전산화단층촬영조영술(computer tomography angiography, CTA)의 최적 화질을 위한 서로 다른 요오드 농도와 스캔 매개변수를 적용하여 필터 보정 역투영 (filtered back projection, FBP), 혼합형 반복재구성 (hybrid-iterative reconstruction, hybrid-IR) 및 딥러닝 재구성 (deep learning reconstruction, DLR)의 화질적 특성을 정량적으로 평가하였다. 320행 검출기 CT 스캐너에서 지름 19 cm의 원통형 물 팬텀 가장자리에 있는 다양한 요오드 농도 (1.2, 2.9, 4.9, 6.9, 10.4, 14.3, 18.4 및 25.9 mg/mL)의 팬텀을 스캔하였다. 각각의 재구성 기술을 사용하여 획득한 데이터는 노이즈 (noise), 변동 계수 (coefficient of variation, COV) 및 평균 제곱근 오차 (root mean square error, RMSE)을 통해 영상을 분석하였다. 요오드의 농도가 증가할수록 CT number 값은 증가하였지만 노이즈 변화는 특별한 특성을 보이지 않았다. 다양한 관전류 및 관전압에서 FBP, adaptive iterative dose reduction (AIDR) 3D 및 advanced intelligent clear-IQ engine (AiCE)에 대해 요오드 농도를 증가할수록 COV는 감소하였고 요오드 농도가 낮을 때는 재구성 기술 간의 COV 차이가 다소 발생하였지만, 요오드 농도가 높아짐에 따라 그 차이는 미약한 결과를 보였다. 또한, AiCE에서는 요오드 농도가 높아질수록 RMSE는 감소하지만 특정한 농도 (4.9 mg/mL) 이후에는 RMSE가 오히려 증가 되는 특성을 보여주었다. 따라서 최적의 CTA 영상 획득을 위해 재구성 기술에 따른 요오드 농도의 변화 및 다양한 관전류 및 관전압의 스캔 매개변수의 특성을 고려하여 환자 스캔을 해야 할 것이다.
Cao, Peng;Cui, Di;Ming, Yanzhen;Vardhanabhuti, Varut;Lee, Elaine;Hui, Edward
Investigative Magnetic Resonance Imaging
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제25권4호
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pp.293-299
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2021
Purpose: To accelerate magnetic resonance fingerprinting (MRF) by developing a flexible deep learning reconstruction method. Materials and Methods: Synthetic data were used to train a deep learning model. The trained model was then applied to MRF for different organs and diseases. Iterative reconstruction was performed outside the deep learning model, allowing a changeable encoding matrix, i.e., with flexibility of choice for image resolution, radiofrequency coil, k-space trajectory, and undersampling mask. In vivo experiments were performed on normal brain and prostate cancer volunteers to demonstrate the model performance and generalizability. Results: In 400-dynamics brain MRF, direct nonuniform Fourier transform caused a slight increase of random fluctuations on the T2 map. These fluctuations were reduced with the proposed method. In prostate MRF, the proposed method suppressed fluctuations on both T1 and T2 maps. Conclusion: The deep learning and iterative MRF reconstruction method described in this study was flexible with different acquisition settings such as radiofrequency coils. It is generalizable for different in vivo applications.
