最佳ASIR權重結合低劑量掃描方法在頭頸聯合CTA中的應用

齊天白，侯珺琳

湖州市第三人民醫院 設備科，浙江湖州 313000

最佳ASIR權重結合低劑量掃描方法在頭頸聯合CTA中的應用

齊天白，侯珺琳

湖州市第三人民醫院 設備科，浙江湖州 313000

目的探討最佳權重自適應統計迭代重建（Adaptive Statistical Iterative Reconstruction，ASIR）技術結合低劑量掃描在頭頸聯合CT血管造影（Computed Tomographic Angiography，CTA）成像的臨床應用研究。方法 選取我院頭頸CTA聯合檢查的患者100例，隨機分為5組，每組20例。年齡、體質指數差異不明顯。應用寶石能譜CT設置管電壓100 kVp，使用濃度270 mgI/mL對比劑，其余掃描參數一致。5組患者分別使用20%、40%、60%、80%和100%的ASIR對上述得到圖像進行重建并進行信噪比（SNR）、對比度噪聲比（CNR）及圖像質量主觀評分，優選出最佳圖像質量的ASIR重建權重比為60%。隨后依此結論為基礎，在我院進行頭頸CTA聯合檢查的患者中選取60例，隨機分為雙低組和雙高組各30例。雙低組采用管電壓100 kVp管電壓，對比劑270 mgI/mL，使用最優權重比60%ASIR技術重建圖像；雙高組采用120 kVp管電壓，對比劑350 mgI/mL，采用濾波反射投影技術（Filtered Back Projection，FBP）重建圖像進行頭頸CTA檢查，其他掃描參數一致。對所得的數據資料進行相應的統計學分析。結果雙低組的CNR和SNR顯著高于雙高組（P＜0.05）；兩組患者的圖像質量評分、頸動脈CT值、圖像噪聲值比較差異不顯著（P＞0.05）；雙低組的輻射劑量值顯著低于雙高組（P＜0.05）；雙低組人均碘攝入劑量顯著低于雙高組（P＜0.05）。結論寶石能譜CT采用ASIR技術結合低劑量低濃度對比劑掃描方法，相比較采用傳統高管電壓、高濃度對比劑、使用FBP重建方式進行頭頸部CTA檢查；對比劑的攝入量顯著降低、輻射劑量顯著降低、圖像質量差異不顯著。

寶石能譜CT；權重比；雙低劑量；頭頸聯合血管成像；圖像質量；輻射劑量；腦血管疾病

引言

腦血管疾病是腦局部急性血液供應障礙引發相應的腦功能損傷的癥狀。WHO-MONICA研究報告[1]顯示，我國腦卒中事件發病率和死亡率高于國際平均水平，盡早對腦血管疾病進行防治十分重要。目前頭頸聯合部CT血管造 影（Computed Tomographic Angiography，CTA） 技 術已廣泛用于臨床對腦血管結構的檢查，其具有無創和操作簡便的特點[2]。本實驗的內容就是在寶石CT下，首先探討選取自適應統計迭代重建（Adaptive Statistical Iterative Reconstruction，ASIR）和濾波反射投影技術（Filtered Back Projection，FBP）技術的最優化融合權重比（以下簡稱ASIR權重比）在頭頸聯合部CTA獲得最佳成像圖像的實驗。然后將得到的ASIR最佳成像權重比結合低劑量掃描獲得的頭頸聯合部血管造影數據同使用傳統的頭頸聯合部CTA掃描技術獲得的數據進行對比。通過對分組患者進行一系列的比對，從而進一步將得出的結論帶到日常的檢查中，為患者降低檢查風險。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

（1）實驗一。將100例病人按照年齡和體質量指數（Body Mass Index，BMI）平均分為A、B、C、D、E5組，每組20人。A組平均年齡（60.2±7.1）歲，體質量指數（24.1±3.1）kg/m2；B組平均年齡（58.1±6.1）歲，體質量指數（23.1±4.2）kg/m2；C組平均年齡（62.3±4.2）歲，體質量指數（25.1±4.2）kg/m2；D組平均年齡（61.2±4.1）歲，體質量指數（25.3±3.5）kg/m2；E組平均年齡（59.2±6.9）歲，體質量指數（23.9±3.3）kg/m2。5組患者資料比較差異不顯著（P＞0.05）。均以寶石能譜CT進行頭頸CTA檢查。

（2）實驗二。選取我院2014年1月～2014年6月于我院進行頭頸CTA聯合檢查的患者60例，分為雙低組：30例，其中男性18例、女性12例，年齡48～71歲，平均年齡（57.9±6.7）歲，BMI（23.5±2.2）kg/m2；雙高組：30例，其中男性20例、女性10例，年齡44～70歲，平均年齡（56.2±8.1）歲，BMI（23.2±2.0）kg/m2。兩組患者資料差異不顯著（P＜0.05）。排除標準：腎功能障礙、對碘對比劑過敏反應者。

