迭代重建和濾波反投影重建在腦實(shí)質(zhì)血腫低輻射劑量CT復(fù)查中的應(yīng)用

徐延峰，康立清，于淑靖，張力，車延旭，陳躍峰

（河北省滄州市中心醫(yī)院 CT診斷科，河北 滄州 061001）

CT檢查帶來的X射線輻射風(fēng)險(xiǎn)被人們重視，低劑量CT（low dose computed tomography，LDCT）掃描的研究廣泛開展，但輻射劑量的降低造成圖像噪聲增大，限制CT輻射劑量的降低程度。隨著迭代重建（iterative reconstruction，IR）的方式逐漸在新型CT設(shè)備中廣泛應(yīng)用，圖像的噪聲得以一定程度的減低，為進(jìn)一步降低CT掃描輻射劑量成為可能[1-3]。本文探討IR聯(lián)合低輻射劑量掃描在腦實(shí)質(zhì)血腫CT復(fù)查中應(yīng)用的可能性和優(yōu)勢(shì)。

1 資料與方法

1.1 病例選擇

選取病程1周內(nèi)因腦實(shí)質(zhì)血腫需頭部CT復(fù)查的成人90例，按隨機(jī)數(shù)字表法分為3組，每組各30例。其中，男性47例，女性43例；年齡38～78歲，中位年齡59歲。所有病例均經(jīng)患者和（或）家屬知情同意。

1.2 方法

采用Aquilion PRIME 80排160層螺旋CT（日本東芝株式會(huì)社）。掃描方式Volume，掃描時(shí)間1 s，DFOV 25 cm，矩陣512×512，管電壓120 kV，層厚7 mm。普通劑量組、低劑量1組、低劑量2組的管電流設(shè)置分別為200、150及100 mA。記錄CT劑量列表顯示的各組容積CT劑量指數(shù)（volume computed tomography dose index，CTDIvol）。掃描完成后對(duì)圖像進(jìn)行IR和濾波反投影重建（filtered back projection，F(xiàn)BP）2種不同的方式重建圖像。

1.3 圖像處理和質(zhì)量評(píng)估

1.3.1 圖像噪聲測(cè)定選取IR及FBP兩重建方式下同一層面的圖像，排除存在各種偽影干擾的圖像，對(duì)側(cè)腦室體部?jī)H含腦脊液的區(qū)域進(jìn)行感興趣區(qū)畫定，記錄CT值的標(biāo)準(zhǔn)差SD值作為圖像的噪聲指標(biāo)（見圖1）。圖像質(zhì)量主觀評(píng)分：統(tǒng)一窗位（50 Hu）窗寬（100 Hu）并隱藏圖像個(gè)人信息及掃描參數(shù)后由2位CT診斷主治醫(yī)師采用5分制（見表1）盲法進(jìn)行，出現(xiàn)評(píng)分不一致時(shí)，由1位CT診斷主任醫(yī)師進(jìn)行最終評(píng)分。

圖1 圖像噪聲測(cè)定，選取左側(cè)腦室內(nèi)無積血、鈣化及脈絡(luò)膜區(qū)進(jìn)行腦脊液CT值測(cè)定，記錄SD值代表圖像噪聲水平

表1 圖像質(zhì)量5分制評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

1.3.2 圖像質(zhì)量主觀評(píng)估統(tǒng)一窗位（50 Hu）窗寬（100 Hu），改變閱片工作站的顯示設(shè)置，隱去患者個(gè)人信息和掃描參數(shù)后將研究圖像導(dǎo)出另存。應(yīng)用5分制對(duì)圖像質(zhì)量等級(jí)進(jìn)行評(píng)分：5分：灰白質(zhì)界限、蛛網(wǎng)膜下腔系統(tǒng)清晰可辨，病變顯示清晰，無各類偽影，圖像顆粒細(xì)膩均勻；4分：灰白質(zhì)界限、蛛網(wǎng)膜下腔系統(tǒng)可分辨，病變顯示基本清晰，基本無偽影，圖像顆粒均勻但不很細(xì)膩；3分：灰白質(zhì)界限、蛛網(wǎng)膜下腔系統(tǒng)隱約可分辨，病變尚可分辨，基本無偽影或少量偽影，圖像顆粒不均勻；2分：灰白質(zhì)界限、蛛網(wǎng)膜下腔系統(tǒng)分界不清，圖像較模糊，顆粒粗糙，僅能顯示對(duì)比解剖結(jié)構(gòu)和病變，極易造成漏診或誤診；1分：圖像模糊、顆粒非常粗糙，難以區(qū)分正常解剖結(jié)構(gòu)及病變。5分為優(yōu)，4～5分為優(yōu)良，3～5分為可用，1～2分為不可用。由2位均具有主治醫(yī)師職稱的CT診斷醫(yī)師對(duì)全部圖像盲法進(jìn)行評(píng)分，出現(xiàn)評(píng)分不一致時(shí)，由1位主任醫(yī)師職稱的CT診斷醫(yī)師進(jìn)行再評(píng)分并作為最終評(píng)分。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

