适应性统计迭代重建技术降低胸部CT扫描剂量的初步临床研究

贾 楠 Jia，Nan

王新江 Wang，Xinjiang

惠 萍 Hui，Ping

李天文 Li，Tianwen

孙 红 Sun，Hong

李征芳 Li，Zhengfang

100853 北京

解放军总医院南楼放射科

降低CT扫描辐射剂量的瓶颈在于目前CT所用的滤过反投影（filtered back projection，FBP）重建算法，当毫安明显降低后图像的噪声和伪影会随之增加，从而影响图像的诊断。适应性统计迭代重建算法（adaptive statistical iterative reconstruction，ASIR）因在图像的重建中能有效地降低噪声，解决FBP技术中因剂量降低产生的噪声问题［1］，而被应用于CT扫描后的图像重建［2］。本研究比较了ASIR技术在胸部CT扫描中降低扫描剂量的相关结果，及与传统的FBP在降低噪声和X线剂量中的作用。

1 材料和方法

1.1 一般资料 解放军总医院放射科胸部CT扫描的30名受检者，其中男25例，女5例，年龄40～93岁，平均72.2岁，在2～14个月先后2次行胸部CT检查，分别为GE公司64层 MDCT（Light Speed）和宝石探测器HDCT（Discovery 750），两次检查期间受检者的体重指数无显著变化。

1.2 扫描技术 64层 MDCT采用120kVp、160～190mAs、螺距0.984∶1，FOV 35～36cm，图像重建为滤过反投影法（filtered back projection，FBP）；64层 HDCT扫描采用100kVp、40～400mAs自动毫安、螺距0.984∶1，固定噪声指数15，根据HDCT软件提供的剂量调节软件，球管的电流自动降低以使图像噪声水平与设定噪声水平相匹配。剂量随受检者的体型而变，体重较大的需要更高的电流才能保持相应的噪声水平。图像重建采用适应性统计迭代重建（adaptive statistical iterative reconstruction，ASIR）技术，将ASIR权重值设定为50%。扫描结束后剂量核查表自动传输到PACS中（Centricity RA600v7.0版本，GE公司）。

1.3 影像分析 调取受检者两次胸部检查CT图像，测量肺动脉干平面的降主动脉腔（ROI面积为130mm2）的平均CT值与标准差（SD），测量图像为横轴位图像、层厚5mm、纵隔窗标准算法重建，窗宽350Hu、窗位30Hu。另外调取两次胸部扫描的剂量核查表，分别记录两次检查的CTDI、DLP数值。

1.4 统计分析 采用CHISS医学统计软件，用配对t检验对比两种重建算法的图像噪声、CDTI和DLP统计学差别。

2 结果

2.1 图像对比 在纵隔窗肺动脉干水平测量降主动脉腔内的CT值与SD，VCT和HDCT肺动脉干平面降主动脉CT值分别为37.4±8.3Hu和38.1±9.8Hu，差异无统计学意义；两次扫描的图像噪声无统计学意义（图1，2）。

2.2 扫描剂量比较 30例受检者，应用64层MDCT胸部扫描（FBP重建法）CTDI为13.0±2.7mGy，DLP440.4±97.3mGy·cm；应用 HDCT胸部扫描ASIR重建，平均CTDI为6.2±1.5mGy，DLP207.2±53.1mGy·cm，两种检查差异有统计学意义（P＜0.001），平均降低辐射剂量约53%（图3）。

3 讨论

近25年来CT的检查数量增加了20倍［3］，不可避免地增加了病人接受的辐射量，据调查美国人均受到的医疗辐射剂量较1980年增加了6倍，引起了放射学家、医学物理学家和CT制造商的关注。为此，制造商积极开发降低CT检查辐射剂量的各种技术［4～7］，如设计各种扫描模式、噪声过滤器，采用自动球管电流调节技术等，而后者是最有效的手段之一。