1.2 檢查方法

（1）實驗一。患者檢查前4 h禁食、充分飲水。在掃描參數里將管電壓設置為100 kVp，分別于肘靜脈以4.5 mL/s速度注射60～80 mL對比劑（威視派克）270 mgI/mL，采用寶石CT（Discovery 750 HD，GE Health care，USA）進行掃描，具體參數為管電流250 mA，噪聲控制指數12，準直寬度40 mm，機架轉速0.4 s/r，螺距0.984∶1，直接進行增強掃描，所不同的是5組圖像重建算法所使用的ASIR權重比分別為20%、40%、60%、80%和100%[3]。

（2）實驗二。60例患者檢查前4 h禁食，檢查前后充分飲水。患者頭尾向掃描，避免顱內靜脈大量回流及鎖骨下靜脈注射偽影[5]。

雙低組注射方法：雙速率對比劑注射法[6]，先以4.5 mL/s流率注射對比劑270 mgI/mL威視派克40 mL，隨后將注射速度減為3.5 mL/s，注射相同濃度威視派克20 mL，再注射30 mL生理鹽水。自動激發追蹤對比劑，頭頸動脈起始部設置為感興趣區域，閾值為200 HU，延時5 s；掃描過程：在寶石CT下進行掃描，管電壓設置為100 kVp，自動調制管電流100～600 mA，噪聲指數11，準直寬度40 mm，機架轉速0.5 s/r，螺距0.985：1；重建方法：采用實驗一結論頭頸聯合部CTA最優化權重比60%ASIR進行圖像重建。

雙高組注射方法：于肘靜脈4.5 mL/s速度注射60～80 mL對比劑（歐乃派克350 mgI/mL）；掃描過程：在寶石CT下雙高組管電壓設置為120 kVp，其他掃描參數同雙低組完全相同；重建方法：采用FBP技術對圖像進行重建。

1.3 圖像質量分析

（1）實驗一。將所有試驗的圖像傳至AW4.5工作站，分別以曲面重建（CRP）、容積再現（VR）、多平面重組（MPR）顯示。記錄最佳噪聲對比和信噪比采用水平頸總動脈與頸部軟組織作為記錄，通過客觀獲得信噪比（SNR勁動脈=CT水平勁總動脈/SD同層頸部軟組織)、對比噪聲比（CNR勁動脈=CT水平勁總動脈-CT同層頸部軟組織/SD同層頸部軟組織）結合主觀評價法對圖像質量作出評分。主觀評價法由我院兩位5年以上放射經驗的主治醫師采用4分制進行評估[4]，標準：CT值350～500 HU、圖像清晰無陰影、血管分支4級以上，全程血管強化均勻。具體如下：4分。完全符合診斷要求，圖像細膩，血管密度高、邊緣平滑，血管顯示4級以上分支；3分。基本符合診斷要求，圖像清晰，血管密度較高、邊緣平滑，血管顯示3級以上分支；2分。可以診斷但是較困難，血管密度較淡、邊緣較平滑，主干可顯示，血管顯示3級分支；1分。不能達到診斷要求，血管密度淡 、邊緣毛糙，血管顯示3級以下分支。

（2）實驗二。使用GE AW4.5工作站，將采集的頭頸聯合CTA數據上傳，分別以曲面重建（CRP）、容積再現（VR）、多平面重組（MPR）顯示，記錄最佳CNR采用C4水平頸總動脈與頸部軟組織作為記錄。圖像質量評估標準與實驗1相同；各分值具體要求也與實驗1相同。

1.4 統計學方法

所有100例收集數據錄入Excel 2003，采用 SPSS 10.0統計學軟件對上述數據進行雙因素方差分析，P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

（1）實驗一。實驗中不同ASIR權重重建下各圖像參數值，見表1。通過表1可以得到結論即使在相同掃描條件下但是通過不同的ASIR權重比重建獲得的圖像：SNR、CNR具有統計學意義（P＜0.05）。并結合主觀評分值可以得到以下結果：在管電壓100 kV的掃描條件下配合對比劑濃度為270 mgI/mL進行頭頸CTA檢查。最優化ASIR權重比為60%。

（2）實驗二。得到結果：兩組病人在年齡，BMI，性別分布無明顯差異的前提下。雙低組的CNR顯著高于雙高組（P＜0.05）；兩組患者的頸動脈CT值、圖像噪聲值比較差異不顯著（P＞0.05）。圖像質量參數比較，見表2。

表2 圖像質量參數比較表 (mean±SD)

