR对上腹部低对比剂量增强扫描的图像质量和辐射剂量的影响及在肝癌检测中的对比研究。方法:前瞻性收集2015年2月1日至2016年1月30日240例行上腹部CT平扫和双期增强扫描的患者。采用电脑随机数字法将研究对象随机分为对照组和试验组,每组各120例。对照组为低k Vp扫描模式,分为两个2个亚组,A组:80k Vp,300mg I/kg,BMI≤23.9 kg/m2,60例;C组:100k Vp,450mg I/kg,24 kg/m2≤BMI28.9 kg/m2,60例。试验组采用能谱CT智能匹配技术扫描模式,其它扫描参数分别与A组和C组相匹配,分别是B组和D组,每组各60例。采用ASIR技术重建对照组低k Vp图像和试验组能谱单能量图像(40~60ke V);对所有图像进行客观评价[图像噪声及肝脏、胰腺、腹主动脉和门静脉的对比噪声比(CNR)]和主观评分(总体图像质量评分)。计算动脉期肝癌相对于正常肝组织的对比度(LNR)并主观评估肝癌病灶的显示能力。采用独立样本t检验比较相匹配组别图像的客观和主观评价指标及辐射剂量。结果:60ke V试验组和对照组间图像噪声无统计学差异外,40ke V和50ke V试验组的图像噪声均高于对照组。40ke V和50ke V条件下,动脉期试验组各部位的CNR低于或相当于对照组;静脉期试验组各部位的CNR高于或相当于对照组。60ke V条件下,试验组和对照组间各部位的CNR值无显著统计学差异。总体图像质量评分动脉期除40ke V条件下C组的评分值高于D组外,对照组和试验组之间无统计学差异;静脉期50ke V和60ke V试验组的总体图像质量值评分优于对照组,但40ke V总体图像质量评分值低于对照组。肝癌病灶的检测能力在40ke V和50ke V条件下试验组优于或相当于对照组,60ke V条件下B组低于A组但D组相当于C组。A组的CTDIvol及DLP均低于B组(P值分别为0.001和0.042),但是C组和D组之间无显著统计学差异。结论:相同BMI、对比剂量和扫描参数条件下,能谱CT智能匹配技术扫描的辐射剂量相当于或高于80k Vp扫描,但是50ke V条件下能谱扫描的总体图像质量和肝癌病灶检测能力优于或相当于80k Vp扫描;能谱CT智能匹配技术扫描的辐射剂量和100k Vp扫描相当,50ke V和60ke V条件下能谱扫描的总体图像质量和肝癌病灶检测能力优于或相当于100k Vp扫描。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R816.5

【参考文献】