寶石能譜CT低電壓聯(lián)合自適應(yīng)性統(tǒng)計(jì)迭代重建在腹部掃描中的應(yīng)用

杜海，張浩亮，劉智君，徐彥東，賀利明，耿明明，劉慧，蘇云龍(鄂爾多斯市中心醫(yī)院，內(nèi)蒙古鄂爾多斯017000)

寶石能譜CT低電壓聯(lián)合自適應(yīng)性統(tǒng)計(jì)迭代重建在腹部掃描中的應(yīng)用

杜海，張浩亮，劉智君，徐彥東，賀利明，耿明明，劉慧，蘇云龍
(鄂爾多斯市中心醫(yī)院，內(nèi)蒙古鄂爾多斯017000)

摘要:目的觀察寶石能譜CT低電壓聯(lián)合自適應(yīng)性統(tǒng)計(jì)迭代重建在腹部掃描中的應(yīng)用價(jià)值及對(duì)圖像質(zhì)量的影響。方法200例行上腹部增強(qiáng)檢查的患者隨機(jī)分為A、B兩組各100例，A組采用低電壓(100 kV)，并進(jìn)行自適應(yīng)性統(tǒng)計(jì)迭代重建40%重建。B組采用常規(guī)電壓(120 kV)，并進(jìn)行濾波反投影(FBP)重建;另根據(jù)BMI(＜23、23～28、＞28)將每組分為3個(gè)亞組(A組分為A1、A2、A3組，B組分為B1、B2、B3組)。記錄各亞組劑量報(bào)告中CT劑量容積指數(shù)(CTDIvol)及劑量長(zhǎng)度乘積(DLP)，并計(jì)算有效劑量(ED);測(cè)量腹主動(dòng)脈、門靜脈血管腔內(nèi)的CT值，并計(jì)算以上血管的信號(hào)噪聲比(SNR)和對(duì)比噪聲比(CNR);從腸系膜動(dòng)脈的清晰度、門脈分支的清晰度、圖像整體質(zhì)量、主觀噪聲評(píng)分四個(gè)方面對(duì)圖像進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)。結(jié)果與B2組比較，A2組CTDIvol、DLP、ED減小(P均＜0.05);與B3組比較，CTDIvol、DLP、ED減小(P均＜0.05)。與B1組比較，A1組主動(dòng)脈CT值、門靜脈CT值、門靜脈CNR增大(P均＜0.05);與B2組比較，A2組主動(dòng)脈CT值、主動(dòng)脈CNR、門靜脈CT值增大(P均＜0.05);與B3組比較，主動(dòng)脈CT值、門靜脈CT值增大(P均＜0.05)。A1、B1組腸系膜血管清晰度、門靜脈分支的清晰度、圖像整體質(zhì)量、主觀噪聲評(píng)分比較，P均＞0.05，其各自相應(yīng)秩和檢驗(yàn)量為486、475、502.5、370.75; A2、B2組腸系膜血管清晰度、門靜脈分支的清晰度、圖像整體質(zhì)量、主觀噪聲評(píng)分比較，P均＞0.05，其各自相應(yīng)秩和檢驗(yàn)量為1 316、1 316、1 385.5、1 223; A3、B3組腸系膜血管清晰度、門靜脈分支的清晰度、圖像整體質(zhì)量、主觀噪聲評(píng)分比較，P均＞0.05，其各自相應(yīng)秩和檢驗(yàn)量為140、130、161、118。結(jié)論低電壓腹部掃描能明顯降低輻射劑量，提高血管內(nèi)碘濃度，結(jié)合自適應(yīng)性統(tǒng)計(jì)迭代重建，可以降低圖像噪聲，改善圖像質(zhì)量，滿足臨床診斷要求。

關(guān)鍵詞:低電壓;迭代重建;體層攝影術(shù); X線計(jì)算機(jī)

