深度学习重建技术在腹部 CT 肝病变检测中的剂量优化探索

【字体: 时间:2025年04月20日 来源:European Radiology 4.7

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  在临床实践中,降低 CT 辐射剂量意义重大。研究人员开展了 “深度学习重建(DLR)与迭代重建(IR)在标准剂量和降低剂量腹部 CT 检测肝病变中的诊断性能” 研究,结果表明 DLR 虽能降噪但未提升肝病变检测,小病灶检测率随剂量降低,对大病灶或有降剂量潜力。

  在腹部 CT 成像领域,肝病变的检测和特征描述一直是极具挑战性的任务,尤其在肿瘤学临床护理中,其结果对治疗决策至关重要。随着辐射剂量降低,图像噪声增加,使得低对比度任务变得愈发困难。为了在保证图像诊断质量的同时降低辐射剂量,遵循 “合理尽可能低(ALARA)” 原则,研究人员一直致力于探索有效的方法。传统的滤波反投影(FBP)曾是 CT 图像重建的主要技术,因其计算效率高而被广泛应用,但在降噪方面存在不足。后来,迭代重建(IR)算法逐渐兴起,它能有效降低图像噪声,却会改变图像噪声纹理,影响低对比度任务的表现。近年来,深度学习重建(DLR)技术崭露头角,它通过在高剂量和低剂量数据集上进行训练,有望在低剂量成像和肥胖个体扫描等困难场景中提升图像质量。然而,DLR 在降低辐射剂量的同时,其对低对比度肝病变检测的诊断性能仍存在争议,这也促使研究人员开展了此项研究。
挪威豪克兰大学医院(Haukeland University Hospital)、奥斯陆大学医院(Oslo University Hospital)等机构的研究人员,针对这一问题展开了深入研究。他们的研究成果发表在《European Radiology》上,为该领域提供了重要的参考依据。

研究人员采用了以下关键技术方法:

  1. 样本选取:前瞻性纳入了 44 名已知患有胃肠道或胰腺腺癌肝转移的患者,这些患者均来自 2020 年 10 月至 2022 年 3 月的常规随访。
  2. CT 扫描及重建:所有参与者在同一造影剂注射期间接受标准剂量 CT 扫描,以及额外的两次降低剂量扫描,扫描后分别使用 IR(ASIR-V 50%)和高强度 DLR(TrueFidelity)进行图像重建。
  3. 评估与分析:由两名经验丰富的放射科医生评估图像中肝病变的情况,另一名医生确定参考标准。通过绘制感兴趣区域(ROI)进行定量图像质量评估,并使用 McNemar 检验、混合效应逻辑回归等统计方法对数据进行分析。

研究结果如下:

  1. 参与者和病变特征:最终研究人群包括 44 名参与者(28 名男性),平均年龄 66.1±10.9 岁。共确定了 348 个最大直径≤20mm 的肝病变,其中 297 个为恶性,51 个为良性,平均病变大小为 9.1±4.3mm1
  2. 辐射剂量和图像质量:标准剂量扫描的平均CTDIvol为 14.2±3.6mGy,中等剂量扫描为 7.8±2.6mGy,低剂量扫描为 5.1±2.1mGy。与 IR 相比,DLR 的图像噪声平均降低 40.3%,CNR 平均提高 67.0%,但各剂量水平下两种算法的 CT 值无显著差异23
  3. 诊断准确性:在标准剂量 CT 下,IR 和 DLR 对肝病变的检测率均为 83.0%,无显著差异。但在降低剂量时,DLR 的检测率显著下降,如中等剂量 DLR 的检测率为 65.2%,低剂量 DLR 为 58.9%。对于≤10mm 的病变,检测率下降更为明显,从标准剂量 IR 的 79.4% 降至中等剂量 DLR 的 54.9% 和低剂量 DLR 的 45.1%45

研究结论和讨论部分指出,DLR 相对 IR 在标准剂量和降低剂量腹部 CT 中改善了图像噪声和对比噪声比,但并未提高肝病变的检测能力。而且,两种算法中≤10mm 肝病变的检测率均随剂量降低而显著降低。因此,在对小肝病变检测要求较高的情况下,追求剂量降低时需谨慎。不过,对于>10mm 的病变,在较低剂量水平下检测并未显著恶化,这意味着在某些临床场景,如稳定疾病的随访、非肿瘤或筛查场景中,若仅需检测较大病变,使用 DLR 可能存在剂量降低的潜力,但仍需临床验证。此项研究为临床合理选择 CT 重建算法、优化辐射剂量提供了重要参考,推动了腹部 CT 成像技术在保证诊断准确性前提下降低辐射剂量的发展。

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