迭代算法在100kVp分次团注双期CTU 检查中的应用研究

胡娟，王鹤，王霄英，邱建星，杨学东，郭小超，刘婧，曹会志

CT 尿路成像（computer tomography urography，CTU）是血尿查因的首选影像学检查方法［1］，对CTU检查方法的相关研究很多［2-4］，其中分次团注双期CTU、低管电压CTU 是近年来较受关注的降低辐射剂量的CTU 扫描方法，然而两者分别存在加大对比剂用量和增高图像噪声的问题。本研究结合两种CT扫描方法，并利用自适应统计迭代重建（adaptive statistical iterative reconstruction，ASIR）和基于模型的重建（model-based iterative reconstruction，MBIR）两种迭代重建技术，旨在探讨进一步优化CT 尿路成像方法的可行性。

材料与方法

1.病例资料

2012年4月-6月在本院因“血尿待查”申请CT尿路成像检查的30例连续病例，病例纳入标准：①无肾功能不全（血肌酐＜133μmol／L）；②无其他碘对比剂使用禁忌；③患者一般情况可，可多次上下检查床；④腹部超声未发现肾脏或其他实质脏器肿瘤。

将30例患者分成两组，其中100kVp组15例，男7例，女8例，年龄18～79岁，平均48.7岁，身体质量指数（body mass index，BMI）18.2～27.3kg／m2，平均23.3kg／m2；120kVp组15例，男13例，女2例，年龄28～74岁，平均58.5岁，BMI 17.7～26.4kg／m2，平均23.2kg／m2。

2.CT 扫描方案

所 有 患 者 检 查 前30～60 min 饮 水500～1000mL，检查前膀胱呈半充盈状态。100kVp组平扫后行第一次团注（0.4mL／kg），下床走动，延迟600～900s后进行第二次团注（0.7mL／kg），延迟75s后扫描获得实质-肾盂期图像。120kVp组平扫后单次团注（1.1mL／kg），后延迟60s行实质期扫描，再下床走动，延迟600～900s后行肾盂期扫描。两组病例均按1.1mL／kg剂量注射对比剂威视派克（320mg I／mL），采用同型号高压注射器。

CT 扫 描 均 采 用GE Discovery CT750 HD （GE Healthcare，Milwaukee，USA）扫描仪，扫描范围为双侧肾上腺至膀胱。100kVp组实质-肾盂期扫描参数：管电压100kVp，自动毫安，噪声指数11.57，转速0.8s／r，螺距0.984，64i×0.625。100kVp组平扫及120kVp组各期扫描参数：自动毫安，噪声指数10.41，转速0.8s／r，螺距0.984，64i×0.625。

3.图像后处理

100kVp组实质-肾盂期图像在主机上进行重建，获得滤波反投影算法重建（filtered back projection reconstruction，FBP）、50%ASIR、100%ASIR 图 像，原始数据由通用电气医疗集团CT 影像研究中心重建获得MBIR 图 像，120kVp 组 肾 盂 期 图 像 采 用FBP 重建。所有图像重建层厚0.625mm，层间距0.625mm。

4.数据分析

由两位对检查方法不知情的医师（分别有4年和8年CTU 工作经验）对不同重建方法的实质肾盂期、肾盂期图像进行阅片。根据图像质量进行主观评分：1分，图像质量很差，无法用于评价；2 分，图像质量较差，无法用于评价；3分，图像质量一般，可用于评价；4分，图像质量较好，适于评价；5分，图像质量非常好。将集合系统分为4 段：肾盏（S1）、肾盂（S2）、输尿管（S3）、膀胱（S4），分别测量左右侧肾盏、肾盂、输尿管CT 值，取平均值，代表S1-S3段测量值。计算腰大肌CT 值及脐水平腹部上方2cm 内空气CT 值的标准差，分别代表软组织CT 值（CT 软）及背景噪声（CT噪）。对两位医师的测量值取平均值作为最终测量值。按公式（1）计算各段尿路的对比噪声比（contrast noise ratio，CNR）：

记录每位患者CT 剂量指数（CT dose index，CTDIvol）、剂量长度乘积（dose length product，DLP），根据公式（2）计算有效剂量（effective dose，ED），测量每位患者脐水平腹部左右径（Lat）和前后径（AP），根据（Lat＋AP）查询转换因子（表1），根据公式（3）计算体型特异性剂量估计值（size-specific dose estimate，SSDE）［5］。

5.统计学分析

采用SPSS 13.0统计软件进行统计学分析。对两名阅片者阅片的一致性分析采用Weighted Kappa检验，Kappa值＜0.4视为一致性差，0.4＜Kappa值＜0.75视为一致性良好，Kappa值＞0.75视为一致性非常好。对100kVp组不同重建图像与120kVp组图像的主观质量评分、背景噪声、各段尿路CNR、ED 及SSDE比较采用非参数秩和检验（Mann-Whitney U），以P＜0.05为差异有统计学意义。

结 果

1.辐射剂量

100kVp组双期CTU、120kVp 组三期CTU 总有效剂量分别为（13.7±5.1）和（26.5±8.7）mSv，差异有统计学意义（Z＝-3.588，P＝0.00）；100kVp组实质-肾 盂 期、120 kVp 组肾盂期SSDE分别为（16.5±4.2）和（22.3±5.6）mGy，差异有统计学意义（Z＝-2.924，P＝0.003）。

2.图像质量评估

两名阅片者图像质量主观评分一致性非常好（Kappa值＝0.81）。主观评分结果显示，两组病例各种CTU 重建图像均可满足诊断需求（图1、2）。图像质量的主观评分和CNR 测量结果见表1。

