深度学习迭代算法与FBP在胸部ct中的应用与比较

深度学习迭代算法与FBP在胸部ct中的应用与比较

葛颖颖

南京明基医院放射科  江苏南京 210019

摘要：近年来，社会进步迅速，我国的现代化建设的发展也有了进步。随着现在经济水平的提升，越来越多的人注重身体的体检。CT体检对于病变尤其是对早期病变的筛查体现的尤为重要。身体康健的人群的体检相比于门诊患者的检查，他们更注重检出的阳性病变，并且体检人群的检查具有一定的周期性，大幅度的剂量辐射很容易给身体带来无法逆转的损伤。近年来随着螺旋CT检查的普及和其对于微小病灶检出的敏感性，螺旋CT在胸部疾病的检查中越来越广泛，可是由于CT的辐射剂量相较于普通X线摄影要高出很多，在检查出微小病变的同时，较高的放射剂量也成为了诱发人体疾病的潜在危险因素。于是，在保证图像质量满足临床要求的前提下减少放射剂量已经成为当下热门的研究热点。降低辐射剂量的方法有很多如降低管电压、减低管电流、自动管电流调制技术、增加螺距等等，但都会出现图像噪声大的特点。

关键词：深度学习迭代算法；FBP；胸部ct；应用与比较

引言

CT增强检查作为胸部疾病的常规检查项目在临床中被广泛应用，这也使CT成为医源性辐射的主要来源。现在常用的CT后处理算法中，迭代重建算法可以通过调整扫描权重在降低对比剂剂量及辐射剂量的同时，得到能够满足临床诊断需要的图像。如何选择最优的扫描权重目前仍无统一标准。本文主要对胸部CT低剂量扫描联合不同迭代重建的发展过程、基本原理及临床应用做一综述，以期为合理减少CT扫描对患者和医护人员的辐射剂量提供参考。

1CT重建算法的发展

临床中常用的CT图像重建算法主要有两类：解析算法和迭代算法。在AR中，滤波反投影（filteredbackprojection，FBP）是最有代表性且商业应用最为广泛的方法，具有分辨率高、成像速度快等优点，因此FPB的重建图像也常被用来当做衡量其他重建技术的标准。但FBP因对各种参数理想化的假定造成了其发展的局限，而重建过程如果要求真实的CT数据采集过程，就必须考虑实际的成像空间，迭代重建将系统光学特性理想化，将数据根据比例进行加权融合，弥补了这种在使用FBP重建时，图像的噪音和伪影会随着管电压的降低而增加所导致图像质量的下降的现象。2008年GE公司推出的基于系统统计模型的ASIR技术为CT带来了低辐射检查的时代。ASIR算法通过首先建立噪声性质和被扫描物体的模型，可以为具有较高噪声抑制要求的检查带来显著好处，例如肥胖患者等。也就是说，在相同噪声水平下，与传统FBP算法比较，ASIR算法在胸部扫描时可将辐射剂量降低50%以上，而图像噪声无显著提高。相较于ASIR对成像对象的噪声特性进行建模，GE公司推出模型基础的迭代重建技术（model-basediterativereconstruction，MBIR）对系统统计数据和光学器件均进行建模，能够在降低噪声的同时提高图像空间分辨率；其后推出的ASIR-V不仅提升了ASIR的图像质量且缩短了MBIR的成像处理时间，并可通过对焦点、体素及探测器的实际大小进行重点计算，对CT扫描时X线的检测及其产生过程建立标准的多模型，可选择性地识别并消除噪声，提高图像质量，降低伪影的发生率。通过研究低剂量ASIR-V的图像质量与ASIR比较是否明显降低甚至影响临床诊断证实，在ASIR-V及ASIR图像质量相同的情况下，ASIR-V的辐射剂量可以降低35%左右。

