ISSN 1004-4140
CN 11-3017/P

IMR、iDose<sup<4</sup<和FBP三种重建算法在隆鼻整形术CT扫描的应用研究

徐同江, 王旭, 李艳, 邓刚, 刘建新, 尹晓明, 梁伟中, 吴戈

徐同江, 王旭, 李艳, 等. IMR、iDose4和FBP三种重建算法在隆鼻整形术CT扫描的应用研究[J]. CT理论与应用研究, 2022, 31(3): 357-364. DOI: 10.15953/j.ctta.2021.072.
引用本文: 徐同江, 王旭, 李艳, 等. IMR、iDose4和FBP三种重建算法在隆鼻整形术CT扫描的应用研究[J]. CT理论与应用研究, 2022, 31(3): 357-364. DOI: 10.15953/j.ctta.2021.072.
XU T J, WANG X, LI Y, et al. Application of IMR, iDose4 and FBP reconstruction algorithms in CT scanning of rhinoplasty[J]. CT Theory and Applications, 2022, 31(3): 357-364. DOI: 10.15953/j.ctta.2021.072. (in Chinese).
Citation: XU T J, WANG X, LI Y, et al. Application of IMR, iDose4 and FBP reconstruction algorithms in CT scanning of rhinoplasty[J]. CT Theory and Applications, 2022, 31(3): 357-364. DOI: 10.15953/j.ctta.2021.072. (in Chinese).

IMR、iDose<sup<4</sup<和FBP三种重建算法在隆鼻整形术CT扫描的应用研究

详细信息
    作者简介:

    徐同江: 男,应急总医院影像科主管技师,主要从事CT和MRI影像及后处理工作,E-mail:xutongjiang2005@163.com

    吴戈: 男,应急总医院影像科主任医师,主要从事CT及MRI影像诊断与介入治疗,E-mail:wudalu4983@163.com

  • 中图分类号: O  242;R  814

Application of IMR, iDose<sup<4</sup< and FBP Reconstruction Algorithms in CT Scanning of Rhinoplasty

  • 摘要: 目的:探讨IMR、iDose<sup<4</sup<和 FBP三种重建算法在肋软骨隆鼻术前胸部多排螺旋CT扫描中对图像质量的影响。方法:收集符合纳入标准的拟行自体肋软骨隆鼻术患者60例,术前均行胸部CT检查,分别使用IMR、iDose<sup<4</sup<和 FBP三种重建算法生成图像并进行相关后处理重建肋软骨,记录并比较各组图像质量主观评价分数和客观评价的指标如:肋软骨CT值、噪声、信噪比、对比噪声比。结果:三种算法得到的CT重建图像都能准确评估肋软骨钙化程度;主观评分IMR、iDose<sup<4</sup<组与FBP组相比,在MIP图像上评分均值分别增加50.5%和33.6%,在VR图像上评分均值分别增加51.0%和19.0%。IMR组较iDose<sup<4</sup<组的评分均值在 MIP图像和VR图像上分别增加了11.1% 和21.1%。客观评价肋软骨CT值、信噪比和对比噪声比并作统计学分析,最终显示IMR、iDose<sup<4</sup<和 FBP三种重建算法组间对比有显著差异,IMR组明显最优。结论:IMR、iDose<sup<4</sup<和 FBP三种重建算法均能准确评估自体肋软骨是否存在钙化及程度,IMR算法较后两者更能显著降低图像噪声,提高CNR、SNR,提升肋软骨的主观图像质量,为制定最佳术前方案提供更精准的相关信息,可作为肋软骨CT检查首选算法重建技术进行应用,值得大力推广。
    Abstract: Objective: To investigate the effects of IMR, iDose<sup<4</sup< and FBP reconstruction algorithms on the image quality of multi-row spiral CT in the chest before costal cartilage rhinoplasty. Methods: A total of 60 patients who met the inclusion criteria and planned to receive autogenous costal cartilage rhinoplasty were collected. All patients underwent chest CT examination before operation and completed relevant 3D reconstruction based on images generated by IMR, iDose<sup<4</sup< and FBP reconstruction algorithms, and the image quality of the three reconstruction algorithms was analyzed. The subjective evaluation score and objective evaluation indexes of image quality in each group were recorded and compared including costal cartilage CT value, noise, signal-to-noise ratio and contrast noise ratio. Results: The CT reconstruction images obtained by the three algorithms could all accurately assess the degree of costal cartilage calcification. Subjective evaluation of image quality showed that the IMR group obtained higher score and held obvious advantages, mainly reflected in the IMR reconstruction algorithm compared with iDose<sup<4</sup< and FBP two algorithms in the costal cartilage calcification spot edge display and inhibition of liver, gastrointestinal content and weakened heart beating artifacts. Objective evaluation of costal cartilage CT value, SNR, contrast noise ratio and statistical analysis, the final statistical results showed that IMR, iDose<sup<4</sup< and FBP reconstruction algorithm group showed significant statistical differences, IMR group showed obviously the best image quality. Conclusion: All three reconstruction algorithms of IMR, idose<sup<4</sup< and FBP can accurately evaluate the presence and degree of calcification of autologous costal cartilage. Under the same scanning conditions, compared with the reconstruction algorithms of FBP and iDose<sup<4</sup<, IMR reconstruction algorithms can reducecan significantly reduce image noise, improve CNR and SNR, and improve the subjective image quality of costal cartilage. It is more acceptable to clinical surgeons and can be used as the preferred algorithm reconstruction technique for costal cartilage CT examination, which is most worthy of promotion.
  • 神经系统副肿瘤综合征(paraneoplastic neurological syndromes,PNS)是与恶性肿瘤相关但非肿瘤转移、感染及神经系统疾病机制引起的一组异质性疾病,发病机制尚未阐明,目前普遍认为由免疫介导引起[1-2]。PNS可于恶性肿瘤发现时或发现前出现,尽早明确PNS诊断、治疗原发疾病具有重要临床意义。

