低剂量锥形束 CT 中图像质量与成像剂量关系的综合研究

虽然已开发出基于压缩感知（CS）的低剂量 CBCT 重建方法，但仍需清晰理解低剂量水平下图像质量与成像剂量之间的关系。本文通过广泛的实验和模拟研究，全面地定性探讨了这一主题。基本思想是将图像质量和成像剂量作为投影数量和每投影 mAs 的函数，在整个临床相关范围内进行绘制。从而可以清晰理解图像质量与剂量之间的权衡，并为图像引导放疗（IGRT）中的各种成像任务开发优化的低剂量 CBCT 扫描协议。本研究的主要发现包括：1) 在 CS 框架下，图像质量在大剂量范围内几乎没有下降，当剂量 < 100 总 mAs 时下降变得明显；剂量 < 40 总 mAs 会导致图像急剧退化。优化的低剂量 CBCT 扫描协议可能落在 40-100 总 mAs 的剂量范围内，具体取决于特定的 IGRT 应用。2) 在恒定低剂量水平的不同扫描协议中，投影数少于 50 的超稀疏视图重建是最具挑战性的情况，即使采用强正则化。其他低 mAs 协议可获得更好的图像质量。3) 最优扫描协议是中等数量投影与中等水平 mAs/视图的组合。当剂量在 72.8 总 mAs 或以下，且感兴趣区（ROI）为低对比度或高分辨率物体时，这一点更为明显。基于我们的结果，最优投影数约为 90 至 120。4) 临床可接受的最低剂量水平取决于任务。在本研究中，72.8 mAs 是可视化低对比度物体的安全剂量水平，而 12.2 总 mAs 足以检测直径大于 3 mm 的高对比度物体。