兩組患者的圖像質量評分分別為雙低組為（3.61± 0.51）、雙高組為（3.62±0.49），無統計學差異。我們再從兩組中隨機選取一個患者，對兩人在相同部位用不同檢查方法得到的圖像進行對比，見圖1。這樣對比主要是展示這兩組圖像的質量，更直觀看出雙低組和雙高組圖像質量和噪聲值差異不顯著，頭頸部動脈段清晰銳利，與周圍組織具有良好的對比性、無偽影、血管邊緣平滑、圖像細膩。綜上所述，兩組患者的圖像質量無顯著差異。

圖1 雙低組與雙高組劑量圖像對比

3 討論

頭頸聯合CTA現在臨床上使用十分普遍，CT輻射以及對比劑給人體帶來的傷害也是早已為大家熟知的。隨著新技術的發展，低輻射劑量掃描已成為可能[7]。本次實驗一和實驗二采用的寶石能譜CT（GE Discovery 750HD）配置了自適應統計迭代ASIR平臺[8]，目前該算法在國內外有著廣泛應用。它通過建立噪聲性質和被掃物體的模型，引入統計信息，在噪聲強度一致的情況下盡可能降低掃描強度[9]。在ASIR出現之前臨床上主流的算法是濾波反投影FBP技術[10]。但其對原始數據處理設計過于簡單：FBP接受從任意角度投影的X光子數據來進行圖像噪聲計算[11]，并認為其有效，忽略了掃描中的量子噪聲及電子噪聲對圖像的影響，噪聲值增加，影響了圖像質量。而ASIR建立在FBP的基礎上，使用FBP重建得到的信息作為初始重建模塊，通過噪聲抑制模型，利用系統光學原理將合成后的投影數據和實際測量的投影數據進行檢驗和修正來獲得一個新圖像，并不斷往復迭代。當重建圖像和原始投影數據一致時，迭代中止。經過多次迭代和校正更新就會重建出較高質量、低噪聲的圖像。ASIR反復迭代的計算量是FBP 的100倍以上。而ASIR在使用時是可以進行權重比選擇的：將ASIR和FBP加權融合在一起進行圖像重建。當ASIR權重選擇0%時，就是FBP重建。選取不同的ASIR權重比，對圖像噪聲的抑制水平也各不相同。有研究表明[12]，針對上腹部進行不同參數增強掃描，在圖像質量不受影響的情況下，輻射劑量相比ASIR要低40%～60%，而且噪聲更小。所以說，ASIR的應用彌補了FBP的缺陷，在保持圖像質量的前提下，使降低輻射劑量變成了可能[13]。

從實驗一中可以看出，并非權重比越高，圖像質量就越好。因為ASIR權重過高會過分改變圖像噪聲結構，出現“塑料樣偽影”[14]，影響臨床診斷。因此，針對人體不同部位，需要通過臨床實驗而得到最適宜的ASIR權重值[15]。國外已有研究表明[16]，權重比選取50%～60%ASIR所取得圖像質量最佳。這也符合我們本次實驗一的結果。

實驗二中雙低組采用實驗一得出的最優ASIR權重比60%來重建圖像，而隨著權重比的升高，噪聲水平隨著下降，SNR和CNR隨著上升，圖像質量有所提升，因此即使掃描劑量從120 kV降到了100 kV。但是隨著ASIR權重的上升，圖像質量并沒有下降。而實驗二中雙低組使用的管電壓為100 kVp遠低于雙高組患者的管電壓120 kVp，則大大降低了輻射劑量。

4 結論

綜上所述，在寶石CT下進行頭頸聯合CTA中使用管電壓100 kV結合濃度為270 mgI/mL對比劑進行雙低劑量掃描并結合該掃描條件下的最佳ASIR權重比60%進行重建后得到的圖像與傳統CT雙高劑量掃描方式得到的圖像質量無明顯差異，因此該方法具有臨床意義。

[1] Wu ZS,Yao CH,Zhao D,et al.A elaborative study on trend and determinants in cardiovasculuar disease in China,Part I: morbidity and mortality monitoring[J].Circulation,2011,105:368-372.

[2] 朱斌煒,何翱,王辰果.頭頸部動脈CTA檢查在頭頸部血管疾病中的診斷價值[J].心腦血管病防治,2012,12(2):154-156.

[3] 張太生,王數智,殷信道,等.螺旋CT低劑量掃描技術與掃描參數的設置[J].中國醫學影像技術,2010,22(12):2410-2411.

[4] 祝東強.不同評分系統在肝門部膽管癌手術風險評估中的應用研究[J].中國醫學前沿雜志,2015,(9):96-99.

[5] 呂仁鋒,徐哲,袁麗萍,等.能譜GL超雙低劑量在頭頸聯合GLJ中的應用價值[J].臨床放射學雜志,2014,32(4):616-618.

