CT低劑量技術應用的進展與發(fā)展趨勢

摘要：探討目前CT低劑量技術的最新進展。從迭代算法，加快掃描速度、減少曝光時間，探測器性能改進，有效提高圖像分辨率加速圖像后處理重建過程4個角度，闡述低劑量技術的原理、優(yōu)缺點和發(fā)展趨勢。CT低劑量技術的應用，可以在保證診斷有效信息的前提下，降低患者輻射劑量

關鍵詞：計算機斷層成像；輻射劑量；受照劑量

隨著科技的不斷發(fā)展，CT設備飛速地更新?lián)Q代，很多以前停留在“概念”和“實驗”階段的設想也依托先進的科技得到了廣泛的實現(xiàn)。在層出不窮的CT新技術中，如何降低輻射劑量，提高檢查安全性，成為CT技術一個重要發(fā)展趨勢。CT低劑量已成為所有CT學術論壇聚焦的熱點問題，受到各個領域的關注。

一、迭代算法

自2008年GE推出迭代重建算法至今，多家公司推出了各自的基于多層螺旋CT的迭代重建算法[1]，如Philips iDdose 技術、GE的適應性統(tǒng)計迭代重建（Adaptive statistical iterativereconstruction，ASIR）技術、Toshiba的適應性迭代劑量減低重建（Adaptiveiterative dosereductionAIDR）技術和Siemens圖像空間迭代重建技術（Iterativereconstruction in image space，IRIS）。這些技術的核心是對原始數(shù)據(jù)進行迭代重建，在更低劑量的基礎上獲取可以接受的圖像，與傳統(tǒng)FBP算法不同，迭代重建技術利用矩陣代數(shù)，通過一種數(shù)學模型選擇性的識別并去除圖像噪聲，減小圖像噪聲，使通過低劑量掃描獲取的高噪聲圖像達到較理想的信噪比圖像[2]。迭代重建算法是基于噪聲的統(tǒng)計模型，通過每次迭代提高圖像質(zhì)量，它假定圖像是平滑的，對鄰近的像素設定相同值。與傳統(tǒng)的解析重建算法相比，迭代重建算法存在一些問題：①迭代算法要不斷重復重建過程，因此比解析重建算法速度慢，由于重建速度慢，迭代重建算法最初應用于核醫(yī)學發(fā)射斷層掃描，發(fā)射斷層掃描圖像噪聲較大，但是投影數(shù)據(jù)量較小，因此比較適合速度慢、降噪能力強大的迭代重建算法，隨著計算機技術的發(fā)展，強大的計算能力使得迭代重建算法開始進入CT領域；②在迭代算法開始前，所有的投照數(shù)據(jù)必須已經(jīng)生成；③如果循環(huán)次數(shù)超過了最佳迭代次數(shù)，過度降噪的結(jié)果反而會降低圖像質(zhì)量；④迭代重建結(jié)果依賴于噪聲模型和對真實圖像的假設。迭代重建算法盡管存在上述限制，但仍受到人們的關注，其在降噪、提高圖像質(zhì)量上有不可比擬的優(yōu)勢[3-5]。目前開發(fā)的迭代算法，不僅針對降低泊松噪聲有效，對射線硬化噪聲、散射噪聲及運動噪聲都有一定的抑制作用。

2 011年飛利浦公司推出了第四代迭代算法iDose4。iDose4迭代算法在減少圖像噪聲的同時盡可能少地改變噪聲功率譜。因此保留了與FBP圖像相同的噪聲紋理，易于讓臨床醫(yī)生接受。Mieville等[6]研究發(fā)現(xiàn)，iDose4迭代算法在降低圖像標準方差的同時，圖像的噪聲功率譜曲線并未有明顯改變。但是，需要指出的是，與FBP相比iDose4雖然減少了重建圖像的噪聲，并未改變MTF曲線。這就意味著如果想得到更好地空間分辨率，iDose4需要結(jié)合圖像銳化濾波。也就是說，如果采用iDose4進行低劑量掃描，需要改變重建參數(shù)以保證圖像質(zhì)量。東芝公司也推出了自己的迭代算法AIDR，AIDR是一種適應型算法，可以自動計算出最優(yōu)迭代次數(shù)。

