新一代多模型迭代算法在70 kVp成人副鼻窦CT扫描中的应用

俞泽阳，贾迎春，王昊雨，胡智军

(1.北京核工业医院，北京 100045； 2.西安长安医院，西安 710016)

副鼻窦CT 检查已成为临床常规的检查项目，但其扫描范围内有对射线敏感的晶状体及腺体等组织结构，尤其是晶状体，过量照射可致白内障，目前认为200 cGy是导致晶状体损伤的最低辐射剂量[1]，故实现“辐射防护最优化”原则已逐渐成为临床医生、放射科医生及患者关注的焦点。副鼻窦主要由骨、空气及软组织组成，具有较好的组织密度对比度，从而为低剂量 CT 检查提供了可能[2]。相对于管电流，降低管电压扫描方案能够进一步降低辐射剂量，但也会更大程度地增加图像噪声，从而影响图像质量。新一代多模型迭代算法(Adaptive Statistical Iterative Reconstruction-V，Asir-V) 是近年来开发的一种全新的CT图像重建方法，能有效降低图像噪声[3]，提高图像质量。本研究基于Revolution CT最小管电压设置为70 kVp，旨在探讨70 kVp联合Asir-V在成人副鼻窦CT检查中的应用。

1 资料与方法

1.1 一般资料

前瞻性收集我院(西安长安医院)2018年3月—2018年4月行Revolution CT平扫的副鼻窦病例20例，其中男10例，女10例，年龄16～73岁，平均年龄(42.00±1.65)岁，BMI体重指数(24.58±1.42)kg/m2。

1.2 检查方法

所有患者均进行GE Revolution CT扫描，管电压固定在70 kVp、管电流固定在230 mA，准直器宽度40 mm、螺距0.984∶1、层厚5 mm、间距5 mm、球管转速1.00 s。仰卧位Helical模式扫描，扫描范围从腭部至额窦顶部。对每例患者的原始数据进行Pos-Asir-V重建(权重分别为0，20%，40%，60%，80%，100%)，图像重建层厚和层间距均为1.25 mm。所有图像后处理均在AW4.6工作站上进行，应用统一的窗宽和窗位进行图像的评价和测量。

1.3 图像评价

对每例 6幅图像进行主观评分和客观评价。

1.3.1客观评价

评价内容包括噪声和对比噪声比(CNR)。在不同权重重建图像的同一层面各选取 2个圆形感兴趣区(ROI)(面积约 10 mm2)分别测量双侧下鼻甲黏膜、上颌窦窦腔空气及颞下窝脂肪CT值，同一人员，同一部位，测量3次，取其平均值；噪声为平均CT值的标准差(SD)；CNR定量计算：CNR=(CT甲黏膜-CT脂肪)/SD背景，其中，CT甲黏膜和CT脂肪分别为双侧下鼻甲黏膜的CT值均值和颞下窝脂肪的CT值均值，SD背景为双侧上颌窦窦腔空气SD均值。

1.3.2主观评价

由 2 名高年资医师参照Likert 5分法[3]，对鼻甲及其基板、筛窦及筛板、额窦、蝶筛隐窝以轴位观察，选用相同的窗宽窗位，重要解剖结构的显示情况对图像进行评价。5分：病变显示清晰、对比良好、无伪影；3分：病变显示比较清晰、对比一般、轻度伪影；1分：结构显示欠清晰；介于三者之间评分为4分和2分。以两名医师评分的均值作为最后评分。

1.4 辐射剂量

记录剂量长度乘积(dose length product，DLP)和CT容积剂量指数(CT volume index，CTDIvol)(两者均由GE Revolution CT自动生成)，并计算有效辐射剂量(effective dose，ED)，计算公式为ED=DLP×K，根据《欧共体CT影像质量标准》文件[4]，K=0.0021。

1.5 统计学方法

采用SPSS 20.0统计分析软件。采用方差分析进行组间差异的比较，不满足方差分析使用条件时采用非参数检验。应用Kappa检验评定2名高年资医师主观一致性：0

2 结果

2.1 Asir-V 算法重建结果

对同一患者同一层面图像进行不同的权重Asir-V算法重建，并划定感兴趣区，进行CT值测量，结果示于图1。对图1的Asir-V算法重建图像进行主客观评价，评价结果分别列于表1、表2和表3。

图1 Pos-Asir-V 不同权重副鼻窦双侧下鼻甲粘膜、上颌窦腔、颞下窝脂肪CT值、SD测量方法Fig.1 Measuring method CTvalue and SD in different parts of in each case was reconstructed the original data with different Pos-Asir-V weights