图3 FBP重建与ASIR重建剂量比较。64层MDCT采用FBP重建技术，HDCT采用ASIR重建技术，采用ASIR重建技术剂量DLP降低

目前CT机可在不降低图像质量的情况下将CTDI降低40%～60%［6］。但图像重建中FBP对噪声较为敏感，而降低扫描剂量会增加图像噪声，影响图像诊断。ASIR重建技术有明显降低扫描剂量，又不增加图像噪声的特点，较好的弥补了FBP的不足。

FBP重建技术应用于临床30余年，该模型是假设X线焦点为一个点、每个探测器的大小和形状忽略不计，X线光源最终作用于探测器的几何中心点。每组投影数据都经过校准、滤波、反投影、加权，当最后一组采集的投影数据处理完成后，整个重建过程结束并产生最终的重建图像。虽然此重建技术速度快，但对于成像过程的假设并不符合实际，考虑到球管焦点、探测器的形状和重建像素的有限大小及光子统计波动，FBP简化模式肯定会影响图像质量。ASIR重建算法首先设定X线源不是一个单独的点，实际物体和探测器均非一个点来估计一个综合投影，然后与实际测量的投影相比较，二者的差异就是需要校正的量，在校正中，有限的光子统计波动也进行考虑。因此经过多次的校正获得更新的图像，经过有限次的迭代重建，整个分析重建过程才结束，因此这种方法计算耗时，较FBP算法时间长约50%（ASIR10幅／s，FBP15幅／s）［1］。但是可通过降低噪声获得降低剂量的优势，即在相同噪声水平下，扫描剂量可以显著降低。

Hara等［2］的研究表明，ASIR技术与常规剂量FBP相比，剂量降低32%～65%，图像质量没有改变，且噪声更小，但是空间分辨率略逊于常规扫描。Marin等［1］应用 ASIR重建技术，将腹部扫描条件自140kVp降低至80kVp，同时提高管电流至675mA，结果重建后的图像质量明显提高，而图像噪声明显降低，剂量从17.5mSv降低至5.1mSv。由此认为ASIR技术具有明显降低剂量的前景。

本研究在胸部扫描中，将120kVp降低至100kVp，同时采用自动毫安后，图像质量无降低且剂量减少了50%以上。若将图像重建ASIR权重值设为50%，则提高ASIR数值，图像噪声可进一步降低，提示采用较高的ASIR值具有降低剂量的空间。

本研究仅局限于50%的ASIR权重值降低剂量的比较，对采用相同剂量图像噪声的降低程度、不同的ASIR权重值降低噪声的能力及对病变的显示能力等还有待进一步研究。

［1］Marin D，Nelson RC，Schindera ST，etal.Low-tube-voltage，high-tube-current multidetector abdominal CT：improved image quality and decreased radiation dose with adaptive statistical iterative reconstruction algorithm-initial clinical experience.Radiology，2010，254（1）：145-153.

［2］Hara AK，Paden RG，Silva AC，etal.Iterative reconstruction technique for reducing body radiation dose at CT：feasibility study.AJR Am J Roentgenol，2009，193（3）：764-771.

［3］Amis ES Jr，Butler PF Applegate KE，etal.American College of Radiology white paper on radiation dose in medicine.J Am Coll Radiol，2007，4（5）：272-284.

［4］Mulkens TH，Bellinck P，Baeyaert M，etal.Use of an automatic exposure control mechanism for dose optimization in multi-detector row CT examinations：clinical evaluation.Radiology，2005，237（1）：213-223.

［5］Lee CH，Goo JM，Ye HJ，etal.Radiation dose modulation techniques in the multidetector CT era：from basics to practice.Radio Graphics，2008，28（5）：1451-1459.

［6］McCollough CH，Bruesewitz MR，Kofler JM Jr.CT dose reduction and dose management tools：overview of available potions.Radio Graphics，2006，26（2）：503-512.

［7］Kalra MK，Maher MM，Sahani DV，etal.Low dose CT of the abdomen：evaluation of image improvement with use of noise reduction filters pilot study.Radiology，2003，228（1）：251-256.