Karl 迭代重建在降低胸部CT 检查辐射剂量中的应用价值

何 健，王金屏，吕良深，韦振耿，覃山秀

（河池市第三人民医院放射科，广西河池547000）

0 引言

CT 检查作为胸部首选检查在临床广泛应用，甚至有专家推荐CT 检查可作为胸部体检的筛查手段[1-2]。而CT 检查是以X 线作为成像基础，不可避免带来辐射，如何在降低辐射剂量和提升图像质量两者之间找到平衡一直是业界研究的热点和重点。降低辐射剂量的方法多种多样，包括根据受检组织厚度和密度不同而自动进行实时动态曝光剂量调节（CARE Dose 4D），低管电压、低管电流、大螺距等直接降低辐射剂量，也有通过改变图像重建方式、后处理方法等间接降低辐射剂量，在全身不同部位检查中取得不同程度的效果[3]。目前临床上通过改变图像重建方式来间接降低辐射剂量成为业界研究的热点，包括正弦图确定迭代重建（sinogram affirmed iterative reconstruction，SAFIRE）、Karl 迭代重建等。但同时将直接降低辐射剂量和间接降低辐射剂量2 种方法结合起来应用在胸部检查中的报道较少[2，4]。本研究重点探讨采用降低管电流联合Karl 迭代重建方式在降低胸部检查辐射剂量的可行性。

1 资料与方法

1.1 临床资料

收集2017 年1 月至2018 年6 月怀疑胸部疾病在我院行CT 胸部平扫的120 例患者，男68 例、女52例，年龄18～73 岁，平均（52.4±16.1）岁。其中胸部图像未见异常者26 例，显示异常者94 例；共发现渗出影/实变影35 例，纤维条索影17 例，空洞5 例，空腔16 例，肿块23 例，结节15 例，钙化14 例，胸腔积液15 例，淋巴结26 例。所有患者扫描前签署知情同意书。纳入标准：疑似胸部疾病患者并完成CT 检查者；CT 图像清晰，能满足诊断要求。排除标准：孕妇、不能配合检查者、体质量指数（body mass index，BMI）＞28 kg/m2者。

1.2 检查方法

采用上海联影医疗科技有限公司生产的uCT-510 16 层螺旋CT 机。患者仰卧位，双臂抱头，头先进，扫描时吸气后屏住。扫描范围从肺尖至肋膈角下1～2 cm。扫描参数：管电压120 kV、准直16×1.2 mm、球管旋转时间0.5 s、螺距1.0、层厚5 mm、层间距5 mm，矩阵512×512，肺窗及纵隔窗重建。根据管电流设置不同分为100 mAs扫描组、50 mAs 扫描组、25 mAs 扫描组，每组40 例。

1.3 图像后处理及分析

纵隔窗分别采用滤波反投影（filter backup projection，FBP）和Karl 迭代重建，其中迭代重建按照重建强度（5 级）进行重建。由2 名主治医生独立进行图像分析，若意见相差较大，请上级医师综合分析达成共识。测量感兴趣区定在肺动脉干、左心室、脊柱旁肌肉组织，测量范围约1 cm2。图像分析客观指标包括平均CT 值、图像信噪比（signal noise ratio，SNR）（为平均CT 值/标准差），以脊柱旁肌肉组织的CT 值标准差（standard deviation，SD）作为图像噪声。图像分析主观指标包括主观评分、病灶显示情况。评分标准如下[2]：（1）3 分：图像质量优，图像层次清楚、病灶显示好，满足诊断要求；（2）2 分：图像显示尚可，基本满足诊断要求，不影响病灶观察；（3）1 分：图像质量差，病灶显示模糊，不能评价。

1.4 辐射剂量评价

剂量指标包括容积CT 剂量指数（CT dose index volumes，CTDIvol）、剂量长度乘积（dose length product，DLP）及有效剂量（effective dose，ED），CTDIvol、DLP由计算机自动获取，ED 采用公式计算[5]：ED=DLP×K，其中K为换算因子（K值为0.014）。

1.5 统计学分析

采用SSPS 21.0 统计软件进行数据分析，25 mAs+Karl、50 mAs+FBP、50 mAs+Karl、100 mAs+FBP 几组图像的平均CT 值、SNR、SD、主观评分、辐射剂量差异比较采用t检验或F检验。病灶显示差异采用Wilcoxon 分析。P＜0.05 为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 50 mAs 扫描组不同重建方式比较

采用50 mAs 扫描结合不同重建方式重建，2 种图像平均CT 值、SNR、SD 及主观评分比较采用配对t检验，不同感兴趣区的平均CT 值、图像主观评分比较无统计学差异（P＞0.05），SNR、SD 比较具有统计学差异（P＜0.05），Karl 迭代重建图像SNR 高于FBP 重建图像，SD 低于FBP 重建图像，详见表1。

表1 50 mAs 扫描不同重建方式比较结果

2.2 不同mAs 不同重建方式比较

分别比较100 mAs+FBP 与50 mAs+Karl、50 mAs+FBP 与25 mAs+Karl 几组图像，肺动脉干、左心室、脊柱旁肌肉组织的平均CT 值及主观评分比较无统计学差异（P＞0.05），SNR、SD 比较具有统计学差异（P＜0.05），Karl 迭代重建图像SNR 高于FBP 重建图像，图像噪声低于FBP 重建图像。采用100 mAs+FBP与50 mAs+Karl、50 mAs+FBP 与25 mAs+Karl 所获得图像均可满足诊断要求（见表2、3）。

