迭代模型重建技術在低劑量胸部CT雙期增強掃描中的可行性

周丹靜，許建銘*，姜 彥，錢偉亮，豐 川，張繼斌，王 宏

(1.南京醫科大學附屬蘇州醫院影像科，江蘇 蘇州 215002；2.飛利浦醫療保健臨床科研部，上海 201100)

迭代模型重建技術在低劑量胸部CT雙期增強掃描中的可行性

周丹靜1，許建銘1*，姜 彥2，錢偉亮1，豐 川1，張繼斌1，王 宏1

(1.南京醫科大學附屬蘇州醫院影像科，江蘇 蘇州 215002；2.飛利浦醫療保健臨床科研部，上海 201100)

目的 探討低劑量掃描聯合迭代模型重建技術在胸部CT雙期增強檢查中的可行性。方法 130例擬診為肺部占位的患者接受胸部雙期增強掃描，隨機分為A組和B組，每組65例。A組掃描采用管電壓100 kV，自動管電流調制技術，圖像質量指數10；B組管電壓80 kV，自動管電流調制技術，圖像質量指數8。A組圖像采用混合迭代重建技術(iDose4)重建，B組圖像采用迭代模型重建技術(IMR)重建。比較兩組圖像肺動脈(PA)期及支氣管動脈(BA)期的客觀圖像質量、主觀圖像質量和血管顯示優良率并計算輻射劑量。結果 A組有效輻射劑量為(3.30±0.89)mSv，B組為(1.27±0.19)mSv，B組較A組下降61.52%(P<0.001)。PA期和BA期，B組圖像噪聲顯著低于A組，CNR顯著高于A組(P均<0.001)；兩組肺窗和縱隔窗主觀圖像質量均達到較高評分，雙期血管顯示優良率均較高，差異無統計學意義(P均>0.05)。結論 采用迭代模型重建技術，低劑量胸部雙期增強掃描可在較常規劑量降低61.52%的條件下，保證圖像質量并滿足診斷要求。

輻射劑量；迭代模型重建；胸部；體層攝影術，X線計算機

胸部CT是診斷肺部疾病的重要影像學方法，胸部雙期增強掃描對鑒別診斷肺部良惡性病變及評估療效具有重要的價值[1-2]。但雙期掃描的輻射劑量和對比劑用量均較大，使其臨床推廣受限。優化掃描方案如降低管電壓、管電流可降低輻射劑量，且有助于提高血管對比度從而降低對比劑用量[3]。但受限于CT傳統的FBP技術，單純優化掃描方案導致圖像噪聲增加，進而影響圖像質量。研究[4]報道，采用迭代重建(iterative reconstruction, IR)技術可在低輻射劑量條件下保證圖像質量，但目前多數IR技術屬于混合迭代重建(hybrid iterative reconstruction, HIR)，噪聲降低程度有限[5]。而迭代模型重建(iterative model reconstruction, IMR)技術是一種全迭代重建技術，相較于HIR，可進一步降低圖像噪聲并提高圖像質量[6]，有助于低管電壓方案的實施。本研究采用低劑量方案聯合IMR技術進行胸部雙期增強掃描，并探討該方案的可行性。

1 資料與方法

1.1一般資料 2015年8月—2016年3月于我院就診的疑似肺部占位的患者130例，均行胸部CT雙期增強掃描。隨機分為A組和B組，每組65例。A組男29例，女36例，年齡32～83歲，平均(60.0±14.0)歲，體質量指數(body mass index, BMI)為21.5～24.7 kg/m2，平均(23.07±1.13)kg/m2。B組男31例，女34例，年齡28～82歲，平均(58.9±12.2)歲，BMI為21.6～24.9 kg/m2，平均(23.24±0.97)kg/m2。排除嚴重心腎功能不全、妊娠或哺乳期婦女、碘對比劑過敏、有明顯運動偽影者。本研究經醫院倫理委員會審核批準，所有患者簽署知情同意書。

