Ітераційна реконструкція в комп’ютерній томографії оптимізація якості зображення та дози для
Ітераційна реконструкція в КТ: оптимізація якості зображення та дози для персоналізованого лікування Joël Greffier Навести цю версію: Joël Greffier. Ітераційна реконструкція при КТ: оптимізація якості зображення та дози для персоналізованого лікування. Медицина та патологія людини. Університет Монпельє, 2016. Французька. NNT: 2016MONTT043. Ідентифікатор HAL: tel-01499577 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01499577 Надіслано 20 квітня 2017 р. HAL - це мультидисциплінарний архів з відкритим доступом для зберігання та розповсюдження науково-дослідницьких документів, незалежно від того, публікуються вони ні. Документи можуть надходити від навчальних та дослідницьких установ у Франції чи за кордоном, або від державних або приватних дослідницьких центрів. Мультидисциплінарний відкритий архів HAL призначений для зберігання та розповсюдження наукових документів наукового рівня, опублікованих чи ні, від французьких або зарубіжних навчальних та дослідницьких установ, державних чи приватних лабораторій.
Ітераційна реконструкція в КТ: оптимізація якості зображення та дози для індивідуального догляду. 1
Ця робота присвячена: Моїй дружині Клер Моїм дітям Лоріку, Елії Моїм батькам і двом сестрам 2
3.1.1. Вплив ІЧ на якість зображень та на деформацію конструкцій. 54 3.2. Попередні перевірки антропоморфних фантомів. 76 3.2.1. CareDose 4D відповідно до морфології пацієнта: вплив на дозу та якість зображення. 76 3.2.2. Сили модуляції та ІЧ: інтерес до педіатрії. 110 3.3. Валідація на пацієнтах. 119 3.3.1. Глобальна оптимізація: Впровадження протоколу низьких доз (BD) 119 3.3.2. Поглиблена оптимізація: Впровадження протоколу дуже низьких доз (TBD) 119 4. Висновки та перспективи. 145 4.1. Короткий зміст роботи. 145 4.2. Outlook. 147 4.2.1. Клінічні перспективи. 147 4.2.2. Фізичний світогляд. 148 4.2.3. Різні перспективи. 150 Бібліографічні посилання. 151 Таблиця малюнків. 156 Таблиця таблиць. 158 Додатки. 159 Резюме. 170 Анотація. 170 6
Французьке товариство рентгенологів-Лангедок-Руссільон березень 2015 р .: Оновлення щодо зменшення дози при КТ Французькі дні радіології жовтень 2015 р .: Криві модуляції в педіатрії: Інтерес до асоціації з ітеративними реконструкціями Французьке товариство радіологів-Лангедок-Руссільйон травень 2016 р .: Зниження дози в КТ грудної клітки. Вплив на якість зображення. Курс французьких днів рентгенології жовтень 2016: Як зменшити дозу при КТ? 8
BD або LD: низькі дози CTDIvol або IDSV: об'ємний індекс сканографічної дози CTDIw або IDSP: електронно-зважений індекс сканографічної дози: ефективна доза FTM або MTF: функція передачі модуляції GPMED: Постійні експерти групи з медичного захисту від випромінювання IQI: Індекс якості зображення IR: Ітераційні реконструкції (Ітераційна реконструкція) MERM: Медичний електрорадіологічний маніпулятор NPS: Спектр потужності шуму NRD або DRL: Діагностичний контрольний рівень PDL або DLP: Доза довжини продукту RCB або CNR: Співвідношення контраст-шум ROI: Область інтересу RPF або FBP: Відфільтровано Назад Проекція RSB або SNR: Відношення сигналу до шуму (Відношення сигнал/шум) БЕЗПЕЧНІШЕ: Синограма Підтверджена ітеративна реконструкція SSDE: Оцінювач дози для конкретного розміру TBD або ULD: Доза Бареса (наднизька доза) КТ: КТ Діапазон TTF: Функція передачі цілі 9
