前置自适应统计迭代重建技术对胸部CT辐射剂量和图像质量的影响：体模与临床研究

颜利辉，陈 飞，姚立正，李 新

(东南大学医学院附属盐城医院影像科，江苏 盐城 224001)

前置自适应统计迭代重建技术对胸部CT辐射剂量和图像质量的影响：体模与临床研究

颜利辉，陈 飞，姚立正*，李 新

(东南大学医学院附属盐城医院影像科，江苏 盐城 224001)

目的 探讨前置基于多模型的自适应统计迭代重建(ASiR-V)技术对胸部CT辐射剂量和图像质量的影响。方法 采用GE Revolution CT对胸部仿真体模和120例胸部CT平扫患者(分为6组，每组20例)分别设定前置ASiR-V权重为0、20%、40%、60%、80%、100%进行扫描。管电压120 kV，管电流采用自动毫安(Smart mA 10-500)技术，噪声指数设为11。记录胸部体模及各组患者扫描的剂量长度乘积，计算并比较各组有效剂量(ED)。以胸部体模不同组织结构(肺组织、脊柱旁软组织、主动脉和椎体)的CT值和标准差(SD)作为客观指标，结合对各组患者的图像主观评分，比较图像质量的组间差异。结果 随着前置ASiR-V权重的增加，体模及患者的ED均呈对数降低，体模不同组织CT值、图像噪声均未见明显改变。ASiR-V权重为40%时纵隔窗和肺窗的主观评分开始下降；60%时纵隔窗和肺窗图像主观评分相对40%时出现明显下降(P<0.05)。ASiR-V权重为40%，ED降至ASiR-V权重为0时的57.21%。结论 前置ASiR-V可以降低辐射剂量，同时又不影响图像客观指标；前置ASiR-V权重为40%时，图像仍可保证临床诊断需求，且辐射剂量明显降低，临床应用价值最高。

胸部；体层摄影术，X线计算机；基于多模型的自适应统计迭代重建；辐射剂量；图像质量

辐射剂量和图像质量是临床CT检查中最为关注的两个重点，如何在保证图像质量的基础上尽可能减少辐射剂量，成为目前研究[1-3]的热点。其中最主要和普遍应用的一种方法是在扫描时采用低辐射剂量的扫描条件，并在重建图像时利用迭代重建技术对图像质量进行补偿。迭代重建是目前CT图像重建的最主要算法之一[4]，用于图像后处理，可降低图像噪声。基于多模型的自适应统计迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction Veo, ASiR-V)技术[5]可在扫描前(前置)通过设置不同的权重，达到不同的效果。本研究基于仿真胸部体模的客观数据结合临床患者图像的主观评分，探讨前置ASiR-V技术对胸部CT辐射剂量和图像质量的影响。

1 材料与方法

1.1一般资料 体模组：仿真男性胸部体模(Multipurpose Chest Phantom N1 “LUNGMAN”， Kyoto Kagaku, Tokyo, Japan)，该体模双臂上举，与胸部CT扫描患者体位保持一致，其仿真软组织及骨骼的X线衰减性能与人体组织等效。患者组：收集2016年5月—2016年7月我院接受胸部CT平扫的患者120例，其中男68例，女52例，年龄22～85岁，平均 (51.1±18.3)岁，体质量指数(body mass index, BMI)22.8～24.5 kg/m2，随机分为6组，每组20例，各组BMI差异无统计学意义。本研究获得我院伦理委员会批准，患者均知情同意。

1.2仪器与方法 采用GE Revolution CT 256排、16 cm宽体CT探测器，在预设噪声指数(NI)为11的条件下分别对仿真体模和患者进行扫描。扫描参数：管电压120 kV，管电流采用自动毫安秒(Smart mA10-500)技术，扫描范围由胸廓入口至膈肌水平。对于体模，分别设定前置ASiR-V权重为0、20%、40%、60%、80%、100%进行6次扫描。对于患者，每组分别设定前置ASiR-V权重为0、20%、40%、60%、80%、100%。记录各组扫描的剂量长度乘积并计算有效剂量(effective dose, ED)，ED=DLP×W，其中W=0.017[2]，单位为mSv。

