辐射剂量和管电压对CT图像质量的影响：基于任务的图像质量评价.docx
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2024-02-15
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CT 检查的日益普及使得其导致的电离辐射问题引起公众和业界的普遍担忧。现代 CT
技术的发展方向也主要朝着在如何满足临床诊断需求的情况下尽可能降低辐射剂量的方向
努力。管电压是调节剂量最重要的参数之一，例如，对于一个偏瘦且需要做碘造影剂增强
的受检者而言，可以采用一个比较低的管电压（如 80 kVp）来平衡造影剂与软组织的对比
度；在这种情况下，可以允许图像具有一定的噪声。但是对于一个肥胖体型的受检者而
言，为了减轻光子饥饿效应带来的噪声条纹伪影和金属伪影等的影响，为了获得诊断需求
的图像质量，往往需要更高的管电压
[1]
。当然，调节管电流也可以影响辐射剂量，但由于
球管对最高管电流的限制，特别对于目前仍作为各大医院主力使用的老一代单能 CT 而
言，对于某些特定的临床任务，调节管电流受到一定的限制。
对于任何成像系统，图像质量的评价都非常重要。传统采用滤波反投影算法（filtered
back-projection，FBP）的 CT 系统，一般采用以噪声为基础的图像质量评价系统（以对比
噪声比为代表），其计算基础是 FBP 图像中噪声的标准差反比于辐射剂量的平方根
[2]
。但
是近年来，迭代重建（iterative reconstruction，IR）技术快速发展。相比 FBP 算法，IR 算
法的原理是在考虑 X 线物理、系统光学和病人因素等的情况下，应用统计数据模型或数学
模型，不断迭代原始数据和/或重建图像数据，以获得高质量的 CT 图像
[3]
。
有研究表明
[3-7]
，IR 可以在保证图像质量的同时降低图像噪声，这就使其成为降低辐
射剂量的一种重要实现方式。然而，非线性、非静止性的特性使得 IR 图像的空间分辨率依
赖于对比度和剂量；同时，IR 算法改善图像噪声的同时也会改变图像的纹理，这就使得传
统以线性为基础的噪声评价系统在 IR 算法面前显得过于简单且捉襟见肘
[8-10]
。因此，需要
一种全面的评价 IR 算法图像质量的方法。
本研究拟探究在 IR 算法的基础上，辐射剂量和管电压对图像质量的影响；除此之
外，本研究引入一种基于任务的图像质量（task-based image quality assessment）评价系统
[10]
，从图像的空间分辨率、噪声及对病灶的可检出能力方面对比各图像的图像质量。
1. 资料与方法
1.1 扫描体模
采用美国放射学会（American College of Radiology，ACR）质量控制（quality
assurance，QA）体模 Gammex 464 作为扫描对象。该模体直径 20 cm，长 16 cm，共包括
4 个模块（module），可以用来测量机器的高/低对比度分辨率、CT 值准确性、层厚和检
测 CT 值均匀性等。
本研究使用其中的 module 1 和 module 3 测量基于任务的图像质量评价参数：包括任
务传递函数（task-based transfer function，TTF）、噪声功率谱（noise power spectrum，
NPS）以及可检测能力指数（detectability index，d′d′），三者分别反映图像的空间分辨
率、噪声以及对病变的可检测能力。
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