多排螺旋CT的廣泛應(yīng)用使人們對(duì)醫(yī)療輻射暴露的關(guān)注也隨之增加，美國(guó)國(guó)家輻射防護(hù)和測(cè)量委員會(huì)與聯(lián)合國(guó)科學(xué)委員會(huì)一項(xiàng)研究顯示，1980～2006年美國(guó)人均診療過程中的輻射劑量從0.5mSv增加到3.0mSv［1］。按當(dāng)前的CT使用情況，導(dǎo)致患癌癥風(fēng)險(xiǎn)為2.0%［2］，而累積風(fēng)險(xiǎn)對(duì)某些患者更高，特別是多期相掃描或需要進(jìn)行增加掃描條件患者。目前，減少輻射劑量主要通過降低管電流、管電壓和自動(dòng)毫安控制技術(shù)等手段，降低輻射劑量會(huì)導(dǎo)致圖像噪聲增加，傳統(tǒng)的濾波反投影(FBP)重建速

度快，但是噪聲和偽影較大，自適應(yīng)性統(tǒng)計(jì)迭代重建能以FBP為基礎(chǔ)，在配以一定自適應(yīng)性統(tǒng)計(jì)迭代重建，能夠保證在同等重建速度下，噪聲和偽影得到抑制，并可以使輻射劑量降低。本研究將寶石能譜CT低電壓聯(lián)合自適應(yīng)性統(tǒng)計(jì)迭代重建應(yīng)用于腹部掃描中，觀察應(yīng)用效果及對(duì)圖像質(zhì)量的影響。

1　資料與方法

1.1臨床資料選擇2013年8月～2014年8月在鄂爾多斯市中心醫(yī)院行上腹部增強(qiáng)檢查的患者200例，男103例，女97例;平均年齡53歲。所有患者隨機(jī)分為A、B組各100例，另根據(jù)BMI(＜23、23～28、＞28)將每組分為3個(gè)亞組(A組分為A1、A2、A3組，B組分為B1、B2、B3組)，A1、A2、A3組分別為24例、55例、19例，B1、B2、B3組分別為32、46、13例。本研究通過醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有患者均排除禁忌證，告知并簽署知情同意書后進(jìn)行。

1.2腹部掃描方法A組采用低電壓(100 kV)，管電流采用自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)，管電流范圍50～650mA，噪聲指數(shù)(NI)為10［3］;重建算法為自適應(yīng)性統(tǒng)計(jì)迭代重建，選取自適應(yīng)性統(tǒng)計(jì)迭代重建= 40%重建;設(shè)備采用GE能譜CT(GEdiscovery CT 750 HD Freedom，US)，準(zhǔn)直器寬度= 0.625mm× 64，機(jī)架轉(zhuǎn)速0.5 r/s，速率3.5mL/s，對(duì)比劑總量1.0～1.2mL/kg×體質(zhì)量(kg)。B組采用常規(guī)電壓(120 kV)，管電流采用自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)，管電流范圍50～650mA，NI為10［3］，重建算法采用FBP。

1.3圖像評(píng)價(jià)方法①圖像客觀評(píng)價(jià):測(cè)量腹主動(dòng)脈(腹腔干水平)、門靜脈(腸系膜上靜脈水平)血管腔內(nèi)的CT值及相應(yīng)豎直肌CT值，計(jì)算以上血管的信號(hào)噪聲比(SNR)和對(duì)比噪聲比(CNR)，SNR =血管腔內(nèi)的CT值/血管腔內(nèi)的噪聲，CNR =(血管腔內(nèi)的CT值－豎直肌CT值)/豎直肌噪聲。記錄劑量報(bào)告中CT劑量容積指數(shù)(CTDIvol)及劑量長(zhǎng)度乘積(DLP)，并計(jì)算有效劑量(ED)，ED =dLP×K，其中K為換算系數(shù)，K值參照歐盟委員會(huì)關(guān)于CT質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)指南，在腹部部掃描時(shí)K =0.015［4］。②圖像主觀評(píng)價(jià):由兩位高年資醫(yī)生對(duì)A、B組圖像進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，意見不同時(shí)共同協(xié)商。從腸系膜動(dòng)脈的清晰度、門脈分支的清晰度、圖像整體質(zhì)量、主觀噪聲評(píng)分四個(gè)方面進(jìn)行，采用五分制評(píng)分(5 =優(yōu)，4 =非常好，3 =好，2 =尚可，1 =差)。

