迭代算法在100kVp分次團注雙期CTU 檢查中的應用研究

胡娟，王鶴，王霄英，邱建星，楊學東，郭小超，劉婧，曹會志

CT 尿路成像（computer tomography urography，CTU）是血尿查因的首選影像學檢查方法［1］，對CTU檢查方法的相關研究很多［2-4］，其中分次團注雙期CTU、低管電壓CTU 是近年來較受關注的降低輻射劑量的CTU 掃描方法，然而兩者分別存在加大對比劑用量和增高圖像噪聲的問題。本研究結合兩種CT掃描方法，并利用自適應統(tǒng)計迭代重建（adaptive statistical iterative reconstruction，ASIR）和基于模型的重建（model-based iterative reconstruction，MBIR）兩種迭代重建技術，旨在探討進一步優(yōu)化CT 尿路成像方法的可行性。

材料與方法

1.病例資料

2012年4月-6月在本院因“血尿待查”申請CT尿路成像檢查的30例連續(xù)病例，病例納入標準：①無腎功能不全（血肌酐＜133μmol／L）；②無其他碘對比劑使用禁忌；③患者一般情況可，可多次上下檢查床；④腹部超聲未發(fā)現(xiàn)腎臟或其他實質臟器腫瘤。

將30例患者分成兩組，其中100kVp組15例，男7例，女8例，年齡18～79歲，平均48.7歲，身體質量指數(shù)（body mass index，BMI）18.2～27.3kg／m2，平均23.3kg／m2；120kVp組15例，男13例，女2例，年齡28～74歲，平均58.5歲，BMI 17.7～26.4kg／m2，平均23.2kg／m2。

2.CT 掃描方案

所 有 患 者 檢 查 前30～60 min 飲 水500～1000mL，檢查前膀胱呈半充盈狀態(tài)。100kVp組平掃后行第一次團注（0.4mL／kg），下床走動，延遲600～900s后進行第二次團注（0.7mL／kg），延遲75s后掃描獲得實質-腎盂期圖像。120kVp組平掃后單次團注（1.1mL／kg），后延遲60s行實質期掃描，再下床走動，延遲600～900s后行腎盂期掃描。兩組病例均按1.1mL／kg劑量注射對比劑威視派克（320mg I／mL），采用同型號高壓注射器。

CT 掃 描 均 采 用GE Discovery CT750 HD （GE Healthcare，Milwaukee，USA）掃描儀，掃描范圍為雙側腎上腺至膀胱。100kVp組實質-腎盂期掃描參數(shù)：管電壓100kVp，自動毫安，噪聲指數(shù)11.57，轉速0.8s／r，螺距0.984，64i×0.625。100kVp組平掃及120kVp組各期掃描參數(shù)：自動毫安，噪聲指數(shù)10.41，轉速0.8s／r，螺距0.984，64i×0.625。

3.圖像后處理

100kVp組實質-腎盂期圖像在主機上進行重建，獲得濾波反投影算法重建（filtered back projection reconstruction，F(xiàn)BP）、50%ASIR、100%ASIR 圖 像，原始數(shù)據(jù)由通用電氣醫(yī)療集團CT 影像研究中心重建獲得MBIR 圖 像，120kVp 組 腎 盂 期 圖 像 采 用FBP 重建。所有圖像重建層厚0.625mm，層間距0.625mm。

4.數(shù)據(jù)分析

由兩位對檢查方法不知情的醫(yī)師（分別有4年和8年CTU 工作經(jīng)驗）對不同重建方法的實質腎盂期、腎盂期圖像進行閱片。根據(jù)圖像質量進行主觀評分：1分，圖像質量很差，無法用于評價；2 分，圖像質量較差，無法用于評價；3分，圖像質量一般，可用于評價；4分，圖像質量較好，適于評價；5分，圖像質量非常好。將集合系統(tǒng)分為4 段：腎盞（S1）、腎盂（S2）、輸尿管（S3）、膀胱（S4），分別測量左右側腎盞、腎盂、輸尿管CT 值，取平均值，代表S1-S3段測量值。計算腰大肌CT 值及臍水平腹部上方2cm 內空氣CT 值的標準差，分別代表軟組織CT 值（CT 軟）及背景噪聲（CT噪）。對兩位醫(yī)師的測量值取平均值作為最終測量值。按公式（1）計算各段尿路的對比噪聲比（contrast noise ratio，CNR）：

