自适应迭代重建算法结合自动管电流调制技术在腹部CT低剂量应用

马 宇 MA Yu

周智鹏 ZHOU Zhipeng

邱维加 QIU Weijia

自适应迭代重建算法结合自动管电流调制技术在腹部CT低剂量应用

马 宇 MA Yu

周智鹏 ZHOU Zhipeng

邱维加 QIU Weijia

目的探讨自适应迭代重建算法（ASIR）结合自动管电流调制技术在腹部低剂量的应用。资料与方法150例行腹部CT检查的患者按就诊顺序分成A、B、C组，每组各50例，采用自动毫安扫描技术行腹部CT检查，3组预设噪声指数（NI）分别为8、10、11，并采用ASIR为30%、40%、50%进行重建，分别记为A1、A2、A3、B1、B2、B3、C1、C2、C3。计算各组有效剂量（ED），由2名医师对图像质量进行评估。结果图像质量均满足临床诊断要求，A组有效剂量为（5.74±1.45）mSv，B组为（3.35±1.35）mSv，C组为（2.57±1.71）mSv。除A1与B3、B1与C3组间图像噪声值差异无统计学意义，其余各组图像噪声值差异均有统计学意义（F=89.240～179.444, P＜0.05）。A3图像噪声值最低，图像质量评分最高（4.43±0.50）分，C1图像噪声值最高，图像质量评分最低（3.66±0.64）分。结论ASIR结合自动管电流调制技术，可以大幅度降低腹部检查者的辐射剂量。

腹部；体层摄影术，螺旋计算机；迭代重建算法；自动管电流调制技术；图像处理，计算机辅助；辐射剂量

随着多层螺旋CT（MSCT）技术的迅速发展，CT已成为诊断腹部疾病的重要手段。自适应迭代重建算法（adaptive statistical iterative reconstruction, ASIR）可以处理电子噪声和其他物理因素所导致的图像伪影，在保证图像质量的同时降低检查剂量[1,2]。本研究探讨ASIR结合自动管电流调制技术在降低腹部CT扫描剂量的应用。

1 资料与方法

1.1 研究对象 选择桂林医学院附属医院2013-01～04行腹部增强扫描的150例患者，其中男92例，女58例；年龄40～72岁，平均（54.28±3.75）岁，身高145～180 cm，体重45～75 kg，体重指数（BMI）17.58～26.32 kg/m2。将患者按就诊顺序分成3组：A组50例，预设噪声指数（NI）为8；B组50例，NI为10；C组50例，NI为11。3组身高、体重及BMI差异无统计学意义（F=0.485、0.137、1.408, P＞0.05），具有可比性。患者均知情同意并签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用GE Optima CT660 128层CT机，EZEM Empower双筒高压注射器。采用300 mgI/ml碘普罗胺对比剂95～100 ml，注射速度4 ml/s。扫描范围为肝脏上缘至第4腰椎下缘；注射对比剂前先平扫，动脉期扫描采用对比剂跟踪软件，感兴趣区设在胸主动脉下段，自动触发阈值为180 Hu，扫描前延迟5 s，静脉期在动脉期扫描完成后30 s进行。扫描参数：管电压120 kV，自动球管电流，X线球管旋转速度0.6 s/r，螺距0.984︰1。剂量降低百分比与ASIR百分比均设定为30%。

1.3 图像重建 将ASIR百分比值设定为30%、40%、50%对3组图像原始数据进行重建，重建层厚5 mm，层距5 mm，总共得到A1、A2、A3、B1、B2、B3、C1、C2、C3共9组图像，1、2、3分别代表ASIR=30%、40%、50%。

1.4 图像质量和噪声值测定 图像噪声值的测定参考Lubner等[3]的报道，动脉期测量脾脏层面腹主动脉，平扫期和静脉期测量脾脏的CT值，感兴趣区为10 mm×10 mm，分别测量3次，以CT值的标准差作为图像的噪声值。2名放射科副主任医师在PACS后处理系统下采用双盲法对图像质量进行评分，图像质量评分参考Kalra等[4]的5级评分法。5分：图像非常好，噪声控制好、无伪影；4分：图像好，噪声和伪影少；3分，图像一般，有一些噪声和（或）伪影，不影响诊断；2分：图像较差，有严重噪声和（或）伪影，影响诊断；1分：检查失败，图像噪声和（或）伪影太大，无法诊断。

1.5 不同NI之间射线剂量比较 记录CT剂量指数（CTDI）、剂量长度乘积（DLP）、有效剂量（ED）根据ED=DLP×C公式计算，其中C为有效剂量权重因子，腹部平均值为0.015，分别计算各组的ED值。

