迭代重建算法（iDose4）胸部低剂量扫描的初步应用

曾苗雨，梁长虹，赵振军，张金娥，李景雷

随着医用CT数量的增长，辐射剂量的日益升高以及其潜在的致癌作用越来越受到重视。一项调查显示[1]，2006年美国人群中人均接受的平均有效辐射剂量为6.2mSv，是1980年的（3.6mSv）近两倍。医疗辐射对人群的总有效辐射剂量的占比，亦从1980年的15%上升至2006年的48%，其中CT所占比例最大。

减少CT的辐射剂量是可行的，然而，过度的降低剂量又会导致图像噪声的升高和对病灶诊断信心的降低。以往，主要通过优化扫描参数，如管电流[2]、电压[3]等，达到降低辐射剂量、同时保证图像质量的目的。随着技术的进步，一些新的图像算法逐渐应用于临床扫描，在CT低剂量扫描的同时，能够降低图像噪声，较常用的为迭代重建算法（如Philips ICT的iDose4）。本研究中通过改变不同的管电流（mAs）和不同的重建算法，得到多组胸部低剂量扫描的重建图像，并比较它们的图像质量，旨在探讨合理的胸部低剂量扫描技术。

材料与方法

1.一般资料

2012年5月－7月将120例拟行全胸部螺旋CT增强扫描的患者随机分成3组，各组间扫描方案的差异主要在主动脉期扫描。其中男76例，女44例，年龄16～73岁，平均49.6岁。120例患者平均身体质量指数（body mass index，BMI）为21.9kg／m2（范围13.5～33.6kg／m2），三组患者的BMI分布情况见表1。

表1 各组BMI人数分布情况 （例）

2.扫描方法

CT扫描采用Philips iCT 256层CT机。平扫及肺动脉期采用常规剂量：120kV，管电流自动调控。主动脉期：120kV，1～3组分别取40、30和20mAs。其它扫描参数：重建层厚及间隔1.25mm，128i×0.625mm，视野33cm×33cm，扫描范围自胸廓入口至双肾上腺水平。经头静脉或肘正中静脉采用高压注射器注射非离子型对比剂（碘必乐370，上海博莱科信谊药业有限公司）75mL，后注射生理盐水20mL，流率3.50mL／s。静脉注射对比剂后28和40s时分别行肺动脉期和主动脉期扫描。

3.图像重建

平扫以及肺动脉期增强图像采用滤波反投影算法（filtered back projection，FBP）进行重建。增强主动脉期图像采用滤波反投影算法和迭代重建算法（Philips iCT，iDose4，1～6级）。

4.图像分析

客观评价：比较增强扫描肺动脉期与主动脉期有效辐射剂量的变化。计算胸锁关节层面气管腔内空气CT值、标准差（SD）及信噪比（signal－to－noise ratio，SNR），并比较这3个指标在3组间及不同重建算法间的差异。按公式（1）计算SNR：

主观评价：所有病例CT图像由2位经验丰富的胸部放射科医师共同分析并达成一致评分。肺内小结构的观察采用肺窗，观察胸膜下2cm内的小血管并对其评分。1分：能够观察且边界清晰；2分：能够观察但边界欠清；3分：不能够观察。

5.计算有效辐射剂量

CT扫描仪上能自动计算及显示剂量长度乘积（dose length product，DLP）值，再根据公式（2）计算有效辐射量（effective dose，ED）：

6.统计学分析

三组患者BMI的比较采用单因素方差分析。不同组间及不同重建方法间图像的平均CT值、SD值和SNR的比较采用多因素方差分析。应用SPSS 13.0软件进行统计学分析。P＜0.05为差异有统计学意义。

结 果

三组的BMI测量结果见表2。经单因素方差分析，3组间BMI的差异无统计学意义（P＝0.786＞0.050）。

表2 各组BMI测量结果 （kg／m2）

肺动脉期（即常规剂量组）ED为（5.84±1.41）mSv；主动脉期（40mAs组）为（1.49±0.70）mSv，为常规剂量的 25.5%；主 动 脉 期 （30mAs组）为 （1.04±0.19）mSv，占常规剂量的17.8%；主动脉期（20mAs组）为（0.71±0.05）mSv，占常规剂量的12.2%。

不同管电流及不同重建算法的图像上气管腔内CT值、图像SD值、SNR值及图像主观评分结果见表3～6及图1。方差分析结果显示，气管腔内CT值在不同管电流及重建算法组间差异无统计学意义（P＞0.05）。管电流及不同重建方法对图像平均SD值和SNR的影响有高度统计学意义（P＜0.05）。各管电流组中不同重建算法对图像主观评分的影响有统计学意义（P＜0.05）。

表3 各扫描组不同重建算法图像上气管腔内CT值

表4 各扫描组不同重建算法图像的平均SD值

表5 各扫描组不同重建算法图像的SNR

表6 各扫描组不同重建算法图像主观评分

讨 论

CT扫描时高的曝光剂量能够得到低噪声、结构清晰的图像，但并未相应地提高病灶的检出率和诊断准确性。反之，随着CT剂量的降低，图像噪声随之升高，会影响图像质量。所以，在临床CT扫描中应选择恰当的参数，在辐射剂量与图像质量之间取得均衡。

