基于原始数据的迭代重建技术在鼻部外伤CT 扫描中的应用

曾宪春，杨 艳，韩 丹，王 谦，康绍磊

（1.贵州省人民医院放射科，贵阳550002；2.昆明医科大学第一附属医院医学影像科，昆明650032）

鼻部外伤为颌面部的常见外伤急症［1］。CT 检查是鼻部外伤性病变诊断的主要方法之一。但鼻部扫描不能避开对射线敏感的眼球，尤其是晶状体，过量照射可致白内障［2］。因而鼻部的CT 低剂量扫描同眼眶CT 低剂量扫描一样受到国内外学者普遍关注。本文旨在通过比较鼻部外伤患者CT 平扫后行基于原始数据的迭代重建（sinogram affirmed iterative reconstruction，SAFIRE）与传统滤波反投影技术（filtered Backprojection，FBP）重建图像质量，探讨SAFIRE技术在鼻部外伤CT 检查中的临床应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2014年5月至2014年7月因鼻部外伤行CT 检查患者67例，男41例，女26例，年龄范围1～73岁，平均（26.27±16.42）岁。

1.2 扫描及重建方式 采用Siemens Somatom Definition Flash CT（西门子，德国），应用Sinus扫描模式。扫描参数：管电压120kV，管电流180 mAs，球管旋转时间0.5s，准直128.0mm×0.6mm，螺距0.8，层厚及间距均为5mm。软组织窗300、50HU；骨窗1 400、450 HU。扫描范围从额骨鼻突至鼻尖。重建技术（方式）包括FBP 重建和SAFIRE 重建，其中SAFIRE重建选择1～5种强度。

1.3 评价指标及方法

1.3.1 客观评价 平均CT 值及噪声：选择上颌骨额突正中层面皮下脂肪、双侧翼内肌及背景空气为感兴趣区（ROI），范围为1.0cm2，测3次后，取其平均CT 值；噪声为平均CT 值的标准差（SD），自动生成。信号噪声比（SNR）＝CT平均值＋SD。对比噪声比（CNR）＝（CT翼内肌-CT脂肪）／SD空气标准差，其中CT翼内肌＝（CT左侧翼内肌＋CT右侧翼内肌）／2［3］。

1.3.2 主观评价 图像质量评分：由两名高年资主治医师及两名研究生分别在隐藏扫描参数和患者信息后双盲法评判分析，取平均值。评估内容包括骨窗：图像伪影、鼻骨边缘、骨折线及折端的清晰度；软组织窗：图像伪影、鼻甲及鼻黏膜显示的清晰度。标准判断如下［4］，1 分：解剖结构及病灶模糊，伪影多，不能诊断；2分：解剖结构及病灶显示不清楚，细节不足以被发现；3分：大部分解剖结构及病灶可以满足诊断，但少数图像不能进行评价，轻度伪影；4分：显示结构、细节及病灶较清楚，能够评价，但不是特别好；5分：显示细节及病灶清晰，能够简单明了地评价，无伪影。5分图像质量最好，其余图像质量依次降低。图像质量评分达3分以上能满足诊断要求，即不影响病灶的观察。

1.4 图像的诊断效能评价 指对病变的检出率。本组资料包括：鼻骨骨折、鼻中隔骨折、筛板骨折、上颌窦壁骨折、视神经管骨折、鼻周异物、上颌窦及筛窦积液、鼻部软组织肿胀及积气等。

1.5 辐射剂量 包括容积CT 剂量指数（CTDIvo1）、剂量长度乘积（DLP）、有效剂量（effective dose，ED）。其中ED＝DLP×K，单位为mSv，K 为换算因子，采用欧洲CT 质量标准指南头颅平均值0.002 1［5］。

1.6 统计学处理 采用SPSS17.0 统计软件，计量资料用±s表示，采用多样本均数的方差分析，当差异有统计学意义后，再行q检验（SNK 检验）进行组间两两比较。计数资料用频数表示，采用多个样本资料的秩和检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 不同重建方式平均CT 值的比较 6组重建图像所测定翼内肌、皮下脂肪及背景空气CT 值比较，采用多样本均数的方差分析，差异无统计学意义（P＞0.05），见表1。

