多模型迭代重建技術與自適應統計迭代重建技術進行腹部血管低劑量CT掃描圖像質量比較

崔 慧

（山東省聊城市人民醫院影像醫學，山東 聊城 252000）

患者在進行CT檢查的過程中受到的電離輻射問題日益受到廣泛的關注，調查顯示，醫療電離輻射占所有人類受到的電離輻射總量的48%，CT電離輻射又占到醫療電離輻射的49%[1]。CT電離輻射的最大危險在于其致癌性[2]。降低CT檢查時患者輻射吸收劑量的方式主要包括兩條路線，一是做好相關放射衛生防護，一是通過改變掃描模式降低輻射劑量。在成像模式一致的情況下，輻射劑量與成像質量成正相關[3]。例如，常用的重建算法，濾波反投影（filtered back projection，FBP），是一種傳統的成像方式，FBP需要大量的投影數據才能對掃描部位進行成像，因此FBP掃描過程中需要充足的輻射劑量，輻射劑量保持較高水平。為了解決這一問題，CT通過提高工作站運算能力，設計新的迭代重建算法，在算法中加入系統噪聲降低模型、提高密度分辨力、提高空間分辨力。GE的自適應統計迭代重建技術（adaptive statistical iterative reconstruction，ASiR），Siemens的正弦圖確定迭代重建技術（sinogram affirmed iterative reconstruction，SAFIRE），Toshiba的自適應迭代劑量降低技術（adaptiveiterative dose reduction，AIDR）以及Philips的iDose技術等均代表了CT成像算法的先進技術[4]。特別的，GE的多模型迭代重建技術（ASiR-V）是最新技術之一，本研究將對AsiR-V與ASIR在圖像質量和輻射劑量減低的方面進行比較研究，具體報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2017年1月～2017年6月我院CT室進行腹部血管檢查的患者120例。入選標準：（1）患者具有正常的肝腎功能；（2）腹部動脈疾病CT檢查需求患者；（3）無急性危及生命危險癥狀；（4）不存在對比劑禁忌癥。排除標準：（1）患者肝腎功能異常；（2）存在危及生命危險的急性癥狀；（3）促在內對比劑禁忌癥。

本研究經我院醫學倫理委員會批準。本研究患者均簽署知情同意書。

滿足入選標準并根據排除標準進行排除后，共120例患者入選本研究。按照患者入選先后順序分為ASiR-V及ASiR組，各60例。ASiR組包括男性39例，女性患者21例；年齡分布21～43歲，平均年齡38.8±12.4歲。ASiR-V組包括男性36例，女性患者24例；年齡分布23～48歲，平均年齡37.2±6.98歲。卡方檢驗及t檢驗顯示，兩組患者的性別比例及年齡分布不存在顯著差異。

1.2 CT掃描設備及參數

ASiR組采用GE Healthcare Optima CT660的64-MDCT進行患者腹部血管掃描。管電壓選擇常規100 KV，管電流選擇常規200 mA。轉速選擇0.6 s/轉。螺距設置0.984。準直器寬度0.625 mm×64。首先以標準算法進行圖像重建，再以ASiR算法進行0%及50%權重重建圖像。0%即FBP成像；50%即圖像由FBP圖像及ASiR圖像等比例混合獲得。

ASiR-V采用GE Healthcare Revolution CT的256-MDCT進行患者腹部血管掃描。管電壓選擇常規100 KV，管電流選擇常規200 mA。轉速選擇0.6 s/轉。螺距設置0.992。準直器寬度0.625 mm×128。首先以標準算法進行圖像重建，再以ASiR-算法進行0%及50%權重重建圖像。0%即FBP成像；50%即即圖像由FBP圖像及ASiR-V圖像等比例混合獲得。

兩組患者均采用碘普羅胺為對比劑，使用濃度為370 mg/mL，注射速率為4 mL/S，對比劑總使用量為90 mL。

1.3 圖像質量分析

使用GE Healthcare的advantage workstation 4.6工作站進行圖像處理。ROI面積89 mm2。ARiS及ARiS-V迭代過程中保持FBP及迭代圖像中ROI位置及大小一致。對ROI的CT均值（M）及標準差（SD）進行準確記錄。

計算圖像噪聲SD。SD=（SD肝+SD腎）/2。ASiR與FBP相比，SD降低百分比SD△%1=（SDFBP-SDASiR）/SDFBP×100%。ASiR-V與FBP相比，SD降低百分比SD△%2=（SDFBP-SDASiR-V）/SDFBP×100%。