2.2 客观评价

从表1中可以看出，Asir-V图像SD值随着权重的增加而逐渐降低，图像噪声降低，CNR逐渐升高，权重为100%时图像噪声降低最多，而CNR升高最大。各部位SD及CNR均有显著性差异(p<0.05)，说明不同权重组间噪声及对比噪声比有差异。

表1 不同权重的Asir-V图像重建算法双侧下鼻甲粘膜及上颌窦腔CT值、SD和CNR比较Tab.1 Comparison of CTvalue, SD and CNR in two sides inferior turbinate and maxillary sinus

2.3 主观评价

应用Kappa检验，对2名高年资医师的主观一致性进行评价，评价结果Z=0.708，p<0.001，两名医师评价结果一致性好(表2)。2名高年资医师采用双盲法以Likert 5分法对主要结构鼻甲及其基板、筛窦及筛板、额窦、蝶筛隐窝清晰度进行图像质量的主观评价，从表3中可以看出，不同权重Asir-V图像评分不同，60% Asir-V图像评分最高。结合主客观评价结果，60% Asir-V图像质量最佳。

表2 两名医生主观一致性比较Tab.2 Comparison of consistency in two doctors’ subjectivity

1)不假定零假设；2)使用渐进标准误差假定零假设。

2.4 平均辐射剂量

70 kVp、230 mA条件下，记录剂量长度乘积DLP(mGy·cm)、CT容积剂量指数CTDIvol(mGy)，并计算有效辐射剂量ED(mSv)，结果列于表4。由表4 可见，Revolution CT 在70 kVp、230 mA条件下的有效辐射剂量ED均值为0.27 mSv，较常规头颈部CT检查的平均辐射剂量1.0～5.0 mSv[2]明显减少。

表3 两名医生不同Asir-V权重图像评分Tab.3 The scores of two doctors in different Asir-V weights imagings

表4 70 kVp、230 mA条件下有效剂量Tab.4 The ED results from 70 kVp，230 mA

3 讨论

副鼻窦病变的发病率近年来较高，螺旋CT扫描对于副鼻窦疾病检出和诊断具有较高的价值，但CT 扫描会有一定的辐射剂量，辐射剂量一直是大家比较关注的问题，那么如何在保证图像质量的前提下，最大限度地降低辐射剂量以保护射线敏感组织尤为重要[5]。

低剂量扫描包括降低管电流及管电压。有文献[6]报道了对脑灌注扫描降低管电流可行性的研究，论证了其对降低辐射剂量是有限的。在一定条件下(管电流固定一致)辐射剂量与管电压的平方呈正相关，故降低管电压减少辐射剂量是指数性的，降低管电压比降低管电流更能降低辐射剂量[7]，但更低的管电压将会引起图像噪声的增大，影响图像质量[8]。而迭代重建算法是利用矩阵代数，通过一种数学模型选择性地识别并去除图像噪声，使图像噪声减少[9]。Asir 就是基于噪声模型数据空间的新的图像重建技术，它的应用可以降低噪声，提高图像的密度分辨力，在降低辐射剂量的同时又保证了图像质量[10-11]。从图像数据的迭代，到原始数据的迭代，更加有效地降低了噪声。已有不同研究[3,12-13]证明了自适应迭代重建技术应用于儿童副鼻窦CT扫描中，在保证图像质量的同时又有效地降低了辐射剂量。本研究在基于Revolution CT 最低管电压(70 kVp)、固定管电流(230 mA)条件下，患者的有效辐射剂量明显降低，而图像质量随着不同权重(0，20%，40%，60%，80%，100%)Pos-Asir-V重建而不同。对同一患者同一层面图像进行主客观评价，通过对图像感兴趣区CT值的测量，计算SD及CNR，可以看出随着Asir权重比例的增加，SD值逐渐减低，而CNR逐渐升高，但主观的图像评分并未随着权重比例的增加而一直升高，60%时Asir-V图像评分最高。故在成人副鼻窦Revolution CT 检查中，应用70 kVp、230 mA 扫描条件，Asir-V 60%的图像既可满足临床诊断的需要，也明显降低了有效辐射剂量。

本研究的局限性主要在于入组人数较少，今后可以加大样本量以减少误差，并可对不同疾病、不同扫描方法(如增强扫描)进行70 kVp联合Asir-V不同权重算法进行研究。