    PNS通常病因不明,在寻找恶性肿瘤起源的过程中,影像学检查及实验室检查辅助诊断必不可少。然而,传统影像学方法(B超、CT或MRI等)序贯检查所用时间较长且往往不能确定诊断,实验室检查(如肿瘤标记物、神经元抗体检测等)诊断特异性不高,18F-FDG PET/CT作为一种无创的全身性检查方法,越来越多地被广泛应用于临床。因此,本文旨在探讨全身18F-FDG PET/CT及神经元抗体检测在PNS诊断中的应用价值及前景。

    回顾性分析2015年至2021年首都医科大学附属北京天坛医院疑诊PNS住院患者的临床、实验室及影像检查资料,并进行随访。

    纳入标准:通过影像系统,回顾性搜索病史中含有关键词“神经系统副肿瘤综合征或PNS”或“副肿瘤症状或综合征”的患者纳入研究。排除标准:新发肿瘤或肿瘤复发病史明确的患者;使用过免疫抑制剂的患者;PET/CT检查图像质量影响评估的患者。

    56例住院期间行全身18F-FDG PET/CT及神经元抗体检测的患者纳入研究,其中男33例,女23例;年龄范围28~75岁,平均年龄(55.143±11.725)岁。对患者随访,随访时间为检查日至2022年3月18日,记录非肿瘤患者出现肿瘤或肿瘤患者出现新发肿瘤日期及时间、肿瘤类型,本研究患者的平均随访时间为(49.541±29.266)月。

    患者空腹6 h以上,控制血糖低于8.3 mmol/L,按照3.700~5.550 MBq/kg静脉注射18F-FDG平躺休息40~60 min后行PET/CT扫描(GE,Discovery Eilte 690)。扫描范围从颅底至头顶,螺旋CT扫描后3D-TOF模式采集PET图像8 min,有序子集最大期望值迭代法(OSEM)进行图像重建,于AW 4.5工作站图像后处理后传送至MedEx进行图像分析。

    由两名高年资医生进行图像分析,在意见不一致的情况下,经过讨论达成统一结果。病灶在PET上为FDG高代谢,诊断为肿瘤或可能肿瘤的情况,定义为PET/CT检查阳性。联合检测分两种情况进行分析,联合检测1为PET或神经元抗体其中一种阳性,即认为联合检测阳性,联合检测2为PET及神经元抗体均为阳性即认为联合检测阳性。经过病理及随访诊断为恶性肿瘤,则定义为病理及随访结果阳性。

    采用SPSS 22.0软件进行数据分析,计数资料采用χ2检验,计量资料用均数±标准差($\bar x \pm s $)表示,分类资料采用例数和百分数表示。采用ROC曲线对比分析各检查的诊断效能。P<0.05认为差异有统计学意义。