記錄每位患者CT 劑量指數(shù)（CT dose index，CTDIvol）、劑量長度乘積（dose length product，DLP），根據(jù)公式（2）計算有效劑量（effective dose，ED），測量每位患者臍水平腹部左右徑（Lat）和前后徑（AP），根據(jù)（Lat＋AP）查詢轉換因子（表1），根據(jù)公式（3）計算體型特異性劑量估計值（size-specific dose estimate，SSDE）［5］。

5.統(tǒng)計學分析

采用SPSS 13.0統(tǒng)計軟件進行統(tǒng)計學分析。對兩名閱片者閱片的一致性分析采用Weighted Kappa檢驗，Kappa值＜0.4視為一致性差，0.4＜Kappa值＜0.75視為一致性良好，Kappa值＞0.75視為一致性非常好。對100kVp組不同重建圖像與120kVp組圖像的主觀質量評分、背景噪聲、各段尿路CNR、ED 及SSDE比較采用非參數(shù)秩和檢驗（Mann-Whitney U），以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

結 果

1.輻射劑量

100kVp組雙期CTU、120kVp 組三期CTU 總有效劑量分別為（13.7±5.1）和（26.5±8.7）mSv，差異有統(tǒng)計學意義（Z＝-3.588，P＝0.00）；100kVp組實質-腎 盂 期、120 kVp 組腎盂期SSDE分別為（16.5±4.2）和（22.3±5.6）mGy，差異有統(tǒng)計學意義（Z＝-2.924，P＝0.003）。

2.圖像質量評估

兩名閱片者圖像質量主觀評分一致性非常好（Kappa值＝0.81）。主觀評分結果顯示，兩組病例各種CTU 重建圖像均可滿足診斷需求（圖1、2）。圖像質量的主觀評分和CNR 測量結果見表1。

表1 兩組主觀評分、噪聲以及各段集合系統(tǒng)CNR測量結果

100kVp組不同重建方法圖像分別與120kVp組圖像進行比較：100 kVp 組FBP 圖像噪聲高于120kVp組，圖像質量評分、各段尿路CNR 均小于120kVp組，差異均有統(tǒng)計學意義（P值均＜0.05）；100kVp組50%ASIR 與120kVp組圖像質量評分、圖像噪聲、各段尿路CNR 差異均無統(tǒng)計學意義（P值均＞0.05）；100kVp組100%ASIR 圖像質量評分、圖像噪聲低于120kVp 組，差異有統(tǒng)計學意義（P＝0.004、0.000），兩組間各段尿路CNR 差異無統(tǒng)計學意義（P值均＞0.05）；100kVp組MBIR 圖像質量評分高于120kVp 組，但差異無統(tǒng)計學意義（P＝0.095），圖像噪聲低于120kVp組，各段尿路CNR 均高于120kVp組，差異有統(tǒng)計學意義（P值均＜0.05，表2）。

表2 兩組主觀評分、噪聲以及各段集合系統(tǒng)CNR比較結果

討 論

CT 泌尿系成像在一次性評價上、下尿路的同時，可觀察泌尿系集合系統(tǒng)周圍、腎實質、其他腹腔實質臟器的病變，因此是血尿待查患者的首選影像學檢查方法［1］，然而相較于超聲、膀胱鏡、排泄性尿路造影（intravenous pyelography，IVP）和MRI，三期掃描（平掃、實質期、腎盂期）CTU 最大缺點是輻射劑量較大。CT 檢查中患者接受的輻射劑量越來越受到大家的關注，越來越多的低劑量CTU 研究秉承ALARA 原則，盡可能優(yōu)化掃描方案、降低輻射劑量，采用的技術包括降低管電壓和管電流、使用自動毫安技術和減少掃描期相等［4，6-7］。

