ASIR技术在膀胱肿瘤模型低剂量CT扫描中的应用研究

赵亚波，王　波，武兴杰，马立恒，曾文彦，庄娘妥，杨清华，刘卫军，王永豪，杜　森

（1.广东药学院附属第一医院影像科，广东 广州　510080；2.桂林医学院人体解剖学教研室，广西 桂林　541000）

ASIR技术在膀胱肿瘤模型低剂量CT扫描中的应用研究

赵亚波1，王波1，武兴杰1，马立恒1，曾文彦1，庄娘妥1，杨清华1，刘卫军1，王永豪1，杜森2

（1.广东药学院附属第一医院影像科，广东 广州510080；2.桂林医学院人体解剖学教研室，广西 桂林541000）

目的：通过对膀胱肿瘤模型行多排螺旋CT不同剂量下扫描，对获得图像行自适应统计迭代重建（Adaptive statistical iterative reconstruction，ASIR）及CT仿真膀胱镜成像（CTVC），比较各种不同剂量条件下所得图像的质量，分析ASIR技术在膀胱肿瘤低剂量CT检查中的应用价值。方法：选用一新鲜正常猪膀胱，在其黏膜表面通过结扎法获得20枚1～10 mm（≤5 mm 13枚，＞5 mm 7枚）连续的模拟肿瘤，运用高分辨CT（GE optima CT660）在不同剂量（120 kVp，20、40、60、80、100、120、140、160、180、200 mA）下扫描，并分别应用11种不同ASIR水平（0、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%及100%）进行数据重建，获得CTVC图像，对不同采集条件、不同ASIR水平的图像进行客观和主观评价，测量并比较平均噪声、平均信噪比（SNR）、平均对比噪声比（CNR）及CTVC图像的肿瘤检出率。结果：在管电流一定情况下，各组图像经80%水平ASIR重建后，其噪声呈较明显下降（P＜0.05）。在相同管电流下，随着ASIR水平的增高，图像的SNR值逐渐升高（P＜0.05）。在相同管电流下，随着ASIR水平的增高，图像的CNR值逐渐升高（P＜0.05）。CTVC图像对膀胱肿瘤的检出率在管电流一定的情况下，各病灶的检出率随ASIR水平的升高并无明显提高（P＞0.05）。结论：ASIR技术可以提高膀胱低剂量CT图像的质量，降低患者所接受的辐射剂量，但是，ASIR技术提高膀胱CTVC图像病灶检出率的能力有限，需要更多的实验进行深入研究。

膀胱肿瘤；辐射剂量；体层摄影术，螺旋计算机

自1972年Hounsfield发明了世界第一台CT以来，CT检查已经被人们用于了全身各部位疾病的诊断，显示了其对疾病诊断的巨大价值。然而，在巨大诊断价值的背后，电离辐射的危害已经逐渐被人们所重视，在保证图像质量的前提下降低辐射剂量已经成为CT研究和应用的重要课题。近几年来，迭代算法在多层螺旋CT中的应用越来越普遍，它可以降低图像噪声、抑制伪影，从而提高图像质量，使低剂量CT在临床的普及成为一种可能。为了评价多层螺旋CT应用自适应统计迭代重建（Adaptive sta-tistical iterative reconstruction，ASIR）技术进行膀胱低剂量CT检查时提高图像质量的有效性，笔者建立离体猪膀胱肿瘤模型并进行膀胱低剂量CT检查，评价ASIR技术对所得图像质量及CT仿真膀胱镜成像（CT virtual cystoscopy，CTVC）肿瘤检出率的影响。

1　材料与方法

材料：新鲜猪膀胱一个；造影剂；鱼线；容器。

方法：取一新鲜离体正常猪膀胱，通过尿道口将壁外翻，于黏膜面钳夹大小不等黏膜组织，用鱼丝线结扎其根部形成模拟肿瘤，模拟肿瘤以一定间隔连续线性排列，直径大小为1～10 mm，共20枚；然后将黏膜翻入恢复原结构，再注入浓度为5%造影剂（欧乃派克，中国上海通用电气药业）使之充分膨胀后结扎两边输尿管，将膀胱模型放在塑料容器（无金属伪影）内并使其固定，将肿瘤模型及塑料容器置于CT扫描视野内，采用不同管电流进行扫描。

采用美国GE 128层螺旋Optima CT660扫描膀胱肿瘤模型。扫描参数：机架转速0.6 s/rot，准直宽度0.625×64，层厚0.625 mm，层间距0.625 mm，螺距0.984，标准软组织算法重建。扫描管电压120 kV，管电流设定为 20、40、60、80、100、120、140、160、180、200 mA重复扫描。重建方法：ASIR（0、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%），将重建后的数据传至AW4.5工作站 （美国通用电气公司）进行图像后处理，获得CTVC图像。