表1 不同重建方法的图像平均CT 值比较（±s，HU）

表1 不同重建方法的图像平均CT 值比较（±s，HU）

重建方法 翼内肌（平均值） 皮下脂肪 背景（空气）FBP 38.21±0.44 -97.84±4.83 -1 001.62±9.24 SAFIRE-1 37.70±0.48 -98.16±7.14 -1 003.32±8.25 SAFIRE-2 37.90±0.41 -98.03±5.17 -1 000.83±8.57 SAFIRE-3 38.43±0.51 -97.68±9.21 -1 001.06±8.71 SAFIRE-4 38.30±0.42 -98.45±6.48 -1 002.20±9.33 SAFIRE-5 38.10±0.40 -98.11±7.06 -1 001.15±7.89 F 3.42 3.23 3.11 P＞0.05 ＞0.05 ＞0.05

2.2 不同重建方式SD、SNR、CNR 的比较 6组重建图像所测SD、SNR、CNR 比较，采用多样本均数的方差分析。SD 比较，差异有统计学意义（P＜0.05）。进一步两两比较，采用q检验（SNK 检验）差异有统计学意义（P＜0.05），组间噪声存在差异，噪声最大为FBP 组，最小为SAFIRE-5 组。SNR、CNR比较，总体及组内两两比较，差异均有统计学意义（P＜0.05），与FBP相比，SAFIRE 重建图像噪声降低，1～5 级分别降低20.4%、31.4%、39.7%、46.5%、57.2%；SNR及CNR明显增高，SAFIRE-1至5级SNR分别提高33.3%、54.7%、75.4%、87.4%、101.4%；CNR分别提高23.0%、36.4%、57.7%、87.4%、106.5%。其中，SAFIRE-5SNR、CNR 最大，与FBP组重建图像相比，SNR、CNR分别提高101.4%及106.5%，见表2、3。

表2 不同重建图像噪声SD 值比较（±s，HU）

表2 不同重建图像噪声SD 值比较（±s，HU）

重建方法 翼内肌（左右侧平均值） 皮下脂肪 背景（空气）FBP 3.53±0.32 4.68±0.62 3.97±1.13 SAFIRE-1 2.81±0.43 4.09±0.68 3.53±1.28 SAFIRE-2 2.42±0.44 3.57±0.54 3.32±1.29 SAFIRE-3 2.13±0.34 3.11±0.51 2.38±0.93 SAFIRE-4 1.89±0.31 2.74±0.60 2.57±0.98 SAFIRE-5 1.51±0.40 2.53±0.67 2.39±0.96 F 2.01 2.31 1.79 P＜0.01 ＜0.01 ＜0.01

表3 不同重建方法图像SNR、CNR 比较（±s）

表3 不同重建方法图像SNR、CNR 比较（±s）

重建方法 翼内肌SNR皮下脂肪SNR背景（空气）SNR CNR FBP 9.13±0.16 20.73±0.66 343.72±1.29 45.91±5.39 SAFIRE-1 12.17±0.19 24.20±0.70 423.93±0.65 56.47±6.52 SAFIRE-2 14.12±0.20 27.45±0.76 467.89±2.23 62.64±7.17 SAFIRE-3 16.01±0.25 31.14±0.97 544.59±2.06 72.41±8.54 SAFIRE-4 17.11±0.42 35.59±1.03 643.71±1.25 86.03±10.12 SAFIRE-5 18.39±0.62 37.71±0.10 712.32±1.43 94.82±11.11 F 1.32 1.41 1.37 3.12 P＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05

图1 SAFIRE-3重建

2.3 图像质量评分比较 FBP 为4.83，SAFIRE-1为4.67，SAFIRE-2为4.89，SAFIRE-3 为4.93，SAFIRE-4 为4.90，SAFIRE-5为4.66。不同重建方法所得图像质量评分差异有统计学意义（P＝0.031）。进一步两两比较，SAFIRE-1 与SAFIRE2～4，SAFIRE-5与SAFIRE2～4组间，差异有统计学意义（P＜0.05），SAFIRE2～4 组间，差异无统计学意义（P＞0.05）。其中绝对评分SAFIRE-3最高。