1.2儀器與方法 采用Philips Brilliance iCT 256層CT機，患者取仰臥位，屏氣狀態掃描，掃描范圍自肺尖至側肋膈角。平掃后采用高壓注射器經肘正中靜脈注入碘普胺(優維顯，370 mgI/ml)40 ml，注射速率 5 ml/s，再以相同速率注射50 ml生理鹽水。采用對比劑示蹤技術(Bolus Tracking)啟動增強掃描，觸發監測點為肺動脈主干，閾值設定為60 HU，觸發后延遲5、12 s分別進行肺動脈(pulmonary arterial, PA)期及支氣管動脈(bronchial artery, BA)期掃描。掃描方案：A組管電壓100 kV，自動管電流調制技術(DoseRight, Philips Healthcare)，圖像質量指數設為10；B組管電壓80 kV，自動管電流調制技術，圖像質量指數8。余掃描參數兩組一致：準直器128×0.625 mm，球管旋轉1周時間0.5 s，螺距0.992，矩陣512×512，FOV 350 mm，重建層厚1.0 mm，增量0.5 mm。

1.3圖像處理 A組采用混合迭代重建技術(iDose4, Philips Healthcare)重建，B組采用迭代模型重建技術(IMR, Philips Healthcare)重建。將所得軸位圖像傳入Philips IntelliSpace工作站，采用MIP、曲面重建(curved planar reformations, CPR)和VR技術進行圖像后處理。

1.4圖像評價

1.4.1 客觀評價 由1名放射科主治醫師于標準縱隔窗(窗寬350 HU，窗位40 HU)進行測量。分別在雙期肺動脈主干及其同層面降主動脈放置ROI(約100 mm2)，測量3個連續層面的CT值及其標準差(SD)，取其平均值。以主動脈SD值為噪聲值，計算CNR，CNR=|肺動脈干CT值-主動脈CT值|/圖像噪聲。

1.4.2 主觀評價 由2名放射科副主任醫師采用盲法獨立對圖像評分。采用4分法對肺窗和縱隔窗圖像質量分別進行評定[7]：1分，不可接受；2分，較差，解剖結構輪廓及分界顯示欠清，較多偽影和噪聲干擾；3分，一般，解剖結構輪廓分界顯示尚清，偽影和噪聲存在但不影響主要結構顯示；4分，優良，解剖結構輪廓分界清晰，偽影和噪聲輕微或不存在。

1.4.3 血管圖像質量評價 PA期評價標準[8]：1級(優)，肺動脈干CT值>300 HU，肺動脈與主動脈CT值絕對差值>150 HU，肺動脈顯示達亞段水平；2級(良)，肺動脈干CT值>300 HU，肺動脈與主動脈CT值絕對差值為100～150 HU，肺動脈顯示達亞段水平；3級(中)，肺動脈干CT值150～300 HU，或肺動脈與主動脈CT值絕對差值<100 HU；4級(差)，肺動脈干CT值<150 HU，不能用于診斷。

BA期評價標準[9]：1級(優)，支氣管動脈顯示非常清晰，周圍血管(肺動脈、上腔靜脈)顯影淡，對支氣管動脈無影響；2級(良)，支氣管動脈顯影清晰，周圍血管顯影，對支氣管動脈顯示影響小；3級(中)，支氣管動脈顯示，周圍血管顯影，對其顯示有影響；4級(差)，支氣管動脈未見顯示或顯示不清，周圍血管影響重。

1.5輻射劑量 記錄雙期增強掃描的總劑量長度乘積(dose length product, DLP)，并計算有效輻射劑量(effective dose, ED)：ED=DLP×k，k=0.014 mSv/(mGy·cm)[10]。

