IMR重组技术在iCT胸部超低辐射剂量扫描中的应用

王栋，曹丽娜，石明国，李剑，石磊

1. 空军军医大学西京医院 a. 放射科；b. 骨科，陕西 西安 710032；2. 陕西中医药大学附属医院 放射科，陕西 咸阳 712000

引言

据不完全统计，CT检查的辐射剂量占X线总剂量的34%[1]，一次普通胸部CT的辐射剂量是X线平片检查的50～70倍[2]，为将CT检查的辐射剂量及与之相关的致病风险降到最低，国外学者提出了最低合理可行性原则（As Low As Reasonably Achievable，ALARA），即在不影响诊断的前提下尽可能地降低剂量[3-4]，传统滤波反投影（Filtered Back Projection，FBP）算法，由于受统计波动影响大且对噪声和伪影敏感而限制了剂量的降低，在降低扫描剂量后，图像噪声明显增加，影像图像质量[5]。应用迭代算法实现剂量的进一步减低而不影响图像质量己成为近年来的研究热点[6-7]。迭代算法的原理是，通过建立系统统计模型和系统光学模型，精确分析光子的统计波动特征，并与正确的统计分布进行反复的比较、检验和修正，直到图像信息误差降到最低、质量达到最优[8]。全模型迭代重建（Iterative Model Reconstruction，IMR）技术是一种新的基于完整模型的高级迭代重建算法，代表了CT重建领域的最新进展，以实现进一步降低辐射剂量和图像质量的改善[9-10]。本次研究通过采用超低管电流降低辐射剂量，通过IMR重组图像，与常规扫描比较其图像质量。

1 材料与方法

1.1 一般资料

选取我院临床排除肺内病变患者60例，其中发热患者18例，咳痰咳血患者16例，慢性肺疾病患者16例，乳腺癌术后患者10例。随机分为A，B两组，A组患者年龄18～76岁，平均年龄47岁，BMI指数18.9～22.4 kg/m2，平均BMI指数20.67 kg/m2。B组患者年龄20～73岁，平均年龄49岁，BMI指数 19.1～21.2 kg/m2，平均 BMI指数 20.16 kg/m2。

1.2 CT扫描及图像重组方法

60例患者均采用Philips 256层ICT进行胸部扫描，扫描范围由胸廓入口至肺底，A组管电压120 kV，管电流70 mAs，图像重组采用FBP中Standard (B)重组纵膈窗（C：40；W：400），Lung Enhanced （L）重组肺窗（C：-600；W：1200）。B组管电压100 kV，管电流25 mAs，图像重组采用全模型迭代（IMR 3）技术中Soft Tissue重组纵膈窗（C：40；W：400），SharpPlus重组肺窗（C：-600；W：1200）。其余扫描参数均保持一致，图像重组层厚5 mm。

1.3 图像质量分析

1.3.1 客观图像质量分析

图像处理统一在设备后处理工作站进行，分别测量两组图像纵膈窗气管分叉处升主动脉（A）、锁骨层面胸大肌（M）及肩胛骨下角层面胸背部脂肪（F）的平均噪声值SD，以SD值表示客观图像质量，SD值越小图像质量越高。同层面测量的感兴趣区（ROI）大小相同（图1）。

图1 FBP重组（左侧竖列）及IMR3重组（右侧竖列）纵膈窗图像

1.3.2 主观图像质量分析

由两名经验丰富的放射科副主任医师（P1，P2）双盲法对两组肺窗及纵隔窗的图像质量进行评分，其结果行一致性检验。然后，对判断结果有分歧的图像，两位医师进行再次协商达成一致意见，其结果用于组间差异的统计学分析。采用3分主观评分，肺窗（图2），通过对外周支气管血管束（胸膜下2 cm以内）进行评价：1分表明噪声大，外周支气管血管束显示不清；2分表明有噪声，外周支气管血管束显示模糊，但可分辨；3分表明噪声小，周围肺血管、支气管清晰显示，边缘锐利。纵隔窗（图1），通过观察纵隔大血管、食管等边缘锐利程度以及胸壁肌肉间隙的显示程度进行评价：1分表示图像噪声大，血管和食管边缘模糊，胸壁肌肉显示不清；2分表示图像噪声较大，血管和食管边缘较模糊，胸壁肌肉间隙显欠清；3分表示图像噪声小，血管和食管边缘清楚，胸壁肌肉间隙显示清楚，边缘锐利。

图2 FBP重组（左侧竖列）及IMR3重组（右侧竖列）肺窗图像

1.4 辐射剂量

在病人扫描结束后自动生成的剂量报告中，记录每个被检者的CT剂量长度乘积DLP，并根据公式计算有效剂量ED(mSv)=DLP (mGy·cm)×k，胸部扫描时 k=0.014 mSv/(mGy·cm)。

