Диссертация (1140515), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Однако снижение этих показателей можетпривести к уменьшению диагностической ценности исследования. Современныеалгоритмы итеративной реконструкции (АИР) способны значительно уменьшитьуровень шума на изображениях [97].Применение АИР позволяет сохранить, а в некоторых случаях улучшитькачестводиагностическогоизображениясканирования с низкой дозой.приприменениипротоколовПрежде чем приступить к выполнениюисследований с низкой лучевой нагрузкой, следует разобраться в принципахреконструкции изображений.КТ-изображения получаются из так называемых «сырых данных» (англ. rawdata).ДляреконструкцииКТ-изображенийтребуетсязначительнаявычислительная мощность. В собранном Годфри Хаунcфилдом в 1971 году первомв мире компьютерном томографе для построения изображений как разиспользовался алгоритм итеративной реконструкции.
В целом, сообщения оразработке АИР относятся к началу 1970-х гг. [18,33,36].Но в 1971 году мощность компьютеров была небольшой и дляреконструкции одного изображения требовалось не менее 45 минут. Следствиемэтого стали поиски более быстрого алгоритма реконструкции. Был внедреналгоритм «фильтрованной обратной проекции» (англ. filtered back projection, FBP),который более чем на 40 лет стал основным применяемым в практике алгоритмомреконструкции КТ-изображений.
Внедрение этого алгоритма позволило сократитьвремя реконструкции изображения до 30 секунд. Основными проблемами этогометода реконструкции является сильная зависимость качества изображения отсилы и напряжения тока на трубке, и, как следствие, высокий шум при их низкихзначениях. При применении FBP можно получить высокое пространственное28разрешение или высокую контрастность, но одновременно их получитьневозможно.В свою очередь, применение АИР позволяет получить одновременно каквысокоепространственноеразрешение,такивысокуюконтрастностьизображения.Как таковой процесс получения изображения методом итеративнойреконструкциипредставляетсобойсложныйматематическийрасчет.Вупрощенном смысле этот процесс представляет собой петлю. Данные каждоговокселя многократно обрабатываются, приближая его конфигурацию к идеальноймодели.Всего можно выделить четыре поколения реконструкции, из которых FBPявляется первым, а АИР последним, четвертым поколением.
Следует отметить, чтоАИР можно разделить на 2 типа – гибридные АИР и так называемые «чистые»,model-based алгоритмы [28,73,83].Основным различием между ними является уровень вклада итеративногоалгоритма в итоговое изображение. Всякий гибридный АИР можно различить поуровням воздействия на изображение при сохранении воздействия FBP. К примеру,в аппаратах компании Philips используются следующие уровни АИР 4-гопоколения iDose4 – 3,4,5,6. Уровни АИР представляют собой вклад в итоговоеизображение итеративной реконструкции – 40%, 50%, 60% и 70% для АИР 3,4,5,6уровней, соответственно. В то же время, «model-based» алгоритмы представляютсобой исключительно итеративные алгоритмы реконструкции. Разница междуэтими алгоритмами реконструкции порой бывает весьма существенной, к примеру,«model-based» алгоритмы оказались более эффективными для улучшения качестваизображения в мультипланарном режиме, тогда как гибридные АИР показалилучший результат для моделирования виртуальной колоноскопии [50].Также недостатком «model-based» алгоритмов является долгое времяреконструкции изображений (не менее 10 минут) и дороговизна – как правило, онипредустановлены в высококлассных моделях томографов.
В то же время,29реконструкция одной томограммы методом гибридного АИР занимает до 1минуты.Как правило, у всех ведущих производителей КТ-аппаратов естьсобственные разработки АИР. Основные производители и коммерческие названияалгоритмов представлены в таблице 1.1.Таблица 1.1 – Основные коммерческие алгоритмы итеративной реконструкции иих разработчикиПроизводитель Гибридный АИРModel-based АИРGeneral ElectricASiRVeoPhilipsiDose4IMRSiemensIRISSAFIREToshibaAIDRAIDR 3D (integrated)Следует отметить т.н. «некоммерческие», вендор-независимые алгоритмыреконструкции, такие как Adaptive non-local Means (ANLM) и Prior imageconstrainedcompressedsensing(PICSS).Этиалгоритмыреконструкцииизображений демонстрируют схожие с коммерческими АИР результаты вснижении уровня шума [30,52]. Их применение может быть актуально в случаеналичия устаревшего томографа без предустановленного АИР.Применение АИР в снижении уровня шума доказало свою эффективность вряде зарубежных исследований.