记录并比较在不同剂量条件下的平均信噪比（SNR）及病灶检出率。噪声测量时选取容器周围空气内大小为100 mm2的圆形感兴趣区的CT值，计算平均值和标准差，以标准差代替客观噪声；SNR指肿块的CT值与噪声比值，对比噪声比（CNR）指肿块与空气的CT值之差与噪声的比值。

使用PASW Statistics 17.0（SPSS 17.0）进行统计分析，对各组之间噪声、SNR、CNR组间差异釆用单因素方差分析，CTVC图像肿瘤检出率采用析因设计方差分析，各组测量指标均数之间两两比较采用LSD-t检验或Bonferonni校正检验；对各组CT剂量指数（CTDIvol）、剂量长度乘积（DLP）、有效剂量（ED）测量数据指标差异采用单因素方差分析。P＜0.05为有统计学差异。

2　结果

2.1ASIR技术对图像噪声、SNR和CNR的影响

在管电流一定的情况下，80%ASIR的图像噪声低于FBP图像，差异具有统计学意义（P＜0.05）；当ASIR水平逐渐升高，图像SNR及CNR具有逐渐升高的趋势（表1），差异具有统计学意义（P＜0.05），100 mA组经80%ASIR重建后，其噪声值明显低于FBP重建图像的噪声值，差异有统计学意义 （P＜0.05）；经90%ASIR重建后，噪声值与常规剂量扫描的噪声无统计学差异（P＞0.05），也就是说经ASIR重建后，噪声值与常规剂量相当的最低管电流为100mA，辐射剂量降低约50%。

2.2不同ASIR水平图像的目测观察结果

随着ASIR水平升高伪影逐渐减少或消失；图像中肿瘤与黏膜皱襞显示情况也随ASIR水平升高而逐渐清晰光滑 （图1）；相同的ASIR水平，随着mA的升高，病灶及黏膜显示情况也出现相同效果（图2）。

表1　120 kVp不同管电流应用0～100%ASIR水平重建图像的噪声、SNR和CNR（部分）

2.3＞5 mm膀胱肿瘤的检出结果

当管电流为20 mA时，在任何水平的ASIR，CTVC均无法清晰显示病灶。当管电流为40 mA，ASIR水平为0、50%、100%时肿瘤检出率CTVC分别为29%、29%、57%。当管电流为60 mA，ASIR水平为50%时肿瘤CTVC检出率为57%；当ASIR水平达到≥60%时CTVC的病灶检出率均为100%，因此60 mA时目测肿瘤检出率达100%时的最低ASIR水平为60%。80 mA及以上各项检出率均为100%。

图1　图1a～1f为60 mA的条件下不同水平的ASIR（0%、20%、40%、60%、80%、100%）重建图，随着ASIR水平的提高图像越显柔和。Figure 1.Figure 1a～1f are ASIR reconstructed images under 60 mA，and the levels are 0%，20%，40%，60%，80%，100%.With the increase of ASIR level，the images are softer.

图2　图2a～2d为分别为20 mA、40 mA、60 mA、80 mA条件下，ASIR水平均为60%的重建图，相同的ASIR水平，随着mA的提高图像逐渐清晰。Figure 2．Figure 2a～2d are ASIR reconstructed images under 20mA，40mA，60 mA，80 mA，and the level is 60%. With the same level of ASIR，the images are clearer gradually with the increase of mA.

对息肉目测检出率进行析因设计方差分析，得出不同管电流及ASIR对息肉检出率无交互作用（F=0.024，P＞0.05），再行各组间方差分析得出：①20、40、60 mA低剂量扫描时，＞5 mm病灶的检出率随ASIR水平的升高而提高，但差异无明显统计学意义（P＞0.05）；②随着剂量的增加（不同mA），病灶检出率不断提高，差异具有统计学意义（P＜0.05）（表2）。

表2　不同剂量、不同ASIR水平下＞5 mm病灶MPR及CTVC检出数（共7个）

2.4≤5 mm膀胱肿瘤的检出结果

在管电流为20mA时均不能发现病灶；在40 mA时，CTVC检出率由ASIR水平为0时的15%增加至应用ASIR水平为100%时的31%；在60、80、100及200 mA时，ASIR水平为100%时CTVC检出率分别为15%、23%、31%、38%，检出率无显著提高。随着扫描剂量的增加小病灶检出率明显提高，其中CTVC最高检出率由20 mA时的0升高至200 mA的38%（表3）。

