自適應迭代重建在雙低劑量CTU排泄期中的應用

徐亞運，楊尚文，楊軍，房海燕，高敏

1.南京大學醫學院附屬鼓樓醫院 醫學影像科，江蘇 南京 210008；2.南京中醫藥大學附屬八一醫院 影像科，江蘇 南京 210000；3.南京鼓樓醫院仙林醫院 醫學影像科，江蘇 南京 210000

自適應迭代重建在雙低劑量CTU排泄期中的應用

徐亞運1，楊尚文1，楊軍2，房海燕3，高敏3

1.南京大學醫學院附屬鼓樓醫院 醫學影像科，江蘇 南京 210008；2.南京中醫藥大學附屬八一醫院 影像科，江蘇 南京 210000；3.南京鼓樓醫院仙林醫院 醫學影像科，江蘇 南京 210000

目的探討使用雙低劑量（低輻射劑量和低對比劑總量）并運用自適應迭代重建（Adaptive Statistical Iterative Reconstruction, ASIR）算法重建圖像，進行泌尿系CTU檢查的可行性。方法60例有泌尿系疾病擬行CTU掃描的患者隨機分為A、B兩組，各30例。A組為常規劑量組，管電壓120 kV，濾波反投影（Filtered Back Projection, FBP）重建。B組為低劑量組，管電壓為80 kV，噪聲指數為15，ASIR重建圖像。測量并計算A、B兩組圖像噪聲、對比噪聲比（CNR）、容積加權CT劑量指數（CTDIvol）、有效劑量（ED），并由3位放射診斷醫師對圖像進行評分。結果A、B兩組圖像質量主觀評分為（4.56±0.45）和（3.78±0.56），CNR為（27.82±15.55）和（22.13±13.46），差異均無統計學意義（P＞0.05）。B組的CTDI比A組降低了55.26%，ED比A組降低了56.82%，對比劑總量比A組減少23.48%，差異均有統計學意義（P＜0.05）。結論CTU檢查使用雙低劑量并運用ASIR方法重建圖像，能夠在保證圖像質量的前提下有效地降低輻射劑量，減少對比劑的不良反應。

泌尿系CTU；體層攝影術；X線計算機；低輻射劑量；自適應迭代重建

引言

隨著螺旋CT的發展，CT尿路成像（CT urography，CTU）檢查對泌尿系結石、畸形、泌尿系腫瘤等疾病的診斷具有較高的敏感性和特異性[1]。輻射對人體的傷害日益引起人們的關注，有數據顯示，CT的照射劑量占醫學照射劑量的34%[2]。如何在滿足診斷要求的前提下，降低CT輻射劑量，成為當前影像界探討的熱點問題[3-4]。CTU掃描使用較大劑量的碘對比劑來充盈集合系統勢必加重了泌尿系統的損傷，因此降低對比劑的使用量也顯得十分重要。本研究旨在采用低管電壓（80 kV），低對比劑注射量，并利用50%權重的自適應迭代重建（Adaptive Statistical Iterative Reconstruction，ASIR）技術，探討雙低劑量在CTU排泄期應用的可行性。

1 材料與方法

1.1 一般資料

前瞻性連續收集2016年1月～5月份我院行泌尿系CTU檢查的患者60例。隨機分為A、B兩組。A組男19例，女11例，年齡23～72歲，平均年齡（40.2±6.7）歲，身高（1.60±0.12）m，體重（57.5±8.8）kg，體質量指數（Body Mass Index，BMI）為（20.3±2.2）kg/m2，采用常規掃描。B組男21例，女9例，年齡32～72歲，平均年齡（45.2±6.7）歲，身高（1.55±0.15）m，體重（60.5±8.5）kg，BMI（20.5±3.5）kg/m2。患者均簽署了知情同意書。體重大于85 kg或BMI≥27.0 kg/m2的患者，有嚴重肝腎功能不全或對比劑使用禁忌癥的患者不納入本研究。

