迭代算法（Asir-V）在儿童胸部扫描中的应用价值

董丽娜徐州市儿童医院 医学影像科，江苏 徐州 221000

引言

儿童呼吸系统疾病为最常见的疾病之一，胸部CT检查作为儿童胸片的补充手段被广泛应用。CT扫描所产生的电离辐射不可忽视，有报道指出，全球医源性人均辐射量在过去10～15年里大约增加了一倍[1]。儿童尤其是低龄小儿对放射线的敏感性远高于成人，小儿受辐照年龄越小，致癌危险越大[2]。因此，儿童的CT检查应严格遵循合理抑低的原则。近年来，随着人们对电离辐射认识程度的提高，如何在明确诊断的同时避免过多的放射剂量成为越来越多放射医师的关注焦点[3]，迭代算法作为一种新兴的图像重建算法，能够保证图像质量并有效降低辐射剂量，本文主要利用GE Revolution CT的Asir-V技术探讨在儿童胸部低剂量扫描中的应用价值。

1 材料与方法

1.1 一般资料

本研究选取60例于我院行Asir-v技术的儿童，随机分为3组。A组：男12例，女8例，年龄1月～6岁，平均年龄2.8岁，体重5～35 kg，平均（12.12±7.37）kg。B组：男13例，女7例，平均年龄1月～8岁，平均年龄3.1岁，体重5～40 kg，平均（13.37±4.85）kg。C组：男10例，女10例，年龄1～8岁，体重6～40 kg，平均（13.90±4.83）kg。临床症状包括：咳嗽、发热，呼吸急促等。

1.2 设备

GE Revolution 256层螺旋CT，CT床边麻醉机，CT扫描参数：轴扫，管电压100 kV；自动管电流10～450 mA，扫描层厚5 mm，重建层厚0.625 mm，探测器宽度120～160 mm，扫描时间0.28 s，噪声指数（Noise Index，NI）为10。患儿取仰卧位，头先进扫描，扫描范围自胸廓入口至膈下。A组：Asir-V：30%；B组：Asir-V：50%；C组：Asir-V：70%。

1.3 防护措施

对患儿生殖腺、甲状腺、晶状体等敏感部位使用铅衣遮挡。

1.4 镇静方法

不能配合患儿予以氧气和七氟烷混合气体吸入（麻醉科医生完成）。

1.5 图像评价

分别测量胸廓入口层面，气管分叉层面，心底层面背部肌肉CT值及标准差（Standard Deviation，SD），取SD为背景噪声指数，并计算平均值，记录每个病例的剂量长度乘积（Dose-Length Product，DLP），并根据欧盟委员会CT标准指南[4]，查得剂量转换因子k，计算有效剂量（Effective Doses，ED），小儿胸部k值分别为0.039（＜1岁）、0.018（＜5岁）、0.013（＜10岁）。

1.6 阅片

由两位影像科副主任医师进行独立阅片，对图像进行评分。图像质量主观评分，标准：1分，图像质量极差，无法用于诊断；2分，图像质量较差，不能用于诊断；3分，图像质量一般，可用于诊断；4分，图像质量较好，可以满足诊断；5分，图像质量非常好。图像评分≥3分为符合临床诊断要求，2分及以下不符合临床诊断要求[5]。

1.7 统计学分析

采用SPSS 19.0统计学软件进行进行统计学分析，对A组、B组的SD、DLP、ED分别进行独立样本t检验，P＜0.05为差异有统计学意义。对两位阅片者阅片的一致性分析采用Weighted Kappa检验，0.21≤k≤0.40，认为一致性差；0.41≤k≤0.60，认为一致性尚可；0.61≤k≤0.80认为一致性良好；0.81≤k≤1认为一致性非常好[5]。

2 结果

患儿胸部纵膈窗气管隆突层面CT平扫图像与肺膈窗气管隆突层面CT平扫图像，见图1～2。各组病例体重、DLP、ED及各兴趣区SD，见表1。各组兴趣区SD值相当，任意两组差异（P＞0.05）无统计学意义，各组DLP及ED有差异，任意两组差异有统计学意义（P＜0.01，表2），读片结果各病例图像质量良好（≥3分），两位医师图片一致性良好（表3）。

