迭代算法低劑量CT診斷腰椎間盤突出

肖夢強，張 萌，劉金豐，周桂忠，雷 鳴，徐旺東

(廣東省中醫院珠海醫院放射科，廣東 珠海 519015)

迭代算法低劑量CT診斷腰椎間盤突出

肖夢強，張 萌，劉金豐*，周桂忠，雷 鳴，徐旺東

(廣東省中醫院珠海醫院放射科，廣東 珠海 519015)

目的 評價迭代算法(AIDR 3D)和濾波反投影算法(FBP)聯合低劑量CT掃描評估腰椎間盤突出的價值。方法 將150例患者隨機分為A～E 5組，每組30例，A～D組掃描管電壓為120 kV，管電流分別為 100 mAs、50 mAs、30 mAs、20 mAs，E組管電壓為80 kV、管電流為100 mAs。對每組圖像分別進行AIDR 3D和FBP重建，比較不同重建方法各組圖像的噪聲、SNR及CNR。并采用3分法對圖像質量進行主觀評分，評分≥2為診斷可接受圖像質量，比較各組圖像椎間盤突出的顯示能力。結果 在不同掃描條件下，采用AIDR 3D重建的圖像噪聲、SNR、CNR及椎間盤突出的顯示情況方面均優于FBP。同一重建技術條件下，隨輻射劑量減低，噪聲升高、SNR和椎間盤突出顯示能力降低；除采用AIDR 3D的50 mAs組CNR略低于30 mAs組外，其余各組隨劑量減低，CNR降低；同一劑量下兩種重建技術采用降低管電流得到的圖像質量優于降低管電壓的方式。結論 采用AIDR 3D重建方法聯合低劑量CT掃描診斷椎間盤突出有一定的價值。

體層攝影術，X線計算機；椎間盤移位；輻射劑量

腰椎間盤突出是臨床常見疾病，CT是診斷該病的主要方法。國際放射防護委員會認為，接受X線照射劑量每增加1 mSv，惡性腫瘤發病率將提高 5/10萬[1]。目前，雖然CT僅占醫用檢查的7%，但其輻射劑量占醫院放射學檢查總劑量的40%[2]。故使用低輻射劑量獲得可滿足診斷需要的圖像質量是近年來CT研究的重要方向之一[3-4]。既往降低輻射劑量的方法主要是降低管電流[5]，近年隨著第四代迭代重建技術的發展，其在降低輻射劑量中的應用得到重視。迭代重建技術在不同的公司名稱不同，東芝稱為AIDR 3D重建技術。本研試將AIDR 3D重建技術聯合低劑量掃描技術應用于腰椎間盤突出的檢查，通過評價不同掃描參數、不同重建技術條件下圖像的噪聲、SNR、CNR及圖像質量評分，探討其臨床應用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2016年1月—2016年6月本院因腰椎間盤突出而接受CT檢查的150例患者資料，其中男75例，女75例，年齡18～77歲，平均(42.2±12.2)歲，體質量指數(body mass index, BMI)為21～25 kg/m2。排除腹膜后脂肪層菲薄而無法測量者。所有患者均簽署知情同意書，本研究經本院倫理委員會批準。

1.2 儀器與方法 采用Toshiba aquilion ONE TSX-301A 640層CT掃描儀。將150例患者隨機分為5組(A～E組)，每組30例。A組：管電壓120 kV，管電流 100 mAs；B組：管電壓120 kV，管電流50 mAs；C組：管電壓120 kV，管電流30 mAs；D組：管電壓120 kV，管電流20 mAs；E組：管電壓80 kV，管電流 100 mAs。掃描范圍為T12椎體下緣到S2椎體上緣。

1.3 圖像處理 對各組原始數據均采用AIDR 3D和濾波反投影(filter back projection， FBP)法進行重建(層厚0.5 mm，層距0.3 mm，矩陣256×256)，再對數據包進行CT軸位和矢狀位重建(層厚3 mm，層距3 mm，矩陣256×256)，平行各椎間盤軸位重建(每個椎間盤重建5層，層厚2 mm,層距1.5 mm，矩陣256×256)。獲得10組新圖像：采用AIDR 3D重建算法的圖像分別記為A1、B1、C1、D1、E1組，采用FBP重建算法記為A2、B2、C2、D2、E2組。