1.2 檢查方法

使用美國GE公司的寶石CT（Discovery CT 750 HD）機和美國Medrad公司Stellant CT用雙筒高壓注射器，對比劑為碘海醇（350 mgI/mL）。CTU檢查前口服清水1000 mL充盈膀胱，掃描時患者取仰臥位，足先進，雙手舉過頭頂，掃描范圍從腎上極至恥骨聯合下緣，采用智能觸發進行掃描，感興趣區（Region of Interest，ROI）設置在腎上極層面的腹主動脈內，觸發CT閾值為120 HU，觸發掃描皮質期，隨后過40 s掃描髓質期，30 min后掃描排泄期。

掃描參數：管電壓為120 kV，自動管電流調制掃描，管電流調節范圍50～400 mA，探測器64 mm×0.625 mm，旋轉時間0.9 s/rot，螺距 0.984:1，重建方式為Standard，重建層厚及間隔均為1.25 mm，矩陣512×512。A組，噪聲指數（Noise Index，NI）為10，重建算法為濾波反投影（Filtered Back Projection，FBP）重建，對比劑注射速率為3.0～4.0 mL/s，總量為體重×1.1 mL/kg。B掃描管電壓為80 kV，噪聲指數NI為15，重建算法為ASIR，權重為50%，對比劑用量為體重×0.8 mL/kg。

1.3 圖像質量主觀評價

將圖像傳至AW 4.4影像工作站。由3位從事放射診斷工作5年以上的醫師單獨對容積再現（Volume Rending，VR），最大密度投影（Curved Planer Reformation，MIP），曲面重組（Maximum Intensity Projection，CPR）等重建的圖像進行評估，意見不一時，協商討論并取得一致。評估內容包括腎盂、腎盞、輸尿管、膀胱的解剖結構顯示情況，用5分制對圖像質量進行評分,具體評分標準[5]：1分，圖像質量差，不能做出診斷；2分，圖像質量較低，偽影較多，噪聲較大，降低了診斷的可信度；3分，圖像中有一些偽影，表面結構模糊，但尚可做出診斷；4分，圖像質量好，僅有少許偽影，表面結構略微模糊，但是腎盂、腎盞，輸尿管、膀胱的結構顯示清晰并能夠做出診斷；5分，圖像質量非常好，無明顯偽影，腎盂、腎盞、輸尿管和膀胱充盈良好，表面光滑，能較細區分細微結構并能做出精確的影像學診斷。

1.4 圖像質量客觀評價

背景組織要求選擇密度盡量均勻的組織，一般選擇肌肉、脂肪、主動脈等。因膀胱周圍腸道，前列腺，女性附近等密度不均勻，噪聲SD值較大，故選擇如組織密度的臀大肌。在恥骨聯合上第4個層面，分別測量膀胱和臀大肌的CT值并計算膀胱內對比劑CT值的標準差SD，并以SD作為圖像噪聲，所有數據均測量3次取平均值，并計算圖像的對比噪聲比（Contrast to Noise Ratio，CNR）[6]。對比噪聲比CNR=（膀胱CT值－臀大肌CT值）/圖像噪聲。

1.5 輻射劑量

掃描結束后CT設備會自動生成患者的輻射劑量參數，記錄容積加權CT劑量指數（Volume Weighted CT Dose Index，CTDIvol），劑 量長度乘積（Dose Length Product，DLP）。依據國際放射委員會（International Commission on Radiological Protection，ICRP） 第 103號出版物，成人腹部DLP轉換為有效劑量，轉換因子（k值為0.015 mSv/(mGy·cm)）計算出有效劑量（Effective Dose，ED），ED=k×DLP[7]。

1.6 統計學分析

采用SPSS 18.0統計軟件，對兩組患者的身高、體重、BMI、圖像噪聲、CDTIvol、ED和CNR采用兩個獨立樣本t檢驗，組間圖像質量主觀評價采用K-W秩和檢驗。對閱片者的一致性分析采用Kappa檢驗，Kappa值＜0.4為一致性差，0.4≤Kappa值＜0.75為一致性良好，Kappa值≥0.75為一致性非常好。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