1.5 统计学分析

应用SPSS 19.0软件，采用两组独立样本t检验比较常规剂量组和超低剂量组的有效剂量。纵隔窗图像的噪声值，满足正态分布，但不满足方差齐性，采用Kruskal-walks秩和检验。采用Kruskal-walks秩和检验比较各组图像的正常解剖结构的评分。数值变量用均值士标准差表示，P＜0.05认为有统计学意义。采用Kappa分析评估2名观察者之间的一致性，非常好（Kappa值 ＞0.8），好（0.6＜Kappa值 ＜0.8），中等（0.4＜Kappa值 ＜0.6），一般（0.2 ＜Kappa值≤ 0.4），差（Kappa值＜0.2）。

2 结果

超低剂量组较常规剂量组有效辐射剂量减少了约75%，具体见表1。客观测量两组图像噪声值，B组图像噪声远小于A组，具体见表2。主观图像评分肺窗观察外周支气管血管束和纵隔窗观察纵隔及胸壁解剖结构的观察者间Kappa检验结果，见表3，两名观察者之间的一致性均在好以上（Kappa值＞0.6）。两组间评分无明显差异性。

表1 两组辐射剂量对比（

表1 两组辐射剂量对比（

images/BZ_29_236_519_1200_567.png常规剂量 2.45±0.09 75%超低剂量 0.54±0.03 P值 ＜0.05

表2 两组图像客观测量对比（s）

表2 两组图像客观测量对比（s）

升主动脉SD 锁骨处胸大肌SD 胸背部脂肪剂量 10.6±1.82 16.6±2.32 12.6±1.4项目SD常规5超低剂量 4.2±0.32 7.3±0.52 5.8±0.42 P值 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05

表3 两组图像解剖结构主观评分比较（

表3 两组图像解剖结构主观评分比较（

注：采用Kruskal-wallis秩和检验，整体检验水准为0.05。

观察者 常规剂量 超低剂量 P值肺窗P1 2.69±0.47 2.74±0.57 P2 2.72±0.43 2.75±0.47 Kappa 0.75 0.79一致评分 2.71±0.56 2.75±0.52 ＜0.05 P1 2.73±0.48 2.70±0.53 P2 2.72±0.51 2.68±0.61 Kappa 0.74 0.69一致评分 2.71±0.58 2.69±0.58 ＜0.05纵膈窗

3 讨论

胸部是低剂量CT扫描研究最早涉及的领域[11]。随着低剂量CT研究的深入进展发现，低千伏CT成像的FBP的噪声大，图像质量差，它的噪声必须通过增加辐射剂量来弥补[12]。今年来图像质量的改善由改变扫描条件逐步过渡到了应用新的迭代重建算法[8]。既往多项研究表明，迭代重建技术具有良好的降噪能力，可以在降低辐射剂量的条件下维持图像质量的可诊断性。IMR是CT图像重建领域的最新一代迭代重组技术[13]，是基于完整模型的迭代重组技术，其通过更多的迭代次数、更为复杂的迭代运算，采用更加完整、全面的系统模型进行对比校正，最终得到更低噪声、更高分辨率的CT图像[14]。IMR可在更低辐射剂量条件下重建出满足临床诊断需要的图像，并明显降低图像噪声，显著提升图像的空间、密度及软组织分辨率[15]。Suzuki等[16]研究表明，腹部CT扫描IMR算法较FBP和iDose4可明显降低图像噪声、提升低对比分辨率，并改善图像边缘锐利度。Hur等[17]使用常规剂量、低剂量及超低剂量联合IMR技术评价泌尿系结石的CT诊断效能，在相同扫描条件下，IMR技术较FBP和iDose4能获得更低的图像噪声及更好的主观图像质量。Lee等[18]研究表明，80 kVp扫描联合IMR技术的图像噪声和质量与100 kVp扫描联合HIR（高级混合迭代重建）技术的重建图像相当。

本研究中，ROI的划定主要包括了升主动脉、肌肉及胸背部脂肪，其总和的均值总体上能够较为客观地反映胸部CT图像的噪声水平。研究中，常规剂量组的辐射剂量为（2.45±0.09）mSv，超低剂量组辐射剂量为（0.54±0.03）mSv，较常规组降低了约75%，图像噪声也大大的降低了，图像质量明显提高。Khawaja等[19]进行了类似的IMR应用于胸部CT扫描试验，亚mSv组较常规剂量扫描平均剂量降低了69%。说明IMR可以实现扫描剂量的大幅度降低。本实验的不足之处在于未对病变检出率进行对比统计，将在下次研究中解决此类问题。

本次研究主要是针对大幅度降低辐射剂量后采用IMR技术重组图像，观察对图像质量的主观和客观影响，结果表明在超低辐射剂量联合应用IMR重组技术可以获得符合临床诊断要求的低噪声图像。