基于全模型迭代重组算法（IMR）在头颈联合动脉CTA双低扫描中的应用

高思喆，张斌，赵福新，郭文力

（中国医科大学附属盛京医院放射科，辽宁沈阳110004）

◁影像技术学▷

基于全模型迭代重组算法（IMR）在头颈联合动脉CTA双低扫描中的应用

高思喆，张斌，赵福新，郭文力

（中国医科大学附属盛京医院放射科，辽宁沈阳110004）

目的：探讨256层螺旋CT在头颈联合动脉CTA成像中，应用低kV、低注射速率及全模型迭代重组（IMR）技术对头颈部动脉疾病诊断中的应用价值。方法：拟行头颈动脉CTA检查患者60例按照同期随机原则分为2组，每组30例。A组（对照组）采用常规剂量扫描及高级混合迭代重组（iDose4），B组（双低组）采用低kV、低注射速率，并采用IMR技术重组。采用t检验分别比较颈总动脉起始部、颈总动脉远端及颅内动脉各组客观评价指标（噪声、对比噪声比）及辐射剂量（CT剂量指数、CT剂量长度乘积、有效辐射剂量）的差异。采用χ2检验比较主观图像质量评分（对比度、锐利度、主观噪声）。结果：B组噪声（17.4±1.8，8.3±0.8，10.0±0.8）低于A组（25.5±3.2，9.0±0.6，11.9±1.2），差异有统计学意义（t=12.08，3.83，3.80，P均＜0.01）。B组对比噪声比（30.7±4.7，67.6±8.0，37.7±5.8）高于A组（19.0±3.7，58.0±7.3，37.7±5.8），差异有统计学意义（t=10.71，4.86，7.37，P均＜0.01）。B组显示了很好的主观图像质量，各部分主观评分在对比度及主观噪声方面均优于A组，而在锐利度方面略差于A组，但差异无统计学意义（χ2=0.27，0.07，0.61，P=0.64，0.81.0.49，P均＞0.05）。B组有效辐射剂量值为（0.84±0.03）mSv，较A组剂量（1.43±0.06）mSv降低约41%。结论：新型全模型迭代重组算法（IMR）较高级混合迭代重组算法（iDose4）可以进一步降低噪声，而图像质量可满足诊断需求。

体层摄影术，螺旋计算机

随着MSCT技术的发展，头颈联合CTA以较高的敏感度、特异度成为头颈部动脉疾病的重要筛查手段。与此同时，人们对其辐射剂量的关注也与日俱增。降低头颈联合CTA剂量的主要方式包括：降低管电压、管电流、缩短扫描长度、缩小FOV，管电流调制技术等。近年来，迭代重组（IR）算法开始应用于低剂量CT成像中[1]。早期应用于头颈联合CTA的研究结果显示，采用IR可以在保证动脉腔内强化程度不变的同时明显降低图像噪声，改善图像质量[2-4]。在不同机型的头颈联合CTA检查中，应用不同类型的迭代重组可以使辐射剂量大幅降低[5-6]，因而，本研究拟通过常规辐射剂量组高级混合迭代算法（i-Dose4）重组图像与双低剂量组IMR重组图像的比较，探讨新型全模型迭代重组（IMR）技术较iDose4技术在降低头颈联合CTA的辐射剂量及对比剂的注射速率同时，能否保证图像质量达到诊断要求。

1 资料与方法

1.1 病例选择

2015年11—12月拟行头颈部动脉CTA检查者。排除标准：体质量指数（BMI）＜20kg/m2或＞30kg/m2；严重的肾功能不全（肌苷清除率≤120μmol/L）、怀孕、已知碘对比剂过敏、心功能Ⅲ级以下等。共收集符合上述标准患者60例，其中男36例，女24例；年龄29～79岁，平均（53±10）岁；BMI 21.9～30.0 kg/m2，平均（25.4±2.8）kg/m2。受检者按照同期随机原则分入2组，每组30例。A组采用120 kV、150mAs扫描，B组为双低组，采用管电压100 kV，150mAs。该实验经伦理委员会批准，所有患者均签署知情同意书。