对病灶目测检出率进行析因设计方差分析，得出不同管电流与ASIR对膀胱肿瘤检出无交互作用（F=0.045，P＞0.05），方差分析结果显示：①随着管电流的升高，≤5 mm膀胱肿瘤检出率明显升高，差异具有统计学意义（P＜0.05）；②各剂量下随着ASIR水平升高，病灶检出率之间差异无统计学意义 （P＞0.05）。因此，≤5 mm膀胱肿瘤检出率与剂量呈正相关，而与ASIR水平无关。

2.5辐射剂量

根据CT剂量报告，当管电压为120 kVp，管电流分别为20、40、60、80、100、120、140、160、180、200 mA时，CTDIvol分别为1.15、2.31、3.46、4.61、5.77、6.36、7.43、8.49、9.55、10.61，DLP分 别为17.38、34.91、52.30、69.68、87.21、96.23、112.27、128.30、144.34、160.38，其对应的 ED分别为 0.33、0.66、0.99、1.32、1.66、1.83、2.13、2.44、2.74、3.05，差异均具有统计学意义（P＜0.05）。

表3　不同剂量、不同ASIR水平下≤5 mm病灶MPR及CTVC检出数（共13个）

3　讨论

3.1ASIR技术的原理和优势技术

为了降低CT辐射所致的危害，众多技术研发人员及临床操作人员为降低CT辐射剂量做出了不懈的努力，在硬件的性能及软件的研发方面均取得了不错的成果，如自动曝光控制技术（Automatic exposure control，AEC），但该方法仍采用了FBP重建，以致其在降低辐射剂量方面能力有限，因此改变重建算法成为降低剂量的最佳选择，迭代算法的应用成为研究的热点。

ASIR是诸多迭代算法中的典型代表，它可在数据不完全和较低扫描剂量下成像［1］，其中的ASIR百分比反映了原始FBP图像与本质上完全通过数学模型建立的无噪声图像的混合比例，它可以在0～100%间隔10%的范围内自由选择［2］，0%ASIR即为FBP图像，50%ASIR指ASIR图像中混合了约一半的FBP图像，100%ASIR则可以认为是无噪声图像［3］。另外，在重建所需时间方面，ASIR重建（约10幅图像/s）所需的平均时间仅比标准FBP重建（约15幅图像/s）延长50%左右，也就是说所消耗的时间并不太长，比较符合我国的国情，并且能较FBP重建明显提高图像质量。

3.2ASIR技术在低剂量膀胱CT检查中的应用价值

膀胱肿瘤是泌尿系统最常见的肿瘤，也是全身比较常见的肿瘤之一，随着生活节奏的加快，其发病率有逐渐上升的趋势，其中最常见的为膀胱癌，其次为内翻性乳头状瘤、息肉等。CT检查在判断膀胱肿瘤的有无、肿瘤的性质、分期以及治疗方法的选择方面均有重要的意义，同时CTVC成像可以更加形象、直观地观察肿瘤的情况，但是这些都是以牺牲患者的健康为代价的，为保护病人生殖腺功能，避免辐射引起局部肿瘤性疾病，低剂量扫描势在必行，而ASIR技术的应用是保证图像质量的坚强后盾。

本研究表明，80%水平的ASIR相对于FBP重建图像可以有效降低图像噪声，而且随着ASIR水平的升高，SNR及CNR也随之增高；ASIR技术可以使CTVC图像中病灶边缘逐渐圆滑，图像质量得到提高。因此，ASIR技术可以有效提高低剂量膀胱CT图像质量，但对于CTVC图像病灶检出率的提高不明显，这可能与本例肿瘤模型数较少有关，需要进一步进行大样本实验。

在以往的研究中，关于ASIR技术在膀胱低剂量CT检查中的应用较少，而在肠道中的应用较广泛，二者有许多类似之处。Flicek等［4］分别用50 mAs-FBP重建及25 mAs-40%ASIR重建的条件行CT仿真结肠镜成像，通过主观评估认为二者图像并没有显著差异，因此40%ASIR的图像可以减低约一半的剂量，虽然与本研究的CTVC略有不同，但都证明了ASIR技术对提高CT仿真内窥镜图像的较高价值。Kaza等［5］对133例小肠CT进行造影研究，结果显示，与120 kV扫描的FBP重建相比，80 kV扫描的30%ASIR重建在图像质量和病灶诊断并无明显差异，而辐射剂量较前下降了约71%。笔者通过体外模型研究发现，对＞5 mm病灶满足100%检出率的CTVC最低剂量扫描方案为千伏电压峰值120 kVp、管电流60 mA，其对应的理论CTDIvol已降低至3.46 mGy。

