ASiR技術(shù)在評(píng)估頸椎外傷患者中的應(yīng)用

趙凱宇 宣偉玲 陸洪江 王瑞

近年來(lái)，接受CT掃描的人次顯著增加，每年增 長(zhǎng)約10%［1］。研究表明：接受CT檢查的人次僅占所有放射科檢查數(shù)量的15%，但卻占了大約總放射暴露總量的75%［2］。考慮對(duì)患者的風(fēng)險(xiǎn)和收益，使用各種低劑量掃描策略在不影響圖像診斷質(zhì)量的前提下減少輻射劑量。迭代重建（IR）是主要通過(guò)減少圖像噪聲和偽影來(lái)改善圖像質(zhì)量。比如GE的自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代重建（ASiR；GE Healthcare）技術(shù)可以有選擇地識(shí)別和去除CT低劑量掃描圖像中的噪聲［3］。該技術(shù)主要通過(guò)應(yīng)用數(shù)學(xué)模型改變X射線衰減中的光子統(tǒng)計(jì)來(lái)校正圖像數(shù)據(jù)［4］，使圖像噪聲迭代地減少。本研究分別采用濾波反投影（FBP）算法和ASiR算法對(duì)頸椎CT圖像進(jìn)行后重建，比較兩組圖像的主觀圖像質(zhì)量、圖像噪聲和輻射劑量。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性分析2016年7月至12月期間在同一臺(tái)CT機(jī)（Discovery CT750 HD；GE Healthcare）上接受頸椎CT掃描的86例急性外傷患者掃描數(shù)據(jù)。所有病例為疑似頸椎外傷的成年患者，掃描圖像無(wú)明顯的運(yùn)動(dòng)偽影和金屬偽影等。將86例患者分為FBP組（46例）和ASiR組（40例）。FBP組中男28例，女18例；年齡19～87歲。ASiR組中男26例，女14例；年齡25～88歲。（1）FBP組中使用FBP算法進(jìn)行圖像后處理；（2）ASiR組中使用30%的ASiR算法進(jìn)行圖像后處理。根據(jù)GE工程師的建議以及在頭顱CT掃描中使用ASiR的初步經(jīng)驗(yàn)，在本次低劑量頸椎CT研究中選擇了30%的ASiR。

1.2 掃描參數(shù) FBP組采用以下掃描方案：探測(cè)器參數(shù)為64×0.625；使用自動(dòng)管電流技術(shù)（范圍100～650mA）；預(yù)設(shè)噪聲指數(shù)（NI）為18。ASiR組將管電流范圍降低至81～451mA；預(yù)設(shè)噪聲指數(shù)（NI）提高至22.7（比FBP組增加27%），其余掃描參數(shù)相同。NI設(shè)置的差異主要根據(jù)工程師建議以及作者以往對(duì)ASiR技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)。兩組采用相同的層厚（3mm）和管電壓（120kV），掃描范圍從外耳道水平至胸骨上緣。

1.3 輻射劑量參數(shù) 容積CT劑量指數(shù)（CTDIvol）和劑量長(zhǎng)度乘積（DLP）得自每例FBP和ASiR的劑量報(bào)告。CTDIvol代表掃描范圍內(nèi)的平均劑量，而DLP為對(duì)應(yīng)檢查的總輻射劑量。DLP是CTDIvol和掃描長(zhǎng)度的乘積。通過(guò)將DLP乘以換算系數(shù)0.0054mSv·mGy-1·cm-1計(jì)算出有效劑量（mSv）。

1.4 定量分析 將一個(gè)感興趣區(qū)（40mm2）置于C3或C4水平具有最小的條紋偽影的脊髓中，兩組圖像的感興趣區(qū)的位置和大小須一致。選擇脊髓是因?yàn)槠湮挥诠切宰倒軆?nèi)，并且最易受容積效應(yīng)的影響，這也是一個(gè)非常重要的脊柱外傷領(lǐng)域［5］。感興趣區(qū)的平均CT值（CTn）即為圖像信號(hào)，感興趣區(qū)域內(nèi)平均CTn的標(biāo)準(zhǔn)差（SD）即為圖像噪聲，由同一位放射科醫(yī)師對(duì)兩組圖像進(jìn)行測(cè)量，記錄每次檢查CTn和SD值。最后將CTn除以SD得到信噪比（SNR）。

