基于高級模型迭代重建算法的低管電壓CT掃描對上腹部圖像質量及輻射劑量的影響

陳春妙，林桂涵，吳徐璐，盧陳英，楊宏遠，陳瀟，紀建松，胡祥華

（麗水市中心醫院 浙江省影像診斷與介入微創研究重點實驗室 放射科，浙江 麗水 323000）

CT已成為臨床腹部疾病檢查的常用手段，但腹部CT由于掃描范圍大、期相多，檢查過程具有較高的輻射劑量，因此，如何在保證圖像質量的同時又降低輻射劑量已成為國內外研究關注的熱點[1-2]。目前，臨床上常用的降低輻射劑量的方法往往是調整管電壓、管電流、曝光時間和增大螺距等[3-5]，但單純調整這些參數圖像質量往往無法保證[6]。隨著設備和技術的不斷更新，尤其是迭代重建算法新技術的出現，顯著降低了由于輻射劑量降低而增加的噪聲[7]。已有國內學者發現應用高級模型迭代重建算法（advanced modelled iterative reconstruction，ADMIRE）能夠在不增加輻射劑量的情況下，顯著提高冠狀動脈CTA圖像質量[8]，但其在腹部CT中的應用情況未見報道。本研究旨在明確第三代雙源CT低管電壓掃描聯合ADMIRE重建技術，相比常規掃描，能否在降低腹部CT輻射劑量的同時保證圖像質量。

1 對象和方法

1.1 對象 選取2016年11月至2017年9月麗水市中心醫院因病情需要行上腹部CT平掃的成年患者200例。排除標準:①合并嚴重的心臟、腎臟功能障礙；②腹腔巨大腫物；③有胸腹腔積液；④存在意識障礙無法配合屏氣；⑤腹部掃描范圍內有金屬植入物。所有患者隨機分為對照組和低管電壓組，其中對照組50例，管電壓為120 kV，男39例，女11例，年齡26～83（54.2±12.9）歲，采用濾波反投影（filtered back projection，FBP）算法，其余150例為低管電壓組，均采用ADMIRE，使用3級ADMIRE重建，根據受檢者BMI的不同進一步分為A、B、C 3個亞組。低管電壓A組50例，BMI≤20 kg/m2，男21例，女29例，年齡22～76（49.7±12.8）歲；低管電壓B組50例，20 kg/m2＜BMI≤25 kg/m2，男37例，女13例，年齡25～80（53.8±13.6）歲；低管電壓C組50例，25 kg/m2＜BMI≤30 kg/m2，男33例，女17例，年齡29～79（53.1±10.3）歲。低管電壓A、B、C 3組的管電壓分別為80、90、100 kV。本研究為臨床前瞻性研究，通過了本院醫學倫理委員會的審查批準，批準文號為臨床研究倫審（2016）第（44）號，所有受檢者在檢查前均簽署了知情同意書。

1.2 腹部CT檢查方法 所有受檢者均采用德國西門子第三代雙源CT（SOMATOM Definition Force）行上腹部平掃。患者取仰臥位，雙手自然上舉，掃描范圍從膈頂至髂前上棘，先掃描定位像，在定位像上制定上腹部的掃描范圍，選擇off檔設定管電壓，低管電壓組（A、B、C組）分別采用80、90、100 kV，對照組采用120 kV，其余一致。均采用自動mAs（CARE Dose 4D），pitch為0.6，探測器使用192×0.6 mm，轉速0.5 s/圈，卷積核采用軟組織卷積核（B40r medium），重建層厚5 mm，重建間隔5 mm，FOV為320～350 mm。所有原始圖像均傳入CT后處理工作站Syngo.via VB10B，進行圖像測量。

1.3 圖像質量評價

1.3.1 客觀評價指標:由同一放射科主任醫師獨立完成，選取面積相等的感興趣區（region of interest，ROI）（100 mm2）測量第二肝門層面肝左、右葉和肝下緣實質的CT值以及同一層面左、右兩側的豎脊肌CT值，以兩側豎脊肌CT值的標準差SD（standard deviation，SD）作為圖像噪聲。ROI盡可能避開肝血管、病灶等組織。為避免誤差，連續測量5層兩側豎脊肌圖像CT值的SD，并取平均值作為該患者的背景噪聲SD，并計算信噪比（signal to noise ratio，SNR）和對比噪聲比（contrast to noise ratio，CNR）。SNR=肝臟平均CT值/SD，CNR=（肝臟平均CT值-兩側豎脊肌平均CT值）/SD。

1.3.2 主觀評價指標:由2名具有副主任醫師職稱的放射科醫師先采用雙盲法對圖像質量進行評分，用以評價2名醫師評價的一致性；然后再共同閱片達成一致意見，作為各組圖像的最終評分結果。采用4分制評分法進行評價，具體評分標準如下:4分，圖像無明顯噪聲，細膩，各器官邊界清晰，肝邊緣處無肋緣下偽影，腎上腺顯示清晰；3分，圖像噪聲較小，較細膩，各器官邊界較清晰，肝邊緣處有輕度肋緣下偽影，腎上腺能夠顯示，但邊緣欠清晰；2分，圖像噪聲較大，各器官邊界尚清楚，肝邊緣處有明顯肋緣下偽影，腎上腺能夠分辨，但邊緣較模糊；1分，圖像噪聲大，各器官邊界欠清晰，肝邊緣處有嚴重的肋緣下偽影，并有其他偽影，腎上腺顯示不清或雖能顯示但難以確定邊界。評分＞2分的圖像，認為可以滿足診斷要求，1分為達不到診斷要求。