Pamela Sung;Jeong Min Lee;Ijin Joo;Sanghyup Lee;Tae-Hyung Kim;Balaji Ganeshan
Korean Journal of Radiology
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제20권4호
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pp.558-568
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2019
Objective: To evaluate whether computed tomography (CT) reconstruction algorithms affect the CT texture features of the liver parenchyma. Materials and Methods: This retrospective study comprised 58 patients (normal liver, n = 34; chronic liver disease [CLD], n = 24) who underwent liver CT scans using a single CT scanner. All CT images were reconstructed using filtered back projection (FBP), hybrid iterative reconstruction (IR) (iDOSE4), and model-based IR (IMR). On arterial phase (AP) and portal venous phase (PVP) CT imaging, quantitative texture analysis of the liver parenchyma using a single-slice region of interest was performed at the level of the hepatic hilum using a filtration-histogram statistic-based method with different filter values. Texture features were compared among the three reconstruction methods and between normal livers and those from CLD patients. Additionally, we evaluated the inter- and intra-observer reliability of the CT texture analysis by calculating intraclass correlation coefficients (ICCs). Results: IR techniques affect various CT texture features of the liver parenchyma. In particular, model-based IR frequently showed significant differences compared to FBP or hybrid IR on both AP and PVP CT imaging. Significant variation in entropy was observed between the three reconstruction algorithms on PVP imaging (p < 0.05). Comparison between normal livers and those from CLD patients revealed that AP images depend more strongly on the reconstruction method used than PVP images. For both inter- and intra-observer reliability, ICCs were acceptable (> 0.75) for CT imaging without filtration. Conclusion: CT texture features of the liver parenchyma evaluated using the filtration-histogram method were significantly affected by the CT reconstruction algorithm used.
Objective: This study aimed to investigate whether a deep learning reconstruction (DLR) method improves the image quality, stent evaluation, and visibility of the valve apparatus in coronary computed tomography angiography (CCTA) when compared with filtered back projection (FBP) and hybrid iterative reconstruction (IR) methods. Materials and Methods: CCTA images of 51 patients (mean age ± standard deviation [SD], 63.9 ± 9.8 years, 36 male) who underwent examination at a single institution were reconstructed using DLR, FBP, and hybrid IR methods and reviewed. CT attenuation, image noise, signal-to-noise ratio (SNR), contrast-to-noise ratio (CNR), and stent evaluation, including 10%-90% edge rise slope (ERS) and 10%-90% edge rise distance (ERD), were measured. Quantitative data are summarized as the mean ± SD. The subjective visual scores (1 for worst -5 for best) of the images were obtained for the following: overall image quality, image noise, and appearance of stent, vessel, and aortic and tricuspid valve apparatus (annulus, leaflets, papillary muscles, and chordae tendineae). These parameters were compared between the DLR, FBP, and hybrid IR methods. Results: DLR provided higher Hounsfield unit (HU) values in the aorta and similar attenuation in the fat and muscle compared with FBP and hybrid IR. The image noise in HU was significantly lower in DLR (12.6 ± 2.2) than in hybrid IR (24.2 ± 3.0) and FBP (54.2 ± 9.5) (p < 0.001). The SNR and CNR were significantly higher in the DLR group than in the FBP and hybrid IR groups (p < 0.001). In the coronary stent, the mean value of ERS was significantly higher in DLR (1260.4 ± 242.5 HU/mm) than that of FBP (801.9 ± 170.7 HU/mm) and hybrid IR (641.9 ± 112.0 HU/mm). The mean value of ERD was measured as 0.8 ± 0.1 mm for DLR while it was 1.1 ± 0.2 mm for FBP and 1.1 ± 0.2 mm for hybrid IR. The subjective visual scores were higher in the DLR than in the images reconstructed with FBP and hybrid IR. Conclusion: DLR reconstruction provided better images than FBP and hybrid IR reconstruction.