2迭代重建技术在胸部疾病中的应用

2.1肺炎检查中的应用

CT作为肺炎临床诊断的主要手段，对肺纹理、小气道、肺血管、淋巴管、肺内病灶边界清晰度等的评定要求严格。采用60%ASIR-V联合自动管电流及70kV在肺炎患者中进行试验，发现与常规CT比较，使辐射剂量降低、组织对比度增强且对细支气管存在的病变所产生局限性空气潴留及马赛克征等均能够显现，对细支气管周围炎性的病变也更为敏感，进而可对患者肺部组织病变所有的亚临床症状进行准确观察和治疗，对肺炎患者的复查具有很大意义。

2.2肺部肿块检查中的应用

肺癌的发病率占恶性肿瘤的首位，而临床中仅仅有少数患者在肺癌早期或癌前病变时被检查发现，这种肺癌经治疗5年生存率可达70%～80%，多数患者被发现肺癌已达中晚期，此时肿瘤错过了最佳治疗时期，预后不良。常规CT扫描中，肺部结节同血管的关系尚不清晰，而迭代重建对小结节的敏感度高，可以发现＜5mm结节，清晰显示结节与血管关系及边缘是否有毛刺征、分叶征及胸膜凹陷征等来鉴别其良恶性。在肺结节的研究中，通过比较标准对比剂剂量下FBP算法及低对比剂剂量下60%ASIR-V重建图像。结果显示，与标准剂量扫描获得的FBP图像比较，低剂量CT扫描结合ASIR-V算法在肺结节的检出率可达97.75%，且60%ASIR-V辐射剂较常规FBP降低约59.1%。可以得出与常规CT比较，低剂量CT联合迭代重建技术的使用可以在保证图像质量的前提下显著降低辐射剂量，对体检中肺结节的筛查、早期肺癌的检出及降低死亡率有重要意义。

2.3肺血管疾病检查中的应用

胸部结构丰富，含有大量的气管、血管及淋巴组织，易发生心血管疾病，而心血管系统的病变如肺动脉栓塞是临床较常见的急危重疾病，早期诊断对临床治疗具有重要意义。常规的肺动脉造影技术存在碘摄入量较大及辐射量较多等缺点，碘对比剂摄入过多有引起对比剂过敏及CIN的潜在危害，而能谱CTPA可以很好地增强肺动脉树，从而更好的评价肺动脉栓塞的严重程度及肺组织的灌注程度。研究能谱CT低keV对血管增强的作用中将碘造影剂用量由24g（300mgl/ml，80ml）降低到6g（400mgl/ml，15ml），结果发现降低碘对比剂用量仍可达到与传统CTPA相似的CNR及CT值。由此可知，在低剂量对比剂条件下，应用能谱CT联合重建算法仍可达到传统对比剂剂量下的图像质量，减少了对比剂过敏及CIN的发生率。

结语

螺旋CT在近些年的应用变的越来越广泛普及，由于胸部天然的对比性，CT在检查胸部疾病上的优势和受益显而易见，对于肺部原发性肿瘤尤其是恶性肿瘤的早期筛查也有显著的优势，由于CT的高剂量辐射可能对人体造成不可预估的潜在伤害，所以越来越多的国内外研究者探索在维持可诊断图像质量的情况下，尽可能地降低CT辐射，在人获得最大利益的同时将伤害减到最小。在降低辐射剂量的同时图像的噪声会增大影响图像的质量，而迭代重建算法则可以很好的在低剂量条件下通过重建来提高图像质量。在众多的迭代重建技术当中。IDOSE4具有双空间噪声模型和解剖模型特点，同时基于图像域和投影域进行迭代重建，可以明显的降低图像的噪声，提高图像分辨率，同时能消除蜡像状的伪影。由本研究可知，IDOSE4的降噪率很高，而SNR和CNR比FBP重建技术的也要高出很多，对图像的细节分辨力尤其对是较小病灶的发现比FBP有更重要的应用价值，但是因为受到重建模型的影响，IDOSE4对于图像质量的提升仍然存在它的局限性。

参考文献

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