1.5 定性分析 每次研究中，軟組織和骨重建中重建的正中矢狀面圖像（層厚，3mm）均隱藏掃描參數(shù)、重建參數(shù)和可識(shí)別的個(gè)人信息。由于本研究并非針對(duì)病理或骨折的檢測(cè)，因此為了簡(jiǎn)化定性評(píng)估，僅使用正中矢狀位圖像。這些圖像由對(duì)本研究不知情的放射科醫(yī)師隨機(jī)在PACS系統(tǒng)上進(jìn)行評(píng)估，可以在評(píng)估期間根據(jù)個(gè)人習(xí)慣調(diào)整窗寬窗位。主觀圖像噪聲按4分制進(jìn)行評(píng)分：1分：噪聲很少（低于平均噪聲）；2分：噪聲較少（平均噪聲）；3分：噪聲較多（高于平均噪音），但允許評(píng)估；4分：噪聲太多（嚴(yán)重降低圖像質(zhì)量，影響診斷質(zhì)量）。圖像清晰度按5分制評(píng)分：1分：結(jié)構(gòu)清晰，邊緣清晰（高于平均清晰度）；2分：結(jié)構(gòu)清晰，但輪廓不夠銳利（平均清晰度）；3分：結(jié)構(gòu)可見(jiàn)，輪廓尚清晰，可用于診斷（低于平均清晰度）；4分：結(jié)構(gòu)可見(jiàn)，但不足以用于診斷，輪廓模糊；5分：結(jié)構(gòu)顯示不清。診斷可接受性按4分制評(píng)分：1分：完全能診斷；2分：大體能診斷；3分：有限的條件下能診斷；4分：不能用于診斷。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SAS 9.3統(tǒng)計(jì)軟件。通過(guò)使用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)來(lái)比較定量圖像噪聲和輻射劑量，通過(guò)使用Mann-Whitney U檢驗(yàn)比較FBP和ASiR的主觀的圖像噪聲、清晰度和診斷可接受性。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。使用觀察者間的一致性百分比和費(fèi)舍爾的精確測(cè)試來(lái)評(píng)估觀察者間協(xié)議。根據(jù)圖像噪聲和診斷可接受性的主觀評(píng)估分值（1～2和3～4）和圖像清晰度主觀評(píng)估分值（1～2和3～5）計(jì)算觀察者間的一致性百分比。

2 結(jié)果

2.1 輻射劑量 ASiR組的平均CTDIvol和DLP比FBP組分別降低了35.2%和35.5%（P＜0.001），有效劑量減少了35.4%。見(jiàn)表1。

表1 劑量參數(shù)

2.2 信號(hào)和噪聲測(cè)量 在圖像噪聲（P=0.38）、圖像信號(hào)（P=0.81）和SNR（P=0.57）方面無(wú)顯著差異，表明組間圖像的非劣效性［6］。ASiR組的圖像噪聲值稍低，圖像信號(hào)和SNR稍優(yōu)于FBP組（見(jiàn)表2）。

表2 定量分析

2.3 主觀圖像質(zhì)量 ASiR組圖像質(zhì)量的主觀評(píng)分稍優(yōu)于FBP組，但兩組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。根據(jù)圖像噪聲和診斷可接受性的主觀評(píng)估分值（1～2和3～4）以及圖像清晰度主觀評(píng)估分值（1～2和3～5）計(jì)算出觀察者間的一致性百分比。FBP組和ASiR組觀察者之間存在高度一致性，但ASiR組有更好的一致性傾向（表3）（83%和97%之間的一致性百分比）。然而，在主觀評(píng)估期間，F(xiàn)BP組和ASiR組之間的百分比一致性差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），表明圖像的非劣效性。在兩組之間未發(fā)現(xiàn)顯著的偽影差異，也未產(chǎn)生任何診斷上不可接受的圖像。