二、加快掃描速度、減少曝光時間

在螺旋CT對特定器官進行掃描時，采用不同的螺距，病人接受的輻射劑量不同，即螺距與劑量成反比，采用較大螺距掃描，縮短了Z軸上某一點的曝光時間，受檢者的受照劑量減少。但過大螺距影響圖像質(zhì)量。CT-SOMATOM Definition Flash 安裝了兩個能夠同步采集128 層圖像的4 cm 寬探測器，配合0.28 s 每圈的高速機架旋轉(zhuǎn)和高達每秒43 cm 的速度移動，充分利用第二套采集系統(tǒng)所采集數(shù)據(jù)，即使是在螺距大于3 的快速進床的情況下，雙源CT 依然可以采集到無間隙的完整成像數(shù)據(jù)，瞬息之間即可完成掃描，完成整個心臟掃描僅需0.25 s，完成全胸掃描（胸痛三聯(lián)掃描模式，包含心臟）只需0.6 s，心臟CT掃描只需不到1 mSv的輻射劑量。全身掃描也僅需4 s，縮短了曝光時間，顯著地降低了輻射劑量[7]。Korn[8]等比較了頭部 CT 掃描時 ASIR 重建圖像和常規(guī) FBP重建圖像的質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)以 ASIR 進行頭部低劑量掃描時能夠降低 20%的輻射劑量而不影響臨床診斷。Vardhanabhuti[9]等對 FBP、ASIR、MBIR 三種技術進行了比較，發(fā)現(xiàn) MBIR 技術較前兩種技術能進一步降低圖像噪聲及輻射劑量，而不影響疾病的診斷。低劑量 CT 掃描已應用于全身各個部位，在不影響圖像質(zhì)量及疾病診斷的前提下可以大大降低輻射劑量。

三、探測器性能改進

CT成像系統(tǒng)中有眾多環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)的性能都將影響到CT成像系統(tǒng)的成像質(zhì)量和輻射劑量。其中探測器的性能是一個基本的重要環(huán)節(jié)。一直以來探測器的材質(zhì)基本包含兩大類，一類是GE公司采用的HiLight材質(zhì)探測器；另一類是日立、東芝、西門子和飛利浦公司采用的GOS材質(zhì)探測器。近年來隨著GE公司的寶石能譜CT的問世，另一類新型材質(zhì)的探測器進入人們的視線。“寶石”（Gemstone）材質(zhì)探測器是GE公司投資5000萬美金，耗時10年研發(fā)的新型透明多晶材料探測器。與老一代材質(zhì)探測器相比，寶石材質(zhì)探測器具有諸多優(yōu)點。據(jù)說，將有更新的Stellar光子CT探測器推出，會較大地提高圖像的對比分辨率和空間分辨率。另外，超寬探測器技術東芝公司推出3 2 0 排1 6 cm 寬（1 6 0mm=320×0.5mm）的檢測器的CT 技術。Z 軸的覆蓋范圍大，能在單次心跳中完成全心臟掃描，免除了螺旋CT 用多個心動周期進行圖像重建的需要，同時還減少了螺旋重疊，明顯減少了輻射劑量[10]。

四、有效提高圖像分辨率加速圖像后處理重建過程

低劑量掃描的一個后果是圖像噪聲增加，因而有可能會影響診斷；而自 2008 年推出的自適應迭代算法（AIDR）在降低圖像噪聲方面取得很大進展；現(xiàn)在 CT 圖像處理基本應用 FBP（濾波反投影法），主要是因為迭代重建算法計算量太大，圖像后處理時間太長而被 FBP所取代，近年來隨著計算機技術的不斷發(fā)展、完善及臨床低劑量成像的需求，迭代重建技術在 CT 領域又一次得到關注。與 FBP 相比，迭代重建算法是通過一種數(shù)學模型選擇性的識別并去除圖像噪聲，這種方法使其在這種條件下可獲得達到診斷目的的圖像[11，12]。而 AIDR 是一種經(jīng)過改進計算能力加快的迭代重建算法——自適應重建算法，它既使計算時間縮短，又解決了 FBP 的高噪聲問題[13]。Silva[14]等認為，他們經(jīng)過臨床實驗研究，發(fā)現(xiàn)應用 AIDR 技術可以在保證圖像質(zhì)量的情況下使劑量減少約65%。相信隨著IR技術的不斷發(fā)展，在降低掃描劑量的同時，降低圖像噪聲，提高圖像質(zhì)量成為可能。CTA 掃描范圍大，掃描時間長，包含放射敏感結(jié)構多，更需要低劑量掃描。

五、不足與展望

與 FBP 相比，IR 算法能夠在更進一步降低輻射劑量的同時保持圖像質(zhì)量不變或提高圖像質(zhì)量；然而 IR 技術計算復雜，所需重建時間仍較長，可能產(chǎn)生蠟像樣外觀[15-17]?？傊?，低劑量掃描技術方興未艾，如何在降低輻射劑量的同時保證圖像質(zhì)量，進一步縮短重建時間，這是臨床面臨的重大挑戰(zhàn)。

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