    56例疑诊PNS患者中,共确诊肿瘤20例,包括:肿瘤伴PNS 19例,1例伴脊髓转移。20例肿瘤患者18F-FDG PET/CT显像均为阳性,36例非肿瘤患者显像结果包括33例真阴性结果及3例假阳性(随访结果分别为反流性食管炎、反应性骨改变、颈部炎性病变)。神经元抗体阳性33例,包括:肿瘤伴PNS 8例(抗Amphiphysin抗体脑炎3例,抗GABAB抗体脑炎2例,抗Yo抗体脑炎1例,抗Hu抗体脑炎2例)。不伴肿瘤25例(LGI1抗体脑炎10例,抗Amphiphysin抗体脑炎3例,抗Hu抗体脑炎1例,抗GABAB抗体脑炎3例,抗Yo抗体脑炎3例,抗CASPR2、GAD65、NMDA、PNMA及SOX1抗体脑炎各1例);阴性23例(肿瘤12例)。

    神经元抗体检测结果见表1。对照病理及随访结果,18F-FDG PET/CT检查、神经元抗体检测及两种联合检测的敏感度、特异度、准确度见表2。AUC曲线分析结果见图1

    表  1  疑诊PNS患者神经元抗体检测结果分析
    Table  1.  Analysis of the detection results of the neuronal anstibodies in suspected PNS patients
    神经元抗体
    检测结果
    合并肿瘤情况病例数/例神经元抗体类型/病例数(例)
    阳性肿瘤患者  8抗Amphiphysin抗体脑炎3例,抗GABAB抗体脑炎2例,抗Yo抗体脑炎1例,抗Hu抗体脑炎2例
    非肿瘤患者25LGI1抗体脑炎10例,抗Amphiphysin抗体脑炎3例,抗Hu抗体脑炎1例,抗GABAB抗体脑炎3例,抗Yo抗体脑炎3例,抗CASPR2、GAD65、NMDA、PNMA及SOX1抗体脑炎各1例
    阴性肿瘤患者 12
    非肿瘤患者11
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    表  2  18F-FDG PET/CT检查、神经元抗体检测及联合检测1、2与病理及随访结果对照
    Table  2.  Comparison of 18F-FDG PET/CT, neuronal antibody detection, and combined detection 1 and 2 with the pathological and follow-up results
    检查方法病理及随访敏感度/%特异度/%准确度/%
    (+)( − )合计
    18F-FDG PET/CT检查100.091.794.6
    (+)20 323
    ( − ) 03333
    合计203656
    神经元抗体检测 40.030.633.9
    (+) 82533
    ( − )121123
    合计203656
    联合检测1100.033.357.1
    (+)202444
    ( − ) 01212
    合计203656
    联合检测2 50.094.478.6
    (+) 8 210
    ( − )123446
    合计203656
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    图  1  18F-FDG PET/CT检查、神经元抗体检测及联合检测1、2诊断PNS的ROC曲线分析
    Figure  1.  ROC curve analysis of 18F-FDG PET/CT, neuronal antibody detection, and combined detection 1 and 2

    PNS是非直接由癌症转移或治疗后副作用、感染、营养不良、代谢紊乱或凝血障碍等引起的神经系统疾病,较为罕见,发生率不到肿瘤患者1%[3];可累及神经系统任何部位[4-7];发病机制尚未阐明,目前主要认为潜在肿瘤产生神经系统免疫应答从而引起临床症状[8]

    PNS可累及神经系统任何部分,从大脑皮质到神经肌肉接头和肌肉,主要分为3型:①免疫介导的脑炎包括经典的副肿瘤性脑炎综合征以及“自身免疫性脑炎”[9];②副肿瘤性小脑变性(paraneoplastic cerebellar degeneration,PCD)[10];③累及脊髓(脊髓综合征)、后根神经节(亚急性感觉神经元病)、周围神经、神经肌肉接头(Lambert-Eaton肌无力综合征、重症肌无力)和肌肉(皮肌炎和多发性肌炎等)的副肿瘤综合征[11-12]

    PNS症状复杂,早期、快速诊断并检出原发肿瘤较为困难。正常人很少存在副肿瘤抗体,如果存在抗体,应根据不同抗体提示的筛查方向仔细寻找潜在肿瘤[2]