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)方法采用SPSS19.0統(tǒng)計(jì)軟件。計(jì)量資料以珋x±s表示，組間比較采用兩獨(dú)立樣本的非參數(shù)檢驗(yàn)(Mann-Whitney U秩和檢驗(yàn))和兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2　結(jié)果

2.1各組CTDIvol、DLP、ED比較結(jié)果見表1。

表1　各組CTDIvol、DLP、ED比較()

表1　各組CTDIvol、DLP、ED比較()

注:與B2組比較，*P＜0.05;與B3組比較，△P＜0.05。

組別　CTDIvol(mGy)　dLP(mGy)　ED(mSv)A1組11.3±2.8　260.3±102.8　3.90±1.54 A2組　16.1±1.6*　398.8±52.9*　5.98±0.79*A3組　21.3±1.8△　535.3±89.3△　7.81±1.29△B1組　12.5±4.6　309.1±137.8　4.64±2.07 B2組　21.9±5.3　539.9±160.3　8.09±2.41 B3組28.0±2.9　751.9±98.5　11.28±1.48

2.2各組主動(dòng)脈及門靜脈CT值、SNR、CNR比較結(jié)果見表2。

表2　各組主動(dòng)脈及門靜脈CT值、SNR、CNR比較()

表2　各組主動(dòng)脈及門靜脈CT值、SNR、CNR比較()

注:與B1組比較，*P＜0.05;與B2組比較，△P＜0.05;與B3組比較，#P＜0.05。

組別　　主動(dòng)脈CT值(HU)　　主動(dòng)脈SNR　　主動(dòng)脈CNR　　門靜脈CT值(HU)　　門靜脈SNR　　門靜脈CNR A1組　336.9±84.7*　17.2±3.9　20.9±7.6　153.6±21.6*　8.34±1.73　6.65±2.21*A2組　324.1±58.6△　14.3±4.1　18.9±5.3△　157.7±20.5△　8.28±1.99　6.66±1.94 A3組　297.8±49.2﹟　15.9±4.6　18.9±6.3　153.8±23.4﹟　8.73±2.18　6.62±2.25 B1組　283.9±81.9　16.3±5.7　18.0±6.5　134.8±20.7　8.83±1.84　5.54±1.45 B2組　250.0±46.6　15.2±3.5　16.5±5.2　134.1±14.3　8.70±1.75　6.47±1.85 B3組　240.8±35.7　13.9±2.6　16.7±5.5　128.3±22.2　8.58±2.40　5.61±2.21

2.3各組腸系膜血管清晰度、門靜脈分支的清晰度、圖像整體質(zhì)量、主觀噪聲評(píng)分比較A1、B1組腸系膜血管清晰度、門靜脈分支的清晰度、圖像整體質(zhì)量、主觀噪聲評(píng)分比較，P均＞0.05，其各自相應(yīng)秩和檢驗(yàn)量為486、475、502.5、370.75; A2、B2組腸系膜血管清晰度、門靜脈分支的清晰度、圖像整體質(zhì)量、主觀噪聲評(píng)分比較，P均＞0.05，其各自相應(yīng)秩和檢驗(yàn)量為1 316、1 316、1 385.5、1 223; A3、B3組腸系膜血管清晰度、門靜脈分支的清晰度、圖像整體質(zhì)量、主觀噪聲評(píng)分比較，P均＞0.05，其各自相應(yīng)秩和檢驗(yàn)量為140、130、161、118。