計算對比噪聲比（CNR，contrast to noise ratio）。CNR=（CT肝-CT腎）/SD。ASiR與FBP相比，CNR提高百分比CNR△%1=（CNRASiR-CNRFBP）/CNRASiR×100%。A S i R-V與F B P相比，C N R提高百分比C N R△%2=（CNRASiR-V-CNRFBP）/CNRASiR-V×100%。

1.4 統計學方法

2 結 果

2.1 兩組患者SD比較

兩組患者SD結果見表1。兩組患者FBP圖像的SD值差異不具有統計學意義（P2＞0.05）。進行ASiR或ASiR-V不同算法迭代后，SD值差異具有統計學意義（P2＜0.05）。同時，ASiR或ASiR-V迭代后與FBP圖像的SD值差異均具有統計學意義（P1＜0.05）。ASiR與FBP相比，SD降低百分比SD△%1=（12.88-6.57）/12.88×100%=48.99%。A S i R-V與F B P相比，S D降低百分比S D△%2=（11.94-4.21）/11.94×100%=64.74%。

表1 兩組患者SD值統計（±s）

表1 兩組患者SD值統計（±s）

注： t1，P1為各組內FBP與迭代后SD值比較；t2，P2為各組間FBP或迭代后SD值比較。

FBP 迭代后 t分組 1 P1 ASiR 12.88±5.67 6.57±2.19 2.614 0.002 ASiR-V 11.94±6.33 4.21±1.28 1.982 0.039 t2 1.001 1.358 P2 0.069 0.021

2.2 兩組患者CNR比較

兩組患者CNR結果見表2。兩組患者FBP圖像的CNR值差異不具有統計學意義（P2＞0.05）。進行ASiR或ASiR-V不同算法迭代后，CNR值差異具有統計學意義（P2＜0.05）。同時，ASiR或ASiR-V迭代后與FBP圖像的CNR值差異均具有統計學意義（P1＜0.05）。ASiR與FBP相比，CNR提高百分比CNR△%1=（14.67-10.55）/14.67×100%=28.08%。ASiR-V與FBP相比，CNR提高百分比CNR△%2=（16.57-10.69）/16.57×100%=35.49%。

表2 兩組患者CNR值統計（±s）

表2 兩組患者CNR值統計（±s）

注： t1，P1為各組內FBP與迭代后CNR值比較；t2，P2為各組間FBP或迭代后CNR值比較。

分組 FBP 迭代后 t1 P1 ASiR 10.55±2.96 14.67±5.87 1.574 0.001 ASiR-V 10.69±4.29 16.57±9.64 1.247 0.001 t2 1.087 1.427 P2 0.054 0.001

3 討 論

降低CT輻射劑量成為電離輻射健康危害研究的重點方向[5]。然而FBP的內在特征又決定了無法實現降低劑量條件時保證圖像質量，這是因為劑量降低意味著X線光子數量的減少以及噪聲水平的升高。FBP重建算法已不能滿足低輻射劑量、高圖像質量的要求。近些年，迭代重建算法的開發已成為研究的熱點。迭代重建算法所需的投影數據較FBP算法更少，可在低輻射劑量條件下重建較高質量的圖像。隨著計算機運算能力的大幅提高，迭代重建算法運算時間大幅縮短，已逐漸取代傳統FBP算法。早期的迭代重建算法納入了系統噪聲模型，可提供比FBP重建算法質量更高的圖像。噪聲在成像的過程中是CT設備不可避免的只能用概率統計方法來描述的隨機誤差信號，會干擾有效信號的解讀。噪聲模型是采用多種數學方法對噪聲的特性進行描述和表達，最終實現對噪聲水平的控制。

有文獻顯示，在相同圖像質量條件下迭代重建算法與FBP重建算法相比可降低輻射劑量25%～60%[6-7]。本次研究數據顯示：ASiR與FBP相比，SD降低48.99%；ASiR-V與FBP相比，SD降低64.74%；ASiR與FBP相比，CNR提高28.08%。ASiR-V與FBP相比，CNR提高35.49%。與單一模型迭代重建算法ASiR相比，多模型迭代重建算法ASiR-V可進一步降低圖像噪聲，提高密度分辨力，從而改善圖像質量。