1.4 圖像評估 將所有圖像傳至東芝工作站，由2名高年資主治醫師對軸位及矢狀位圖像質量進行評價，當意見不同時協商達成一致。圖像評價的客觀指標為噪聲、SNR、CNR。測量腰大肌旁腹膜后脂肪CT值的均值及脂肪標準差(SD)均值，測量椎間盤邊緣CT值均值(CTz)、硬膜囊內CT值均值(CTy)。因腰椎間盤突出以L3-4、L4-5、L5-S1為主，故本研究僅測量和評價上述3個椎間盤。噪聲=|SD均值|，SNR=|脂肪CT均值/SD均值|，CNR=|(CTz-CTy)/SD均值|。每個值測量3～4次，取平均值。主觀指標：2名高年資主治醫師采用3分評價法：3分，圖像質量很好，不影響診斷(圖1)；2分，圖像質量一般，對診斷有影響，但仍能做出較正確診斷(圖2A)；1分，圖像質量較差或極差，對診斷有較大影響，診斷困難甚至無法正確診斷(圖2B)。評分≥2為可接受的圖像質量。

2 結果

A～E組的平均輻劑量分別(5.36±0.43)mSv、(2.58±0.18)mSv、(1.58±0.12)mSv、(1.05±0.05)mSv、(1.64±0.13)mSv。

2.1 噪聲(表1) E2組平均噪聲值最高，A1組最低，隨著管電流增加，AIDR 3D及FBP兩種重建方法的噪聲逐漸降低。除A1、B1、C1、D1、E1與A2組的噪聲值差異無統計學意義外，余各組噪聲值兩兩比較差異均有統計學意義(P均<0.05)。 AIDR 3D重建方法的噪聲值明顯低于FBP重建(P均<0.05，圖1、2)。

表1 各組間噪聲、SNR、CNR值的比較

表2 椎間盤圖像質量評分結果(個，±s)

2.2 CNR值 E2組CNR最低，A1組最好。FBP重建中，隨著管電流的增加，平均CNR增加。除B1與C1、D1組，C1與A1、D1組，D2與E2組、C2與B2組CNR值差異無統計學意義外，余各組兩兩比較差異均有統計學意義(P均<0.05)。AIDR 3D重建方法的SNR值明顯優于FBP(P均<0.05；圖1、2)。

2.3 SNR值 D2組平均SNR最小，A1組最高。AIDR 3D及FBP重建中，隨著管電流增加SNR均增加。除C2與B2、E2組，D2與E2組，B1與C1、D1、E1組，C1與D1、E1組，D1與E1組SNR值差異無統計學意義外(P均>0.05)，余各組兩兩比較差異均有統計學意義(P均<0.05)。AIDR 3D重建的SNR明顯較FBP重建高(P均<0.05；圖1、2)。

2.4 一致性評價 2名醫師對10組圖像的評估中，一致性很好5組，一致性較好3組，一致性中等2組。按3分評分法，各組圖像的評分見表2，結果顯示降低管電流優于降低管電壓。雖然C組劑量低于E組，但對兩組進行AIDR 3D重建，C1組優于E1組，且C1組評分≥2分的圖像為81.11%(73/90)，E1組為27.78%(25/90)。總體圖像質量評分，AIDR 3D重建方法明顯優于FBP(χ2=70.16，P<0.001)，見表3。

表3 兩種重建方法不同主觀評分的椎間盤數(n=450，個)

3 討論

隨著CT技術的進步和廣泛應用，其給患者帶來利益的同時，也導致患者接受輻射劑量增加。研究[6]表明，在接受X線查的患者中，CT檢查產生的輻射劑量比例最大，且CT檢查輻射引起的腫瘤約占惡性腫瘤的2%。近年來低劑量CT掃描得到廣泛重視，研究者[3]提出CT檢查中應在滿足臨床診斷需要的同時輻射劑量越低越好。腰椎間盤突出是常見病、多發病，CT檢查是臨床診斷該病的主要方法之一，但低劑量掃描臨床研究較少[7]。以前降低CT劑量主要靠降低管電流、管電壓，近年來隨著計算機技術的發展，迭代重建算法的出現可明顯改善圖像質量，有助于開展低劑量掃描。

3.1 迭代重建算法的臨床應用 迭代重建算法是圖像重建方法之一，與FBP算法比較，該算法圖像質量高但算法速度慢、存儲空間增大，既往臨床應用較少，隨著計算機技術進步，其應用越來越廣泛[6]。低劑量CT掃描采用FBP算法會顯著增加圖像噪聲，而迭代算法可明顯提高圖像質量。有學者[8-9]利用迭代算法重建胸部CT圖像，在滿足臨床診斷需求的同時胸部CT輻射劑量可降低36%～75%。迭代重建計算應用于心血管系統、腹部，低劑量掃描時也可明顯提高圖像質量[10-11]。