1.2 扫描方法

头颈联合CTA检查采用256层CT（Philips Brilliance iCT）。扫描范围从胸骨角水平至颅顶。采用对比剂跟踪触发技术，感兴趣区设于胸骨角水平升主动脉内，触发阈值为150HU。达阈值后开始扫描。采用Ulrich REF XD 2051双筒高压注射器，18g套管针，置于前臂静脉，注射对比剂碘海醇（350mgI/mL）。A组对比剂注射量为50mL，注射速率为5.0mL/s，随后相同流率注入生理盐水30mL。A组扫描参数：管电压120 kV，150mAs。B组对比剂注射量为40mL，注射射速率为4.0mL/s，随后相同流率注入生理盐水30mL。扫描参数：管电压100 kV，150mAs。准直器宽度为128×0.625mm，FOV 220mm×220mm，扫描长度287.4～383.4mm，平均（343.6±14.9）mm。重组层厚1mm，重组间隔0.8mm。

1.3 图像处理及分析

A组原始数据采用iDose4Level 3重组。B组采用IMR Level 1重组。各序列均采用相同卷积函数。

1.3.1 图像质量主观评价

将图像的各组横断面数据传至ISP工作站（IntelliSpace Portal，Philips Healthcare）进行分析。采用横断面、CPR及VR图像对受检者的颈总动脉、颈内动脉、颈外动脉及颅内各动脉进行图像质量的综合评估，内容包括：血管和周围结构的对比度、管腔边缘的锐利度、主观噪声。上述主观指标均按照3分法评定，3分：血管显示连续，远近端同等强化，边缘锐利；2分：血管显示连续，远端强化较差，边缘少量伪影，不影响管腔评价；1分：血管显示连续，血管整体强化较差，管腔模糊，难于评价。由2位不知扫描条件及患者临床资料的有经验的放射科医师（从事CT诊断5年以上）对图像质量进行评价，二者意见不一致时，由第3名放射科医师评定，取相同评分作为最终结论。

1.3.2 图像质量客观评价

①在胸骨角水平的升主动脉根部内设定2 cm2感兴趣区，测定其CT值，并以其标准差作为图像噪声。测定同层面前胸壁皮下脂肪CT值作为背景，其感兴趣区大小取不包含血管、肌肉及腺体组织的最大面积值。按照公式：对比噪声比（CNR）=（CT主动脉-CT脂肪）/图像噪声主动脉，计算CNR。②在颈总动脉远端中心设定0.2 cm2感兴趣区，测定其CT值，并以其标准差作为图像噪声。测定同层面颈部皮下脂肪CT值作为背景。按照公式：对比噪声比（CNR）=（CT颈总动脉-CT脂肪）/图像噪声颈总动脉，计算CNR。③在颅内基底动脉中心设定5mm2感兴趣区，测定其CT值，并以其标准差作为图像噪声。测定同层面鞍上池内脑脊液CT值作为背景，按照公式：对比噪声比（CNR）=（CT基底动脉-CT脊液）/图像噪声基底动脉，计算CNR。如图1～3。

1.3.3 辐射剂量测量

采用CT剂量指数（CTDI），CT剂量长度乘积（DLP）及有效辐射剂量（ED）评价患者的辐射剂量。记录扫描过程中CTDI及DLP值。采用公式：ED=DLP×k计算患者有效辐射剂量（k=0.003 1 mSv/（mGy·cm））。

图1 ～3分别测定感兴趣区A、C、E内CT值及图像噪声，分别测定感兴趣区B、D、F内CT值作为背景。Figure 1～3.To determine the CT value and image noise in ROI A,C and E and to determine the CT value in ROI B,D and F as background.