兩組患者的身高、體重、BMI差異均無統計學意義。

兩組圖像質量比較，客觀評價結果B組和A組圖像相比，CNR、圖像噪聲SD，均無統計學意義（P＞0.05）。圖像質量評分均≥3，A組為4.56±0.45、B組為3.78±0.56，兩組CTU圖像均能夠滿足診斷要求，無統計學差異（P＞0.05）。3名醫師對圖像質量評分的Kappa值一致性檢驗結果大于0.75，有相當高的一致性，圖像質量見（圖1～2）。

兩組患者的CTDIvol、ED和對比劑用量的比較，B組CTDIvol比A組降低了55.26%，ED降低56.82%，對比劑注用量比A組降低了23.48%，P均＜0.05，均有統計學意義。具體數據，見表1。

圖1 常規劑量組120 kV電壓下FBP算法重建圖像

圖2 雙低劑量組80 kV ASIR算法重建圖像

3 討論

CTU檢查是診斷泌尿系統疾病的重要檢查方法，臨床應用廣泛。由于其掃描期相多輻射劑量大，且對比劑的應用易引起的泌尿系統損傷，如何使用更低的輻射劑量和對比劑總量日益受到關注。有學者使用能譜CT探討個體化對比劑用量和低輻射劑量單能量CTU成像，以期降低輻射劑量和對比劑用量，得到了很好的效果。

我們在研究中嘗試使用低管電壓同時結合自動管電流調制技術掃描并使用ASIR重建技術來降低輻射劑量。在診斷用管電壓范圍內，CT的輻射劑量與管電壓的平方成正比，因此降低管電壓可以顯著降低患者的輻射劑量[8]。Oda等[9]在64排CT機上對BMI＜25.0 kg/m2患者采用80 kV和120 kV管電壓行CT冠狀動脈成像對比研究，認為80 kV掃描可使輻射劑量下降54%。一般認為，被檢查的患者所接受的輻射劑量較常規劑量降低20%以上才能確認為低劑量[10]。本研究中B組采用80 kV掃描，其平均ED為（3.70±0.65）mSv比A組（8.57±0.48）mSv降低了56.82%，極大的降低了輻射損傷風險，達到了低劑量的目的，保護了卵巢、精囊等輻射敏感器官。

國內外大量文獻也報道，將管電壓由120 kVp降低到80 kVp，患者接受的輻射劑量可減少約三分之一，但是也會降低信噪比，這就需要我們用ASIR重建技術來提高圖像質量，ASIR利用矩陣代數，建立噪聲性質和被掃描物體的模型，通過一種數學模型選擇性地識別并利用迭代重建對噪聲加以抑制和較正，通過把濾波反投影數據和ASIR數據按照不同比例加權融合，達到降低圖像噪聲，提高圖像信噪比的效果。與傳統的FBP相比較，達到同樣的診斷效果，迭代重建算法掃描劑量下降約50%[11]。ASIR值可以在10%～100%的范圍內進行選擇，它的高低代表重建算法中ASIR的權重大小，據相關文獻指出，ASIR算法權重越高，圖像噪聲水平將會越低，但是評分并未隨之提高，其權重設置在40%～60%之間圖像質量最好[12]，對不同部位重建應選擇不同的應用權重，以防止不合適的權重對病變的掩蓋，本研究B組采用80 kV，權重設為50%的ASIR算法重建圖像[13]，CTU排泄期腎盂、腎盞、輸尿管和膀胱內對比劑顯示清楚，評分≥3，均能滿足診斷要求。同時排泄期B組的SD，CNR與常規組比較，P＞0.05，無統計學意義。