3.2 腰椎低劑量CT掃描的應用 Bohy等[12]采用4排螺旋CT機對腰椎間盤進行低劑量掃描(層厚1 mm、140 kV)，對胖、中、瘦者設定標準劑量分別為400 mAs、300 mAs 和200 mAs，然后采用標準劑量的65%、50%、35%、20%進行掃描，65%劑量掃描對椎間盤膨出或突出的正確診斷無影響。王俊山等[7]研究表明，當劑量下降至標準量的1/3，80%以上的掃描圖像質量滿足診斷需要。本研究采用的電流為50 mAs、30 mAs、20 mAs(臨床標準為100 mAs)，因有報道[7]顯示采用50%、30%標準劑量對腰椎掃描可滿足臨床診斷需要。且本研究采用常規劑量的30%時，80%的AIDR 3D重建圖像可滿足臨床診斷需要，噪聲、SNR及CNR優于120 kV、100 mAs的FBP重建圖像。

3.3 AIDR 3D技術聯合低劑量CT掃描的應用 本研究對腰椎進行低劑量CT掃描，利用AIDR 3D和FBP算法進行重建，比較兩種不同算法對腰椎間盤退變診斷的能力，結果顯示，在不同輻射劑量組合下，采用AIDR 3D組在噪聲、SNR、CNR及診斷椎間盤突出能力方面明顯優于FBP組。同一重建技術下隨著劑量減低，噪聲升高、SNR降低、診斷椎間盤突出能力降低，除B1組(50 mAs)CNR略低于C1組(30 mAs)外(兩組差異無統計學意義，或因測量誤差及患者胖瘦比例不同所致產生較小差異)，其余各組隨劑量減低CNR降低。利用AIDR 3D算法，管電流劑量降至標準劑量的50%、30%時，分別有91.11%(82/90)、81.11%(73/90)的圖像質量到達臨床診斷要求，而FBP算法分別只有63.33%(57/90)、25.56%(23/90)圖像質量到達臨床診斷需要。本研究表明，降低管電流優于降低管電壓，降低管電流至常規劑量的29.5%仍基本能夠滿足臨床診斷需求，而降低管電壓至常規劑量的30.5%不能滿足診斷要求。故診斷腰椎間盤突出建議采用50 mAs的AIDR 3D或采用30 mAs的AIDR 3D進行掃描重建，對不能評判椎間盤突出的單個椎間盤可增加輻射劑量。

總之，基于AIDR 3D重建算法技術的CT腰椎檢查可有效降低檢查的輻射劑量，與FBP重建相比，降低管電流條件下，AIDR 3D重建技術可顯著降低圖像噪聲、SNR及CNR，有效改善圖像質量。

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Feasibility of whole-liver one-stop examination with Revolution CT

TAOFengming,LIUAilian*,LIUJinghong,DENGXijia,LIYe,CHENLihua,CHENAnliang,LIUXiaodong,GUODan,FANGXin

(DepartmentofRadiology,theFirstAffiliatedHospitalofDalianMedicalUniversity,Dalian116011,China)

Objective To explore the feasibility of axial whole-liver one-stop examination with Revolution CT. Methods Totally 19 patients were underwent upper-abdominal enhanced examination with Revolution CT and acquired whole-liver CT perfusion (CTP), vein phase and balanced phase enhanced images. Two observers recorded the rank and peak CT value corresponding to time-density curve (TDC) of abdominal aorta and portal vein respectively on the CTP images. The perfusion parameters including blood flow (BF), blood volume (BV), hepatic arterial fraction (HAF), mean transit time (MTT), time to peak (TP) of left and right liver lobe were measured. The images of hepatic artery CTA and portal vein CTV were reconstructed and the arterial phase enhanced images were extracted using the images corresponding to abdominal aorta and portal vein peak TDC. And the radiation dose of CT perfusion and one-stop examination were recorded. The differences between perfusion parameters of left and right liver lobe were compared and the consistency of two observers were analyzed. Results The differences between BV and MTT of left and right liver lobe were statistical significance (bothP<0.05). The subjective scores of hepatic artery CTA, portal vein CTV and arterial phase images were greater than 1 point. The two observers were in great consistence (Kappa>0.6). The effective radiation dose in perfusion phase and one-stop examination were 14.47 mSv and 21.29 mSv. Conclusion With low radiation dose, Revolution CT axial whole-liver perfusion one-stop examination can provide multiple quantitative parameters of liver CTP and clear hepatic artery CTA, portal vein CTV and 3 phase enhanced scan images, which has broadly prospective in clinical application.

Liver; Tomography, X-ray computed; Perfusion imaging

肖夢強(1978—)，男，湖南邵陽人，碩士，副主任醫師。研究方向：骨肌系統影像學。E-mail: 714454688@qq.com

劉金豐，廣東省中醫院珠海醫院放射科， 519015。 E-mail: jfliuzhuhai@163.com

2016-08-12

2016-11-12

R681.53; R814.42

A

1003-3289(2017)03-0458-04

10.13929/j.1003-3289.201607100