ASiR-V权重自动控制能谱CT图像质量与辐射剂量的可行性：体模研究

孙杰，马俊丽，杨建平，沈云，倪亚博，田兆荣，石晓萌，陈泳，王志军*

1.宁夏医科大学总医院，宁夏 银川 750000；2.石嘴山市第一人民医院放射科，宁夏 石嘴山 753299；3.宁夏医科大学，宁夏 银川 750000；4.GE（中国）CT 影像研究中心，上海 200000；*通信作者 王志军 wangzhijun2056@163.com

CT检查的辐射剂量与癌症的发生相关，传统方法多通过降低管电流和管电压降低辐射剂量，但往往会降低图像质量[1-3]。目前主要通过低剂量扫描降低辐射剂量，并利用迭代重建在后图处理时对图像质量进行补偿[4]，从而平衡辐射剂量和图像质量。自适应统计迭代重建算法（adaptive statistical iterative reconstruction V，ASiR-V）作为第三代迭代重建算法，其降低辐射剂量、改善图像质量的效果均优于其他迭代重建算法，为解决高辐射剂量的危害提供了新途径[5]。目前研究主要集中在使用迭代重建的不同权重在图像后处理时提高图像质量方面，并且主要围绕非能谱扫描进行[6-7]。本研究对QSP Phantom体模进行能谱扫描，分析不同权重前置ASiR-V对检查辐射剂量及图像质量的影响，可同时用于能谱和非能谱扫描，为能谱CT成像技术联合迭代重建算法有效应用于临床提供经验及指导。

1 材料与方法

1.1 研究对象及扫描方法 使用300 mg/ml碘海醇将目标溶液按照1∶124、1∶59、1∶29、1∶14配制为不同碘浓度溶液，采用普通加碘食盐（2 250 mg/100 g）、无碘食盐及纯净水配制其他溶液。采用QSP Phantom体模作为研究对象，体模内放置9支试管，碘浓度分别为2.5、5.0、10.0 mg/ml各1支，20.0 mg/ml 3支、未加碘盐、加碘盐及水各1支，碘浓度为20.0 mg/ml的3支试管置于体模中间一排，其余试管依次排列于体模周边。纯净水试管模拟图像的平扫图像，不同碘浓度试管模拟图像的不同增强时像（图1）。

采用GE Revolution CT扫描仪，80/140 kVp瞬时切换能谱扫描，自动管电流（200～500 mA），固定噪声指数5，探测器宽度80 mm，螺距0.922∶1、转速0.6 s/rot，层厚与层间距均为1.25 mm。Zhu等[8]认为同时使用前后置ASiR-V可以降低检查辐射剂量，但只有后置ASiR-V等于或大于前置ASiR-V时图像质量才能改善，因此本研究中扫描条件预设前置ASiR-V权重为10%～50%（间隔10%）及传统滤波反投影（tradiyional filter back projection，FBP），并重建与前置一致的后置ASiR-V，保证图像质量。

1.2 图像质量评价 将各组图像原始数据传至GE ADW 4.7后处理工作站，隐藏扫描及重建条件，选取试管中间11层勾画感兴趣区（面积为试管截面1/2）并测量CT值及SD值。选取2.5、5.0、10.0、20.0 mg/ml试管作为目标试管，规定纯净水的SD值作为背景噪声，按照信噪比（SNR）=CTIodine/SDIodine，对比噪声比（CNR）=（CTIodine-CTWater）/SDWater计算各支试管的SNR、CNR。记录每次能谱CT扫描的容积CT剂量指数（volume CT dose index，CTDIvol）和剂量长度乘积（dose length product，DLP），计算有效剂量（effective dose，ED）：ED（mSv）=DLP（mGy/cm）×κ，其中κ为换算因子，因为本研究的主要对象为腹部，故采用欧洲CT质量标准[9]提出的腹部平均值κ=0.015 mSv/（mGy·cm）。

1.3 统计学分析 采用SPSS 21.0软件，计量资料采用±s表示，采用单因素方差分析比较不同权重前CNR），置ASiR-V客观指标（CT值、SD值、SNR及组间两两比较采用Bonferroni法进行。采用配对t检验分析FBP与不同权重前置ASiR-V组间差异。对ED随前置ASiR-V权重变化而改变的规律采用线性拟合，以r2值作为统计量。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 图像质量客观评价 各目标试管的客观指标CT值、SD值、SNR、CNR在FBP与不同权重前置ASiR-V两两比较差异均无统计学意义（P均＞0.05）；各客观指标在不同权重前置ASiR-V组间比较差异均无统计学意义（P均＞0.05），见表1、2、图2。