o Придбання “низьких доз” У цій дипломній роботі придбання BD вважається меншим за 50% від NRD (таблиця 2). Однак Постійна група експертів з медичного радіаційного захисту (GPMED) рекомендувала використовувати 25-й процентиль, щоб "підвищити обізнаність керівників відділів про необхідність доставляти найменшу розумно можливу дозу (ALARA)". [27]. Таблиця 2. CTDIvol (mgy), що відповідає придбанням "низьких доз". За винятком грудної клітини, CTDIvol, що відповідає 50% NRD, нижчий за CTDIvol, рекомендований GPMED. o Придбання "дуже низьких доз" Придбання TBD відповідає придбанням з дозами, близькими до стандартних рентгенологічних досліджень (рентгенодіагностичне ДХО) [25]. PDL при придбанні TBD (таблиця 3) були отримані з коефіцієнтів перерахунку (e PDS) між поверхнею дози продукту (PDS) та E [4], зі значень PDS з NRD [25] та з перетворення (e PDL) між PDL та дозою E [21-23], згідно з такою формулою (5): (5) Таблиця 3. Визначення PDL для придбання "Дуже низьких доз" 13
Рисунок 10. Об'єктивні та суб'єктивні показники відповідно до використання FLR або IR 22
Після попередньої обробки зображення (рис. 16) інструмент ImageJ Analyze Particles автоматично аналізує фантомні вставки та забезпечує площу, периметр та круговість кожної вставки. Рисунок 16. Кроки, необхідні для використання інструменту «Аналіз частинок» на зображенні J Основні результати o Деформації конструкцій Незалежно від рівня дози, площі та периметри завжди були більшими за фактичні значення. Зменшення дози спотворювало вставки незалежно від розміру. Чим більше зменшували дозу, тим більше збільшувались площі та периметри, а круговість відходила від 1 (рис. 17). Рисунок 17. Вставляє деформацію зі зменшенням дози. Для того ж рівня дози використання ІР не призвело до структурних деформацій. Чим вищий рівень SAFIRE, тим ближчі площі та периметри до фактичних значень (рис. 18). ІЧ компенсує структурну деформацію, пов’язану зі зменшенням дози. Незалежно від використовуваних kv та mas, кількісні параметри та IQI були близькими для зменшення дози на 50% при рівні S3 та 70% 29
з рівнем S5 порівняно з 100% з RPF. Нижче 70% зниження дози рівень S5 більше не компенсував деформацію конструкцій, спричинену шумом. Рисунок 18. Вплив зменшення дози та SAFIRE на деформацію наконечника Просторова роздільна здатність Що стосується частини 1, криві MTF не були змінені за рахунок зменшення дози та використання ІЧ. Криві TTF, виконані на 3 матеріалах (тефлон (1000 UH), акрил (120 UH), LDPE (-100 HU)) з м'яким фільтром, показали поліпшення просторової роздільної здатності для матеріалів з високою контрастністю та зменшення роздільної здатності для низьких контрастні матеріали (рисунок 19). Коли шум на зображенні значно збільшився, також було зафіксовано погіршення просторової роздільної здатності для конструкцій з низькою щільністю незалежно від рівня використовуваного SAFIRE. 30
Рисунок 19. Вплив зменшення дози (100%, 50% та 10%) та SAFIRE на спектр амплітуди шуму FTT (NPS) Використання ІЧ-сигналів зменшило шум (амплітуду) та змінило текстуру звуку. Зображення, що характеризується зміщенням до низьких частот на кривих NPS (рис. 20). Рисунок 20. Вплив ІЧ на NPS Криві значення NPS для 100%/RPF, 50%/S3 та 30%/S5 також порівнювали. Для цих комбінацій, незважаючи на те, що показники IQI та кількісні параметри були еквівалентними, криві NPS були різними. Спостерігалось збільшення амплітуди із зменшенням дози, незважаючи на використання високих рівнів ІЧ (рис. 21). Цей момент, доданий до зсуву в бік низьких частот, характеризував модифікацію текстури зображень, зазначену рентгенологами. 31