數(shù)據(jù)分析采用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件，計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，采用t檢驗(yàn)，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 輻射劑量相關(guān)參數(shù)

200、150及100 mAs組的CTDIvol分別為36.6、27.5和 18.3 mGy。

2.2 3組圖像質(zhì)量和圖像質(zhì)量噪聲評(píng)分比較

相同劑量水平IR組的圖像質(zhì)量?jī)?yōu)于FPB組（P＜0.05）。IR 圖像100 mAs組較 200 mAs組圖像噪聲高（P＜0.05），而主觀評(píng)分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；FBP圖像 100mAs組較 200 mAs組噪聲高而主觀評(píng)分低（P＜0.05）；FBP圖像150 mAs組較200 mAs組圖像噪聲高（P＜0.05），而主觀評(píng)分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。見表2、3和圖2。

2.3 相同劑量水平圖像噪聲評(píng)分比較

2.3.1 100 mAs與200 mAs兩種劑量水平的IR圖像比較圖像質(zhì)量評(píng)分比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.161），圖像噪聲差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.025），100 mAs組較200 mAs組圖像噪聲高而主觀評(píng)分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

2.3.2 100 mAs與200 mAs兩種劑量水平的FBP圖像比較兩種劑量水平的圖像質(zhì)量評(píng)分和圖像噪聲比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P評(píng)分=0.016，P噪聲=0.000），100 mAs組較200 mAs組噪聲高而主觀評(píng)分低。

表2 各組圖像質(zhì)量噪聲及評(píng)分 （n =30，±s）

表2 各組圖像質(zhì)量噪聲及評(píng)分 （n =30，±s）

評(píng)分IR FBP IR FBP 200 mAs 6.34±1.04 9.81±1.53 4.39±0.82 4.13±0.46 150 mAs 7.51±0.86 10.56±1.44 4.07±0.79 3.79±0.48 100 mAs 8.01±1.15 13.19±1.54 3.68±0.63 2.92±0.56噪聲輻射劑量

表3 不同重建方式和不同劑量組間圖像噪聲及評(píng)分比較 （±s）

表3 不同重建方式和不同劑量組間圖像噪聲及評(píng)分比較 （±s）

組別 噪聲 t值 P值 評(píng)分 t值 P值100 mAs IR～100 mAs FBP -5.19±1.08 -26.353 0.000 0.80±0.41 10.770 0.000 150 mAs IR～150 mAs FBP 0.00±0.88 -19.129 0.000 0.63±0.70 5.188 0.000 200 mAs IR～200 mAs FBP -2.46±1.13 -11.953 0.000 0.40±0.50 4.397 0.000 100 mAs IR～150 mAs IR 0.50±1.46 1.873 0.071 0.20±0.93 1.185 0.246 100 mAs IR～200 mAs IR 0.66±1.53 2.373 0.025 0.13±0.51 1.439 0.161 150 mAs IR～200 mAs IR 0.16±1.17 0.768 0.449 -0.13±0.68 -1.072 0.293 100 mAs FBP～150 mAs FBP 2.63±2.02 7.145 0.000 0.10±1.03 0.532 0.599 100 mAs FBP～200 mAs FBP 3.40±2.45 7.574 0.000 -0.40±0.86 -2.562 0.016 150 mAs FBP～200 mAs FBP 0.80±1.86 2.239 0.033 -0.37±1.03 -1.943 0.062

2.3.3 150 mAs與200 mAs兩種劑量水平的FBP圖像比較兩種劑量水平的圖像質(zhì)量評(píng)分比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.062），兩種劑量水平的圖像噪聲比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.033），150 mAs組較200 mAs組圖像噪聲高而主觀評(píng)分比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。IR組的圖像質(zhì)量?jī)?yōu)于FPB組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P=0.000）。