2.4 诊断效能的评价 6组重建所得图像对病灶显示情况完全一致，均为鼻骨骨折91例、软组织内异物3例、鼻窦腔积液37例、软组织肿胀43例、软组织积气19例。以SAFIRE-3重建为例，见图1。

3 讨 论

CT 图像重建的两种基本方法包括解析重建（analytic reconstruction，AR）和 迭 代 重 建（iterative reconstruction，IR）。FBP是解析重建的主要算法，其过程是投影数据经过校准、滤波、反投影、加权，至最后一组数据处理完成，才能得到最终的重建图像。因具有简洁、高效、可靠、图像质量较好、易实现等优点，FBP成为CT 图像 重建的“金标准”［6］。但FBP 获得低噪声、高分辨力的图像，就只能加大剂量。迭代重建最常用的算法是图像代数重建算法（algebraic reconstruction technique，ART）。世界上第1 台医用CT 虽采用ART，但其计算速度慢、需存储空间大、当时计算机技术不高等原因，被FBP替代。但迭代重建算法所需的投影数少、具有可在数据不完全和低信噪比条件下成像等优点，加上计算机技术的飞速发展，越来越引起人们的重视［7］。SAFIRE［8］对原始数据进行高分辨、高保真重建，最大程度保留图像细节信息，并伴有较高噪声，之后，再将图像投影至原始数据域，与投影数据进行比较以消除图像投影中的伪影和数据误差后，将校正后的投影数据重建得到最佳质量的图像［9］。

鼻部外伤在头面部创伤中比较常见。CT 为临床提供早期准确诊断而被广泛应用。对鼻部的CT 研究，当前大多为扫描方案及后处理方案的探讨［10-11］。但鼻部的CT 扫描往往不能避开对射线敏感晶状体、角膜、玻璃体等，因而鼻部低剂量CT 扫描的研究，同样不能忽视。本研究对鼻部外伤患者常规扫描后，对比FBP与SAFIRE-1～5 6组重建图像，发现同种组织的CT 值 差 异 无 统 计 学 意 义（P＜0.05），说 明FBP 与SAFIRE两种重建对不同组织的CT 值变化影响不大。6组不同重建方法图像噪声、SNR、CNR 之间差异有统计学意义（P＜0.05），进一步两两比较，组间存在差异。说明随着SAFIRE强度的增加，噪声越来越低，SNR 及CNR 越来越高，降噪及提高SNR、CNR 最大的为SAFIRE-5。这将为降低剂量并提高图像质量（降低噪声）提高保障。图像的主观评分显示，6组重建方法所得图像质量评分有差异（P＜0.05），进一步两两比较，SAFIRE-1和SAFIRE-5 组图像评分低于FBP 组，SAFIRE 2～4组高于FBP 组；SAFIRE1组和SAFIRE-5组与SAFIRE 2～4组有差异（P＜0.05），SAFIRE2-4组图像评分间无差异（P＞0.05），其中与SAFIRE-3图像绝对评分最高。与多数研究 报 道 只 选 择SAFIRE-3 与FBP 比 较 相 一 致［12-13］。虽SAFIRE-5降噪及SRN、CRN 提高最大，但主观评分低于FBP，可能因SAFIRE重建是按统计学最优准则重建，其噪声及伪影特性与FBP不同，放射科医师习惯观察FBP重建图像有关。

综上所述，CT 平扫结合SAFIRE 重建技术在外伤性鼻部扫描中能有效降低图像噪声及提高图像质量，具有潜在降低扫描剂量的作用。

本研究不足在于：本组资料主要针对外伤平扫患者，对外伤以外及需增强的病变显示有待进一步研究；主观评分因医生对图像的适应情况不同，可能存在一定差异。

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