1.6 统计学方法 采用SPSS 18.0软件，对各组ED、图像噪声值进行单因素方差分析，方差齐采用最小显著差数法，方差不齐采用Dunnet-t检验；图像质量评分组间比较用Kruskal-Wallis检验，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 图像质量评分和图像噪声值 各组图像质量均能满足诊断要求，无评分低于3分的图像，C1组图像质量评分最低，为（3.66±0.64）分。A3组图像质量评分最高，为（4.43±0.50）分。图像噪声值最高和最低的分别为C1、A3组。各组两两比较，除A1与B3、B1与C3之间图像噪声值差异无统计学意义（F=1.237、0.896, P＞0.05），其余各组两两比较差异均有统计学意义（F=89.240～179.444, P＜0.05）。见表1。

表1 图像质量评分、图像噪声值比较

2.2 CT表现 CT平扫见肝内肿块呈不规则状，与正常肝组织分界清晰，密度不均匀，病变内见坏死区，未见钙化（图1A、2A、3A）；动脉期病变内可见血管影，肿块强化程度不均匀（图1B、2B、3B）；静脉期病变强化程度明显低于动脉期（图1C、2C、3C）。当NI=11，ASIR=30%、40%、50%时，平扫期、动脉期、静脉期图片质量均清晰，可以满足诊断要求（图4）。2.3 ED值 A、B、C组平扫期ED分别为（5.74± 1.45）mSv、（3.35±1.35）mSv、（2.57±1.71）mSv，差异有统计学意义（F=57.624, P＜0.05）。B、C组较A组ED分别减少41.64%、55.23%。A组与B组、A组与C组、B组与C组ED比较差异有统计学意义（F=1.348、5.679、3.796, P＜0.05）。

图1 男，48岁，A3组重建图像。A.平扫期肝右叶见团形低密度影，边界清晰（箭）；B.动脉期不均匀强化，内见血管影（箭）；C.静脉期病变密度明显低于同一层面肝实质密度（箭）

图2 男，56岁，B3组重建图像。A.平扫期肝左叶见团形低密度影，内见更低密度灶（箭）；B.动脉期病变中度强化（箭）；C.静脉期病变密度低于同一层面肝实质密度（箭）

图3 男，55岁，C3组重建图像。A.平扫期肝左叶见稍低密度影（箭）；B.动脉期轻度强化，与周围肝组织分界清（箭）；C.静脉期病变密度明显低于同一层面肝实质密度，边界清晰（箭）

图4 男，44岁，肝区间歇性疼痛。A～C分别为ASIR=30%重建所得平扫期、动脉期、静脉期图像，脏器质地细腻，边界清晰锐利，噪声较低（箭）；D～F分别为ASIR=40%重建所得平扫期、动脉期、静脉期图像（箭）；G～I分别为ASIR=50%重建所得平扫期、动脉期、静脉期图像（箭）。图D～I可以较好地表现病变特点，满足诊断要求

3 讨论

腹部器官之间密度差异较小，组织对比不明显，常规扫描需要较大的辐射剂量才能满足临床诊断需要[5]。随着新技术的发展，腹部低辐射剂量扫描已成为可能。迭代重建算法是指在图像处理过程中多次迭代，每次迭代所采集到的数据与计算机的投影数据进行比较，改善图像质量[6]。ASIR是指通过自适应技术精确描述和构建探测到的信号的光子统计学，是对原始数据层面的反复迭代运算，可以进一步降低噪声，提高图像分辨率[6]。

ASIR算法在国内外广泛应用，在人体各器官应用有不同的进展。贾楠等[7]在ASIR的初步临床研究中发现，与传统重建图像方法相比，ASIR算法可以使剂量减低50%以上，而图像噪声无明显提高。Singh等[1]认为，对于体重小于90 kg的患者，采用ASIR=70%可以将CT剂量降低到4.2 mGy。本研究采用Optima CT660 128层CT，将ASIR百分比与剂量降低的百分比值进行直接关联，即根据目标NI值和剂量降低率自动设定ASIR重建图像的百分比。冯琦等[8]和周智鹏等[9]研究发现，腹部检查单独采用自动毫安扫描技术，NI值不超过10均可以满足诊断需求，NI值为8较理想。本研究结合ASIR技术，将第3组NI值设置为11，以研究进一步降低剂量的效果，结果图像质量可以满足临床诊断。

本研究中，ASIR值相同时，随着NI值的提高，图像噪声值增加；NI值相同时，随着ASIR值的提高，图像噪声值减低。9组中，A3组图像噪声值最低，图像质量评分最高。NI=11，ASIR=50%（C3组）重建的图像噪声与NI=10，ASIR=30%（B1组）重建的图像噪声值差异无统计学意义（P＜0.05），表明提高NI值时，通过ASIR值的增加，可以降低图像噪声。即通过提高NI值来降低剂量，再应用ASIR技术对图像进行重建，改善图像质量从而达到降低辐射剂量而不影响临床诊断的目的。本研究中C组的有效剂量最低，平均值为2.57 mSv，与英国腹部放射剂量5.3 mSv[10]相比，降低了51.51%。