1.6統計學分析 采用SPSS 20.0統計分析軟件，2組年齡、客觀圖像質量和輻射劑量等計量資料的比較采用兩獨立樣本t檢驗，主觀圖像質量比較采用Mann-WhitneyU檢驗，性別、血管優良率比較采用χ2檢驗。2名醫師對圖像質量的評分一致性采用Kappa檢驗。以P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2組年齡(t=0.19，P>0.05)、性別(χ2=0.12，P>0.05)及BMI(t=0.67，P>0.05)差異均無統計學意義。A組ED為(3.30±0.89)mSv，B組為(1.27±0.19)mSv，B組顯著低于A組(t=13.90，P<0.001)，降幅為61.52%。

2.1客觀評價 PA期肺動脈干CT值、BA期主動脈CT值B組均高于A組，差異有統計學意義(P均<0.001)，而PA期主動脈CT值、BA期肺動脈干CT值2組差異無統計學意義(P均>0.05)。PA期及BA期B組圖像噪聲顯著低于A組，CNR顯著高于A組，差異均有統計學意義(P均<0.001)，見表1和圖1、2。

2.2主觀評價 2名醫師間圖像評分一致性較好(Kappa=0.65～0.89，P均<0.05)。2組圖像在肺窗和縱隔窗均獲得較高評分，差異無統計學意義(P均>0.05)，見表2。

2.3血管圖像質量評價 PA期A組血管質量達到優良等級(1級和2級)63例，B組65例，差異無統計學意義(χ2=2.031，P=0.248)；BA期A組62例達優良等級，B組65例，差異無統計學意義(χ2=3.071，P=0.122)，見表3。

3 討論

IMR技術是一種基于完整模型的IR技術，通過前向后向重建在投影數據域及圖像數據域進行迭代運算，并采用統計學模型及CT系統模型進行對比校正，最終獲得低噪聲高分辨力的CT圖像[6]。有研究[11]報道相較于HIR技術，IMR可進一步降低圖像噪聲及偽影，并提高圖像低對比分辨力，有助于胸部CT掃描。

表1 2組圖像質量客觀評價±s)

表2 2組圖像質量主觀評分結果(分，±s)

表3 2組血管圖像質量比較[例(%)]

圖1 A組病例，女，61歲，左肺下葉后基底段占位 A.PA期肺窗圖像，圖像質量4分； B.PA期縱隔窗圖像，肺動脈主干CT值為577.9 HU，主動脈CT值83.1 HU，圖像質量4分，血管顯示優良率1級； C.BA期肺窗圖像，圖像質量4分； D.BA期縱隔窗圖像，肺動脈主干CT值為140.7 HU，主動脈CT值449.2 HU，圖像質量3分，血管顯示優良率1級

圖2 B組病例，男，57歲，左肺上葉胸膜下結節灶 A.PA期肺窗圖像，圖像質量4分； B.PA期縱隔窗圖像，肺動脈主干CT值為814.6 HU，主動脈CT值為80.5 HU，圖像質量4分，血管顯示優良率1級； C.BA期肺窗圖像，圖像質量4分； D.BA期縱隔窗圖像，肺動脈主干CT值為102.6 HU，主動脈CT值為669.6 HU，圖像質量4分，血管顯示優良率1級

對于胸部雙期增強掃描，80 kV相較于100 kV、100 kV相較于120 kV直接降低了輻射劑量，又因其發射的X線平均能量更接近于碘物質K峰，提高了血管內碘對比劑的增強效應，從而提高血管對比度[12-13]，因此，本研究2組均采用低管電壓方案。由于HIR臨床應用較為成熟，既往較多研究[11,14-15]表明100 kV聯合HIR可獲得較 120 kV聯合FBP更高質的圖像質量，因此，本研究A組采用100 kV聯合HIR重建技術，可保證不低于甚至高于常規掃描方案的圖像質量；B組采用80 kV聯合IMR重建技術，同時輔以低管電流，以期盡可能降低輻射劑量；結果表明B組輻射劑量僅為 (1.27±0.19)mSv，較A組降低61.52%，與低劑量常規單期增強掃描相當[14]。此外，本研究2組采用相同的對比劑注射方案，對比劑總量僅40 ml，遠低于同類掃描方案，而生理鹽水用量50 ml，相對同類掃描方案較高[1-2]，即受試者血管內對比劑濃度相對較低，但受益于低管電壓方案的實施，2組均取得滿意的圖像質量及較高的血管顯示優良率。

