低管电压结合自适应统计性迭代算法对腹部CT平扫图像的影响

浦仁旺，刘义军，刘静红，卢绪论，王诗瑜，刘爱连

（大连医科大学附属第一医院放射科，辽宁 大连　116011）

低管电压结合自适应统计性迭代算法对腹部CT平扫图像的影响

浦仁旺，刘义军，刘静红，卢绪论，王诗瑜，刘爱连

（大连医科大学附属第一医院放射科，辽宁 大连116011）

目的：评价低管电压结合自适应统计性迭代算法对腹部CT平扫图像的影响。方法：77例BMI＜22 kg/m2的腹部CT平扫患者采用管电压80 kVp、自动管电流（噪声指数14）、50%ASIR重建，为实验组；56例BMI＜22 kg/m2的腹部平扫CT患者采用管电压120 kVp、自动管电流（噪声指数10）、FBP重建，为对照组。测量两组图像肝脏和脾脏的噪声、信噪比（SNR）、对比噪声比（CNR）并记录CT剂量指数，两名高年资诊断医师采用盲法对两组的图像质量进行客观测量和主观评价。利用独立样本t检验对两组结果进行比较，两名医师的一致性评估采用Kappa检验。结果：实验组肝脏和脾脏的噪声分别为 （14.99±1.95）HU、（14.62±2.17）HU，SNR分别为3.76±0.65、4.07±0.71，CNR分别为2.37±0.61、7.32±0.55，CT剂量指数（CTDIVOL）为（6.89±0.39）mGy，图像质量主观评分为4.50±0.51；对照组肝脏和脾脏的噪声分别为（27.1±6.42）HU、（27.11±6.4）HU，SNR分别为2.39±0.99、2.14± 0.69，CNR分别为3.07±0.50、6.19±0.39，CTDIVOL为（11.03±6.44）mGy，图像质量主观评分为4.21±0.46。独立样本t检验中肝脏和脾脏的CNR差异没有统计学意义（t值为0.67、1.61，P值为0.51、0.11）；两组图像肝脏噪声、脾脏的噪声、肝脏的SNR、脾脏的SNR、CT剂量指数、图像质量主观评分差异均具有统计学意义（t值分别为11.68、11.18、9.52、12.57、10.02、3.51，P值均＜0.05）。结论：在腹部CT平扫中针对BMI＜22 kg/m2的患者采用低管电压结合自适应统计性迭代算法，不但可以降低辐射剂量，而且还可提高图像质量。

腹部；体层摄影术，螺旋计算机

随着多层螺旋CT的普及，其应用数量急剧增加，CT电离辐射的致癌风险以及放射防护与安全问题开始成为关注的焦点［1］。据报道，接受腹部CT检查患者的癌症发生率约为12.5/10 000，其危害程度相当于吸烟1年［2］。降低管电压、自动管电流调制都可以有效的降低患者的受辐射剂量［3-4］，但同时会导致图像质量的下降；自适应统计性迭代算法（ASIR）能够有效降低图像的噪声［5］，极大的改善由于低管电压而导致的噪声增加。近年来利用低管电压结合自适应统计性迭代算法的双低血管成像研究成为业界的热点，却鲜有关注腹部平扫的报道。笔者将对低管电压结合自适应统计性迭代算法的扫描方法在腹部CT平扫中的应用价值进行评价研究，具体如下。

1　资料与方法

1.1病人资料

前瞻性选取2013年3—12月怀疑腹部疾病来我院能谱CT行全腹部CT平扫患者331例，其中男222例，女109例。入组标准：①BMI＜22 kg/m2，按照首诊时间，2013年3—8月，采用低管电压结合自适应统计性迭代的扫描方案做为实验组，2013年9—12月，采用常规120 kVp结合FBP的扫描方案做为对照组；②呼吸状态平稳，不影响正常屏气；③患者知情且同意。出组情况：①介入术后或射频消融术后；②腹腔有内置物，伪影严重。最终，实验组入组77例，其中男42例、女35例，年龄28～82岁，平均（61.14±10.27）岁；对照组入组56例，其中男39例、女17例，年龄33～79岁，平均（60.02±9.56）岁。

1.2CT检查方法及扫描参数

检查前4小时，患者禁食；检查前30分钟，口服清水800mL；检查前5分钟，口服清水200mL。所有检查均应用GE Discovery 750 HDCT，ADW 4.5工作站。实验组管电压80 kVp、自动管电流（Min：50mA；Max：600mA；Noise Index：14）、50%ASIR重建；对照组管电压120 kVp、自动管电流（Min：50mA；Max：600mA；Noise Index：10）、FBP重建。其它扫描参数均一致：旋转时间0.8 s，螺距1.375：1，层厚5mm，层距5mm，准直0.625mm×64，矩阵512×512，重建算法Stnd。