本研究仍有很多局限性：第一，离体肿瘤模型研究与临床研究相比是理想化的研究，未考虑膀胱内尿液流动对观察病灶造成的影响；第二，该研究中模型仅包括20枚模拟息肉，样本数相对较小，而且所制作的肿瘤模型形态单一，而临床上的部分病灶为微小病灶，而且形态不一，有时与黏膜皱襞局部突起不易进行鉴别，因此与临床病例相比，肿瘤检出率会出现一定偏差；第三，虽然本研究在主观评价方面采取了统一的观察标准，但对不同图像的主观评价还是带有一定主观性的，观察者之间的差异是客观存在的。因此，本研究通过对膀胱肿瘤模研究所得到的结论还需要进一步在临床上得到证实，更多的相关研究需要在大范围的病例中进行统计，得出更为准确的结论。

综上所述，本离体模型研究结果表明在膀胱低剂量CT检查中，ASIR技术可以提高图像质量，使CTVC图像更加柔和，在保证图像质量的同时，可以降低约50%的扫描剂量，减少病人的辐射损伤，值得临床推广；但ASIR技术对提高CTVC膀胱肿瘤检出率的能力有限，有待进一步深入研究。

［1］张超，李小虎，丁倩芸，等.迭代重建技术在临床低剂量腹部CT扫描中的应用进展 ［J］.中国临床医学影像杂志，2014，25（2）：117-119.

［2］杨尚文，何健，杨献峰，等.ASIR算法结合自动管电流调制技术在胸部低剂量CT中的应用研究［J］.医学影像杂志，2012，22（1）：58-61.

［3］于晓坤，孙浩然，李又洁，等.ASIR提高低剂量CT结肠成像息肉检出率有效性的体模研究 ［J］.临床放射学杂志，2011，30（10）：1536-1540.

［4］Flicek KT，Hara AK，Silva AC，et al.Reducing the radiation dose for CT colonography using adaptive statistical iterative reconstruction：A pilot study［J］.Am J Roentgenol，2010，195（1）：126-131.

［5］Kaza RK，Platt JF，Al-Hawary MM，et al.CT enterography at 80 kVp with adaptive statistical iterative reconstruction versus at 120 kVp with standerd reconstruction：image quality，diagnostic adequacy，and dose reduction［J］.Am J Roentgenol，2012，198（5）：1084-1092.

An application study of ASIR technique in bladder tumor model with low-dose CT scanning

ZHAO Ya-bo1，WANG Bo1，WU Xing-jie1，MA Li-heng1，ZENG Wen-yan1，ZHUANG Niang-tuo1，YANG Qing-hua1，LIU Wei-jun1，WANG Yong-hao1，DU Sen2
（1.Medical Imaging Department，the First Affiliated Hospital of Guangdong Pharmaceutical University，Guangzhou 510080，China；2.Department of Human Anatomy，Guilin Medical College，Guilin Guangxi 541000，China）

Objective：To compare the quality and lesion conspicuity of images of bladder tumor model acquired on CT by standard-dose and low-dose with adaptive statistical iterative reconstruction（ASIR）and CT virtual cystoscopy（CTVC）imaging，and to evaluate the application of ASIR technique for low dose CT scanning of bladder tumors.Methods：A fresh porcine bladder was adopted and ligated 20 lumps（1～10 mm，≤5 mm 13 lumps，＞5 mm 7 lumps）to simulate bladder tumors. High resolution CT（GE optima CT660）with different doses（120 kVp，20，40，60，80，100，120，140，160，180，200 mA）scanning was used，and 11 different levels of ASIR（0，10%，20%，30%，40%，50%，60%，70%，80%，90%and 100%）for data reconstruction were performed to get CTVC images.After objective and subjective evaluation of images collected in different conditions of different ASIR levels，the average noise，signal-to-noise ratio（SNR），contrast to noise ratio（CNR）and tumor detection rate were compared and analyzed.Results：Under the same tube current，the noise of images decreased obviously with ASIR level of 80%（P＜0.05）.Under the same tube current，image SNR increased gradually with the increase of ASIR levels（P＜0.05）.Under the same tube current，image CNR increased gradually with the increase of ASIR levels（P＜0.05）.Under a constant tube current，the lesion detection rate did not increase obviously with the increase of ASIR levels（P＞0.05）.Conclusion：ASIR technique can improve the quality of low-dose CT images of the bladder with reduction of radiation dose.ASIR technique cannot obviously improve the lesion detection rate of the bladder CTVC images.

Bladder neoplasms；Radiation dosage；Tomography，spiral computed

R737.14；R814.42

A

1008-1062（2015）10-0716-04

2015-04-03

赵亚波（1989-），男，河南清丰人，硕士研究生。现工作单位为河南省濮阳市人民医院放射科。

王波，广东药学院附属第一医院影像科，510080。