前置自適應(yīng)統(tǒng)計迭代重建技術(shù)對胸部CT輻射劑量和圖像質(zhì)量的影響：體模與臨床研究

顏利輝，陳 飛，姚立正，李 新

(東南大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬鹽城醫(yī)院影像科，江蘇 鹽城 224001)

前置自適應(yīng)統(tǒng)計迭代重建技術(shù)對胸部CT輻射劑量和圖像質(zhì)量的影響：體模與臨床研究

顏利輝，陳 飛，姚立正*，李 新

(東南大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬鹽城醫(yī)院影像科，江蘇 鹽城 224001)

目的 探討前置基于多模型的自適應(yīng)統(tǒng)計迭代重建(ASiR-V)技術(shù)對胸部CT輻射劑量和圖像質(zhì)量的影響。方法 采用GE Revolution CT對胸部仿真體模和120例胸部CT平掃患者(分為6組，每組20例)分別設(shè)定前置ASiR-V權(quán)重為0、20%、40%、60%、80%、100%進行掃描。管電壓120 kV，管電流采用自動毫安(Smart mA 10-500)技術(shù)，噪聲指數(shù)設(shè)為11。記錄胸部體模及各組患者掃描的劑量長度乘積，計算并比較各組有效劑量(ED)。以胸部體模不同組織結(jié)構(gòu)(肺組織、脊柱旁軟組織、主動脈和椎體)的CT值和標準差(SD)作為客觀指標，結(jié)合對各組患者的圖像主觀評分，比較圖像質(zhì)量的組間差異。結(jié)果 隨著前置ASiR-V權(quán)重的增加，體模及患者的ED均呈對數(shù)降低，體模不同組織CT值、圖像噪聲均未見明顯改變。ASiR-V權(quán)重為40%時縱隔窗和肺窗的主觀評分開始下降；60%時縱隔窗和肺窗圖像主觀評分相對40%時出現(xiàn)明顯下降(P<0.05)。ASiR-V權(quán)重為40%，ED降至ASiR-V權(quán)重為0時的57.21%。結(jié)論 前置ASiR-V可以降低輻射劑量，同時又不影響圖像客觀指標；前置ASiR-V權(quán)重為40%時，圖像仍可保證臨床診斷需求，且輻射劑量明顯降低，臨床應(yīng)用價值最高。

胸部；體層攝影術(shù)，X線計算機；基于多模型的自適應(yīng)統(tǒng)計迭代重建；輻射劑量；圖像質(zhì)量

輻射劑量和圖像質(zhì)量是臨床CT檢查中最為關(guān)注的兩個重點，如何在保證圖像質(zhì)量的基礎(chǔ)上盡可能減少輻射劑量，成為目前研究[1-3]的熱點。其中最主要和普遍應(yīng)用的一種方法是在掃描時采用低輻射劑量的掃描條件，并在重建圖像時利用迭代重建技術(shù)對圖像質(zhì)量進行補償。迭代重建是目前CT圖像重建的最主要算法之一[4]，用于圖像后處理，可降低圖像噪聲。基于多模型的自適應(yīng)統(tǒng)計迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction Veo, ASiR-V)技術(shù)[5]可在掃描前(前置)通過設(shè)置不同的權(quán)重，達到不同的效果。本研究基于仿真胸部體模的客觀數(shù)據(jù)結(jié)合臨床患者圖像的主觀評分，探討前置ASiR-V技術(shù)對胸部CT輻射劑量和圖像質(zhì)量的影響。

1 材料與方法

1.1一般資料 體模組：仿真男性胸部體模(Multipurpose Chest Phantom N1 “LUNGMAN”， Kyoto Kagaku, Tokyo, Japan)，該體模雙臂上舉，與胸部CT掃描患者體位保持一致，其仿真軟組織及骨骼的X線衰減性能與人體組織等效。患者組：收集2016年5月—2016年7月我院接受胸部CT平掃的患者120例，其中男68例，女52例，年齡22～85歲，平均 (51.1±18.3)歲，體質(zhì)量指數(shù)(body mass index, BMI)22.8～24.5 kg/m2，隨機分為6組，每組20例，各組BMI差異無統(tǒng)計學(xué)意義。本研究獲得我院倫理委員會批準，患者均知情同意。

1.2儀器與方法 采用GE Revolution CT 256排、16 cm寬體CT探測器，在預(yù)設(shè)噪聲指數(shù)(NI)為11的條件下分別對仿真體模和患者進行掃描。掃描參數(shù)：管電壓120 kV，管電流采用自動毫安秒(Smart mA10-500)技術(shù)，掃描范圍由胸廓入口至膈肌水平。對于體模，分別設(shè)定前置ASiR-V權(quán)重為0、20%、40%、60%、80%、100%進行6次掃描。對于患者，每組分別設(shè)定前置ASiR-V權(quán)重為0、20%、40%、60%、80%、100%。記錄各組掃描的劑量長度乘積并計算有效劑量(effective dose, ED)，ED=DLP×W，其中W=0.017[2]，單位為mSv。