图1 患儿胸部纵膈窗气管隆突层面CT平扫图像

图2 患儿肺膈窗气管隆突层面CT平扫图像

表1 3组图像的SD、DLP及ED值

表2 3组病例的体重及图像的SD、DLP、ED值两两比较

表3 两位医生独立阅片后的主观评分及一致性分析（分）

3 讨论

儿童CT检查中绝大多数为胸部CT检查，同时CT辐射的致癌风险以及放射防护与安全问题也成为医患双方关注的焦点[6]，保证图像质量的前提下降低辐射剂量的低剂量胸部CT检查方法一直在努力探索之中。

1990年Naidich等首先提出低剂量扫描，随着优化扫描程序等多种方式被研究和利用，放射剂量已经大幅降低，降低辐射剂量的方法主要有减少管电压、管电流、自动毫安技术，加大螺距，缩短扫描时间等[7]，这些方法较为局限，在图像算法方面，传统的滤波反投影法（Filtered Back Projection，FBP）算法是一种解析算法，特点是先在连续域解析处理，最后离散化以利用计算机计算[8]。自CT应用以来一直被广泛应用，其优点是重组速度快，但它要求投影数据完备并精确定量，因此该算法需要较高的扫描剂量完成图像采集并容易受到统计波动的影响，对噪声和伪影都很敏感，重组图像质量明显下降，而且忽略了光学系统中真实的几何因素和噪声统计，在低剂量研究的背景下，该算法显然已经不能满足临床要求[9]。

随着低剂量CT研究的深入，近年来出现了以迭代重建技术为代表的新型低剂量CT技术，目前应用在临床的主流CT低剂量技术包括迭代算法和自动管电流技术等，本文主要探讨迭代算法的临床应用[10]。与传统的算法不同，迭代重建技术利用矩阵代数，通过一种数学模型选择性地识别并去除图像噪声，使图像噪声减小，提高图像质量，间接地可在保持噪声不变的情况下降低辐射剂量，其目的都是在尽可能低的条件下生成可接受的图像[11-12]。Hu等[13]的研究显示，通过图像空间迭代重建的应用，在保持图像质量的前提下，常规胸部CT平扫可以实现剂量降低40%。

GE公司的迭代算法包括ASIR、VEO和ASIR-V，ASIR通过建立噪声性质的系统统计模型和被扫描物体的系统模型，用迭代算法提高图像分辨率并且降低辐射计量，有学者报道[14]，在腹部扫描的研究中通过使用ASIR技术，与常规FBP相比，图像噪声更小而且辐射剂量降低约50%。

VEO算法是在原始空间迭代计算中，除了建立噪声、物体模型，还建立了光学和物理模型，更加真实的还原了X线的物理投射过程，真正达到了降低噪声，降低辐射剂量，消除伪影，提高空间分辨率的目的，但VEO技术数据量太大，计算时间太长，无法运用到临床中。ASiR-V是GE最新推出的全模型实时迭代平台，结合了ASiR的实时重建优势和VEO的多模型迭代优势，采用了更为先进的系统噪声模型、被扫描物体模型和物理模型。

ASiR-V技术中的系统噪声模型所考虑的因素包括数据采集系统中的光子噪声和电子噪声，以及重建图像的噪声谱，主要用于降低噪声，提高低密度对比度。本文旨在探讨相同扫描条件不同ASIR-V级别对于儿童胸部CT图像与辐射剂量的影响。ASiR-V是全模型实时迭代平台，ASiR-V技术中的系统噪声模型所考虑的因素包括DAS中的光子噪声和电子噪声，以及重建图像的噪声谱，主要用于降低噪声，提高低密度对比度。本文旨在探讨相同扫描条件下不同级别的迭代算法对辐射剂量的影响。本文3组Asir-V分别设置为：30%、50%和70%，计算出来的ED值呈递减趋势，C组辐射剂量最低，为（0.20±0.05）mSv，辐射剂量已经达到了很低的水平[15]。本文所有病例均采用轴扫模式，最大160 mm宽探测器，对于大多数儿童可以实现胸部全覆盖，一次曝光即可完成扫描，扫描时间0.28 s，有效的降低了辐射剂量，对于自由呼吸状态下的儿童很好的抑制了呼吸伪影。CT图像噪声是指在均匀物质影像中给定区域CT值对其平均值的变异，其大小可用感兴趣区均匀物质的CT值标准差表示，是影响图像质量的重要因素[16]。在图像的噪声值测量方面，选取同层面的背部肌肉获取噪声值，所以获取噪声值的感兴趣区大小的设定在一定程度上会影响测量结果，如果测量区域CT值不甚均匀，标准差会相应的增高，从而影响数值的真实性，因此选取胸廓入口、气管分叉、心底3个层面的肌肉组织，以获得较稳定的数据。其他扫描条件均相同的情况下，3组SD值相当，任意两组差异（P＞0.05）无统计学意义，每个病例纵膈窗、肺窗分别读片，结果显示各病例图像质量良好（≥3分），两位医师图片一致性良好（k分别为0.630、0.693、0.647）。通过本研究证实，高等级的自适应迭代算法（本文最大70%）在保持图像噪声稳定的同时，可以有效降低辐射剂量。

