新一代多模型迭代算法在70 kVp成人副鼻竇CT掃描中的應(yīng)用

俞澤陽，賈迎春，王昊雨，胡智軍

(1.北京核工業(yè)醫(yī)院，北京 100045； 2.西安長安醫(yī)院，西安 710016)

副鼻竇CT 檢查已成為臨床常規(guī)的檢查項目，但其掃描范圍內(nèi)有對射線敏感的晶狀體及腺體等組織結(jié)構(gòu)，尤其是晶狀體，過量照射可致白內(nèi)障，目前認(rèn)為200 cGy是導(dǎo)致晶狀體損傷的最低輻射劑量[1]，故實現(xiàn)“輻射防護(hù)最優(yōu)化”原則已逐漸成為臨床醫(yī)生、放射科醫(yī)生及患者關(guān)注的焦點。副鼻竇主要由骨、空氣及軟組織組成，具有較好的組織密度對比度，從而為低劑量 CT 檢查提供了可能[2]。相對于管電流，降低管電壓掃描方案能夠進(jìn)一步降低輻射劑量，但也會更大程度地增加圖像噪聲，從而影響圖像質(zhì)量。新一代多模型迭代算法(Adaptive Statistical Iterative Reconstruction-V，Asir-V) 是近年來開發(fā)的一種全新的CT圖像重建方法，能有效降低圖像噪聲[3]，提高圖像質(zhì)量。本研究基于Revolution CT最小管電壓設(shè)置為70 kVp，旨在探討70 kVp聯(lián)合Asir-V在成人副鼻竇CT檢查中的應(yīng)用。

1 資料與方法

1.1 一般資料

前瞻性收集我院(西安長安醫(yī)院)2018年3月—2018年4月行Revolution CT平掃的副鼻竇病例20例，其中男10例，女10例，年齡16～73歲，平均年齡(42.00±1.65)歲，BMI體重指數(shù)(24.58±1.42)kg/m2。

1.2 檢查方法

所有患者均進(jìn)行GE Revolution CT掃描，管電壓固定在70 kVp、管電流固定在230 mA，準(zhǔn)直器寬度40 mm、螺距0.984∶1、層厚5 mm、間距5 mm、球管轉(zhuǎn)速1.00 s。仰臥位Helical模式掃描，掃描范圍從腭部至額竇頂部。對每例患者的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行Pos-Asir-V重建(權(quán)重分別為0，20%，40%，60%，80%，100%)，圖像重建層厚和層間距均為1.25 mm。所有圖像后處理均在AW4.6工作站上進(jìn)行，應(yīng)用統(tǒng)一的窗寬和窗位進(jìn)行圖像的評價和測量。

1.3 圖像評價

對每例 6幅圖像進(jìn)行主觀評分和客觀評價。

1.3.1客觀評價

評價內(nèi)容包括噪聲和對比噪聲比(CNR)。在不同權(quán)重重建圖像的同一層面各選取 2個圓形感興趣區(qū)(ROI)(面積約 10 mm2)分別測量雙側(cè)下鼻甲黏膜、上頜竇竇腔空氣及顳下窩脂肪CT值，同一人員，同一部位，測量3次，取其平均值；噪聲為平均CT值的標(biāo)準(zhǔn)差(SD)；CNR定量計算：CNR=(CT甲黏膜-CT脂肪)/SD背景，其中，CT甲黏膜和CT脂肪分別為雙側(cè)下鼻甲黏膜的CT值均值和顳下窩脂肪的CT值均值，SD背景為雙側(cè)上頜竇竇腔空氣SD均值。

1.3.2主觀評價

由 2 名高年資醫(yī)師參照Likert 5分法[3]，對鼻甲及其基板、篩竇及篩板、額竇、蝶篩隱窩以軸位觀察，選用相同的窗寬窗位，重要解剖結(jié)構(gòu)的顯示情況對圖像進(jìn)行評價。5分：病變顯示清晰、對比良好、無偽影；3分：病變顯示比較清晰、對比一般、輕度偽影；1分：結(jié)構(gòu)顯示欠清晰；介于三者之間評分為4分和2分。以兩名醫(yī)師評分的均值作為最后評分。

1.4 輻射劑量

記錄劑量長度乘積(dose length product，DLP)和CT容積劑量指數(shù)(CT volume index，CTDIvol)(兩者均由GE Revolution CT自動生成)，并計算有效輻射劑量(effective dose，ED)，計算公式為ED=DLP×K，根據(jù)《歐共體CT影像質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》文件[4]，K=0.0021。

1.5 統(tǒng)計學(xué)方法

采用SPSS 20.0統(tǒng)計分析軟件。采用方差分析進(jìn)行組間差異的比較，不滿足方差分析使用條件時采用非參數(shù)檢驗。應(yīng)用Kappa檢驗評定2名高年資醫(yī)師主觀一致性：0

2 結(jié)果

2.1 Asir-V 算法重建結(jié)果

對同一患者同一層面圖像進(jìn)行不同的權(quán)重Asir-V算法重建，并劃定感興趣區(qū)，進(jìn)行CT值測量，結(jié)果示于圖1。對圖1的Asir-V算法重建圖像進(jìn)行主客觀評價，評價結(jié)果分別列于表1、表2和表3。

