基于CT检查的正位定位像计算等效水直径
发布时间：2021-01-24 15:15
目的研究基于CT检查的正位定位像计算等效水直径（Dw）的方法,用于计算CT检查的体型特异性辐射剂量（SSDE）。方法利用GE Revolution CT和LightSpeed VCT设备,设置管电压为80、100、120 kV分别扫描直径为16 cm和32 cm圆柱形CT剂量体模,获取正位定位像和断层图像。根据断层图像的CT值的定义获得体模材料相对于水的衰减系数,用于计算剂量体模的体模厚度转换为等效水厚度,再对定位像的灰度值与等效水厚度进行线性拟合获得刻度曲线。利用CT剂量体模和22例胸腹部检查数据验证基于定位像计算Dw的方法。结果基于定位像和断层图像计算CT剂量体模Dw的偏差小于3%。两种方法计算未成年人胸腹部CT检查的Dw变化趋势一致,计算胸腹部CT检查中间层面的Dw和所有断层Dw均值的偏差分别小于6.6%和7.5%。结论利用CT正位定位像和断层图像刻度定位像的灰度值与等效水厚度,建立基于定位像计算Dw的方法,可用于快速计算SSD...
【文章来源】：南方医科大学学报. 2020,40(06)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
直径为32 cm的CT剂量体模正位定位像
利用CT的断层图像推导出体模材料与水的线性衰减系数的比值，由三种管电压扫描的断层图像获得三种比例参数，用于将体模厚度转换为等效水厚度，本研究采用三种管电压的断层图像推导得3种转换因子，与Anam等[19]研究所选用单一转换因子的方法不同。获得不同管电压时的等效水厚度与灰度值的曲线，如图2所示，可利用293号报告中不同管电压的CTDIvol与SSDE的转换因子[6]，提高头部体型特异性辐射剂量的精度。前期研究表明，管电流不影响扫描定位像的灰度值，断层图像的CT值是物质相对于水的衰减系数的数值与管电压相关，与管电流无关，因此管电流不影响研究结果。由图3可知，当管电流不变，X线的量与管电压的平方成正比，管电压80 kV时，X线的强度最低，剂量体模的中间区域灰度值波动较大，图像信噪比差，但不影响整体变化趋势。由线性拟合结果可知，管电压影响刻度曲线的斜率和截距，在利用定位像计算Dw时，根据不同的管电压选择对应的刻度参数，能够降低该方法的计算误差。为保证刻度条件和扫描条件一致，在扫描正位定位像时未关闭边缘增强功能，导致正位定位像中剂量体模两端的灰度值出现突变，因此比较两种方法的差异时忽略两端5 mm的数据。对于两种高度15 cm圆柱形剂量体模，对于直径16 cm体模，在轴向14 cm范围内两种方法的偏差均值小于1.8%，最大偏差2.8%；直径32 cm体模内部14 cm范围的偏差均值也小于3%。两个体模的定位像计算的Dw稍大于断层图像计算的结果，由于刻度时和验证时扫描定位像的床高度不同，X射线的放大效应将影响验证精度[27-28]，需进一步研究偏离等中心对该方法计算Dw的影响[29]。与Wang等提出基于定位像计算Dw的方法相比[7]，本研究的方法使用常规的CT剂量体模刻度简单，且两种误差较小。图5中为两种方法计算的不同位置的Dw，结果表明两种方法的Dw偏差小于1 cm，且两种方法计算的Dw随轴向位置的变化趋势也一致。由图6可知，LightSpeed VCT机型的定位像与断层图像的Dw相比，所有断层图像范围内Dw均值的相对偏差范围-2.7%～5.8%，平均偏差0.9%；断层图像中间层和定位像中间计算的Dw偏差-4%～4%，平均偏差0.9%。Revolution CT的定位像和断层图像计算Dw均值偏差-0.2%～7.5%，平均偏差3.9%；中间层计算的Dw偏差范围-2.5%～6.6%，平均偏差2.2%。