69 SIEMENS (2012) Визначення SOMATOM AS Посібник користувача. In: AG S, (ed), Germany 70 Greffier J, Pereira F, Macri F, Beregi JP, Larbi A (2016) Зниження дози КТ за допомогою автоматичного контролю експозиції та ітеративної реконструкції: Дослідження фантомів педіатрії грудної клітини. Phys Med 32: 582-589 71 Greffier J, Fernandez A, Macri F, Freitag C, Metge L, Beregi JP (2013) Яка доза для якого зображення? Ітеративна реконструкція для КТ. Diagn Interv Imaging 94: 1117-1121 72 Macri F, Greffier J, Pereira FR et al (2016) КТ грудної клітки з наднизькими дозами з повторною реконструкцією не змінює анатомічної якості зображення. Diagn Interv Imaging. 10.1016/j.diii.2016.06.009 73 Neroladaki A, Botsikas D, Boudabbous S, Becker CD, Montet X (2013) Комп’ютерна томографія грудної клітки з ітеративною реконструкцією на основі моделі з використанням радіаційного впливу, подібного до рентгенологічного дослідження грудної клітки: попередні спостереження. Eur Radiol 23: 360-366 74 Macri F, Greffier J, Pereira F et al (2016) Значення КТ грудної клітки з наднизькими дозами з повторною реконструкцією для окремих пацієнтів невідкладної допомоги з гострою задишкою. Eur J Radiol 85: 1637-1644155
Рисунок 29. Розміщення рентабельності інвестицій та діаметрів. 49 Рисунок 30. Якість анатомічних структур та співвідношення між спостерігачами. 50 Рисунок 31. Якість зображення, отримане за допомогою двох протоколів для різних патологій. 52 Рисунок 32. Відфільтрована задня проекція та SAFIRE на сканерах Siemens. 162 Рисунок 33. Принцип роботи SAFIRE. 163 Рисунок 34. Як діють модулюючі сили CareDose 4D відповідно до загасання пацієнта. 164 Рисунок 35. Параметризація сил модуляції відповідно до типу пацієнта та анатомічної області. 165 Рисунок 36. Курсори, доступні з Care kv. 167 Рисунок 37. Варіації mas/kv/ctdivol відповідно до вибраного курсору. 167 157
Додаток 1. Коефіцієнти перерахунку, що використовуються для розрахунку ефективної дози з PDL. Таблиця 15. Коефіцієнти перетворення для дорослих Таблиця 16. Педіатричні коефіцієнти перетворення відповідно до віку 159
Додаток 2. Коефіцієнти перерахунку, що використовуються для обчислення SSDE з CTDI том 160
Рисунок 33. Принцип роботи SAFIRE 163
Таблиця 17. Референтна товщина для автоматичного контролю експозиції Сили модуляції є додатковим параметром, спрямованим на оптимізацію якості зображення та поданої дози. Доступні п'ять сильних сторін модуляції: Дуже слабка, Слабка, Середня, Сильна та Дуже сильна. Сили модуляції встановлюються до початку іспиту і не можуть бути змінені протягом. Вони можуть бути адаптовані для трьох типів пацієнтів та для різних анатомічних областей (рис. 35). Рисунок 35. Параметризація сил модуляції відповідно до типу пацієнта та анатомічної області Оператор вибирає для кожного типу пацієнтів серед трьох типів пацієнтів, які доступні "Дитина", "Струнка доросла людина" та "Ожирілий дорослий" силу модуляції. більше підходить відповідно до анатомічної області. В основному, середня сила модуляції застосовується для трьох типів пацієнтів та для різних анатомічних областей. Залежно від розміру та загасання пацієнта порівняно з 165
"Довідковий пацієнт", вплив сил на модуляцію маси буде різним (таблиця 18). Таблиця 18. Сили модуляції та вплив на модуляцію маси Сили модуляції Пацієнт Дуже низький Слабкий Середній Високий Дуже Високий Референтний пацієнт Дуже низьке зниження маси Дуже низьке збільшення маси Слабке зменшення маси Невелике збільшення маси Середнє зменшення маси Середнє збільшення маси Сильне зниження маси Сильне збільшення маси Дуже сильне зниження маси Дуже велике збільшення маси Діти молодше 15 років мають розмір і загасання завжди нижчі, ніж у «референтного пацієнта», і навпаки для дорослих із ожирінням (ІМТ> 30 кг.м -2). Сили модуляції конфігуруються в стовпці "Дитина" для дітей до 15 років і "Ожирілий дорослий" для ожирілих дорослих, а дію сил на модуляцію маси змінюється (Таблиця 18). Стовпець "Тонкий дорослий" використовується для дорослих із розміром та загасанням, близьким до "еталонного пацієнта" (18,5