有研究表明，降低胸部CT扫描的剂量是切实可行的，尤其是针对肺实内病变的评价[4-6]。在胸部低剂量扫描中，尽管图像噪声会相应增加，但因肺实质密度较低（接近空气，CT值约－1000HU），病灶与肺实质之间存在天然对比，仍能较容易地诊断肺内病灶。

目前常规CT检查一般采用滤波反投影重建算法对噪声和伪影较为敏感。所以，以往有学者[4-6]对低剂量CT数据采用常规FBP算法，如果要获得与常规扫描方法相近的成像质量，辐射剂量并不能显著降低。为了减少低剂量CT图像的噪声，多种新开发的图像后处理算法逐渐运用于临床，如迭代重建算法，GE公司的自适应统计迭代重建技术（adaptive statistical iterative reconstruction，ASIR）、Philips ICT 的iDose4等[7-8]。有文献报道，ASIR重建算法应用于胸部低剂量扫描，采用120kV和40mAs能够得到满足临床诊断要求的图像[9]。另有文献报道，iDose4在心血管系统的应用，能够显著降低剂量及改善图像质量[10]。iDose4操作流程建议降低辐射剂量，首先从降低管电流开始。iDose4重建分不同的等级操作（1～6级），等级越高，代表越能降低扫描剂量或越能改善图像质量（消除图像噪声）。笔者尝试将iDose4用于胸部低剂量扫描，且把起始管电流设定为40mAs，并逐步降低。

图1 男，20岁，随着iDose4等级的升高，图像的SD逐渐降低，SNR逐渐升高，图1h上显示的气管腔SD、SNR与图1a上相当。a）肺动脉期，120kV，管电流自动调控，FBP，SD为20.72，SNR为47.73；b）主动脉期，120kV，管电流20mAs，FBP，SD为31.80，SNR为31.63；c）主动脉期，120kV，管电流20mAs，iDose4 level：1，SD为29.05，SNR为33.80；d）主动脉期，120kV，管电流20mAs，iDose4 level：2，SD为27.81，SNR为35.10；e）主动脉期，120kV，管电流20mAs，iDose4 level：3，SD为26.23，SNR为37.43；f）主动脉期，120kV，管电流20mAs，iDose4 level：4，SD为24.67，SNR为39.85；g）主动脉期，120kV，管电流20mAs，iDose4 level：5，SD为22.67，SNR为43.36；h）主动脉期，120kV，管电流20mAs，iDose4 level：6，SD为20.42，SNR为48.14。

本组结果显示，应用iDose4能显著降低有效辐射剂量。与常规组辐射量（5.84±1.41）mSv相比，40mAs组为（1.49±0.70）mSv，较常规组剂量降低约74.5%；30mAs组为（1.04±0.19）mSv，较常规组剂量降低82.2%；20mAs组为（0.71±0.05）mSv，较常规剂量降低87.8%。

但是，伴随着mAs以及辐射量的降低，FBP重建算法的图像噪声显著升高，平均SNR值则明显降低。而采用iDose4重建时，随着iDose4等级的升高，重建图像的平均SD值逐渐降低，SNR逐渐增高。40mAsiDose4－4图像的平均SD值和SNR值与常规剂量组接近，而40mAs－iDose4level－5、6组，两项指标均优于常规剂 量 组。 同 样 的，30mAs－iDose4－5 水 平、20mAsiDose4－6水平，重建图像的SD值、SNR值与常规剂量组相仿。另外，我们为了观测iDose4重建技术对CT值有无影响，选择了胸锁关节层面的气管腔进行CT值的测量，结果显示，iDose4重建技术对CT值没有明显影响。

本组结果与以往的一些对迭代重建算法用于低剂量CT扫描的体模及临床研究一致[11-13]。然而，研究发现，相对于以往的研究，iDose4运用于胸部低剂量扫描，能够更进一步的降低辐射剂量（最高降低87.8%）。Prakash等[12]报道，迭代重建算法应用于胸部低剂量扫描，与滤波反投影重建算法比较，仅仅能够减低27.0%的有效辐射剂量。同样的，我们研究的有效剂量的降低，也较Zeigler等[13]报道的体模研究的有效剂量显著降低。

在胸部低剂量扫描，管电流降至40～20mAs，FBP及iDose4低等级重建算法对胸部肺内小病灶的观察有一定影响。但我们通过升高iDose4的等级，能够 明 显 提 高 图 像 质 量。 如 40mAs－iDose4－4 组、30mAs－iDose4－5组、20mAs－iDose4－6组，肺内小病灶的评分从FBP组的低于2.0分上升至高于2.0分，能满足临床诊断需要。

综上所述，迭代重建算法应用于胸部螺旋CT扫描，能在保证图像质量的同时，显著地降低有效辐射剂量。采取管电压恒定（120kV）、电流40mAs并采用iDose4－4重建、30mAs采 用iDose4－5 重 建 或 20mAs采用iDose4－6重建，均能达到临床要求。

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