1.3图像测量与评价

图像分析与测量均在AW4.5图像处理工作站进行，包括客观评价和主观评价。由两位分别有5年和7年读片经验的影像诊断医师，在不知具体分组的情况下，对图像进行评估，包括客观测量和主观评分。

客观评价：将图像传至ADW4.5工作站，测量两组图像的肝脏、脾脏、右竖背肌的SD和CT值，见图1，2。在测量时，ROI测量区域应选择密度均匀、伪影少并避开大的血管的区域，将ROI复制应用，ROI面积为50mm2，肝脏、脾脏和竖背肌选在同一层面，每个脏器数据在上下相邻两个层面共测量3次后计算平均值；计算两组图像的肝脏和脾脏的信噪比（SNR）、对比噪声比 （CNR），在计算时均以竖背肌为背景，SNR肝=CT肝/SD竖背肌，CNR肝=（CT肝-CT竖背肌）/SD竖背肌，SNR脾=CT脾/SD竖背肌，CNR脾=（CT脾-CT竖背肌）/SD竖背肌；记录两组病例CT dose的CT剂量指数（CTDIVOL）。若测量结果一致性良好，选取两位观察者中测量结果标准差较小的一组做为两组图像的数据进行统计学分析。

主观评价：主要评价图像的噪声、锐利度、伪影等。采用5分评分制，1分（差），完全不能满足诊断要求，巨大噪声，严重伪影，组织结构显示不清；2分（较差），不能诊断，噪声较大，伪影较多，组织结构显示不清；3分（一般），基本满足诊断要求，部分结构显示不清，伪影噪声较多；4分（良好），满足诊断要求，组织结构显示清晰，伪影噪声较少；5分（优秀），完全满足诊断要求，对比良好，伪影噪声很小，组织结构显示清晰，评分≥3分认为满足诊断要求。两名医师的一致性评估采用Kappa检验，若评分结果一致性良好，以两位观察者评分的平均值进行统计学分析。

图1实验组图像（80 kVp，50%ASIR，NI14），肝多发囊肿合并胆囊结石患者。男，43岁，肝脏SD=15.78HU，脾脏SD=15.96 HU，肝脏SNR=4.12，脾脏SNR=4.26，肝脏CNR=2.15，脾脏CNR=6.72。图2对照组图像（120 kVp，FBP，NI10），肝囊肿合并胆囊结石患者，男，73岁，肝脏SD=24.73HU，脾脏SD=24.64HU，肝脏SNR= 2.12，脾脏SNR=2.29，肝脏CNR=3.15，脾脏CNR=6.58。

Figure 1.Images in the experimental group（80 kVp，50%ASIR，NI14）.Multiple liver cysts complicated with gallbladder stones.Male，43y，Liver SD=15.78 HU，Spleen SD=15.96 HU，Liver SNR=4.12，Spleen SNR=4.26，Liver CNR=2.15，Spleen CNR=6.72.Figure 2.Images in the control group（120 kVp，FBP，NI10）.Liver cyst complicated with gallbladder stones.Male，73y，Liver SD=24.73HU，Spleen SD=24.64HU，Liver SNR=2.12，Spleen SNR=2.29，Liver CNR=3.15，Spleen CNR=6.58.

1.4统计学分析

采用SPSS 17统计学软件，利用独立样本t检验比较两组肝脏和脾脏的SD、SNR、CNR、CTDIVOL、图像质量主观评分，P＜0.05为差异具有统计学意义。两名观察者的一致性评估采用Kappa检验。Kappa值＞0.75为一致性好；Kappa值在0.40～0.75为一致性一般；Kappa值＜0.40为一致性差。

2　结果

2.1图像噪声

肝脏和脾脏的噪声数据及结果如表1。

表1　实验组与对照组SD比较

实验组肝脏和脾脏的噪声分别为（14.99±1.95）HU、（14.62±2.17）HU，对照组肝实质和脾脏的噪声分别为（27.1± 6.42）HU、（27.11±6.4）HU，差异均具有统计学意义（t值分别为11.68、11.18，P值均＜0.05），实验组相比对照组噪声明显降低（降幅分别为44.68%、46.07%）。

2.2肝脏和脾脏的SNR

肝脏和脾脏的SNR数据及比较结果如表2。

表2　实验组与对照组SNR比较

实验组肝脏和脾脏的SNR分别为3.76±0.65、4.07±0.71，常规组肝脏和脾脏的SNR分别为2.39±0.99、2.14±0.69，差异均具有统计学意义（t值分别为9.52、12.57，P值均＜0.05），实验组相比对照组 SNR大幅提高 （增幅分别为 57.32%、90.18%）。