图4 ～6为120 kV造影剂，注射速率5mL/s，iDose4重建。图7～9为100 kV造影剂，注射速率4mL/s，IMR重建。Figure 4～6.120 kV,injection rate:5 mL/s,iDose4re construction.Figure7～9.100kV,injection rate:4 mL/s.IMR reconstruction.

1.4 统计学分析

2 结果

所有受检者均顺利通过检查,无不良反应发生。

2.1 图像质量评价与比较

2.1.1 主观评价结果

2名放射科医师对2组图像的主观评分显示了较好的组间一致性。Kappa值为0.77，二者不一致的病例经第3名放射科医师评阅，取一致评分作为该病例的最终评分值（表1）。

B组显示了等同于A组的主观图像质量，且对比度及主观噪声均优于A组，但与A组比较差异无统计学意义（P＞0.05）。

表1 两组图像主观评分比较

2.1.2 图像客观指标的比较

B组的噪声值较A组噪声更低，差异有统计学意义（P＜0.01）。在CNR方面，B组均高于A组，差异有统计学意义（P＜0.01，表2～4）。

表2 两组颈动脉起始部图像客观评分比较（±s）

表2 两组颈动脉起始部图像客观评分比较（±s）

组别主动脉CT值噪声CNR A组365.7±56.2（231.7～531.9）25.5±3.2（16.3～32.3）19.0±3.7（12.5～28.0）B组406.2±49.1（316.8～564.8）17.4±1.8（14.0～23.1）30.7±4.7（19.0～43.4）t值2.97 12.08 10.71 P值＜0.05＜0.01＜0.01

表3 两组颈总动脉远端图像客观评分比较（±s）

表3 两组颈总动脉远端图像客观评分比较（±s）

组别颈总动脉CT值噪声CNR A组413.6±65.3（263.9～579.6）9.0±0.6（7.0～11.8）58.0±7.3（40.0～79.7）B组438.4±61.9（322.1～566.2）8.3±0.8（5.9～10.6）67.6±8.0（44.7～85.9）t值1.51 3.83 4.86 P值＞0.05＜0.01＜0.01

表4 两组颅内基底动脉图像客观评分比较（±s）

表4 两组颅内基底动脉图像客观评分比较（±s）

组别基底动脉CT值噪声CNR A组336.8±45.1（232.2～450.9）11.9±1.2（9.2～14.8）28.3±3.9（20.2～35.3）B组374.8±54.6（273.3～491.2）10.0±0.8（8.8～12.7）37.7±5.8（26.9～52.4）t值2.94 3.80 7.37 P值＜0.01＜0.01＜0.01

表5 两组辐射剂量比较

2.2 辐射剂量的比较

各组CTDI，DLP及ED比较见表5。各组辐射剂量差异均存在统计学意义。A组ED值为（1.43±0.06）mSv，而主观图像质量，客观噪声、CNR更佳的B组的ED值为（0.84±0.03）mSv，较A组剂量降低约41%。

3 讨论

目前，Philips Brilliance iCT应用于临床的迭代重组技术主要是高级混合迭代重组（iDose4）技术和全模型迭代重组（IMR）技术。以往的研究结果显示iDose4较滤波反投影技术（FBP）可以显著地降低噪声，改善对比噪声比及信噪比[7-8]。本研究采用的IMR是最新的迭代重组技术，与既往的部分模型或者非模型混合性迭代重组技术不同，IMR是基于微平板探测器和硬件平台的非线性全模型迭代重组技术，该技术以结构化知识模型为基础，可在重组过程中准确建立数据统计模型以及图像统计模型，并且通过反复减少扫描模型与采集数据之间的差异来逼近最真最优的图像显示[9]。其图像显著特点是较FBP和以往迭代重组算法比较，可以保持较低的图像噪声水平，并同时提高图像的对比度，这样在进一步降低辐射剂量的条件下，仍能获得满意的图像质量，或提升图像质量而增加诊断信心，在新近的相关研究中已得到临床和体模实验的验证[10-12]。

