优化前后置全模型迭代重建技术低剂量腹部CT扫描

李 莹，吕培杰，郭 英，张丽英，王会霞，高剑波*

(1.郑州大学第一附属医院放射科，河南 郑州 450052；2.GE中国CT影像研究中心，广东 广州 510623)

DOI：10.13929/j.1003-3289.201708094

CT所带来的辐射剂量已成为业界关注热点[1]。全模型实时迭代重建技术(adaptive statistical iterative reconstruction Veo， ASiR-V)既可通过前置迭代调节管电流直接降低辐射剂量[2-3]，又可通过后置迭代降低图像噪声而间接降低辐射剂量[4-5]。本研究观察腹部CT扫描中ASiR-V对图像质量和辐射剂量的影响，探讨前、后置ASiR-V的最优组合方式。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2016年12月—2017年5月本院160例接受上腹部CT扫描的患者，随机分为试验组或对照组，各80例。试验组男43例，女37例，年龄31～78岁，平均(56.9±13.0)岁，体质量指数(body mass index， BMI)为(23.91±4.08)kg/m2；对照组男48例，女32例，年龄30～80岁，平均(57.5±12.3)岁，BMI为(22.87±3.59)kg/m2。本研究通过本院伦理委员会批准，所有患者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用GE Revolution CT扫描仪，管电压120 kVp，自动管电流(200～500 mA)，探测器宽度80 mm，转速0.5 s/r，螺距0.992∶1，扫描层厚、层间距均为5 mm。对比剂(450 mgI/kg体质量)注射总量根据患者体质量计算获得，注射流率根据对比剂总量设定；分别于对比剂注射30 s、60 s及90 s后行动脉期、门静脉期和延迟期扫描[6]。

图像重建层厚、层间距均为1.25 mm。试验组CT平扫图像采用ASiR-V前置20%分别联合后置20%、40%、60%和80%进行重建(SP20、SP40、SP60和SP80图像)；动脉期图像采用前置40%分别联合后置40%、60%和80%进行重建(SA40、SA60、SA80图像)；门静脉期图像采用前置60%分别联合后置60%和80%进行重建(SV60、SV80图像)；延迟期图像采用前置80%联合后置80%进行重建(SD80图像)。对照组CT平扫及增强各期图像前置ASiR-V均设置为0，采用滤波反投影法(filtered back projection， FBP)重建后，获得平扫、动脉期、门静脉期和延迟期FBP图像(CPF、CAF、CVF和CDF图像)；采用ASiR-V技术进行图像重建，平扫、动脉期、门静脉期和延迟期的重建百分比分别为20%、40%、60%和80%，获得各期ASiR-V图像(CP20、CA40、CV60和CD80图像)。

1.3 图像分析

1.3.1 客观评价 采用GE AW 4.6工作站，将ROI分别置于各期图像肝脏、胰腺、背部肌肉及动脉期腹主动脉、静脉期门静脉及延迟期下腔静脉，测量CT值；将ROI放置于腹壁皮下脂肪，其像素平均值标准差(standard deviation， SD)为图像噪声值；ROI大小、形状和位置尽量保持一致，并避开伪影及病变区域。在连续3个相邻层面中测量数据，每层测量3次，取平均值。计算各脏器及血管的CNR，CNR=(脏器或血管CT值-背部肌肉CT值)/SD。记录各组图像CT剂量指数(CT dose index， CTDI)和剂量长度乘积(dose length product， DLP)，并计算有效剂量(effective dose， ED)。

1.3.2 主观评价 由2名分别具有3年和5年工作经验的放射科医师以5分法(表1)[6]对图像质量进行评分，意见不一致时经协商达成统一。

表1 腹部CT图像质量评分标准

1.4 统计学分析 采用SPSS 17.0统计分析软件。符合正态分布的计量资料用±s表示，两组间比较采用独立样本t检验；多组间比较采用单因素方差分析，两两比较采用SNK检验。计数资料用频数表示，组间比较采用χ2检验。各组间图像质量评分比较采用Mann-WhitneyU检验，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 辐射剂量 平扫及增强各期，试验组CTDI、DLP及ED均小于对照组(P均<0.001，表2)，其平扫、动脉期、门静脉期和延迟期ED较对照组分别下降25.39%、43.17%、51.60%和47.91%。试验组门静脉期ED与延迟期差异无统计学意义(P>0.05)；随前置ASiR-V增加，ED逐渐减低(P均<0.05)。