表1 不同权重ASiR-V体模图像的CT值及SD值比较（±s）

表1 不同权重ASiR-V体模图像的CT值及SD值比较（±s）

注：a为10%～50%权重前置ASiR-V组间比较，P＞0.05；b为10%～50%权重前置ASiR-V与FBP进行两两比较，P＞0.05

指标FBP（ASiR-V 0%）ASiR-V 10%ASiR-V 20%ASiR-V 30%ASiR-V 40%ASiR-V 50%F值SD值20.0 mg/ml 13.48±1.03 13.16±1.01b 13.08±1.01b 13.10±1.04b 12.87±1.45b 13.52±1.88b 0.344a 10.0 mg/ml 10.57±0.88 10.80±0.83b 11.14±1.14b 10.38±0.84b 10.26±1.11b 11.37±1.32b 1.687a 5.0 mg/ml 10.68±0.71 10.88±0.46b 10.46±0.76b 11.22±0.65b 10.24±1.12b 10.83±1.32b 1.936a 2.5 mg/ml 10.73±0.79 11.07±1.07b 11.35±0.92b 10.80±0.95b 10.82±0.95b 11.81±0.84b 2.431a 2.498a CT值SDwater 10.80±0.81 10.65±0.70b 10.62±0.50b 11.43±0.77b 11.00±0.98b 11.19±0.60b 20.0 mg/ml 435.24±1.91 435.14±0.98b 434.51±1.23b 435.25±1.05b 436.271±1.26b 434.59±1.92b 2.114a 10.0 mg/ml 216.49±1.20 216.16±0.59b 216.29±1.27b 216.54±1.29b 217.05±1.43b 215.55±1.96b 1.169a 5.0 mg/ml 111.30±1.04 110.33±1.40b 110.99±1.09b 111.97±1.36b 111.55±0.84b 110.46±2.18b 2.279a 2.5 mg/ml 55.77±0.96 55.56±0.76b 56.05±0.76b 55.51±1.33b 55.69±1.14b 55.30±0.92b 0.738a

表2 不同权重ASiR-V体模与临床图像的SNR及CNR比较（±s）

表2 不同权重ASiR-V体模与临床图像的SNR及CNR比较（±s）

注：a为10%～50%权重前置ASiR-V组间比较，P＞0.05；b为10%～50%权重前置ASiR-V与FBP进行两两比较，P＞0.05

指标FBP（ASiR-V 0%）ASiR-V 10%ASiR-V 20%ASiR-V 30%ASiR-V 40%ASiR-V 50%F值SNR 20.0 mg/ml 32.36±2.64 33.23±2.52b 33.32±2.53b 33.41±2.59b 34.28±3.83b 32.98±4.45b 0.251a 10.0 mg/ml 20.60±1.71 18.34±5.54b 19.62±2.21b 20.08±1.52b 21.35±2.09b 19.19±2.30b 1.441a 5.0 mg/ml 10.46±0.71 10.16±0.45b 10.65±0.77b 10.00±0.61b 10.48±0.78b 10.00±0.66b 2.426a 1.923a CNR 2.5 mg/ml 5.22±0.42 4.98±0.51b 4.57±1.41b 5.18±0.28b 5.19±0.48b 4.59±0.26b 20.0 mg/ml 39.38±2.96 41.28±2.66b 40.12±2.33b 39.07±2.04b 38.94±3.36b 38.43±2.08b 2.205a 10.0 mg/ml 19.15±1.39 18.44±5.81b 19.44±1.16b 18.00±1.36b 18.89±1.64b 18.49±1.12b 0.395a 5.0 mg/ml 9.36±0.65 9.73±0.61b 9.42±0.51b 9.11±0.55b 9.24±0.82b 9.07±0.51b 2.144a 2.5 mg/ml 4.19±0.80 4.32±6.28b 3.76±1.50b 3.84±0.43b 4.12±0.31b 4.01±0.20b 1.028a

2.2 检查辐射剂量评价 随着能谱扫描中前置ASiR-V权重增加，ED呈线性降低，其曲线拟合模型为Y=-0.35X+2.912（r2=0.984，P＜0.05）。FBP算法与不同权重前置ASiR-V（10%、20%、30%、40%、50%）的ED均值分别为2.89、2.64、2.13、1.87、1.62、1.11 mSv，与FBP相比不同权重前置ASiR-V的ED依次降低8.7%、26.2%、35.1%、43.9%、61.4%，各组间差异有统计学意义；此外，能谱图像的管电流随着ASiR-V的迭代强度增加而自动调节减低，前置增加至50%时，毫安秒达到能谱扫描的最低200 mA，ED也随着毫安秒降低而降至最低，若继续加强ASiR-V的迭代水平，对能谱扫描无意义（表3）。

