迭代算法（Asir-V）在兒童胸部掃描中的應用價值

董麗娜徐州市兒童醫院 醫學影像科，江蘇 徐州 221000

引言

兒童呼吸系統疾病為最常見的疾病之一，胸部CT檢查作為兒童胸片的補充手段被廣泛應用。CT掃描所產生的電離輻射不可忽視，有報道指出，全球醫源性人均輻射量在過去10～15年里大約增加了一倍[1]。兒童尤其是低齡小兒對放射線的敏感性遠高于成人，小兒受輻照年齡越小，致癌危險越大[2]。因此，兒童的CT檢查應嚴格遵循合理抑低的原則。近年來，隨著人們對電離輻射認識程度的提高，如何在明確診斷的同時避免過多的放射劑量成為越來越多放射醫師的關注焦點[3]，迭代算法作為一種新興的圖像重建算法，能夠保證圖像質量并有效降低輻射劑量，本文主要利用GE Revolution CT的Asir-V技術探討在兒童胸部低劑量掃描中的應用價值。

1 材料與方法

1.1 一般資料

本研究選取60例于我院行Asir-v技術的兒童，隨機分為3組。A組：男12例，女8例，年齡1月～6歲，平均年齡2.8歲，體重5～35 kg，平均（12.12±7.37）kg。B組：男13例，女7例，平均年齡1月～8歲，平均年齡3.1歲，體重5～40 kg，平均（13.37±4.85）kg。C組：男10例，女10例，年齡1～8歲，體重6～40 kg，平均（13.90±4.83）kg。臨床癥狀包括：咳嗽、發熱，呼吸急促等。

1.2 設備

GE Revolution 256層螺旋CT，CT床邊麻醉機，CT掃描參數：軸掃，管電壓100 kV；自動管電流10～450 mA，掃描層厚5 mm，重建層厚0.625 mm，探測器寬度120～160 mm，掃描時間0.28 s，噪聲指數（Noise Index，NI）為10。患兒取仰臥位，頭先進掃描，掃描范圍自胸廓入口至膈下。A組：Asir-V：30%；B組：Asir-V：50%；C組：Asir-V：70%。

1.3 防護措施

對患兒生殖腺、甲狀腺、晶狀體等敏感部位使用鉛衣遮擋。

1.4 鎮靜方法

不能配合患兒予以氧氣和七氟烷混合氣體吸入（麻醉科醫生完成）。

1.5 圖像評價

分別測量胸廓入口層面，氣管分叉層面，心底層面背部肌肉CT值及標準差（Standard Deviation，SD），取SD為背景噪聲指數，并計算平均值，記錄每個病例的劑量長度乘積（Dose-Length Product，DLP），并根據歐盟委員會CT標準指南[4]，查得劑量轉換因子k，計算有效劑量（Effective Doses，ED），小兒胸部k值分別為0.039（＜1歲）、0.018（＜5歲）、0.013（＜10歲）。

1.6 閱片

由兩位影像科副主任醫師進行獨立閱片，對圖像進行評分。圖像質量主觀評分，標準：1分，圖像質量極差，無法用于診斷；2分，圖像質量較差，不能用于診斷；3分，圖像質量一般，可用于診斷；4分，圖像質量較好，可以滿足診斷；5分，圖像質量非常好。圖像評分≥3分為符合臨床診斷要求，2分及以下不符合臨床診斷要求[5]。

1.7 統計學分析

采用SPSS 19.0統計學軟件進行進行統計學分析，對A組、B組的SD、DLP、ED分別進行獨立樣本t檢驗，P＜0.05為差異有統計學意義。對兩位閱片者閱片的一致性分析采用Weighted Kappa檢驗，0.21≤k≤0.40，認為一致性差；0.41≤k≤0.60，認為一致性尚可；0.61≤k≤0.80認為一致性良好；0.81≤k≤1認為一致性非常好[5]。

2 結果

患兒胸部縱膈窗氣管隆突層面CT平掃圖像與肺膈窗氣管隆突層面CT平掃圖像，見圖1～2。各組病例體重、DLP、ED及各興趣區SD，見表1。各組興趣區SD值相當，任意兩組差異（P＞0.05）無統計學意義，各組DLP及ED有差異，任意兩組差異有統計學意義（P＜0.01，表2），讀片結果各病例圖像質量良好（≥3分），兩位醫師圖片一致性良好（表3）。

圖1 患兒胸部縱膈窗氣管隆突層面CT平掃圖像

圖2 患兒肺膈窗氣管隆突層面CT平掃圖像

表1 3組圖像的SD、DLP及ED值

表2 3組病例的體重及圖像的SD、DLP、ED值兩兩比較

表3 兩位醫生獨立閱片后的主觀評分及一致性分析（分）

3 討論

兒童CT檢查中絕大多數為胸部CT檢查，同時CT輻射的致癌風險以及放射防護與安全問題也成為醫患雙方關注的焦點[6]，保證圖像質量的前提下降低輻射劑量的低劑量胸部CT檢查方法一直在努力探索之中。