本研究仍有局限性：① 病例采集数量较少；② 细化入组患儿的标准（年龄、体重、BMI指数等）；③ 本研究仅针对平扫，增强检查在儿童胸部CT检查中有较高的比例，引入对比剂后，ASIR-V技术对图像噪声和辐射剂量的影响还需要进一步研究。

总之，在固定扫描条件的条件下，提高迭代算法Asir-V的级别不但可以保持背景噪声稳定，更重要的是可以降低辐射剂量，对儿童胸部低剂量扫描有重要价值。

[1] Hricak H,Brenner DJ,Adelstein SJ,et al.Managing radiation use in medical imaging:a multifaceted challenge[J].Radiology,2011,258:889-905.

[2] Brebber Elliston C,Hall E,et al.Estimated risks of radiation induced fatal cancer from pediatric CT[J].Am J Roentgenol,2001,176:289-296.

[3] Coakley FV,Gould R,Yeh BM,et al.CT radiation dose: what can you do right now in your practice[J].AJR,2011,196:619-625.

[4] EUR 16262.European Guidelines on Quality Criteria for Computed Tomography[S].Brussels,1999.

[5] 王慧慧,王鹤,王霄英,等.100 kVp条件下碘克沙醇（270 mgI/mL）应用于分次团注双期CTU的可行性研究[J].放射学实践,2014,49(4):373-377.

[6] 刘士远,于红.积极推进胸部低剂量CT扫描的临床应用[J].中华放射学杂志,2010,44:6-7.

[7] Lee S,Yoon SW,Yoo SM,et al.Comparison of image quality and radiation dose between combined automatic tube current modulation and ɦxed tube current technique in CT of abdomen and pelvis[J].Acta Radiol,2011,52:1101-1106.

[8] 蔡静,丁茗,薛建平,等.80 kV结合迭代算法进行多层螺旋CT小儿胸部成像可行性[J].中国医学物理学杂志,2016,33(3):297-300.

[9] 赵英明,邓克学,韦炜,等.迭代算法对腹部CT影响及降低剂量的研究[J].中国医学计算机成像杂志,2014,20:407-410.

[10] 张振.CT低剂量技术的发展和临床应用[J].中国医疗设备,2016,31(9):87-89.

[9] 张祺丰,彭芸,李剑颖,等.64排螺旋CT自动管电流调节技术降低儿童胸部扫描剂量的应用研究[J].中国医学影像技术,2009,25:15-18.

[11] Wintersperger B,Jakobs T,Herzog P,et al.Aortoiliac multidetector-row CT angiography with low kV settings: improved vessel enhancement and simultaneous reduction of radiation dose[J].Eur Radiol,2005,15(2):334-341.

[12] 孙记航,彭芸,张琪丰,等.自适应迭代重建技术对儿童低剂量胸部CT图像质量的优化[J].医学影像学杂志,2013,23(12):1936-1940.

[13] Hu XH,Ding XF,Wu RZ, et al.Radiation dose of non-enhanced chest CT can be reduced 40% by using iterative reconstruction in image space[J].Clin Radiol,2011,66:1023-1029.

[14] Singh S,Kalra MK,Heieh J,et al.Abdominal CT:Comparison technique for adaptive statistical iterative and filtered back projection reconstruction technique[J].Radiology,2010,257:373-383.

[15] Cheng A,Wang X,Duan Y,et al.Low-dose prospective ECG-triggering dual-source CT angiography in infants and children with complex congenital heart disease: ɦrst experience[J].Eur Radiol,2010,74(3):487-492.

[16] 李萍,于春瑶,刘斌,等.256排螺旋CT迭代算法诊断肺结节的最优水平[J].中华实用诊断与治疗杂志,2015,29(1):87-89.