[6] 付傳明.超低劑量對比劑在CTPA中的可行性探討[A].中國體視學學會CT理論與應用分會.全國射線數字成像與CT新技術研討會論文集[C].中國體視學學會CT理論與應用分會,2012.

[7] Zhao LQ,He W,Li JY,et al.Improving image quality in portal venography with spectral CT imaging[J].Eur J Radiol,2011,81 (8):1677-1681.

[8] 錢利明.寶石能譜CT成像的臨床應用[J].實用醫學影像雜志,2015,16(1):82-83.

[9] 呂仁鋒,于麗華,莊美俊,等.能譜CT雙低劑量在頭頸聯合血管成像中的臨床初探[J].中國臨床醫學影像雜志,2014,25(4):275-277.

[10] 張晶,張權,劉祎,等.扇束CT極坐標反投影重建算法的對稱優化[J].計算機應用,2014,34(6):1711-1714.

[11] 王靜,王恒,蔣平.基于統計假設測試的噪聲方差估計方法[J].計算機工程與應用,2014,50(21):166-170.

[12] 賈楠,王新江,慧萍,等.適應性迭代重建技術降低胸部低劑量CT掃描劑量的初步臨床研究[J].中國醫學影像學雜志,2010, 18(6):551-553.

[13] Ripsweden J,Brismar TB,Holm J,et al.Impact on image quality and radiation exposure in coronary CT angiography: 100 kVp versus 120 kVp[J].Acta Radiol,2010,51(8):903-909.

[14] 鄭健,俞航,蒯多杰,等.多層CT重建算法對比研究[J].CT理論與應用研究,2012,21(4):677-687.

[15] Marin D,Nelson RC,Schindera ST,et al.Low tube voltage,high tube current multidetector abdominal CT: Improved image quality and decreased radiation dose with adaptive statistical iterative recon-struction algorithm initial clinical experience[J]. Radiology,2010,24(1):145-153.

[16] Brotis AG,Paterakis KN,Tsiamalou PM,et al.Instrumented posterior lmbar fusion outcome For lumbar degenerative disorders in a southern European semirural population[J].J Spinal Disord Tech,2010,(7):444-450.

本文編輯 聶孝楠

Application of the Best Weight Adaptive Statistical Iterative Reconstruction Algorithm and Low Radiation Dose in Head and Neck CT Angiography

QI Tian-bai, HOU Jun-lin

Department of Equipment, HuZhou 3thMunicipal Hospital, Huzhou Zhejiang 313000, China

ObjectiveTo investigate and find out the best weight Adaptive Statistical Iterative Reconstruction (ASIR) algorithm and low radiation dose in head and neck CT angiography. Methods 100 patients were selected to have head and neck CT angiography combining examination, and randomly divided them into 5 groups with 20 cases in each group. These patients’ ages and body mass index are almost the same. These 100 patients were scanned by gem energy spectrum CT, with tube voltage of 100 kVp, contrast medium 270 mgI/mL. We keep the other scanning parameters consistent. The images were reconstructed to form signal noise ratio, carrier noise ratio evaluation by adaptive iterative reconstruction technique. But the weight in this technique is different. Percentages are 20%, 40%, 60%, 80% and 100% perspectively. By evaluating the best image quality, doctors choose the best weight ratio of ASIR is 60%. And based on this conclusion, 60 patients in this study were selected in our hospital to conduct CT angiography combining examination, and they were randomly assigned to double low group and double high group with 30 patients in each group. With the other scanning parameters consistent, the double low team uses a tube voltage of 100 kVp, contrast medium 270 mgI/mL, and 60% ASIR technique to reconstruct the image; double high group uses tube voltage of 120 kVp, contrast medium 350 mgI/mL, and filtered back projection to reconstruct image. Finally, the resulting data was statistically analyzed.ResultsContrasting noise ratio and signal noise ratio of double low group are significantly higher than those in double high group (P＜0.05); the image quality score, carotid artery CT number, image noise number are not significantly different in two group (P＞0.05). The radiation dose of double low group is significantly lower than that of the double high group (P＜0.05). The average iodine intake dose in double low group is significantly lower than that of the double high group (P＜0.05).ConclusionThegem energy spectrum CT adopts the technology of ASIR combining with a scanning method of low dose low concentration contrast medium. Compared with the traditional head and neck CT angiography examination with high tube voltage, high concentration of contrast medium and filtered back projection reconstruction method, the contrast medium intake and radiation dose of this method is significantly reduced and there has no significant difference in image quality.

gem energy spectrum CT; weight ratio; double low dose; head and neck CT angiography; image quality; radiation dose; cerebral vascular disease

TP391.41；R743

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2017.01.017

1674-1633(2017)01-0067-04

2016-04-05

2016-06-01

作者郵箱：156027686@qq.com