    本研究中共有56例患者因怀疑PNS而进一步行神经元抗体检测,除外1例肺癌伴脊髓转移的患者,19例肿瘤患者PNS表现主要包括:副肿瘤性和自身免疫性脑炎6例,PCD 4例,累及脊髓、后根神经节、周围神经、神经肌肉接头和肌肉的副肿瘤综合征9例。8例肿瘤(8/20,40.0%)患者存在抗体阳性(8/33,24.2%),包括:6例“特征明确的”副肿瘤性抗体(针对神经元胞内蛋白的抗体)所致PNS,其中4例肺癌(2例抗Amphiphysin抗体脑炎、2例抗Hu抗体脑炎)、1例淋巴瘤(抗Amphiphysin抗体脑炎)、1例卵巢癌(抗Yo抗体脑炎);2例针对神经元细胞表面或突触蛋白的抗体,均为肺癌(抗GABAB抗体脑炎)。不伴肿瘤抗体阳性者25例(25/33,75.8%),包括:8例“特征明确的”副肿瘤性抗体(8/25,32.0%)及17例(17/25,68.0%)针对神经元细胞表面或突触蛋白抗体阳性的患者(表1)。这与以往研究报道一致,即“特征明确的”副肿瘤性抗体常提示存在基础肿瘤,而针对神经元细胞表面或突触蛋白的抗体可能与癌症或肿瘤有关或无关[8]

    神经元抗体对于肿瘤筛查及筛查部位具有一定提示意义,但存在较大局限性:①敏感度、特异度及准确度较低,本研究结果为40.0%、30.6% 及33.9%;②抗体阳性患者仍需要通过系列序贯检查明确原发病变部位、性质等,并且副肿瘤抗体的存在不是进行 18F-FDG PET/CT必不可少的因素[8]

    18F-FDG PET/CT作为无创评估全身的检查手段,在肿瘤筛查中发挥着重要作用,尤其是在检测小的、侵袭性肿瘤方面[3]。本研究中,20例肿瘤患者PET/CT显像均阳性,表现为肿瘤组织FDG摄取增高,包括:14例肺癌、2例前列腺癌、1例淋巴瘤、1例结肠癌、1例卵巢癌、1例输卵管癌复发,PET/CT检查敏感度为100%,阳性预测价值及阴性预测价值分别为87.0% 和100%,这与Marta O等在一项评估PET/CT在PNS中适用性的meta分析结果相一致,PET/CT在疑诊PNS肿瘤诊断中具有较高的敏感度及特异度,分别为0.81及0.88[3]。当然本研究的敏感度高达100%,可能与样本量较小以及来院就诊患者多为脑部肿瘤患者相关。

    研究表明在疑诊PNS时,PET/CT在筛查肿瘤方面表现突出,识别了全部肿瘤,与需要检查多次、历时较长的超声、CT/MRI、增强CT/MRI等传统、序贯的影像学检查方法相比,在肿瘤筛查中具有更大优势[8],但PET/CT在FDG代谢增高的良性病变鉴别诊断中存在一定局限性,比如炎性肉芽肿病变、风湿、感染性病变、发热或升白药物等导致的骨反应性FDG代谢增高等,位置也多种多样,如胃肠道、淋巴结、肺、肾上腺、头颈部等[13]

    本研究中,36例非肿瘤患者中有3例为PET/CT显像假阳性,均为FDG代谢增高的良性病变,与恶性肿瘤性病变鉴别困难。另外,神经系统症状可发生在癌症诊断之前或之后,并且肿瘤与PNS或抗体不符时有存在其它肿瘤可能性[14],因此,需要在PET/CT阴性或无法直接取得病理的情况下,仍需进一步通过其他检查手段或随访确诊。本研究平均随访时间为(49.541±29.266)月,至随访结束,未出现新发或者诊断不一致的肿瘤患者。由于随访时间较短,可能存在假阴性的可能。

    18F-FDG PET/CT在脑、脊髓等部位评估方面较传统检查方法具有增益价值。在MRI上边缘叶脑炎患者可见颞叶内侧及海马T2 Flair高信号或者异常强化,PCD患者症状出现数月后可见小脑萎缩等[15-16],但大多数患者表现正常,不具有特异性。而PNS患者脑及脊髓的FDG代谢异常较常见,尤其是合并神经元抗体阳性的患者,并且代谢改变程度常和脑炎分期相关。

    在本研究中,30例患者出现脑部或脊髓代谢改变,通过全身PET/CT检查,识别出20例肿瘤患者中1例为转移所致,11例(包括6例脑炎抗体阳性)为肿瘤伴PNS所致脑部及脊髓代谢改变,单侧或双侧边缘叶、基底节区核团、脊髓常以代谢增高为主要改变。而脑皮层常表现为代谢不均匀减低,同期CT及近期MRI均未见明显形态学改变,这与Masangkey等[16]在对PNS患者脑 18F-FDG PET特征及与MRI表现相关性分析中所报道的PNS脑代谢改变特征结果相一致。PET/CT相对于传统影像学检查手段,在对患者进行综合评估方面能够提供帮助。