Wookon Son;MinWoo Kim;Jae-Yeon Hwang;Young-Woo Kim;Chankue Park;Ki Seok Choo;Tae Un Kim;Joo Yeon Jang
Korean Journal of Radiology
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제23권7호
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pp.752-762
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2022
Objective: To compare a deep learning-based reconstruction (DLR) algorithm for pediatric abdominopelvic computed tomography (CT) with filtered back projection (FBP) and iterative reconstruction (IR) algorithms. Materials and Methods: Post-contrast abdominopelvic CT scans obtained from 120 pediatric patients (mean age ± standard deviation, 8.7 ± 5.2 years; 60 males) between May 2020 and October 2020 were evaluated in this retrospective study. Images were reconstructed using FBP, a hybrid IR algorithm (ASiR-V) with blending factors of 50% and 100% (AV50 and AV100, respectively), and a DLR algorithm (TrueFidelity) with three strength levels (low, medium, and high). Noise power spectrum (NPS) and edge rise distance (ERD) were used to evaluate noise characteristics and spatial resolution, respectively. Image noise, edge definition, overall image quality, lesion detectability and conspicuity, and artifacts were qualitatively scored by two pediatric radiologists, and the scores of the two reviewers were averaged. A repeated-measures analysis of variance followed by the Bonferroni post-hoc test was used to compare NPS and ERD among the six reconstruction methods. The Friedman rank sum test followed by the Nemenyi-Wilcoxon-Wilcox all-pairs test was used to compare the results of the qualitative visual analysis among the six reconstruction methods. Results: The NPS noise magnitude of AV100 was significantly lower than that of the DLR, whereas the NPS peak of AV100 was significantly higher than that of the high- and medium-strength DLR (p < 0.001). The NPS average spatial frequencies were higher for DLR than for ASiR-V (p < 0.001). ERD was shorter with DLR than with ASiR-V and FBP (p < 0.001). Qualitative visual analysis revealed better overall image quality with high-strength DLR than with ASiR-V (p < 0.001). Conclusion: For pediatric abdominopelvic CT, the DLR algorithm may provide improved noise characteristics and better spatial resolution than the hybrid IR algorithm.
A hybrid approach employing both the genetic algorithm and the newton-raphson method is proposed for the electrical impedance computed tomography (EICT) image reconstruction. Computational experiments based on the new concept have shown promising results for several noise-free models. In particular, the resistance distribution of the tested models having resistivity ratio up to 100:1 has been reconstructed sucessfully. Using the proposed mehtod, it is also possible to get the reconstruction by the conventional iterative approaches be difficult to vonverge to a robust solution. If the compution power is enhanced further, the proposed method is expected to stimulate the practical applications of the EICT technology in the near future.
Tao Li;Tian Tang;Li Yang;Xinghua Zhang;Xueping Li;Chuncai Luo
Korean Journal of Radiology
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제20권5호
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pp.729-738
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2019
Objective: To assess the effects of iterative model reconstruction (IMR) on image quality for demonstrating non-calcific high-risk plaque characteristics of coronary arteries. Materials and Methods: This study included 66 patients (53 men and 13 women; aged 39-76 years; mean age, 55 ± 13 years) having single-vessel disease with predominantly non-calcified plaques evaluated using prospective electrocardiogram-gated 256-slice CT angiography. Paired image sets were created using two types of reconstruction: hybrid iterative reconstruction (HIR) and IMR. Plaque characteristics were compared using the two algorithms. The signal-to-noise ratio (SNR) and contrast-to-noise ratio (CNR) of the images and the CNR between the plaque and adjacent adipose tissue were also compared between the two reformatted methods. Results: Seventy-seven predominantly non-calcified plaques were detected. Forty plaques showed napkin-ring sign with the IMR reformatted method, while nineteen plaques demonstrated napkin-ring sign with HIR. There was no statistically significant difference in the presentation of positive remodeling, low attenuation plaque, and spotty calcification between the HIR and IMR reconstructed methods (all p > 0.5); however, there was a statistically significant difference in the ability to discern the napkin-ring sign between the two algorithms (χ2 = 12.12, p < 0.001). The image noise of IMR was lower than that of HIR (10 ± 2 HU versus 12 ± 2 HU; p < 0.01), and the SNR and CNR of the images and the CNR between plaques and surrounding adipose tissues on IMR were better than those on HIR (p < 0.01). Conclusion: IMR can significantly improve image quality compared with HIR for the demonstration of coronary artery and atherosclerotic plaques using a 256-slice CT.