表1 两组主观评分、噪声以及各段集合系统CNR测量结果

100kVp组不同重建方法图像分别与120kVp组图像进行比较：100 kVp 组FBP 图像噪声高于120kVp组，图像质量评分、各段尿路CNR 均小于120kVp组，差异均有统计学意义（P值均＜0.05）；100kVp组50%ASIR 与120kVp组图像质量评分、图像噪声、各段尿路CNR 差异均无统计学意义（P值均＞0.05）；100kVp组100%ASIR 图像质量评分、图像噪声低于120kVp 组，差异有统计学意义（P＝0.004、0.000），两组间各段尿路CNR 差异无统计学意义（P值均＞0.05）；100kVp组MBIR 图像质量评分高于120kVp 组，但差异无统计学意义（P＝0.095），图像噪声低于120kVp组，各段尿路CNR 均高于120kVp组，差异有统计学意义（P值均＜0.05，表2）。

表2 两组主观评分、噪声以及各段集合系统CNR比较结果

讨 论

CT 泌尿系成像在一次性评价上、下尿路的同时，可观察泌尿系集合系统周围、肾实质、其他腹腔实质脏器的病变，因此是血尿待查患者的首选影像学检查方法［1］，然而相较于超声、膀胱镜、排泄性尿路造影（intravenous pyelography，IVP）和MRI，三期扫描（平扫、实质期、肾盂期）CTU 最大缺点是辐射剂量较大。CT 检查中患者接受的辐射剂量越来越受到大家的关注，越来越多的低剂量CTU 研究秉承ALARA 原则，尽可能优化扫描方案、降低辐射剂量，采用的技术包括降低管电压和管电流、使用自动毫安技术和减少扫描期相等［4，6-7］。

分次团注双期CTU 设计较为巧妙且辐射剂量降幅较大，其通过分次注入对比剂，在合适的延迟时间一次扫描，同时获得实质期和肾盂期图像，节省一次全腹扫描［2-3］，但它也存在碘对比剂用量较多的弊端。常规的单次团注三期CTU 分泌期图像，采集图像时对比剂已基本排泄至集合系统，集合系统与软组织的对比较好，而分次团注双期CTU 采集的实质-肾盂期图像肾实质与集合系统同时显示，为了提高集合系统与软组织背景的对比，需注射更多的对比剂。因此相关研究中，分次团注双期CTU 对比剂的用量为120～150mL（常规＜100mL），浓度300～320mg I／mL，结果是分次团注双期CTU 虽然降低了辐射剂量，但增加了对比剂用量，尤其是对已有肾功能损害的患者，增加了发生对比剂肾病的风险。

本组研究中的分次团注双期CTU 采用常规剂量（1.1mL／kg，浓度320mg I／mL）对比剂，紧随平扫进行第一次对比剂团注（0.4mL／kg），患者下床走动，促进对比剂均匀分布，避免膀胱内出现分层，10～15min后再次上床进行第二次对比剂团注（0.7mL／kg），延迟75s进行扫描，此时第一次团注的对比剂主要排泄至膀胱及下尿路，第二次团注的对比剂主要分布于肾实质及上尿路，获得实质-肾盂期图像。与单次团注相同剂量常规CTU 肾盂期相比，仅1.1mL／kg对比剂同时分布于肾实质及泌尿系集合系统，如果不解决集合系统内对比剂浓度降低所致显示程度下降，检查效果将受到影响。

将100kVp扫描与分次团注双期CTU 相结合，不仅可进一步降低辐射剂量，同时可提高含碘组织的CT 值，一定程度上克服了尿路管腔内因对比剂绝对量减少造成的显示程度降低的问题。但100kVp扫描同时带来了图像噪声增高的问题，许多研究将低电压与迭代重建算法相结合，可以降低CT 检查的射线剂量、提高图像对比噪声比、降低对比剂剂量［8-9］。ASIR可降低腹部和盆腔CT 检查中约40%的辐射剂量［10］，而MBIR 则能降低全身多处CT 检查中约50%～80%的辐射剂量［11-14］，此外，ASIR 和MBIR 在降低辐射剂量的同时还可减少图像伪影［15-16］。

本组研究中，100kVp组在应用50%ASIR、100%ASIR、MBIR 重建技术后，噪声水平均较FBP 图像低，降低幅度分别为26%、49%、75%，相应各段尿路CNR 亦呈递增趋势。与120kVp组相比，100kVp组50%ASIR 图像噪声水平及各段尿路CNR 与120kVp组相近，100%ASIR、MBIR 噪声水平降低，各段尿路CNR 增高。结合图像质量主观评分，100kVp分次团注CTU 50%ASIR 图像可达到与常规管电压单次团注CTU 相似的成像效果，100kVp 分次团注CTU 100%ASIR 图像虽然客观评价增高，但图像质量主观评分较低，这可能与ASIR 技术是基于单一模型的迭代重建技术，与真实的噪声原理并不完全一致有关，过度应用可导致图像出现“蜡像样伪影”。而MBIR 是基于五种模型的迭代重建技术，降噪幅度更大，更接近真实噪声的产生原理，图像更为真实，100kVp分次团注CTU MBIR 图像主观成像效果与常规管电压单次团注CTU 相近，客观评价优于常规CTU。

本研究中100kVp组SSDE较120kVp组减低约26%；分次团注双期CTU 减少一期全腹扫描，进一步减少了辐射剂量，总ED 较120kVp组减低约48%。

综上所述，100kVp、分次团注与迭代重建技术相结合，在保证或优化成像质量的同时，可减少辐射剂量，且不需增加对比剂用量。在100kVp分次团注双期CTU 中，50%的ASIR 重建较其它重建比例更适合直接应用于临床。MBIR 技术是降噪、提高成像质量更为优秀的方法，值得进一步深入研究。

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