對比劑的使用會給病人帶來潛在的腎臟損傷，如對比劑腎病，嚴重時可能導致腎衰竭。對比劑腎病是目前醫院內發生急性腎功能衰竭的主要原因之一，并與嚴重腎功能衰竭和死亡有關[14-15]。特別是對于CTU檢查的患者來說，其腎臟功能可能已經受損，降低對比劑的用量顯的十分必要。有研究表明，一次使用對比劑總量小于70 mL，可顯著降低對比劑腎病的發生率[16]。本研究A、B兩組對比劑的 用 量 為（63.25.03±9.68）mL、（48.40.03±6.80）mL，差異有統計學意義（P＜0.05）。雖然B組對比劑用量比A組減少了23.48%，但是聯合使用低輻射技術增加了碘對比劑對X線的衰減，從而減少了低劑量對比劑導致的組織CT值減小。圖像噪聲隨之增加，但A、B兩組膀胱背景噪聲的SD值為42.32±23.72、47.51±18.96，CNR為27.82±15.55、22.13±13.46，差異均無統計學意義（P＞0.05）。主要因為排泄期充盈的泌尿系統與周圍組織之間存在較高的對比，噪聲的增加對其影響不大，另一個原因是使用了50%權重的ASIR技術，降低了圖像的噪聲，使得B組的圖像分辨力提升，兩組圖像質量均能滿足臨床要求。

表1 兩組病人主客觀評分及劑量對比

本研究表明采用合理的低劑量方案，不但能充分減低受檢者檢查過程所受的電離輻射危害和對比劑帶來的潛在損傷，而且能保證臨床對泌尿系統疾病診斷的要求。

本研究的局限性：第一，對于體重＞85 kg或BMI≥27.0 kg/m2的患者，80 kV管電壓的射線穿透力不足，因此未能納入本研究；第二，泌尿系統疾病錯綜復雜，性質、形態不一，未對不同種類的病變做詳細的描述，僅對排泄期圖像進行評估；第三，已有文獻報道降低對比劑用量可以降低CIN的發生率。本研究重點研究低輻射劑量和低對比劑用量對圖像質量的影響，并未對對比劑使用對CIN發生率的影響進行具體分析。

總之，使用80 kV管電壓結合低對比劑用量進行泌尿系統的CTU檢查，并使用ASIR算法進行圖像重建，可以在保證圖像質量的基礎上，顯著降低患者輻射劑量，且可以降低對比劑的用量，減少對比劑不良反應的發生。

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Application of Adaptive Statistical Iterative Reconstruction in the Excretion Phase of CT Urography with Double Low Dose Scan

XU Yayun1, YANG Shangwen1, YANG Jun2, FANG Haiyan3, GAO Min3
1.Department of Medical Imaging, Nanjing Drum Tower Hospital, The Affiliated Hospital of Nanjing liniversity Medical School,Nanjing Jiangsu 21008, China;2.Department of Imaging, Bayi Hospital Affiliated to Nanjing University of Chinese Medicine, Nanjing Jiangsu 210000, China;3.Department of Medical Imaging, Nanjing Xianlin Gulou Hospital, Nanjing Jiangsu 210000, China

ObjectiveTo evaluate the feasibility of CT urography (CTU) scanned with double low-dose (low-dose contrast agent and low-dose radiation), which combined with adaptive statistical iterative reconstruction (ASIR).MethodsA total of 60 patients underwent CTU were randomly divided into group A and B, with 30 cases in each group. Patients in group A

a conventional scan with 120 kV and filtered back projection (FBP) reconstruction. Patients in group B received a low-dose scan with 80 kV, with noise index of 15, and image reconstruction by ASIR. The image noise, contrast noise ratio (CNR), volume weighted CT dose index (CTDIvol) and effective dose (ED) were measured and calculated. Image quality was evaluated by 3 radiologists.ResultsThe image quality score of group A and B were 4.56±0.45 and 3.78±0.56, respectively; CNR were 27.82±15.55 and 22.13±13.46, respectively. There were no significant difference between group A and B (P＞0.05). CTDI of group B was much lower than that in group A, ED of group B was much lower than that of group A. The contrast medium volume of group B was lower than group A. There were significant difference between group A and B (P＜0.05).ConclusionIn CTU examination, scanning with double low-dose and combining ASIR can reduce the radiation dose and incidence of contrast medium adverse reaction with maintained image quality.

CT urography; tomography; X-ray computed; low radiation dosage; adaptive statistical iterative reconstruction

R814.42

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2017.12.022

1674-1633(2017)012-0091-04

2017-06-13

2017-07-12

楊軍，副主任技師，主要研究方向為CT和磁共振設備的維修。

通訊作者郵箱：03yangjun@sina.com

本文編輯 王靜