3　討論

Naidich等［5］1990年提出低劑量掃描后，CT檢查中的輻射劑量開始引起重視，輻射的合理最低化原則被更多地采納，雖然CT掃描只占到放射學(xué)檢查的15%，但2 /3以上輻射劑量來(lái)源于

CT［6，7］，其累積風(fēng)險(xiǎn)可能會(huì)更高，特別是對(duì)某些亞群，例如需要多期相成像、進(jìn)行系列研究或肥胖、兒童患者。本研究中腹部屬于多期成像，部分患者BMI＞28，其累積風(fēng)險(xiǎn)性更高，如何降低輻射劑量、合理優(yōu)化圖像質(zhì)量、滿足臨床診斷需求是我們更加需要考慮的問題。

降低管電壓的同時(shí)會(huì)增加噪聲，研究［8］表明管電壓從120 kV降到80 kV時(shí)，需要增大4倍的管電流才能維持相同的噪聲值，本研究中，A1、B1組CTDIvol、DLP、ED比較無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，這是由于采用自動(dòng)毫安技術(shù)，在相同NI下，B組采用增加管電流來(lái)維持NI的穩(wěn)定，但主動(dòng)脈、門靜脈SNR及主動(dòng)脈CNR比較無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。本研究顯示，A2、B2組CTDIvol、DLP、ED比較有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，提示由于BMI的增加，單純依靠增加管電流不能保持相同NI，圖像質(zhì)量開始下降，但是主動(dòng)脈CT值、門靜脈SNR、門靜脈CNR無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，主觀評(píng)分四項(xiàng)指標(biāo)也無(wú)明顯差異，這說明低管電壓聯(lián)合自動(dòng)管電流調(diào)節(jié)技術(shù)可有效降低射線劑量，而主動(dòng)脈與門靜脈圖像質(zhì)量無(wú)顯著性差異。低電壓增強(qiáng)掃描除了減少劑量，還能使血管CT值增高，增加血管結(jié)構(gòu)的對(duì)比度［9］。本研究A1、A2、A3組主動(dòng)脈及門靜脈CT值分別高于B1、B2、B3組。Nakayama等［10］發(fā)現(xiàn)，通過減小管電壓，對(duì)比劑用量可以減小，可以保證圖像質(zhì)量，而輻射劑量最高減少達(dá)56.8%。

低電壓掃描后果是噪聲增加，圖像質(zhì)量下降［11］。自適應(yīng)性統(tǒng)計(jì)迭代重建是一種新的圖像重建算法，相對(duì)于濾波反投影算法，其優(yōu)勢(shì)在于重建速度快，降低噪聲，一般該算法需要與濾波反投影結(jié)合進(jìn)行，應(yīng)用到一個(gè)FBP圖像的百分比在10%～100%，隨著自適應(yīng)性統(tǒng)計(jì)迭代重建百分比的增加，圖像的平滑化逐漸增大，噪聲不斷下降［12］。研究［13］表明，30%～50%自適應(yīng)性統(tǒng)計(jì)迭代重建，圖像噪聲和診斷診斷可以達(dá)到要求。本研究采取自適應(yīng)性統(tǒng)計(jì)迭代重建40%［14］進(jìn)行重建，圖像質(zhì)量主客觀評(píng)價(jià)中，主觀評(píng)價(jià)無(wú)顯著性差異;客觀評(píng)價(jià)中，A2組與B2組比較、A3組與B3組的主動(dòng)脈CNR和門靜脈CNR比較有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，這與豎脊肌不易灌注，碘衰減不足有關(guān)，A、B兩組豎脊肌CT值變化不大，血管內(nèi)碘衰減嚴(yán)重，導(dǎo)致差異明顯。各組主動(dòng)脈SNR、門靜脈SNR比較無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，說明降低管電壓時(shí)，采用自適應(yīng)性統(tǒng)計(jì)迭代重建可以有效降低噪聲，與基于模型的迭代重建算法相比，自適應(yīng)性統(tǒng)計(jì)迭代重建相對(duì)簡(jiǎn)便易行，對(duì)系統(tǒng)要求不高，目前而言可能更易推廣、普及［15］。

