[論文レビュー] Admire vs. Safire: Objective comparison of CT reconstruction algorithms and their noise properties

Ingvild Dalehaug, Kirsten Nygaard Bolstad+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 31, 2017

Radiation Dose and Imaging参考文献 13被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、ノイズパワースペクトル（NPS）解析と画像間標準偏差マップを用いて、シーメンス社の反復再構成アルゴリズムADMIREとSAFIREのノイズ低減性能を客観的に比較した。結果として、ADMIREはエッジ付近のノイズ低減がSAFIREよりも顕著に効果的であるが、ノイズテクスチャの保持に顕著な改善は認められず、低線量条件下では低周波数側にシフトすることで、ADMIREはより斑点状の画像が生じることが分かった。

ABSTRACT

Purpose: Siemens has developed several iterative reconstruction (IR) algorithms on their CT scanners. SAFIRE is available on most of their CT scanners. The latest algorithm, ADMIRE, is available on their newest high-end CT scanners. The aim of our study was to compare the noise reduction properties of the two IR algorithms using objective methods. Methods and Materials: The homogeneous module of the Catphan phantom was scanned on a Siemens AS+ and a Siemens Flash CT scanner using an axial abdomen protocol with fixed tube current at two dose levels. The images were reconstructed with an abdomen filter (B30) using filtered back projection (FBP) and a low, medium, and high level of SAFIRE or ADMIRE. Noise Power Spectrum (NPS) curves were calculated using these images. Then, an anthropomorphic abdomen phantom (Kyoto Kagaku PH-5) was scanned using the same setup and exposure parameters. Fifty axial images at the same slice location were used to calculate inter-image standard deviation maps. Results: At full dose, the median values of the NPS curves were similar for both scanners at all IR levels. At low dose the median values of the NPS curves were generally shifted towards lower spatial frequencies, usually resulting in a more blotchy image texture. This shift was more prominent for ADMIRE compared to SAFIRE for all IR levels. Based on the inter-image standard deviation maps of the anthropomorphic phantom, ADMIRE removed noise near edges more efficiently than SAFIRE. Conclusion: No significant improvement in maintaining noise structure were found for the ADMIRE algorithm. Based on the inter-image standard deviation maps, ADMIRE removed noise near edges more efficiently than SAFIRE.

研究の動機と目的

• CT画像における2つの反復再構成アルゴリズム、ADMIREとSAFIREのノイズ低減特性を客観的に評価・比較すること。
• 定量的指標を用いて、各アルゴリズムが画像ノイズのテクスチャおよび空間周波数分布に与える影響を評価すること。
• 特に低線量プロトコル下において、ADMIREがSAFIREに比べてノイズ構造の保持に優れているかどうかを調査すること。
• 同一スキャン条件下で、均一および解剖学的形状の体 phantom を用いて両アルゴリズムの性能を評価すること。

提案手法

• シーメンス社のCTスキャナ（AS+およびFlash）を用い、アブドミナル断層撮影プロトコルで、カタファン体 phantom の均一モジュールを2つの線量レベルでスキャンした。
• フィルターバックプロジェクション（FBP）および3段階（低、中、高）のSAFIREとADMIREを、アブドミナル特化カーネル（B30）を用いて再構成した。
• 再構成画像からノイズパワースペクトル（NPS）曲線を算出し、ノイズの空間周波数分布を分析した。
• 腹部解剖学的 phantom（京都化学 PH-5）をスキャンし、繰り返しスキャン間のノイズばらつきを評価した。
• 同一解剖的位置の50断層画像から画像間標準偏差マップを算出し、繰り返しスキャン間のノイズ変動を定量的に評価した。
• 異なる線量レベルにおけるADMIREとSAFIRE間のNPS中央値および標準偏差マップを統計的に比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フル線量および低線量下でのADMIREとSAFIREのノイズパワースペクトル（NPS）中央値は、どのように比較されるか？
• RQ2 特に空間周波数分布の観点から、ADMIREはSAFIREに比べてノイズテクスチャをよりよく保持しているか？
• RQ3 ADMIREはエッジ付近のノイズをSAFIREに比べてどの程度低減しているか？
• RQ4 低線量下で、ADMIREとSAFIREのNPS曲線が低周波数側にどれほどシフトするかの違いは何か？
• RQ5 ADMIREはSAFIREに比べてスキャン間のノイズ一貫性に顕著な改善を示しているか？

主な発見

• フル線量下では、両スキャナーの全IRレベルにおいて、ADMIREとSAFIREのNPS中央値は類似していた。
• 低線量下では、両アルゴリズムともNPS曲線が低周波数側にシフトしたが、そのシフトはADMIREの方がSAFIREよりも顕著であった。
• ADMIREによるNPS曲線の低周波数側へのシフトは、SAFIREに比べてより斑点状の画像テクスチャを生じさせた。
• 画像間標準偏差マップの結果、ADMIREはエッジ付近でのノイズ低減がSAFIREよりも顕著に効果的であった。
• エッジノイズ低減の優位性にもかかわらず、ADMIREはSAFIREに比べてノイズ構造の保持に顕著な改善を示さなかった。
• 本研究では、ADMIREによるノイズテクスチャ保持の恩恵は顕著ではなく、SAFIREがより自然なノイズ外観を維持していると示唆された。