表2 100 mAs+FBP 与50 mAs+Karl 迭代重建比较结果

表3 50 mAs+FBP 与25 mAs+Karl 迭代重建比较结果

2.3 病灶检出情况比较

采用Wilcoxon 分析100 mAs+FBP、50 mAs+Karl、25 mAs+Karl 病灶检出情况，不具有统计学差异（Z=1.45，P=0.14＞0.05），均可显示渗出影/实变影、纤维条索影、空洞和空腔、肿块和结节、钙化、胸腔积液、淋巴结等（如图1、2 所示）。

图1 3 组肺窗图像

2.4 辐射剂量比较

3 组辐射剂量比较采用F检验，均具有统计学差异（P＜0.05）。采用50、25 mAs 扫描的ED 较100 mAs扫描分别降低23.3%、51.2%（见表4）。

3 讨论

自1972 年世界上第一台CT 机问世以来，CT 已经历了多次发展和革新，无论如何发展，主要致力于降低辐射剂量与提高图像质量2 个方面[3，6]。而降低辐射剂量与提高图像质量存在矛盾关系，高质量的图像势必需要一定剂量的X 线剂量。随着CT 检查在各级医院广泛开展，其带来的电离辐射损伤已成为严重的医疗问题和社会问题，不仅引发行业内对CT检查可能导致辐射相关疾病危险性的担忧，也激发了全社会对CT 检查辐射剂量安全的关注，更成为制约CT 技术发展的重要问题。因此如何有效地降低患者X 线吸收剂量成为放射学者的研究方向之一。一系列降低辐射剂量的方法用于临床，归纳起来包括直接降低和间接降低2 种方式，前者临床研究较多，后者是近几年研究热点[7-11]。

CT 图像重建包括2 种基本方法：FBP重建和迭代重建。FBP 重建要求较高，需要高SNR 的连续信号及完整投影数据；相比FBP 重建，迭代重建要求较低，SNR 较低，投影数据不完备也可重建出质量更优的图像。迭代重建技术是从原始数据中生成主映像，对主映像进行反复多次空间上的迭代校正，获得高SNR、低噪声的优质图像。这个校正过程要求数据存储空间大、耗费时间长，其应用和发展受限，近年来随着计算机性能的快速提高也逐渐用于临床。研究证实在相同扫描条件下，迭代重建图像质量明显优于FBP 重建图像，可明显提高SNR、降低图像噪声，说明迭代重建具有潜在降低辐射剂量的优势[12]。

本研究通过低管电流扫描联合Karl 迭代重建与常规扫描进行比较，分析低剂量扫描的可行性。根据以往的研究[2]将参考管电流设置为100 mAs，通过降低到50、25 mAs 探讨其可行性。首先分析了在相同管电流（50 mAs）扫描下，采用FBP 重建与Karl 迭代重建图像的差异，发现采用迭代重建提高了图像的SNR、降低了图像噪声，提示迭代重建后图像质量得到了改善，这为降低管电流以获得满足诊断要求的图像质量提供了实践基础。通过用低剂量扫描结合迭代重建获得的图像与常规剂量采用FBP 重建图像比较，发现图像评分没有差异，不影响图像质量，可降低图像噪声、提高图像SNR。本研究结果显示，肺动脉干、左心室、脊柱旁肌肉组织平均CT 值差异无统计学意义，说明降低mAs 不会明显改变CT 值从而影响病灶分析。采用迭代重建后图像噪声明显降低、图像质量提高，与其他部位的研究结果一致[7-8]。此外分析了不同mAs 扫描对肺内病变的显示情况，发现3 组均可显示渗出影/实变影、纤维条索影、空洞和空腔、肿块和结节、钙化、胸腔积液、淋巴结等。因为肺是含气组织，具有天然对比，肺组织观察主要受管电压影响，而管电流只改变有效能量，对X 线穿透影响不大，所以不影响肺内病变的观察，即使是肺内微结节、细小钙化均可显示。但迭代重建对钙化等高密度物质，可明显降低射束硬化伪影，使钙化边缘虚化，造成低估病灶的大小，理论上来说可能漏掉部分细小钙化。当然这也可能受诊断医师的阅片习惯影响。通过比较3 组辐射剂量，采用25 mAs 扫描辐射剂量降低高达51.2%。

图2 低剂量扫描结合不同重建方式对病灶的显示情况

表4 3 组辐射剂量比较

综上所述，采用低管电流扫描联合Karl 迭代重建应用于胸部检查，可获得与常规剂量图像质量相当的图像，满足诊断需求，而且可大幅度降低辐射剂量，可用于临床实践中。但本研究尚有一定的局限性：（1）未纳入BMI>28 kg/m2的患者，有文献报道迭代重建用于肥胖患者中效果更加明显[5，12]；（2）未对病灶的大小、性质进行具体分析。今后将对迭代重建在肥胖患者中的应用价值以及病灶定性做进一步分析。