圖1 Pos-Asir-V 不同權(quán)重副鼻竇雙側(cè)下鼻甲粘膜、上頜竇腔、顳下窩脂肪CT值、SD測量方法Fig.1 Measuring method CTvalue and SD in different parts of in each case was reconstructed the original data with different Pos-Asir-V weights

2.2 客觀評價

從表1中可以看出，Asir-V圖像SD值隨著權(quán)重的增加而逐漸降低，圖像噪聲降低，CNR逐漸升高，權(quán)重為100%時圖像噪聲降低最多，而CNR升高最大。各部位SD及CNR均有顯著性差異(p<0.05)，說明不同權(quán)重組間噪聲及對比噪聲比有差異。

表1 不同權(quán)重的Asir-V圖像重建算法雙側(cè)下鼻甲粘膜及上頜竇腔CT值、SD和CNR比較Tab.1 Comparison of CTvalue, SD and CNR in two sides inferior turbinate and maxillary sinus

2.3 主觀評價

應(yīng)用Kappa檢驗，對2名高年資醫(yī)師的主觀一致性進(jìn)行評價，評價結(jié)果Z=0.708，p<0.001，兩名醫(yī)師評價結(jié)果一致性好(表2)。2名高年資醫(yī)師采用雙盲法以Likert 5分法對主要結(jié)構(gòu)鼻甲及其基板、篩竇及篩板、額竇、蝶篩隱窩清晰度進(jìn)行圖像質(zhì)量的主觀評價，從表3中可以看出，不同權(quán)重Asir-V圖像評分不同，60% Asir-V圖像評分最高。結(jié)合主客觀評價結(jié)果，60% Asir-V圖像質(zhì)量最佳。

表2 兩名醫(yī)生主觀一致性比較Tab.2 Comparison of consistency in two doctors’ subjectivity

1)不假定零假設(shè)；2)使用漸進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)誤差假定零假設(shè)。

2.4 平均輻射劑量

70 kVp、230 mA條件下，記錄劑量長度乘積DLP(mGy·cm)、CT容積劑量指數(shù)CTDIvol(mGy)，并計算有效輻射劑量ED(mSv)，結(jié)果列于表4。由表4 可見，Revolution CT 在70 kVp、230 mA條件下的有效輻射劑量ED均值為0.27 mSv，較常規(guī)頭頸部CT檢查的平均輻射劑量1.0～5.0 mSv[2]明顯減少。

表3 兩名醫(yī)生不同Asir-V權(quán)重圖像評分Tab.3 The scores of two doctors in different Asir-V weights imagings

表4 70 kVp、230 mA條件下有效劑量Tab.4 The ED results from 70 kVp，230 mA

3 討論

副鼻竇病變的發(fā)病率近年來較高，螺旋CT掃描對于副鼻竇疾病檢出和診斷具有較高的價值，但CT 掃描會有一定的輻射劑量，輻射劑量一直是大家比較關(guān)注的問題，那么如何在保證圖像質(zhì)量的前提下，最大限度地降低輻射劑量以保護(hù)射線敏感組織尤為重要[5]。

低劑量掃描包括降低管電流及管電壓。有文獻(xiàn)[6]報道了對腦灌注掃描降低管電流可行性的研究，論證了其對降低輻射劑量是有限的。在一定條件下(管電流固定一致)輻射劑量與管電壓的平方呈正相關(guān)，故降低管電壓減少輻射劑量是指數(shù)性的，降低管電壓比降低管電流更能降低輻射劑量[7]，但更低的管電壓將會引起圖像噪聲的增大，影響圖像質(zhì)量[8]。而迭代重建算法是利用矩陣代數(shù)，通過一種數(shù)學(xué)模型選擇性地識別并去除圖像噪聲，使圖像噪聲減少[9]。Asir 就是基于噪聲模型數(shù)據(jù)空間的新的圖像重建技術(shù)，它的應(yīng)用可以降低噪聲，提高圖像的密度分辨力，在降低輻射劑量的同時又保證了圖像質(zhì)量[10-11]。從圖像數(shù)據(jù)的迭代，到原始數(shù)據(jù)的迭代，更加有效地降低了噪聲。已有不同研究[3,12-13]證明了自適應(yīng)迭代重建技術(shù)應(yīng)用于兒童副鼻竇CT掃描中，在保證圖像質(zhì)量的同時又有效地降低了輻射劑量。本研究在基于Revolution CT 最低管電壓(70 kVp)、固定管電流(230 mA)條件下，患者的有效輻射劑量明顯降低，而圖像質(zhì)量隨著不同權(quán)重(0，20%，40%，60%，80%，100%)Pos-Asir-V重建而不同。對同一患者同一層面圖像進(jìn)行主客觀評價，通過對圖像感興趣區(qū)CT值的測量，計算SD及CNR，可以看出隨著Asir權(quán)重比例的增加，SD值逐漸減低，而CNR逐漸升高，但主觀的圖像評分并未隨著權(quán)重比例的增加而一直升高，60%時Asir-V圖像評分最高。故在成人副鼻竇Revolution CT 檢查中，應(yīng)用70 kVp、230 mA 掃描條件，Asir-V 60%的圖像既可滿足臨床診斷的需要，也明顯降低了有效輻射劑量。

本研究的局限性主要在于入組人數(shù)較少，今后可以加大樣本量以減少誤差，并可對不同疾病、不同掃描方法(如增強(qiáng)掃描)進(jìn)行70 kVp聯(lián)合Asir-V不同權(quán)重算法進(jìn)行研究。