1.3圖像評價 包括客觀評價和主觀評分；由2名影像科高年資醫(yī)師共同商討決定。

1.3.1 客觀評價 在胸部體模CT軸位圖像上肺區(qū)(胸鎖關(guān)節(jié)層面)、中肺區(qū)(氣管分叉層面)及下肺區(qū)(左下肺靜脈層面)各取一幅圖像，見圖1。分別選取肺組織、脊柱旁軟組織、主動脈和椎體放置ROI(圓形，大小100～120 mm2)。記錄各ROI的CT值和SD值(圖像噪聲)，各組織的CT值和SD值取3層的平均值。

1.3.2 主觀評價 采用GE AW 4.6后處理工作站。對各組患者圖像采用隨機排序方式并隱藏掃描參數(shù)及相關(guān)患者信息。圖像分別以肺窗(窗寬1 000 HU，窗位-600 HU)和縱隔窗(窗寬350 HU，窗位50 HU)顯示。主觀評價主要內(nèi)容包括肺窗所顯示的支氣管血管束，縱隔窗所顯示的縱隔及胸壁結(jié)構(gòu)的對比度、清晰度及噪聲。以此分別對肺窗和縱隔窗圖像質(zhì)量進行評分[6]：1分為圖像質(zhì)量差(噪聲大，偽影重，組織結(jié)構(gòu)顯示不清)，完全不能用于臨床診斷；2分為圖像質(zhì)量較差(噪聲較大，組織結(jié)構(gòu)顯示欠清)，不能完全達到診斷要求；3分為圖像質(zhì)量中等(噪聲較小，組織結(jié)構(gòu)顯示尚清)，基本達到臨床診斷要求；4分為圖像質(zhì)量良好(噪聲小，組織結(jié)構(gòu)顯示較清楚)可以達到臨床診斷要求；5分為圖像質(zhì)量優(yōu)(噪聲極小，組織結(jié)構(gòu)顯示清晰)，完全滿足臨床診斷要求。≥3分為圖像可用于臨床診斷。

2 結(jié)果

隨前置ASiR-V權(quán)重的增加，體模和患者ED均呈對數(shù)降低。曲線擬合模型：體模，Y=-1.5804ln(X)+2.9646(R2=0.9955)；患者：Y=-3.0455ln(X)+6.6461(R2=0.978)，見圖2。

表1 前置ASiR-V技術(shù)不同權(quán)重下各組織的CT值、SD值

圖1 體模成像 A.標準胸部體模定位片; B.胸部體模氣管分叉處肺窗; C.胸部體模氣管分叉處縱隔窗。ROI位點：①肺組織，②脊柱旁軟組織，③主動脈，④椎體

隨著前置ASiR-V權(quán)重的增加，于體模測得的不同組織CT值、圖像噪聲均未見明顯改變，見表1。

前置ASiR-V不同權(quán)重時圖像主觀評分見表2、3和圖3。40%權(quán)重時縱隔窗和肺窗的主觀評分開始下降，但與0、20%權(quán)重時差異無統(tǒng)計學(xué)意義。60%權(quán)重時縱隔窗和肺窗圖像主觀評分相對40%權(quán)重明顯下降(P均<0.05)。以≥3分表示圖像可用于臨床診斷，縱隔窗圖像在ASiR-V權(quán)重為40%之前，肺窗圖像在ASiR-V權(quán)重為80%之前，所有患者圖像主觀評分均≥3分。ASiR-V權(quán)重為40%和80%時，ED分別降至ASiR-V權(quán)重為0時的57.21%和21.97%。

表2 縱隔窗和肺窗前置ASiR-V不同權(quán)重時患者圖像的主觀評分比較[M(Q1,Q3)]

注：統(tǒng)計值均為與上一相鄰權(quán)重時比較

表3 前置ASiR-V不同權(quán)重時患者圖像的主觀評分(例)

3 討論

因輻射損傷與致癌風(fēng)險相關(guān)，且近年來胸部CT檢查在臨床運用中的大幅增加，導(dǎo)致CT檢查中的輻射劑量成為臨床關(guān)注的熱點[1-3,7-9]。通常胸部CT檢查常采用降低管電壓、管電流等方法，在一定程度上降低輻射劑量，但往往導(dǎo)致圖像質(zhì)量下降，噪聲增加[10]。

圖2 隨著前置ASiR-V權(quán)重增加，體模(A)和患者(B)ED呈對數(shù)下降

因此，如何在保證圖像質(zhì)量的基礎(chǔ)上有效降低輻射劑量是目前研究的熱點。研究[11]表明，迭代重建技術(shù)可在維持圖像質(zhì)量的基礎(chǔ)上有效的降低輻射劑量。ASiR-V是一種新的迭代重建算法[5]。以往的迭代重建技術(shù)只能應(yīng)用于掃描后的圖像后重建，而ASiR-V則可在掃描前就設(shè)定權(quán)重，以達到降低劑量的效果。本研究采用ASiR-V技術(shù)在不同權(quán)重的情況下，對仿真胸部體模和患者分別進行前置掃描，探討ASiR-V對胸部CT輻射劑量和圖像質(zhì)量的影響；另外結(jié)合臨床患者圖像的主觀評分，探討ASiR-V在臨床中的應(yīng)用價值。