表2 试验组与对照组辐射剂量比较(±s)

表2 试验组与对照组辐射剂量比较(±s)

组别CTDI(mGy)平扫动脉期门静脉期延迟期试验组10.31±3.108.03±1.926.85±0.176.80±0.00对照组12.80±2.9513.05±2.7013.06±2.6712.45±3.02t值4.7411.2115.6212.55P值<0.001<0.001<0.001<0.001组别DLP(mGy·cm)平扫动脉期门静脉期延迟期试验组290.14±126.67224.91±90.67191.45±32.52190.50±32.46对照组388.45±156.44395.03±152.78395.46±151.99366.59±146.83t值3.686.738.877.92P值<0.001<0.001<0.001<0.001组别ED(mSv)平扫动脉期门静脉期延迟期试验组4.35±1.903.37±1.362.87±0.492.86±0.49对照组5.83±2.355.93±2.295.93±2.285.49±2.20t值3.686.738.877.92P值<0.001<0.001<0.001<0.001

2.2 客观评价 相同期相内，随着后置ASiR-V比例增加，试验组各脏器及血管CNR无变化或增大，SD值逐渐减小，两两比较差异均有统计学意义(P均<0.01)。对照组中，CP20与CPF图像各脏器及血管CNR、CA40与CAF肝脏CNR差异均无统计学意义，余ASiR-V组各脏器及血管CNR均高于、SD值均低于相同扫描期相FBP组图像(P均<0.01)。见表3～6。

试验组与对照组ASiR-V图像比较：在相同期相内，除SP20、SP40、SA80和SV80部分CNR与对照组ASiR-V图像相应部位CNR差异无统计学意义(P均>0.05)外，试验组SP60、SP80、SA80及SV80图像各组织及器官CNR均高于对照组ASiR-V图像(P均<0.05)。相同期相内，除SA60与CA40 SD比较差异无统计学意义(t=1.64，P=0.10)外，其余试验组与对照组相应图像SD值差异均有统计学意义(P均<0.05)；SP20、SA40、SV60、SD80图像SD值大于相应对照组图像，其余试验组图像SD值均小于对照组ASiR-V图像。见表3～6。

2.3 主观评价 对照组ASiR-V图像中，CP20、CA40、CV60图像评分随后置ASiR-V百分率(20%～60%)增加而增加，且均>3分，CD80图像评分低于3分。相同期相内，试验组图像中SP40与SP60评分差异无统计学意义，其余随后置ASiR-V(20%～60%)增高，图像主观评分增加，ASiR-V为80%时图像质量较差，其中SD80图像评分低于3分，无法满足临床诊断需求。相同期相内，除SP40、SP60与CP20，SA60与CA40图像评分差异无统计学意义(P均>0.05)外，余试验组图像质量评分均小于对照组ASiR-V图像(P均<0.05，图1～3)。

表3 试验组与对照组平扫图像CNR及SD值比较(±s)

表3 试验组与对照组平扫图像CNR及SD值比较(±s)

组别肝脏CNR胰腺CNR腹主动脉CNR门静脉CNR下腔静脉CNRSD(HU)试验组 SP200.86±0.610.59±0.580.73±0.410.76±0.540.84±0.5313.77±3.50* SP401.08±0.750.74±0.670.90±0.49*0.94±0.671.03±0.61*11.00±2.44* SP601.41±1.01*0.96±0.88*1.17±0.64*1.21±0.84*1.33±0.78*8.55±2.18* SP801.98±1.49*1.33±1.22*1.60±0.89*1.65±1.13*1.83±1.07*6.33±1.99*F值13.648.0320.9313.1018.4489.31P值<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001<0.01对照组 CPF0.71±0.650.51±0.430.56±0.310.70±0.370.63±0.3814.69±2.09* CP200.84±0.820.57±0.530.65±0.400.75±0.490.71±0.4812.35±1.79t值-0.84-0.54-1.18-0.62-0.915.65P值0.4020.5920.2410.5360.368<0.001

注：*：与对照组CP20比较，P<0.05

表4 试验组与对照组动脉期图像CNR及SD值比较(±s)

表4 试验组与对照组动脉期图像CNR及SD值比较(±s)