LightSpeed VCT机型的定位像计算的Dw与断层图像计算的结果偏差较小，两台CT机应用该方法计算的等效水直径的偏差都小于Anam等[19]的研究结果，与Burton等[27]的研究结果近似，因此该方法可基于正位定位像快速计算Dw，用于计算SSDE。国际电工委员会（IEC）建议CT设备厂商在新设备中增加计算和显示SSDE的功能[6]，意味着SSDE即将成为CT检查中的辐射剂量指标之一，基于定位像计算扫描范围的等效水直径的方法可用于集成到CT设备中用于计算SSDE，或验证CT设备显示的基于定位像计算SSDE。在基于SSDE计算CT检查个体化器官剂量中[30]，可在CT扫描前根据定位像计算等效水直径和扫描参数估算个体化器官剂量，用于优化CT检查方案。本研究的不足之处，未考虑摆位偏离等中心对刻度因子的影响，该方法仅适用于正位定位像，由于侧位定位像受凹陷形CT床的影响，不适用侧位定位像。
图3 直径32 cm体模的等效水厚度与灰度值曲线及线性拟合的结果本研究利用直径为16 cm和32 cm圆柱形剂量体模的正位定位像和断层图像，对正位定位像中的像素值与等效水厚度进行刻度，建立基于定位像计算Dw的方法。利用CT剂量体模和临床胸腹CT检查数据对该方法的验证表明，基于正位定位像计算的Dw与基于断层图像计算的结果的误差较小，可用于快速计算体型特异性辐射剂量，避免了断层重建不全对估算个体化辐射剂量的影响，也可在CT断层图像扫描前估算SSDE用于优化CT扫描参数，降低CT检查辐射剂量。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于有效直径和水当量直径估算胸部CT扫描体型特异性剂量的对比研究[J]. 李刚,金莉卿,王轶彬,宗根林,于红. 中国医学计算机成像杂志. 2019(04)
[2]CT检查个体化辐射剂量估算研究现状[J]. 梁保辉,陈志,徐榭. 辐射防护. 2017(02)
[3]体型特异性剂量估计的最新概念及临床应用[J]. 张晓东,郭小超,王霄英. 中国医学影像技术. 2016(12)
[4]比较不同体型特异性剂量评估算法在估算成人胸腹部CT扫描中辐射剂量的差异[J]. 袁子龙,王国柱,张照喜,郑丽丽,杜东屏,陈迢,彭伟,邱建峰,刘玉林. 中华放射医学与防护杂志. 2016 (11)
本文编号：2997468
【文章来源】：南方医科大学学报. 2020,40(06)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
直径为32 cm的CT剂量体模正位定位像
利用CT的断层图像推导出体模材料与水的线性衰减系数的比值，由三种管电压扫描的断层图像获得三种比例参数，用于将体模厚度转换为等效水厚度，本研究采用三种管电压的断层图像推导得3种转换因子，与Anam等[19]研究所选用单一转换因子的方法不同。获得不同管电压时的等效水厚度与灰度值的曲线，如图2所示，可利用293号报告中不同管电压的CTDIvol与SSDE的转换因子[6]，提高头部体型特异性辐射剂量的精度。前期研究表明，管电流不影响扫描定位像的灰度值，断层图像的CT值是物质相对于水的衰减系数的数值与管电压相关，与管电流无关，因此管电流不影响研究结果。由图3可知，当管电流不变，X线的量与管电压的平方成正比，管电压80 kV时，X线的强度最低，剂量体模的中间区域灰度值波动较大，图像信噪比差，但不影响整体变化趋势。由线性拟合结果可知，管电压影响刻度曲线的斜率和截距，在利用定位像计算Dw时，根据不同的管电压选择对应的刻度参数，能够降低该方法的计算误差。为保证刻度条件和扫描条件一致，在扫描正位定位像时未关闭边缘增强功能，导致正位定位像中剂量体模两端的灰度值出现突变，因此比较两种方法的差异时忽略两端5 mm的数据。