1990年Naidich等首先提出低劑量掃描，隨著優化掃描程序等多種方式被研究和利用，放射劑量已經大幅降低，降低輻射劑量的方法主要有減少管電壓、管電流、自動毫安技術，加大螺距，縮短掃描時間等[7]，這些方法較為局限，在圖像算法方面，傳統的濾波反投影法（Filtered Back Projection，FBP）算法是一種解析算法，特點是先在連續域解析處理，最后離散化以利用計算機計算[8]。自CT應用以來一直被廣泛應用，其優點是重組速度快，但它要求投影數據完備并精確定量，因此該算法需要較高的掃描劑量完成圖像采集并容易受到統計波動的影響，對噪聲和偽影都很敏感，重組圖像質量明顯下降，而且忽略了光學系統中真實的幾何因素和噪聲統計，在低劑量研究的背景下，該算法顯然已經不能滿足臨床要求[9]。

隨著低劑量CT研究的深入，近年來出現了以迭代重建技術為代表的新型低劑量CT技術，目前應用在臨床的主流CT低劑量技術包括迭代算法和自動管電流技術等，本文主要探討迭代算法的臨床應用[10]。與傳統的算法不同，迭代重建技術利用矩陣代數，通過一種數學模型選擇性地識別并去除圖像噪聲，使圖像噪聲減小，提高圖像質量，間接地可在保持噪聲不變的情況下降低輻射劑量，其目的都是在盡可能低的條件下生成可接受的圖像[11-12]。Hu等[13]的研究顯示，通過圖像空間迭代重建的應用，在保持圖像質量的前提下，常規胸部CT平掃可以實現劑量降低40%。

GE公司的迭代算法包括ASIR、VEO和ASIR-V，ASIR通過建立噪聲性質的系統統計模型和被掃描物體的系統模型，用迭代算法提高圖像分辨率并且降低輻射計量，有學者報道[14]，在腹部掃描的研究中通過使用ASIR技術，與常規FBP相比，圖像噪聲更小而且輻射劑量降低約50%。

VEO算法是在原始空間迭代計算中，除了建立噪聲、物體模型，還建立了光學和物理模型，更加真實的還原了X線的物理投射過程，真正達到了降低噪聲，降低輻射劑量，消除偽影，提高空間分辨率的目的，但VEO技術數據量太大，計算時間太長，無法運用到臨床中。ASiR-V是GE最新推出的全模型實時迭代平臺，結合了ASiR的實時重建優勢和VEO的多模型迭代優勢，采用了更為先進的系統噪聲模型、被掃描物體模型和物理模型。

ASiR-V技術中的系統噪聲模型所考慮的因素包括數據采集系統中的光子噪聲和電子噪聲，以及重建圖像的噪聲譜，主要用于降低噪聲，提高低密度對比度。本文旨在探討相同掃描條件不同ASIR-V級別對于兒童胸部CT圖像與輻射劑量的影響。ASiR-V是全模型實時迭代平臺，ASiR-V技術中的系統噪聲模型所考慮的因素包括DAS中的光子噪聲和電子噪聲，以及重建圖像的噪聲譜，主要用于降低噪聲，提高低密度對比度。本文旨在探討相同掃描條件下不同級別的迭代算法對輻射劑量的影響。本文3組Asir-V分別設置為：30%、50%和70%，計算出來的ED值呈遞減趨勢，C組輻射劑量最低，為（0.20±0.05）mSv，輻射劑量已經達到了很低的水平[15]。本文所有病例均采用軸掃模式，最大160 mm寬探測器，對于大多數兒童可以實現胸部全覆蓋，一次曝光即可完成掃描，掃描時間0.28 s，有效的降低了輻射劑量，對于自由呼吸狀態下的兒童很好的抑制了呼吸偽影。CT圖像噪聲是指在均勻物質影像中給定區域CT值對其平均值的變異，其大小可用感興趣區均勻物質的CT值標準差表示，是影響圖像質量的重要因素[16]。在圖像的噪聲值測量方面，選取同層面的背部肌肉獲取噪聲值，所以獲取噪聲值的感興趣區大小的設定在一定程度上會影響測量結果，如果測量區域CT值不甚均勻，標準差會相應的增高，從而影響數值的真實性，因此選取胸廓入口、氣管分叉、心底3個層面的肌肉組織，以獲得較穩定的數據。其他掃描條件均相同的情況下，3組SD值相當，任意兩組差異（P＞0.05）無統計學意義，每個病例縱膈窗、肺窗分別讀片，結果顯示各病例圖像質量良好（≥3分），兩位醫師圖片一致性良好（k分別為0.630、0.693、0.647）。通過本研究證實，高等級的自適應迭代算法（本文最大70%）在保持圖像噪聲穩定的同時，可以有效降低輻射劑量。

本研究仍有局限性：① 病例采集數量較少；② 細化入組患兒的標準（年齡、體重、BMI指數等）；③ 本研究僅針對平掃，增強檢查在兒童胸部CT檢查中有較高的比例，引入對比劑后，ASIR-V技術對圖像噪聲和輻射劑量的影響還需要進一步研究。

總之，在固定掃描條件的條件下，提高迭代算法Asir-V的級別不但可以保持背景噪聲穩定，更重要的是可以降低輻射劑量，對兒童胸部低劑量掃描有重要價值。

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