總之，低電壓腹部掃描能明顯降低輻射劑量，提高血管內(nèi)碘濃度，結(jié)合自適應(yīng)性統(tǒng)計(jì)迭代重建，可以降低圖像噪聲，改善圖像質(zhì)量，滿足臨床診斷要求。

參考文獻(xiàn):

［1］Mettler FA Jr，Bhargavanm，F(xiàn)aulkner K，et al.Radiologic and nuclearmedicine studies in the United States and worldwide: frequency，radiationdose and comparison with other radiation sources-1950-2007［J］.Radiology，2009，253(2): 520-531.

［2］BrennerdJ，Hall EJ.Computed tomography-an increasing source of radiation exposure［J］.N Engl Jmed，2007，357(22): 2277-2284.

［3］馮琦，龔紅霞，莊治國(guó)，等.自動(dòng)毫安低劑量CT掃描對(duì)結(jié)腸病變的顯示及其對(duì)圖像質(zhì)量的影響［J］.中華放射學(xué)雜志，2008，42(10): 1022-1025.

［4］Rogers LF.Dose reduction in CT: how low can we go［J］.AJR Am J Roentgenol，2002，179(2): 299.

［5］NaidichdP，Marshall CH，Gribbin C，et al.Low-dose CT of the lungs: preliminary observations［J］.Radiology，1990，175(3): 729-731.

［6］Linton OW，Mettler Jr FA.National conference ondose reduction in CT，with an emphasis on pediatric patients［J］.AJR Am J Roentgenol，2003，181(2): 321-329.

［7］KalramK，MahermM，Toth TL，et al.Strategies for CT radiationdose optimization 1［J］.Radiology，2004，230(3): 619-628.

［8］Nyman U，Ahl TL，Kristianssonm，et al.Patient-circumferenceadapteddose regulation in body computed tomography.a practical and flexible formula［J］.Acta Radiologica，2005，46(4): 396-406.

［9］KellermR，Kessler RM，Brooks RA，et al.Optimum energy for performing CT iodinated constrast studies［J］.Br J Radiol，1980，53(630): 576-579.

［10］Nakayama Y，Awai K，F(xiàn)unama Y，et al.Abdominal CT with low tube voltage: preliminary observations about radiationdose，contrast enhancement，image quality，and noise 1［J］.Radiology，2005，237(3): 945-951.

［11］曹建新，王一民，張羽，等.聯(lián)合應(yīng)用低管電壓和對(duì)比劑個(gè)體化方案進(jìn)行腹部CT血管成像的研究［J］.中華放射學(xué)雜志，2012，46(10): 902-906.

［12］楊尚文，何健，楊獻(xiàn)峰，等.Asir算法結(jié)合自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)在胸部低劑量CT中的應(yīng)用研究［J］.醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志，2012，22(1): 58-61.

［13］Singh S，KalramK，Hsieh J，et al.Abdominal CT: comparison of adaptive statistical iterative and filtered back projection reconstruction techniques［J］.Radiology，2010，257(2): 373-383.

［14］Sagara Y，Hara AK，Pavlicek W，et al.Abdominal CT: comparison of low-dose CT with adaptive statistical iterative reconstruction and routine-dose CT with filtered back projection in 53 patients ［J］.AJR Am J Roentgenol，2010，195(3): 713-719.

［15］吳瑤媛，王萬(wàn)勤，劉斌，等.FBP、Asir和VEO三種重建算法對(duì)常規(guī)劑量胸部CT圖像質(zhì)量的影響［J］.中國(guó)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，2012，28(3): 575-578.

收稿日期:( 2015-04-10)

通信作者:張浩亮

文章編號(hào):1002-266X(2015)35-0071-03

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B

中圖分類號(hào):R814.12

doi:10.3969/j.issn.1002-266X.2015.35.027