本研究中客觀圖像質量B組顯著優于A組，具有更低的圖像噪聲和更高的CNR，與IMR顯著的降噪能力相關。此外，PA期肺動脈干CT值B組高于A組，但2組主動脈CT值無差異，而BA期主動脈CT值B組高于A組，而2組肺動脈干CT值無差異，提示雙期掃描B組肺動脈干和主動脈CT值之差較大，且在B組的掃描條件下，對比劑用量有進一步降低的潛力。

2組肺窗和縱隔窗主觀圖像質量均達較高評分且組間無明顯差異，而B組在低劑量條件下可保持較高的主觀圖像質量，尤其是縱隔窗圖像質量，有賴于IMR對噪音偽影的抑制以及低對比分辨力的提高。同時，2組血管顯示優良率均較高，B組在雙期均達100%，組間差異無統計學意義(P均>0.05)。由于胸部雙期增強掃描較常規增強掃描可提供更多的診斷信息，通過觀察病灶不同期相的強化特征，進而分析病灶血供特點，因此保證掃描期相的準確是后續病灶分析的重要前提。

本研究的局限性：①B組未進行進一步對比劑方案優化；②因病灶陽性率較低，本研究未對病灶的雙期強化方式及特點行對照研究。

綜上所述，聯合IMR技術，低劑量胸部雙期增強掃描可在低對比劑用量的條件下取得滿意的圖像質量和血管顯示優良率，可用于肺部病灶血供分析，值得進一步研究與推廣。

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Feasibility of iterative model reconstruction technique in low dose dual phase contrast-enhanced chest CT

ZHOUDanjing1,XUJianming1*,JIANGYan2,QIANWeiliang1,FENGChuan1,ZHANGJibin1,WANGHong1

(1.DepartmentofRadiology,NanjingMedicalUniversityAffiliatedSuzhouHospital,Suzhou215002,China; 2.ClinicalSciencePhilipsHealthcare,Shanghai201100,China)

Objective To investigate the feasibility of low dose dual phase contrast-enhanced chest CT with iterative model reconstruction (IMR) technique. Methods Totally 130 patients with suspected pulmonary occupying lesions underwent dual phase contrast-enhanced chest CT, who were randomly assigned into 2 groups (group A and group B, eachn=65). Patients in group A were scanned with 100 kV, DoseRight technique with dose right index 10, and images were reconstructed with the hybrid iterative reconstruction (iDose4). While patients in group B were scanned with 80 kV, DoseRight technique with dose right index 8, and images were reconstructed with iterative model reconstruction (IMR). The objective image quality, subjective image scores and the excellence rate of vascular visualization were compared in both pulmonary artery (PA) and bronchial artery (BA) phases. The radiation dose was also calculated. Results The effective dose was (3.30±0.89)mSv in group A and (1.27±0.19)mSv in group B. Compared to group A, the effective dose reduced 61.52% in group B (P<0.001). Lower image noise and greater CNR were obtained in group B compared to group A in both PA and BA phases (allP<0.001). No significant difference was found in subjective image scores of lung and mediastinal setting and the excellence rate of vascular visualization in both groups (allP>0.05). Conclusion Using IMR, dual phase contrast-enhanced chest CT allows for a radiation dose reduction up to 61.52%, meanwhile, ensures the image quality and meets the diagnostic requirements.

Radiation dosage; Iterative model reconstruction; Chest; Tomography, X-ray computed

周丹靜(1991—)，女，江蘇昆山人，在讀碩士。研究方向：胸部疾病的影像診斷。E-mail: 980162616@qq.com

許建銘，南京醫科大學附屬蘇州醫院影像科，215002。E-mail: jmxu86@163.com

2016-09-28

2017-02-12

10.13929/j.1003-3289.201609137

R814.42

A

1003-3289(2017)05-0768-05