    本研究进一步分析PET/CT、神经元抗体检测及两种联合检测结果。ROC分析提示单独PET/CT检测的AUC面积、敏感度及准确度均高于其他3种方法,全身18F-FDG PET/CT可作为疑诊PNS患者的肿瘤筛查及诊断的一线检查方法,但其价格较为昂贵限制了临床应用。神经元抗体检测可以提示某些肿瘤类型,有助于筛选出那些副肿瘤性疾病先于癌症发生的患者进行重点随访[17]

    另外,PNS的存在是否影响肿瘤结局,仍未达成一致观点。多数研究认为,副肿瘤性脑炎综合征(如Hu、Ri、Yo、amphiphysin、CRMP-5等)阳性肿瘤患者,治疗效果不佳,而与肿瘤相关的“自身免疫性脑炎”(如NMDA、GABA-A/B、Caspr2等抗体)阳性患者,治疗后可明显改善或恢复[9],例如,有研究认为合并PNS的小细胞肺癌病变更局限、预后较好[18]。因此,联合检测对于疑诊PNS患者的全面评估具有重要临床意义。

    本研究存在一定局限性,样本量不足以对不同种类抗体阳性PNS患者脑部及脊髓的PET/CT表现特点进行归纳总结及亚组分析,需要更大数量样本量入组以进一步分析。

    全身18F-FDG PET/CT可作为疑诊PNS患者无创筛查肿瘤的一线检查方法,联合神经元抗体检测能够更好地指导临床制定个体化诊疗策略。

  • 图  1   同一患者应用3种重建算法在同步重建模式下的MIP图像对比显示,双侧肋软骨仅见少量斑点状钙化高密度影。钙化评估:2级轻度钙化

    Figure  1.   Comparison of MIP images of the same patient using three reconstruction algorithms in synchronous reconstruction mode

    图  2   同一患者3种重建算法在同步重建模式下的MIP图像放大后的显示,IMR图像上的钙化边缘显示更清晰,肋软骨与背景的对比显示更锐利可辨。主观评分:FBP 2分,IMR 4分,iDose4 3分

    Figure  2.   In the MIP image of the same patient amplified by the three reconstruction algorithms in the synchronous reconstruction mode

    图  3   四级重度钙化患者3种算法的VR重建全貌,IMR算法图像较FBP和iDose4更能清晰、直观显示钙化的范围及与背景的关系,双侧肋软骨广泛钙化近100%,肋软骨密度近似于后肋,该患者直接放弃自体肋软骨移植,采用耳软骨代替行隆鼻术

    Figure  3.   Compared with FBP and iDose4, IMR algorithm image can clearly and intuitively show the range of calcification and its relationship with background

    图  4   同一患者的VR图像和MIP图像上,IMR重建算法在抑制肝脏、胃内容物及心脏波动 伪影方面较FBP和iDose4有明显的优势

    Figure  4.   In VR images and MIP images of the same patient, IMR reconstruction algorithm show obvious advantages over FBP and iDose4 in suppressing fluctuation artifacts of liver, stomach contents and heart

    表  1   3种不同重建算法图像的客观评价数据测量结果

    Table  1   Objective evaluation data measurement results of three different reconstruction algorithms

    组别SDSNRCNR
    FBP组 8.31±2.1317.30±4.82 4.14±2.13
    IMR组 4.37±0.9530.63±7.1913.15±4.41
    iDose47.19±1.7221.65±6.18 5.41±2.83
     注:表内数据为测量计算均值±标准差。iDose4指混合迭代算法。
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    表  2   3组图像每两组间的统计分析结果

    Table  2   Statistical comparison results between each two groups

    组间统计SD SNR CNR
    tP tP tP
    FBP组 VS IMR组   25.450.00 -21.260.00-24.920.00
    FBP组 VS iDose4组  6.420.00 -9.350.00 -8.100.00
    IMR组R VS iDose4-22.590.00 17.150.00 22.320.00
     注: iDose4指混合迭代算法。
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图(4)  /  表(2)
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-12-19
  • 录用日期:  2022-02-15
  • 网络出版日期:  2022-03-02
  • 发布日期:  2022-05-22

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