1.3图像评价 包括客观评价和主观评分；由2名影像科高年资医师共同商讨决定。

1.3.1 客观评价 在胸部体模CT轴位图像上肺区(胸锁关节层面)、中肺区(气管分叉层面)及下肺区(左下肺静脉层面)各取一幅图像，见图1。分别选取肺组织、脊柱旁软组织、主动脉和椎体放置ROI(圆形，大小100～120 mm2)。记录各ROI的CT值和SD值(图像噪声)，各组织的CT值和SD值取3层的平均值。

1.3.2 主观评价 采用GE AW 4.6后处理工作站。对各组患者图像采用随机排序方式并隐藏扫描参数及相关患者信息。图像分别以肺窗(窗宽1 000 HU，窗位-600 HU)和纵隔窗(窗宽350 HU，窗位50 HU)显示。主观评价主要内容包括肺窗所显示的支气管血管束，纵隔窗所显示的纵隔及胸壁结构的对比度、清晰度及噪声。以此分别对肺窗和纵隔窗图像质量进行评分[6]：1分为图像质量差(噪声大，伪影重，组织结构显示不清)，完全不能用于临床诊断；2分为图像质量较差(噪声较大，组织结构显示欠清)，不能完全达到诊断要求；3分为图像质量中等(噪声较小，组织结构显示尚清)，基本达到临床诊断要求；4分为图像质量良好(噪声小，组织结构显示较清楚)可以达到临床诊断要求；5分为图像质量优(噪声极小，组织结构显示清晰)，完全满足临床诊断要求。≥3分为图像可用于临床诊断。

2 结果

随前置ASiR-V权重的增加，体模和患者ED均呈对数降低。曲线拟合模型：体模，Y=-1.5804ln(X)+2.9646(R2=0.9955)；患者：Y=-3.0455ln(X)+6.6461(R2=0.978)，见图2。

表1 前置ASiR-V技术不同权重下各组织的CT值、SD值

图1 体模成像 A.标准胸部体模定位片; B.胸部体模气管分叉处肺窗; C.胸部体模气管分叉处纵隔窗。ROI位点：①肺组织，②脊柱旁软组织，③主动脉，④椎体

随着前置ASiR-V权重的增加，于体模测得的不同组织CT值、图像噪声均未见明显改变，见表1。

前置ASiR-V不同权重时图像主观评分见表2、3和图3。40%权重时纵隔窗和肺窗的主观评分开始下降，但与0、20%权重时差异无统计学意义。60%权重时纵隔窗和肺窗图像主观评分相对40%权重明显下降(P均<0.05)。以≥3分表示图像可用于临床诊断，纵隔窗图像在ASiR-V权重为40%之前，肺窗图像在ASiR-V权重为80%之前，所有患者图像主观评分均≥3分。ASiR-V权重为40%和80%时，ED分别降至ASiR-V权重为0时的57.21%和21.97%。

表2 纵隔窗和肺窗前置ASiR-V不同权重时患者图像的主观评分比较[M(Q1,Q3)]

注：统计值均为与上一相邻权重时比较

表3 前置ASiR-V不同权重时患者图像的主观评分(例)

3 讨论

因辐射损伤与致癌风险相关，且近年来胸部CT检查在临床运用中的大幅增加，导致CT检查中的辐射剂量成为临床关注的热点[1-3,7-9]。通常胸部CT检查常采用降低管电压、管电流等方法，在一定程度上降低辐射剂量，但往往导致图像质量下降，噪声增加[10]。