Objective: To investigate the image quality of ultralow-dose CT (ULDCT) of the chest reconstructed using a cycle-consistent generative adversarial network (CycleGAN)-based deep learning method in the evaluation of pulmonary tuberculosis. Materials and Methods: Between June 2019 and November 2019, 103 patients (mean age, 40.8 ± 13.6 years; 61 men and 42 women) with pulmonary tuberculosis were prospectively enrolled to undergo standard-dose CT (120 kVp with automated exposure control), followed immediately by ULDCT (80 kVp and 10 mAs). The images of the two successive scans were used to train the CycleGAN framework for image-to-image translation. The denoising efficacy of the CycleGAN algorithm was compared with that of hybrid and model-based iterative reconstruction. Repeated-measures analysis of variance and Wilcoxon signed-rank test were performed to compare the objective measurements and the subjective image quality scores, respectively. Results: With the optimized CycleGAN denoising model, using the ULDCT images as input, the peak signal-to-noise ratio and structural similarity index improved by 2.0 dB and 0.21, respectively. The CycleGAN-generated denoised ULDCT images typically provided satisfactory image quality for optimal visibility of anatomic structures and pathological findings, with a lower level of image noise (mean ± standard deviation [SD], 19.5 ± 3.0 Hounsfield unit [HU]) than that of the hybrid (66.3 ± 10.5 HU, p < 0.001) and a similar noise level to model-based iterative reconstruction (19.6 ± 2.6 HU, p > 0.908). The CycleGAN-generated images showed the highest contrast-to-noise ratios for the pulmonary lesions, followed by the model-based and hybrid iterative reconstruction. The mean effective radiation dose of ULDCT was 0.12 mSv with a mean 93.9% reduction compared to standard-dose CT. Conclusion: The optimized CycleGAN technique may allow the synthesis of diagnostically acceptable images from ULDCT of the chest for the evaluation of pulmonary tuberculosis.
Kim, Da Jung;Kim, Cherry;Shin, Chol;Lee, Seung Ku;Ko, Chang Sub;Lee, Ki Yeol
Korean Journal of Radiology
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제19권6호
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pp.1187-1195
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2018
Objective: To compare correlations between pulmonary function test (PFT) results and different reconstruction algorithms and to suggest the optimal reconstruction protocol for computed tomography (CT) quantification of low lung attenuation areas and airways in healthy individuals. Materials and Methods: A total of 259 subjects with normal PFT and chest CT results were included. CT scans were reconstructed using filtered back projection, hybrid-iterative reconstruction, and model-based IR (MIR). For quantitative analysis, the emphysema index (EI) and wall area percentage (WA%) were determined. Subgroup analysis according to smoking history was also performed. Results: The EIs of all the reconstruction algorithms correlated significantly with the forced expiratory volume in one second (FEV1)/forced vital capacity (FVC) (all p < 0.001). The EI of MIR showed the strongest correlation with FEV1/FVC (r = -0.437). WA% showed a significant correlation with FEV1 in all the reconstruction algorithms (all p < 0.05) correlated significantly with FEV1/FVC for MIR only (p < 0.001). The WA% of MIR showed the strongest correlations with FEV1 (r = -0.205) and FEV1/FVC (r = -0.250). In subgroup analysis, the EI of MIR had the strongest correlation with PFT in both eversmoker and never-smoker subgroups, although there was no significant difference in the EI between the reconstruction algorithms. WA% of MIR showed a significantly thinner airway thickness than the other algorithms ($49.7{\pm}7.6$ in ever-smokers and $49.5{\pm}7.5$ in never-smokers, all p < 0.001), and also showed the strongest correlation with PFT in both ever-smoker and never-smoker subgroups. Conclusion: CT quantification of low lung attenuation areas and airways by means of MIR showed the strongest correlation with PFT results among the algorithms used, in normal subjects.
Several dielectric as well as conducting cylinders buried in the lossy half space are reconstructed from the scattered fields measured along the interface between the air and the lossy ground. Iterative inversion method by using the hybrid optimization algorithm combining the genetic and the Levenberg-Marquardt algorithm enables us to find the positions, the sizes, and the medium parameters such as the permittivities and the conductivities of the buried cylinders as well as those of the background lossy half space. Illposedness of the inversion caused by the errors in the measured scattered fields are regularized by filtering the evanescent modes of the scattered fields out.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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