对于两种高度15 cm圆柱形剂量体模，对于直径16 cm体模，在轴向14 cm范围内两种方法的偏差均值小于1.8%，最大偏差2.8%；直径32 cm体模内部14 cm范围的偏差均值也小于3%。两个体模的定位像计算的Dw稍大于断层图像计算的结果，由于刻度时和验证时扫描定位像的床高度不同，X射线的放大效应将影响验证精度[27-28]，需进一步研究偏离等中心对该方法计算Dw的影响[29]。与Wang等提出基于定位像计算Dw的方法相比[7]，本研究的方法使用常规的CT剂量体模刻度简单，且两种误差较小。图5中为两种方法计算的不同位置的Dw，结果表明两种方法的Dw偏差小于1 cm，且两种方法计算的Dw随轴向位置的变化趋势也一致。由图6可知，LightSpeed VCT机型的定位像与断层图像的Dw相比，所有断层图像范围内Dw均值的相对偏差范围-2.7%～5.8%，平均偏差0.9%；断层图像中间层和定位像中间计算的Dw偏差-4%～4%，平均偏差0.9%。Revolution CT的定位像和断层图像计算Dw均值偏差-0.2%～7.5%，平均偏差3.9%；中间层计算的Dw偏差范围-2.5%～6.6%，平均偏差2.2%。LightSpeed VCT机型的定位像计算的Dw与断层图像计算的结果偏差较小，两台CT机应用该方法计算的等效水直径的偏差都小于Anam等[19]的研究结果，与Burton等[27]的研究结果近似，因此该方法可基于正位定位像快速计算Dw，用于计算SSDE。国际电工委员会（IEC）建议CT设备厂商在新设备中增加计算和显示SSDE的功能[6]，意味着SSDE即将成为CT检查中的辐射剂量指标之一，基于定位像计算扫描范围的等效水直径的方法可用于集成到CT设备中用于计算SSDE，或验证CT设备显示的基于定位像计算SSDE。在基于SSDE计算CT检查个体化器官剂量中[30]，可在CT扫描前根据定位像计算等效水直径和扫描参数估算个体化器官剂量，用于优化CT检查方案。本研究的不足之处，未考虑摆位偏离等中心对刻度因子的影响，该方法仅适用于正位定位像，由于侧位定位像受凹陷形CT床的影响，不适用侧位定位像。
图3 直径32 cm体模的等效水厚度与灰度值曲线及线性拟合的结果本研究利用直径为16 cm和32 cm圆柱形剂量体模的正位定位像和断层图像，对正位定位像中的像素值与等效水厚度进行刻度，建立基于定位像计算Dw的方法。利用CT剂量体模和临床胸腹CT检查数据对该方法的验证表明，基于正位定位像计算的Dw与基于断层图像计算的结果的误差较小，可用于快速计算体型特异性辐射剂量，避免了断层重建不全对估算个体化辐射剂量的影响，也可在CT断层图像扫描前估算SSDE用于优化CT扫描参数，降低CT检查辐射剂量。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于有效直径和水当量直径估算胸部CT扫描体型特异性剂量的对比研究[J]. 李刚,金莉卿,王轶彬,宗根林,于红. 中国医学计算机成像杂志. 2019(04)
[2]CT检查个体化辐射剂量估算研究现状[J]. 梁保辉,陈志,徐榭. 辐射防护. 2017(02)
[3]体型特异性剂量估计的最新概念及临床应用[J]. 张晓东,郭小超,王霄英. 中国医学影像技术. 2016(12)
[4]比较不同体型特异性剂量评估算法在估算成人胸腹部CT扫描中辐射剂量的差异[J]. 袁子龙,王国柱,张照喜,郑丽丽,杜东屏,陈迢,彭伟,邱建峰,刘玉林. 中华放射医学与防护杂志. 2016 (11)
本文编号：2997468
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