圖2 100 mAs掃描時(shí)同一層面圖像

3 討論

CT影像重建算法包括兩種基本類型（IR和FBP）。IR較FBP相比存在運(yùn)算過程復(fù)雜、數(shù)據(jù)量巨大及計(jì)算速度慢的缺點(diǎn)，但可在最終重建中改善噪聲[4-6]。FBP是目前大多數(shù)商用CT機(jī)型所采取的標(biāo)準(zhǔn)CT重建技術(shù)，一直被作為CT圖像重建算法的基礎(chǔ)和金標(biāo)準(zhǔn)[7]。利用濾過功能或卷積算法平衡最終重建圖像的噪聲和空間分辨力[8]，該算法對(duì)投影數(shù)據(jù)量的要求較高，實(shí)際上限制CT掃描劑量的降低。為彌補(bǔ)噪聲升高而導(dǎo)致的圖像質(zhì)量下降，各廠商分別新開發(fā)出各種圖像后處理技術(shù)，比如美國(guó)GE公司的ASIR、德國(guó)SIEMENS公司的IRIS、荷蘭PHILIPS公司的I DOSE等，其核心均是IR。國(guó)內(nèi)外也有研究者采用IR技術(shù)對(duì)低劑量掃描的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行重建。研究發(fā)現(xiàn)，IR技術(shù)有降低輻射劑量，并使圖像噪聲減少的優(yōu)勢(shì)。在相同噪聲水平下，掃描劑量可降低[9-12]。CT掃描圖像質(zhì)量與X射線輻射劑量成正相關(guān)，本研究得到的圖像質(zhì)量噪聲水平和圖像質(zhì)量評(píng)分結(jié)果與之相符。降低輻射劑量雖會(huì)降低受檢者的輻射風(fēng)險(xiǎn)，但圖像噪聲增加可能影響診斷準(zhǔn)確性，因此LDCT的應(yīng)用必須在保證圖像主觀評(píng)分能夠滿足臨床應(yīng)用的前提下開展。

腦出血病程1周內(nèi)由于病情變化比較明顯，往往需要進(jìn)行多次CT掃描，從而提高受檢者的累積輻射劑量，增大輻射損傷風(fēng)險(xiǎn)。因此，進(jìn)行頭部CT的LDCT掃描具有臨床意義。結(jié)合IR較FBP在圖像噪聲方面的優(yōu)勢(shì)，在對(duì)因腦實(shí)質(zhì)血腫進(jìn)行LDCT頭部掃描的同時(shí)，筆者對(duì)同一原始數(shù)據(jù)進(jìn)行兩種不同重建算法的成像，比較兩種算法可接受的低輻射劑量掃描水平和IR算法在LDCT掃描中的可行性及優(yōu)勢(shì)。

圖像噪聲和主觀評(píng)分的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，雖然隨著輻射劑量水平的降低，圖像的噪聲在逐漸增大，但閱片醫(yī)生對(duì)圖像的主觀評(píng)分在一定程度內(nèi)并未減低，100 mAs時(shí)IR和FBP圖像的主觀評(píng)分平均值分別為3.68分和2.92分，100 mAs的IR圖像可以臨床應(yīng)用；而150 mAs FBP組的主觀評(píng)分達(dá)3.79分，可臨床應(yīng)用。

腦出血病變可應(yīng)用LDCT掃描是由于腦實(shí)質(zhì)血腫的較高密度與周圍腦組織存在相對(duì)良好的自然對(duì)比，加上血腫周圍低密度水腫的出現(xiàn)增大自然對(duì)比，血腫的占位效應(yīng)造成周圍腦溝和腦室形態(tài)結(jié)構(gòu)的改變，使病變的觀察更為明顯。相同輻射劑量水平時(shí)，IR較FBP噪聲水平更低，所以可應(yīng)用的LDCT輻射劑量更低，IR更具有優(yōu)勢(shì)。

綜上所述，由于隨著血腫的吸收，血腫本身與周圍腦組織的自然對(duì)比逐漸降低，本研究?jī)H針對(duì)病程1周內(nèi)的復(fù)查患者進(jìn)行，對(duì)血腫吸收期其它時(shí)間窗需要進(jìn)行頭部CT復(fù)查的患者進(jìn)行IR的LDCT掃描是否具有優(yōu)勢(shì)仍需要擴(kuò)大樣本進(jìn)行相關(guān)研究。且由于僅僅選擇100和150 mAs兩個(gè)水平與常規(guī)劑量水平進(jìn)行比較研究，得到IR重建算法聯(lián)合100 mAs水平的LDCT掃描與常規(guī)劑量掃描相當(dāng)?shù)慕Y(jié)論，但對(duì)于能夠進(jìn)行應(yīng)用的最低輻射劑量水平仍需要進(jìn)一步研究。

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