图2 随着前置ASiR-V权重增加，体模(A)和患者(B)ED呈对数下降

因此，如何在保证图像质量的基础上有效降低辐射剂量是目前研究的热点。研究[11]表明，迭代重建技术可在维持图像质量的基础上有效的降低辐射剂量。ASiR-V是一种新的迭代重建算法[5]。以往的迭代重建技术只能应用于扫描后的图像后重建，而ASiR-V则可在扫描前就设定权重，以达到降低剂量的效果。本研究采用ASiR-V技术在不同权重的情况下，对仿真胸部体模和患者分别进行前置扫描，探讨ASiR-V对胸部CT辐射剂量和图像质量的影响；另外结合临床患者图像的主观评分，探讨ASiR-V在临床中的应用价值。

本研究在胸部扫描中，发现随着前置ASiR-V权重的增加，体模和患者ED均呈对数降低，同时体模肺组织、脊柱旁软组织、主动脉和椎体的CT值以及图像噪声均未见明显改变。提示前置ASiR-V技术权重的

增加，并不会影响图像质量，却可以有效降低辐射剂量。然而，ASiR-V权重并非越高越好，研究[5-6]表明ASiR-V权重增加到一定程度后，纵隔窗图像出现蜡像状伪影，肺内细小解剖结构显示欠佳，结构边缘(如血管壁和支气管)产生台阶样伪影，减弱组织结构界面的对比，出现模糊效应，主观评分下降。本研究对120例患者随机进行不同权重前置ASiR-V技术的扫描，发现随着ASiR-V权重增加，40%权重时纵隔窗和肺窗的主观评分开始下降，但与权重为0、20%比较差异均无统计学意义。60%权重时纵隔窗和肺窗图像主观评分相对40%权重出现明显下降(P均<0.05)，且ASiR-V权重为40%，ED降至ASiR-V权重

综上所述，前置ASiR-V可以降低辐射剂量，但不影响图像质量；前置ASiR-V权重为40%时，临床应用价值最高。为0时的57.21%。提示临床在综合考虑辐射剂量与图像质量的情况下，ASiR-V权重为40%最为合适。另外，主观评分≥3分表示图像可用于临床诊断，纵隔窗图像在ASiR-V权重为40%之前，肺窗图像在ASiR-V权重为80%之前，所有病例图像主观评分均≥3分；虽然肺窗ASiR-V权重为60%和80%时的主观评分与低权重时差异有统计学意义，但由于肺组织的天然高对比，80%权重之前的图像主观评分均可基本满足诊断要求。此时ASiR-V权重为80%时，ED可降至ASiR-V权重为0时的21.97%。因此，本研究认为，体检患者或疑似肺疾病进行筛查的患者(重点看肺窗图像)，可提高ASiR-V权重到80%，以尽可能降低辐射剂量；如需观察炎症内部细微结构或结节样病灶周围毛刺等征象时可通过薄层重建进行补充。

图3 不同权重时的图像 A～C.ASiR-V权重为40%、60%、80%的纵隔窗图像；图A示纵隔淋巴结结构清晰，脊柱旁肌组织显示清楚；肺结节病灶内细微结构显示清楚，肺癌周边分叶及组织内结构、与胸膜之间关系能清楚显示；图B示右上肺病灶内部结构砂砾样钙化显示欠佳；图C示支气管扩张蜂窝样改变，但已出现腊条样伪影； D～F.ASiR-V权重为60%、80%、80%(层厚1.25 mm重建)的肺窗图像；图D对结节病灶短小毛刺及肺内微结节显示清楚；图E肺窗囊柱支气管扩张及周围结构显示能进行临床诊断，对细微结构显示欠佳；图F图像细微结构显示清楚(层厚1.25 mm重建)

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颜利辉(1976—)，女，江苏盐城人，硕士，副主任医师。研究方向：胸部影像诊断。E-mail: 1061077693@qq.com

姚立正，东南大学医学院附属盐城医院影像科，224001。E-mail: ycsyylz@163.com

2016-11-10

2017-01-15

R814.2；R814.42

A

1003-3289(2017)03-0468-05