表3 不同权重ASiR-V体模的辐射剂量比较（±s）

表3 不同权重ASiR-V体模的辐射剂量比较（±s）

前置ASiR-V 毫安CTDIvol（mGy）DLP（mGy·cm）ED（mSv）后置ASiR-V 0% 485 12.25 192.46 2.89 0%10%20% 365 9.03 141.93 2.13 20%10%445 11.18 175.67 2.64 30%40% 280 6.87 108.03 1.62 40%30%320 7.95 124.93 1.87 50%200 4.73 74.29 1.11 50%

3 讨论

辐射剂量和图像质量的平衡一直是放射学者密切关注的问题[1-3,10]。迭代算法可以降低图像噪声、伪影并提高图像对比度，如FBP、AsiR 均能够得到良好的图像质量，但在低剂量扫描或者高权重迭代重建时，FBP 图像易受到噪声、伪影污染和ASiR 图像出现人工纹理、斑点状外观等改变，从而降低诊断的可信度和准确度[11-12]。ASiR-V 是GE 公司发布的一种红外技术，括噪声、物理、物体3 种模型的迭代重建算法，能比FBP、ASiR 更有效地改善图像质量，低辐射剂量CT 成像方法，甚至可以提高诊断准确度[11,13-14]。

3.1 能谱扫描联合ASiR-V对图像质量的影响 本研究评价图像质量的客观指标在FBP图像与前置ASiR-V图像间、不同权重前置ASiR-V组间未见明显改变，表明前置ASiR-V展现出与高辐射剂量（FBP图像）相当的图像质量，且图像质量不会随前置ASiR-V权重的升高而降低，主要是通过设定的噪声联合前置ASiRV比例维持图像质量[15]。而在非能谱扫描联合前置ASiR-V方案中过高的迭代等级会改变噪声纹理，极大地降低诊断细小病变的能力[16]，主要原因是非能谱成像的自动毫安技术根据患者体型变化调节每层的曝光量（mA），使每层图像噪声水平保持在预设值，从而获取预期的图像，降低辐射剂量[17]；而到达较高迭代强度，可导致曝光毫安秒过低，使图像质量降低出现“蜡样伪影”，大量相关研究已经证实这一结论[1,7,15,17-18]。本研究中ASiR-V联合能谱扫描能够维持图像质量，是因为前置ASiR-V的权重为50%时达到能谱扫描的最低毫安秒200 mA，此水平毫安秒不会引起图像纹理改变，故不存在“蜡样伪影”。

3.2 能谱扫描联合ASiR-V对辐射剂量的影响 本研究中随着前置ASiR-V权重增加，ED呈线性降低，而且各组有效毫安秒随着前置ASiR-V权重增加，实际曝光毫安秒逐渐降低，表明前置ASiR-V降低辐射剂量的原理。既往研究显示宝石能谱CT检查辐射剂量比非能谱扫描高。Li等[6]研究表明获得相同图像质量的同时，颅脑能谱检查的辐射剂量比常规扫描高22%，体部检查中高14%。辐射剂量高是限制能谱成像在各部位应用的重要因素之一，吕培杰等[19]和翟艳慧等[20]研究发现GSI assist扫描模式的辐射剂量与常规120 kVp相当，提示能谱扫描可能会成为临床应用中的常规检查，并可进行定量分析，为临床提供更多信息，同时联合前置ASiR-V降低检查辐射剂量可将临床效益最大化。

本研究为体模实验，对方法的可行性进行验证，其优势在于：①可实现重复扫描及多方位观察；②试管内物质浓度可控、重复性好。不足之处为：①本研究仅从实验研究的角度对图像质量及辐射剂量进行客观评价，而体模与人体存在差异，将在进一步的临床研究中增加图像主观评分标准；②本研究仅对ASiR-V联合能谱扫描进行评价，未来研究中将进一步比较常规扫描联合ASiR-V在图像质量及辐射剂量方面的差异。

总之，通过对体模的研究，增加ASiR-V权重的百分比能明显降低辐射剂量，但不会降低图像质量。与能谱扫描联合可低剂量下的能谱定量分析，为临床提供更多帮助。