分次團注雙期CTU 設計較為巧妙且輻射劑量降幅較大，其通過分次注入對比劑，在合適的延遲時間一次掃描，同時獲得實質期和腎盂期圖像，節(jié)省一次全腹掃描［2-3］，但它也存在碘對比劑用量較多的弊端。常規(guī)的單次團注三期CTU 分泌期圖像，采集圖像時對比劑已基本排泄至集合系統(tǒng)，集合系統(tǒng)與軟組織的對比較好，而分次團注雙期CTU 采集的實質-腎盂期圖像腎實質與集合系統(tǒng)同時顯示，為了提高集合系統(tǒng)與軟組織背景的對比，需注射更多的對比劑。因此相關研究中，分次團注雙期CTU 對比劑的用量為120～150mL（常規(guī)＜100mL），濃度300～320mg I／mL，結果是分次團注雙期CTU 雖然降低了輻射劑量，但增加了對比劑用量，尤其是對已有腎功能損害的患者，增加了發(fā)生對比劑腎病的風險。

本組研究中的分次團注雙期CTU 采用常規(guī)劑量（1.1mL／kg，濃度320mg I／mL）對比劑，緊隨平掃進行第一次對比劑團注（0.4mL／kg），患者下床走動，促進對比劑均勻分布，避免膀胱內出現(xiàn)分層，10～15min后再次上床進行第二次對比劑團注（0.7mL／kg），延遲75s進行掃描，此時第一次團注的對比劑主要排泄至膀胱及下尿路，第二次團注的對比劑主要分布于腎實質及上尿路，獲得實質-腎盂期圖像。與單次團注相同劑量常規(guī)CTU 腎盂期相比，僅1.1mL／kg對比劑同時分布于腎實質及泌尿系集合系統(tǒng)，如果不解決集合系統(tǒng)內對比劑濃度降低所致顯示程度下降，檢查效果將受到影響。

將100kVp掃描與分次團注雙期CTU 相結合，不僅可進一步降低輻射劑量，同時可提高含碘組織的CT 值，一定程度上克服了尿路管腔內因對比劑絕對量減少造成的顯示程度降低的問題。但100kVp掃描同時帶來了圖像噪聲增高的問題，許多研究將低電壓與迭代重建算法相結合，可以降低CT 檢查的射線劑量、提高圖像對比噪聲比、降低對比劑劑量［8-9］。ASIR可降低腹部和盆腔CT 檢查中約40%的輻射劑量［10］，而MBIR 則能降低全身多處CT 檢查中約50%～80%的輻射劑量［11-14］，此外，ASIR 和MBIR 在降低輻射劑量的同時還可減少圖像偽影［15-16］。

本組研究中，100kVp組在應用50%ASIR、100%ASIR、MBIR 重建技術后，噪聲水平均較FBP 圖像低，降低幅度分別為26%、49%、75%，相應各段尿路CNR 亦呈遞增趨勢。與120kVp組相比，100kVp組50%ASIR 圖像噪聲水平及各段尿路CNR 與120kVp組相近，100%ASIR、MBIR 噪聲水平降低，各段尿路CNR 增高。結合圖像質量主觀評分，100kVp分次團注CTU 50%ASIR 圖像可達到與常規(guī)管電壓單次團注CTU 相似的成像效果，100kVp 分次團注CTU 100%ASIR 圖像雖然客觀評價增高，但圖像質量主觀評分較低，這可能與ASIR 技術是基于單一模型的迭代重建技術，與真實的噪聲原理并不完全一致有關，過度應用可導致圖像出現(xiàn)“蠟像樣偽影”。而MBIR 是基于五種模型的迭代重建技術，降噪幅度更大，更接近真實噪聲的產(chǎn)生原理，圖像更為真實，100kVp分次團注CTU MBIR 圖像主觀成像效果與常規(guī)管電壓單次團注CTU 相近，客觀評價優(yōu)于常規(guī)CTU。

本研究中100kVp組SSDE較120kVp組減低約26%；分次團注雙期CTU 減少一期全腹掃描，進一步減少了輻射劑量，總ED 較120kVp組減低約48%。

綜上所述，100kVp、分次團注與迭代重建技術相結合，在保證或優(yōu)化成像質量的同時，可減少輻射劑量，且不需增加對比劑用量。在100kVp分次團注雙期CTU 中，50%的ASIR 重建較其它重建比例更適合直接應用于臨床。MBIR 技術是降噪、提高成像質量更為優(yōu)秀的方法，值得進一步深入研究。

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