表3 觀察者間協(xié)議（%）

3 討論

眾所周知，精確快速的外傷性脊柱影像學(xué)評(píng)估對(duì)于評(píng)估脊柱穩(wěn)定性和神經(jīng)元的完整性至關(guān)重要。有充分的證據(jù)表明，CT在許多方面優(yōu)于普通X線攝影，但是一次頸椎CT掃描的輻射劑量至少是一次頸椎正側(cè)位攝影的10倍［7］。因此在不影響圖像診斷質(zhì)量的前提下，通過(guò)改變CT掃描方案來(lái)減少輻射劑量非常有意義。

FBP算法是CT圖像重建算法中快速且穩(wěn)定的重建技術(shù)。大多數(shù)情況下，F(xiàn)BP算法在標(biāo)準(zhǔn)劑量掃描非肥胖體型患者中是一種適當(dāng)?shù)闹亟ǚ椒āＨ欢?dāng)輻射劑量降低以及掃描肥胖患者的情況下，F(xiàn)BP會(huì)產(chǎn)生較大圖像噪聲和偽影。迭代重建算法是第三代圖像重建技術(shù)，其在不影響圖像質(zhì)量的前提下減少輻射劑量。迭代重建從在圖像數(shù)據(jù)域中重建，到更先進(jìn)的在原始數(shù)據(jù)域重建，不同的廠家命名不同，圖像空間中的迭代重建是一種在圖像域單獨(dú)迭代的紅外技術(shù)；自適應(yīng)迭代低劑量3D和iDose4是在原始數(shù)據(jù)域和圖像域進(jìn)行的迭代算法，以及ASiR和基于模型的迭代重建，每種迭代算法的工作方式均不相同。ASiR是采集后的圖像處理算法之一，與FBP不同，其執(zhí)行數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)建模的混合迭代過(guò)程，以識(shí)別和選擇性地減少圖像的噪聲。通過(guò)降低圖像噪聲，可以降低管電流，從而減少輻射劑量。放射科技師可以選擇從0%（100%FBP）至100%（0%FBP）的ASiR程度來(lái)重建CT圖像。使用0%的ASiR設(shè)置將生成傳統(tǒng)的FBP圖像，100%的ASiR設(shè)置將生成無(wú)噪聲的CT圖像，但相應(yīng)地具有“塑料性”紋理的圖像，診斷價(jià)值非常有限。在較高比例的ASiR中，物體的輪廓開(kāi)始變得模糊，并使圖像更光滑，更加光亮。大多數(shù)協(xié)議將10%～40%ASiR和FBP混合。本資料中，作者根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)和放射科醫(yī)生的意見(jiàn)，在低劑量頸椎CT掃描中采用30%的ASiR。研究報(bào)道了在腹部、胸部、冠狀動(dòng)脈CT血管造影、頭頸部以及脊柱中使用ASiR技術(shù)的優(yōu)勢(shì)［8］。允許使用更高級(jí)的噪聲指數(shù)，這有助于降低管電流和輻射劑量。本資料中，在頸椎CT掃描中實(shí)施ASiR后，噪聲指數(shù)可以增加27%，但不影響圖像質(zhì)量。與FBP技術(shù)比較，使用ASiR技術(shù)顯著減少輻射劑量（約30%），圖像噪聲和主觀圖像質(zhì)量比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

本研究有以下局限性：（1）這是一項(xiàng)回顧性研究，可能會(huì)受到選擇偏倚的影響；（2）未包括和評(píng)估由金屬或手術(shù)植入物引起的放射硬化偽影和條紋偽影的患者；（3）僅使用同一制造商的一種CT機(jī)對(duì)患者進(jìn)行了評(píng)估，未比較輻射劑量在同一廠家或不同廠家的不同技術(shù)之間的劑量減量和圖像質(zhì)量，難以評(píng)估這種ASiR方法與其他類似的可用技術(shù)比較情況；（4）未評(píng)估體重指數(shù)對(duì)輻射劑量的影響；（5）未通過(guò)選擇不同的區(qū)域，如脊柱旁肌肉，脊髓和周圍空氣，以放置感興趣的區(qū)域來(lái)量化客觀圖像評(píng)估；（6）未評(píng)估ASiR在檢測(cè)骨折和其他病變方面的效果。