本研究在胸部掃描中，發(fā)現(xiàn)隨著前置ASiR-V權(quán)重的增加，體模和患者ED均呈對數(shù)降低，同時體模肺組織、脊柱旁軟組織、主動脈和椎體的CT值以及圖像噪聲均未見明顯改變。提示前置ASiR-V技術(shù)權(quán)重的

增加，并不會影響圖像質(zhì)量，卻可以有效降低輻射劑量。然而，ASiR-V權(quán)重并非越高越好，研究[5-6]表明ASiR-V權(quán)重增加到一定程度后，縱隔窗圖像出現(xiàn)蠟像狀偽影，肺內(nèi)細小解剖結(jié)構(gòu)顯示欠佳，結(jié)構(gòu)邊緣(如血管壁和支氣管)產(chǎn)生臺階樣偽影，減弱組織結(jié)構(gòu)界面的對比，出現(xiàn)模糊效應(yīng)，主觀評分下降。本研究對120例患者隨機進行不同權(quán)重前置ASiR-V技術(shù)的掃描，發(fā)現(xiàn)隨著ASiR-V權(quán)重增加，40%權(quán)重時縱隔窗和肺窗的主觀評分開始下降，但與權(quán)重為0、20%比較差異均無統(tǒng)計學(xué)意義。60%權(quán)重時縱隔窗和肺窗圖像主觀評分相對40%權(quán)重出現(xiàn)明顯下降(P均<0.05)，且ASiR-V權(quán)重為40%，ED降至ASiR-V權(quán)重

綜上所述，前置ASiR-V可以降低輻射劑量，但不影響圖像質(zhì)量；前置ASiR-V權(quán)重為40%時，臨床應(yīng)用價值最高。為0時的57.21%。提示臨床在綜合考慮輻射劑量與圖像質(zhì)量的情況下，ASiR-V權(quán)重為40%最為合適。另外，主觀評分≥3分表示圖像可用于臨床診斷，縱隔窗圖像在ASiR-V權(quán)重為40%之前，肺窗圖像在ASiR-V權(quán)重為80%之前，所有病例圖像主觀評分均≥3分；雖然肺窗ASiR-V權(quán)重為60%和80%時的主觀評分與低權(quán)重時差異有統(tǒng)計學(xué)意義，但由于肺組織的天然高對比，80%權(quán)重之前的圖像主觀評分均可基本滿足診斷要求。此時ASiR-V權(quán)重為80%時，ED可降至ASiR-V權(quán)重為0時的21.97%。因此，本研究認為，體檢患者或疑似肺疾病進行篩查的患者(重點看肺窗圖像)，可提高ASiR-V權(quán)重到80%，以盡可能降低輻射劑量；如需觀察炎癥內(nèi)部細微結(jié)構(gòu)或結(jié)節(jié)樣病灶周圍毛刺等征象時可通過薄層重建進行補充。

圖3 不同權(quán)重時的圖像 A～C.ASiR-V權(quán)重為40%、60%、80%的縱隔窗圖像；圖A示縱隔淋巴結(jié)結(jié)構(gòu)清晰，脊柱旁肌組織顯示清楚；肺結(jié)節(jié)病灶內(nèi)細微結(jié)構(gòu)顯示清楚，肺癌周邊分葉及組織內(nèi)結(jié)構(gòu)、與胸膜之間關(guān)系能清楚顯示；圖B示右上肺病灶內(nèi)部結(jié)構(gòu)砂礫樣鈣化顯示欠佳；圖C示支氣管擴張蜂窩樣改變，但已出現(xiàn)臘條樣偽影； D～F.ASiR-V權(quán)重為60%、80%、80%(層厚1.25 mm重建)的肺窗圖像；圖D對結(jié)節(jié)病灶短小毛刺及肺內(nèi)微結(jié)節(jié)顯示清楚；圖E肺窗囊柱支氣管擴張及周圍結(jié)構(gòu)顯示能進行臨床診斷，對細微結(jié)構(gòu)顯示欠佳；圖F圖像細微結(jié)構(gòu)顯示清楚(層厚1.25 mm重建)

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顏利輝(1976—)，女，江蘇鹽城人，碩士，副主任醫(yī)師。研究方向：胸部影像診斷。E-mail: 1061077693@qq.com

姚立正，東南大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬鹽城醫(yī)院影像科，224001。E-mail: ycsyylz@163.com

2016-11-10

2017-01-15

R814.2；R814.42

A

1003-3289(2017)03-0468-05