目前，双低（低辐射剂量、低对比剂剂量）技术在头颈联合CTA中应用的可行性已有大量研究[13-14]。IMR技术在低管电压腹部CTA以及低管电压和低对比剂在腹部动态增强扫描中作用已在新近的研究结果中得到肯定，但在双低头颈联合CTA中尚未见报道[15-16]。本研究将双低结合IMR技术应用于头颈联合CTA成像，结果显示，采用IMR重建，可以有效的降低图像的噪声，提高图像的对比度及对比噪声比等客观指标，从而得到优于常规辐射剂量iDose4重组的图像质量。

本研究的优势：①IMR重组较iDose4重组能进一步降低辐射剂量，而测得图像的客观数据均优于iDose4重组图像。②实验B组采用低注射速率的对比剂注射方法（A组注射速率为5.0mL/s，B组注射速率为4.0mL/s），在相同的注射时间内所需对比剂的量较A组减少20%，减少了对比剂对人体的毒性。③由于采用相对的低注射速率，在注射对比剂时，降低了对血管承受能力的要求。

本研究的局限性：①每组病例数偏少，有待进一步扩大样本量。②受检者的BMI在20～30 kg/m2，因而本研究结论仅适用于中等体型的受检者，肥胖及瘦小患者的低剂量条件尚待进一步研究。③IMR重组能否客观真实地反映斑块的形态特征，及其诊断血管狭窄的准确性尚待进一步研究。

综上，新型全模型迭代重组技术IMR可以显著降低噪声，在256层CT头颈联合CTA中应用此项技术，可使中等体型个体的有效辐射剂量降至0.84mSv。在剂量降低41%的条件下仍可得到优于常规剂量iDose4重组的图像质量。若要得到相当于常规剂量iDose4重组的图像质量，辐射剂量仍有进一步下探的可能。

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Application in head-neck CTA based on IMR w ith low tube voltage and low rate injection of contrast medium

GAO Si-zhe,ZHANG Bin,ZHAO Fu-xin,GUO Wen-li
(Department of Radiology,Shengjing Hospital of China Medical University,Shenyang 110004,China)

Objective:To investigate the clinical use of 256-slice spiral CT in the diagnosis of head and neck artery disease in CTA combined with low-tube-voltage and low rate injection of contrast medium by IMR reconstruction.M ethods:Sixty patients who would perform head-neck CTA were enrolled and divided into two groups random ly.CTA was performed in group A using normal tube voltage(120 kV)and normal injection rate of contrast medium(5mL/s)by iDose4reconstruction.Group B

CTA by low-tube-voltage(100 kV)and low injection rate of contrast medium(4mL/s)with IMR reconstruction.Quantitative measurements of CT value,image noise and contrast-to-noise ratio(CNR)were measured in either group.The t-test was used to compare objective evaluation indices(noise,CNR)and radiation dosage between the two groups.χ2-test was used to compare subjective evaluation of image quality(contrast,sharpness and subjective noise)between the two groups.A level of P＜0.05 was considered statistically significant.Results:There were significant differences in objective noise and CNR between the two groups(P＜0.01).Group B showed better subjective image quality.Compared to group A,group B showed better subjective scores of contrast and noise,and slightly worse score of sharpness with no significence(P＞0.05).The effective dose(ED)of group B((0.84±0.03)mSv)was 41%lower compared to group A((1.43±0.06)mSv).Conclusion:Compared with i-Dose4,iterative model reconstruction technique can provide 41%ED reduction in head-neck CTA by 256 MSCT with satisfactory image quality.

Tomography,spiral computed

R816.1；R814.42；R814.43

A

1008-1062（2017）01-0064-04

2016-04-28；

2016-06-21

高思喆（1982-），男，辽宁抚顺人，技师。E-mail：18940254598@189.cn

郭文力，中国医科大学附属盛京医院放射科，110004。E-mail：guo_wl68@163.com