组别肝脏CNR胰腺CNR腹主动脉CNRSD(HU)试验组 SA401.14±0.723.01±1.45*16.38±5.9113.47±3.82* SA601.49±0.963.89±1.9020.97±6.50*10.16±1.89 SA802.05±1.335.36±2.75*29.06±9.85*7.45±1.66*F值11.8018.8641.8676.69P值<0.001<0.001<0.001<0.001对照组 CAF1.12±0.912.62±1.14*12.44±4.78*15.56±2.61* CA401.56±1.383.71±1.8118.01±7.6610.81±2.16t值-1.78-3.45-4.199.29P值0.0790.001<0.001<0.001 注:*:与对照组CA40比较,P<0.05

表5 试验组与对照组门静脉期图像CNR及SD值比较(±s)

表5 试验组与对照组门静脉期图像CNR及SD值比较(±s)

组别肝脏CNR胰腺CNR门静脉CNRSD(HU)试验组 SV604.71±1.592.80±1.36*8.73±2.37*10.84±1.74* SV806.58±2.28*3.87±1.9312.26±3.64*7.89±1.95*t值-5.17-3.91-6.258.47P值<0.001<0.001<0.001<0.001对照组 CVF3.11±1.27*2.05±0.94*5.73±1.82*15.95±3.04* CV605.33±2.273.55±1.659.99±3.728.68±1.88t值-5.82-5.33-7.0213.52P值<0.001<0.001<0.001<0.001 注:*:与对照组CV60比较,P<0.05

表6 试验组与对照组延迟期图像CNR及SD值比较(±s)

表6 试验组与对照组延迟期图像CNR及SD值比较(±s)

组别肝脏CNR胰腺CNR下腔静脉CNRSD(HU)试验组 SD804.40±1.672.32±1.395.82±1.89*8.06±1.50*对照组 CDF2.02±0.90*1.12±0.72*2.85±1.11*16.30±3.07* CD804.69±2.252.67±1.656.81±3.106.50±1.81t值-7.54-5.88-8.1918.24P值<0.001<0.001<0.001<0.001 注:*:与对照组CD80比较,P<0.05

图1 对照组ASiR-V组和试验组不同期相迭代百分比主观评分

3 讨论

FBP是传统CT图像重建方式，因便捷等优点广泛应用于临床，但其图像噪声较大，辐射剂量相对较高[7-8]。传统迭代重建算法，如目前常用的自适应统计迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction，ASiR)[9-10]仅能在图像重建时进行降噪处理，而无法在扫描时对图像质量和辐射剂量进行干预。而ASiR-V不仅可通过后置技术降低重建图像噪声、从而降低辐射剂量、提高图像质量，还可通过前置技术于扫描时调整管电流，进而降低扫描的辐射剂量。

本研究结果显示，与对照组前置ASiR-V 0%相比，试验组(前置ASiR-V为20%、40%、60%和80%)ED降低(P均<0.001)，且随前置ASiR-V在20%～60%间变化，图像ED逐渐减低。前置比例一定时，随后置ASiR-V比例增高，图像噪声逐渐减低，脏器及血管CNR呈增加趋势；后置ASiR-V在20%～60%间变化时，图像主观评分无明显改变或增加，而后置ASiR-V增加至80%时，图像主观评分下降，甚至出现蜡状伪影而影响诊断，与既往研究[11-12]结果一致。研究[13]发现，后置ASiR-V降低图像噪声的效果较ASiR更显著，但过高比例的ASiR及ASiR-V可影响图像的主观评分，产生水墨画感，可能与软组织或腹腔内病变噪声值过低、导致图像细微结构显示不清有关。目前ASiR 40%被作为常规参数[14]，而本研究显示后置ASiR-V 60%图像质量较好，推荐临床使用。

本研究试验组前置20%联合后置40%或60%图像与对照组后置20%图像、前置40%联合后置60%图像与对照组后置40%图像质量评分差异无统计学意义(P均>0.05),其余试验组图像质量评分均小于对照组ASiR-V图像(P均<0.05)，提示ASiR-V前置40%联合后置60%既能保证图像主观质量，又可降低辐射剂量，推荐临床应用。

图2 患者女，53岁，对照组CT图像 A.CP20； B.CA40 图3 患者男，51岁，试验组CT图像 A.SP40； B.SA60

本研究样本量较小，且未评估对腹部疾病的检出率和诊断能力，有待今后深入研究。

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