总之，采用ASIR算法可以在保证图像质量的情况下，有效降低腹部辐射剂量，但仍存在一些不足：腹部器官众多，病变多样，本研究未对各器官病变的显示进行比较；NI值最高设定为11，ASIR值最高设定为50%，对于进一步提高NI值和（或）ASIR值是否能在保证图像质量的前提下降低辐射剂量还有待研究。

[1] Singh S, Kalra MK, Hsieh J, et al. Abdominal CT: comparison of adaptive statistical iterative and filtered back projection Reconstruction techniques. Radiology, 2010, 257(2): 373-383.

[2] 潘雪琳, 李真林, 程巍, 等. 腹部低剂量CT技术的临床应用.中国医疗设备, 2012, 27(6): 69-73.

[3] Lubner MG, Pickhardt PJ, Tang J, et al. Reduced image noise at low-dose multidetector CT of the abdomen with prior image constrained compressed sensing algorithm. Radiology, 2011, 260(1): 248-256.

[4] Kalra MK, Prasad S, Saini S, et al. Clinical comparison of standard-dose and 50% reduced-dose abdominal CT: effect on image quality. Am J Roentgenol, 2002, 179(5): 1101-1106.

[5] 刘彬, 白玫. 64层螺旋CT检查中患者受照剂量的研究. 中华放射学杂志, 2008, 42(10): 1050-1052.

[6] Xu J, Mahesh M, Tsui BM. Is iterative reconstruction ready for MDCT? J Am Coll Radiol, 2009, 6(4): 274-276.

[7] 贾楠, 王新江, 惠萍, 等. 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. 中国医学影像学杂志, 2010, 18(6): 551-553.

[8] 冯琦, 龚红霞, 庄治国, 等. 自动毫安低剂量CT扫描对结肠病变的显示及其对图像质量的影响. 中华放射学杂志, 2008, 42(10): 1022-1025.

[9] 周智鹏, 张辉阳, 邱维加, 等. 64排螺旋CT轴扫节段扫描对降低腹部CT检查辐射剂量的作用. 广东医学, 2012, 33(7): 929-932.

[10] Aydin K, Ucar A, Oguz KK, et al. Increased gray matter density in the parietal cortex of mathematicians: a voxel-based morphometry study. Am J Neuroradiol, 2007, 28(10): 1859-1864.

（责任编辑 唐 洁）

Adaptive Statistical Iterative Reconstruction Algorithm Combined with Automatic Tube Current Modulation in Abdomen Low-dose CT

PurposeTo explore the application of the adaptive statistical iterative reconstruction (ASIR) combined with automatic tube current modulation in abdomen lowdose CT.Materials and MethodsTotally 150 patients who underwent abdomen CT scan with automatic tube current modulation were recruited and categorized into three groups (group A, B and C) according to treatment order. The noise index (NI) for three groups were preset to 8, 10 and 11, respectively. Images were reconstructed by ASIR 30%, 40% and 50%, which was marked as A1, A2, A3, B1, B2, B3, C1, C2 and C3, respectively. Effective dose (ED) of each group was calculated. Images quality was assessed based on a 5-point scale by two radiologists.ResultsThe image qualities met diagnostic requirements. ED for group A, B and C was (5.74±1.45) mSv, (3.35±1.35) mSv and (2.57±1.71) mSv, respectively. There was no statistical difference of image noise between group A1 and B3, as well as group B1 and C3. The image noise was the lowest in group A3, but highest in group C1. The image quality was the highest in group A3 (score 4.43±0.50), but the lowest in group C1 (score 3.66±0.64).ConclusionASIR combined with automatic tube current modulation is helpful to reduce radiation dose in abdomen CT examination.

Abdomen; Tomography, spiral computed; Iterative reconstruction algorithm; Automatic tube current modulation; Image processing, computer-assisted; Radiation dosage

桂林医学院附属医院放射科 广西桂林541001

周智鹏

Department of Radiology, Affliated Hospital of Guilin Medical University, Guilin 541001, China

Address Correspondence to: ZHOU Zhipeng

E-mail: bigbird_zhou@hotmail.com

广西自然科学基金项目（2011GXNSFB018084）。

R144.1；R445.3

2013-07-07

修回日期：2013-12-27

中国医学影像学杂志

2014年 第22卷 第2期：145-148

Chinese Journal of Medical Imaging

2014 Volume 22(2): 145-148

10.3969/j.issn.1005-5185.2014.02.020