1.4 輻射劑量 根據所設置的掃描參數，得到容積CT劑量指數（computed tomography dose index volume，CTDIvol）和劑量長度乘積（dose-length product，DLP），并據此計算有效輻射劑量（effective radiation dose，ED）。

1.5 統計學處理方法 采用SPSS16.0軟件進行統計分析，計量資料以表示。采用χ2檢驗比較各組患者性別的差異；采用單因素方差分析比較各組患者年齡、BMI、客觀評價指標和輻射劑量的差異，兩兩比較采用SNK法；應用Kappa檢驗評價2名醫師評分的一致性，Kappa值＞0.7為一致性較好，0.4≤Kappa≤0.7為一致性中等，Kappa＜0.4為一致性差；采用Wilcoxon符號秩和檢驗比較各組圖像主觀評分的差異。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 一般資料 各組患者的年齡、性別和豎脊肌CT值差異均無統計學意義（P＞0.05），低管電壓組與對照組之間的身高、BMI和肝臟CT值差異均有統計學意義（P＜0.05），其中低管電壓A組的身高明顯小于對照組（P＜0.01），而低管電壓A、B組與對照組差異無統計學意義（P＞0.05）；低管電壓組A、B組的BMI均顯著小于對照組，而低管電壓C組明顯高于對照組（P＜0.01）；低管電壓A組的肝臟CT值顯著高于對照組（P＜0.01），見表1。

表1 各組一般資料比較（每組n=50）

2.2 圖像質量比較 2名醫師對圖像質量評分的一致性較好（Kappa=0.785），各組圖像的評分均≥2分，可滿足臨床診斷要求。各組圖像均可清晰顯示上腹部，尤其是肝臟部位（見圖1）。低管電壓A、B、C 3組與對照組的圖像主觀評分差異無統計學意義（P=0.871），而背景噪聲SD值、SNR值和CNR值差異均有統計學意義（P＜0.05），進一步兩兩比較發現低管電壓A、B、C組的背景噪聲SD值均顯著低于對照組（P＜0.01），而肝臟SNR值均顯著高于對照組（P＜0.01），低管電壓A、B組的肝臟CNR值顯著高于對照組（P＜0.05），而低管電壓C組與對照組差異無統計學意義（P＞0.05），見表2。

2.3 輻射劑量比較 低管電壓A、B、C 3組的CTDIvol、DLP和ED均明顯小于對照組，差異均有統計學意義（P＜0.01），見表2。

3 討論

腹部是臨床上CT掃描最為常用的部位，由于掃描部分較其他部位大，所致的輻射損傷也往往高于其他部位掃描[9]。因此，如何在保證腹部CT質量的情況下，盡可能降低輻射劑量一直是臨床的研究熱點[10]。臨床上的低劑量掃描往往也是集中于管電流和管電壓的調節上，兩者均與掃描輻射劑量直接相關，其中輻射劑量更是與管電壓呈指數相關，但由于管電壓與圖像噪聲高度相關，這很大程度上增大了低管電壓CT掃描的難度[11]，且在第三代雙源CT的應用潛力也仍不清楚。國外有學者研究指出ADMIRE能夠顯著提升第三代雙源CT掃描的圖像質量[12]，但國內相關研究仍較少。基于此，本研究著重明確基于ADMIRE的第三代雙源CT低管電壓掃描在上腹部CT掃描中的應用價值。

表2 各組圖像質量評價及輻射劑量比較（每組n=50）

本研究根據受檢者的BMI調整管電壓，從結果中我們可以發現，低管電壓A、B、C組與對照組的圖像質量均滿足診斷要求，且差異無統計學意義，進一步分析發現低管電壓組的SD值均明顯小于對照組，肝臟SNR和CNR明顯高于對照組，這提示基于ADMIRE的低管電壓掃描對圖像質量無影響，這與國內學者針對冠狀動脈成像的研究結果[6]相一致。不同組別的輻射劑量進行比較發現低管電壓A、B、C組的CTDIvol、DLP和ED均顯著低于對照組，其中低管電壓A組的有效輻射劑量更是降低了51%，表明基于ADMIRE的低管電壓掃描模式能夠顯著降低輻射劑量。因此，本研究所采用的掃描模式能夠在不影響上腹部CT圖像質量的同時，降低輻射劑量。

整體而言，本研究所采用的基于ADMIRE的低管電壓掃描模式進一步降低了常規能譜掃描的輻射劑量，相比同類研究也呈現出一定的優勢，輻射劑量明顯更低[13]。國內學者也發現能譜CT智能匹配技術可以降低BMI患者的輻射劑量，且65 keV單能量圖像噪聲與常規120 kVp掃描聯合30% ASiR圖像相當，但低于常規掃描FBP重建圖像[14]，這也進一步表明基于ADMIRE的低管電壓掃描模式的個體化掃描優勢。同時，隨著高效能的降噪算法的出現和不斷完善，可望進一步降低CT能譜成像的各種圖像的噪聲，提升圖像質量的同時降低輻射劑量[15]。

但本研究存在一定的局限性，首先，僅使用ADMIRE迭代強度3進行重建，未與其他的迭代強度等級進行比較；其次，本研究只針對上腹部平掃序列，未對增強序列進行研究；另外本研究對于BMI和管電壓之間的規律并未進行細化，只設定了3個管電壓梯度。后續可進一步深入研究。

綜上，基于第三代雙源CT的ADMIRE迭代重建算法技術，根據受檢者的BMI調整管電壓進行上腹部掃描，能夠在保證圖像質量滿足診斷的情況下，進一步減低患者的輻射劑量。