Экспериментальные протоколы сканирования и ихрезультаты представлены в таблице 1.2.30Таблица 1.2 – Экспериментальные протоколы сканирования и их результаты по данным мировой литературыАвторыYanaga Y, Awai K,Nakaura T et al.2011Marin D, ChoudhuryKR, Gupta RT, et al.2013Buls N, VanGompel G., VanCauteren T. et al.2015Song JS, Lee JM,Sohn JY et al. 2014Hérin E, GardavaudF, Chiaradia M et al.2015Husarik DB,Alkadhi H, PuippeGD et. al. 2015in\exvivoОбластьТиппротоколакВмАРеконструкцияСнижениешума, %Снижениедозы, %inПеченьНизкое kVВысокое mA80600FBPповышение13inПеченьНизкое kVВысокое mA80675ASIR40%2672.4Низкое kV80АРСТVeo43.316Низкое kV80АРСТASIR60%сравнимый16exexБрюшнаяполостьсвинейБрюшнаяполостьсвинейinПеченьСтандартныйпротокол120180iDose428сравнимаядозаinБрюшнаяполостьНизкое kVНизкое mA100100300Veo8.774exФантомпечениНизкое mA12095Veo535031Продолжение Таблицы 1.2АвторыMarin D, NelsonRC, Samei E, et al.2009Schindera ST,Diedrichsen L,Müller HC, et al.2011Noda Y, KanematsuM, Goshima S.
2014Mitsuru M,Takamichi M,Hiroshi J et al. 2013Xie Q, Wu J, TangY et al. 2013Desai GS, UppotRN, Yu EW 2015Kaza RK, PlattJF, Al-Hawary MMet al. 2012in\exvivoОбластьТиппротоколакВмАРеконструкцияСнижениешума, %Снижениедозы,%inПеченьНизкое kVВысокое mA80675FBPповышение71exФантомпечениНизкое kV100160IRIS2039.8inПЖНизкое kV80АРСТASIR30%сравнимыйсравнимаядозаinБрюшнаяполостьНизкое mA12010–550AIDR3D15.948,3inПЖВысокое kVНизкое mA120100iDose4повышение53.8inБрюшнаяполостьНизкое mA120150600ASIR30%33.328.4inБрюшнаяполостьНизкое kV80350–500ASIR30%53.57132Как видно из приведённой таблицы, без использования АИР можнодостигнуть ощутимого снижения лучевой нагрузки, до 71%, однако это неизбежносопровождается выраженным повышением уровня шума.Использование АРСТбез должной настройки и АИР с низкими значениями также может не привести кзначимому снижению дозы излучения и шума изображения.
Применение редких идорогостоящих «model-based» алгоритмов в сочетании с низкими значениями кВ имА позволяет выраженно снизить дозу, но не шум. Никто из авторов неиспользовал комбинацию снижения напряжения на рентгеновской трубкетомографа до 100 кВ с применением АРСТ и гибридной АИР. Единственноеисследование со схожей комбинацией (мА 160, Schindera ST, Diedrichsen L, MüllerHC, et al. 2011) было выполнено на фантоме печени и были достигнуты хорошиерезультаты. «Изолированное» использование низких значений напряжения илисилы тока не раскрывает всего потенциала в снижении лучевой нагрузки иулучшениидифференциацииновообразований.Значительноеколичествоисследований выполнено либо на фантомах, либо на трупах животных, чтоограничивает достоверность результатов. Наконец, за последние 5 лет быловыполнено всего 5 исследований, посвященных исследованию новообразованийпечени и ПЖ с низкой лучевой нагрузкой in vivo [81].Отсутствие актуального диагностического алгоритма и протоколовсканирования, применимых в повседневной практике, а также вышеприведенныеаргументы и послужили основанием для выполнения настоящей работы.1.5 ЗаключениеСовременные КТ-технологии позволяют значительно снизить лучевую нагрузку напациента практически во всех случаях.
В первую очередь, следует разумноопределять показания к исследованию, избегать необоснованных выполненийисследований с воздействием ионизирующего излучения на человека. Когдаисследование действительно необходимо, в каждом отдельном случае следуеттщательно подходить к его планированию, избегать лишних фаз сканирования, недобавляющих диагностической информации. В каждом наблюдении важно33тщательно определять протяженность зоны сканирования.
Не рекомендуетсявыполнение 2-х сканограмм, в случае если эта мера реально не повысит качествоисследования. Наконец, в каждом случае требуется рассмотреть вопрос оприменении протоколов с низкой лучевой нагрузкой, снижении силы тока илинапряжениянарентгеновскойтрубке.Особенноэтотмоменткасаетсяисследований у детей и молодых людей. Приведенные в обзоре данныесвидетельствуют о том, что выполнение исследований по протоколам «низкойдозы» возможны у любой категории пациентов, при разумном планировании.Мы планировали сравнить стандартный протокол сканирования, применяемый вотделении, с модифицированными протоколами, разработанными в ходепланирования диссертации.В первую очередь, ставился вопрос об улучшении визуализации новообразований,повышении соотношения «контраст-шум». Соответственно, было приняторешение пойти по пути снижения напряжения на рентгеновской трубке КТ.Учитывалось, что выраженное снижение напряжения может привести кнеобратимой деградации изображений.
В целях сохранения гарантированногокачества исследования мы пошли по пути умеренного снижения напряжения нарентгеновской трубке.Во-вторых, ставилась цель снизить лучевую нагрузку, так как множествопациентов НМИЦХ им. А.В. Вишневского проходили КТ-исследования несколькораз. Таким образом, было принято решение также использовать АРСТ.Многие из этих пациентов были в ослабленном состоянии, части из них такжетребовалось пероральное контрастирование или проведение фистулографии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