2.3肝脏和脾脏的CNR

肝脏和脾脏的CNR数据及比较结果如表3。

实验组肝脏和脾脏的CNR分别为2.37±0.61、7.32±0.55，对照组肝脏和脾脏的CNR分别为3.07±0.50、6.19±0.39，差异不具有统计学意义 （t值分别为0.667、1.612，P值均＞0.05），实验组相比对照组CNR差别不大。

表3　实验组与对照组CNR比较

2.4辐射剂量

实验组的CTDIVOL为（6.89±0.39）mGy，常规组的CTDIVOL为（11.03±6.44）mGy，差异具有统计学意义（t值为10.02，P值均＜0.05），实验组相比对照组 CTDIVOL明显降低 （降幅为59.97%）。

2.5图像质量主观评分

两组的图像主观评分数据及比较如表4。

表4　实验组与对照组图像主观评分比较

两组图像评分结果均能满足诊断要求，实验组图像质量主观评分为4.50±0.51，对照组图像质量主观评分为4.21± 0.46，差异具有统计学意义（t值为3.514，P值均＜0.05）。

3　讨论

随着公众放射卫生安全和自身防护意识的提高，腹部CT检查所导致的高辐射剂量日益引起业界的重视。如何在不影响图像质量的前提下，尽可能多的降低辐射剂量成为大家越来越关注的问题。

辐射剂量与管电压的平方成正比，所以低管电压扫描可以有效的降低辐射剂量［6］。但是降低管电压可减弱X线穿透作用，减少到达探测器的光子数，从而导致图像的噪声增加，影响图像的质量［7］。如把120 kVp降低到80 kVp时，需要提高近4倍的管电流来保持同样的图像噪声水平［8］。基于不同受检者差异性的BMI而采用的自动毫安调制技术也是降低辐射剂量的主流方法［9］，但如何选择合适的噪声指数，尽管厂家会提供参考值，但在临床实践中仍需探索使用。FBP无法消除由于光子的涨落所产生的量子噪声，而且它会把来自各个方向上的散射线当作正常的穿透人体的射线来进行计算，结果增加了层面内的像素噪声［10］。所以如果采用低管电压结合FBP扫描方案，为了保证图像质量，就要求相应的提高自动管电流调制的噪声指数，这样辐射剂量的降低就会十分有限，失去了采用低管电压的意义；反之如果采用同样的自动管电流调制的噪声指数，那么图像的噪声将会明显增加，从而影响图像质量。

ASIR是一种全新的基于迭代图像重建技术，其原理是假设邻近体素之间的噪声差异是由统计波动或图像噪声引起的，对所有投射数据进行多次选择迭代和矫正，由此重建出高质量和低噪声的图像，所需投影数据少，即使在数据不完全和低剂量条件下成像，利用ASIR仍可得到重建高质量的图像［11］。ASIR具有从0～100%的权重系数，以10%为间隔，随着权重的增大，重建中迭代所占部分越来越大，图像的噪声将会不断的减少，但重建所需的时间也会越来越长［12］。本研究表明，利用低管电压结合ASIR重建采用更高的噪声指数NI的扫描方案，其中低管电压（由120 kVp改为80 kVp）以及采用更高的噪声指数（由NI10改为NI为14）都是降低辐射剂量的有效方法，研究中实验组大幅度降低了患者的辐射剂量（降低37.44%）；重建技术的改变（由FBP改为50%ASIR）不仅保持了图像同一水平的CNR，而且大大的降低了图像的噪声水平（降低44.68%、46.07%），更提高了图像的SNR（提高57.32%、90.18%），这也是ASIR最大降噪效果的体现。这能够表明，低管电压结合ASIR重建，在保持同样的噪声、SNR的前提下还有进一步降低辐射剂量的潜力；也同样具有在同等辐射剂量水平下，提高图像质量的潜力。

本研究尚有许多不足：①样本量小，结果还需更大样本研究证实；②只选取了小体质指数的患者人群，其余BMI还有待进一步研究；③仅对50%ASIR权重进行研究，其他权重水平未进行比较；④脂肪肝的患者没有出组。

综上所述，在腹部平扫CT检查中，针对小体质指数患者人群，与常规kVp结合FBP重建相比，低管电压结合ASIR重建不仅可以有效的降低患者的受辐射剂量，而且还改善了图像质量，具有很好的应用前景。

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Effects of low tube voltage combining with ASIR on abdom inal plain CT scan images

PU Ren-wang，LIU Yi-jun，LIU Jing-hong，LU Xu-lun，WANG Shi-yu，LIU Ai-lian
（Department of Radiology，the First Affiliated Hospital of Dalian Medical University，Dalian Liaoning 116011，China）

R57；R814.42

B

1008-1062（2015）01-0066-03

2014-09-09

浦仁旺（1980-），男，黑龙江大庆人，主管技师。

刘义军，大连医科大学附属第一医院放射科，116011。