迭代重建算法（iDose4）胸部低劑量掃描的初步應(yīng)用

曾苗雨，梁長虹，趙振軍，張金娥，李景雷

隨著醫(yī)用CT數(shù)量的增長，輻射劑量的日益升高以及其潛在的致癌作用越來越受到重視。一項調(diào)查顯示[1]，2006年美國人群中人均接受的平均有效輻射劑量為6.2mSv，是1980年的（3.6mSv）近兩倍。醫(yī)療輻射對人群的總有效輻射劑量的占比，亦從1980年的15%上升至2006年的48%，其中CT所占比例最大。

減少CT的輻射劑量是可行的，然而，過度的降低劑量又會導(dǎo)致圖像噪聲的升高和對病灶診斷信心的降低。以往，主要通過優(yōu)化掃描參數(shù)，如管電流[2]、電壓[3]等，達到降低輻射劑量、同時保證圖像質(zhì)量的目的。隨著技術(shù)的進步，一些新的圖像算法逐漸應(yīng)用于臨床掃描，在CT低劑量掃描的同時，能夠降低圖像噪聲，較常用的為迭代重建算法（如Philips ICT的iDose4）。本研究中通過改變不同的管電流（mAs）和不同的重建算法，得到多組胸部低劑量掃描的重建圖像，并比較它們的圖像質(zhì)量，旨在探討合理的胸部低劑量掃描技術(shù)。

材料與方法

1.一般資料

2012年5月－7月將120例擬行全胸部螺旋CT增強掃描的患者隨機分成3組，各組間掃描方案的差異主要在主動脈期掃描。其中男76例，女44例，年齡16～73歲，平均49.6歲。120例患者平均身體質(zhì)量指數(shù)（body mass index，BMI）為21.9kg／m2（范圍13.5～33.6kg／m2），三組患者的BMI分布情況見表1。

表1 各組BMI人數(shù)分布情況 （例）

2.掃描方法

CT掃描采用Philips iCT 256層CT機。平掃及肺動脈期采用常規(guī)劑量：120kV，管電流自動調(diào)控。主動脈期：120kV，1～3組分別取40、30和20mAs。其它掃描參數(shù)：重建層厚及間隔1.25mm，128i×0.625mm，視野33cm×33cm，掃描范圍自胸廓入口至雙腎上腺水平。經(jīng)頭靜脈或肘正中靜脈采用高壓注射器注射非離子型對比劑（碘必樂370，上海博萊科信誼藥業(yè)有限公司）75mL，后注射生理鹽水20mL，流率3.50mL／s。靜脈注射對比劑后28和40s時分別行肺動脈期和主動脈期掃描。

3.圖像重建

平掃以及肺動脈期增強圖像采用濾波反投影算法（filtered back projection，F(xiàn)BP）進行重建。增強主動脈期圖像采用濾波反投影算法和迭代重建算法（Philips iCT，iDose4，1～6級）。

4.圖像分析

客觀評價：比較增強掃描肺動脈期與主動脈期有效輻射劑量的變化。計算胸鎖關(guān)節(jié)層面氣管腔內(nèi)空氣CT值、標(biāo)準差（SD）及信噪比（signal－to－noise ratio，SNR），并比較這3個指標(biāo)在3組間及不同重建算法間的差異。按公式（1）計算SNR：

主觀評價：所有病例CT圖像由2位經(jīng)驗豐富的胸部放射科醫(yī)師共同分析并達成一致評分。肺內(nèi)小結(jié)構(gòu)的觀察采用肺窗，觀察胸膜下2cm內(nèi)的小血管并對其評分。1分：能夠觀察且邊界清晰；2分：能夠觀察但邊界欠清；3分：不能夠觀察。

5.計算有效輻射劑量

CT掃描儀上能自動計算及顯示劑量長度乘積（dose length product，DLP）值，再根據(jù)公式（2）計算有效輻射量（effective dose，ED）：

6.統(tǒng)計學(xué)分析

三組患者BMI的比較采用單因素方差分析。不同組間及不同重建方法間圖像的平均CT值、SD值和SNR的比較采用多因素方差分析。應(yīng)用SPSS 13.0軟件進行統(tǒng)計學(xué)分析。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié) 果

三組的BMI測量結(jié)果見表2。經(jīng)單因素方差分析，3組間BMI的差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＝0.786＞0.050）。

表2 各組BMI測量結(jié)果 （kg／m2）

肺動脈期（即常規(guī)劑量組）ED為（5.84±1.41）mSv；主動脈期（40mAs組）為（1.49±0.70）mSv，為常規(guī)劑量的 25.5%；主 動 脈 期 （30mAs組）為 （1.04±0.19）mSv，占常規(guī)劑量的17.8%；主動脈期（20mAs組）為（0.71±0.05）mSv，占常規(guī)劑量的12.2%。

不同管電流及不同重建算法的圖像上氣管腔內(nèi)CT值、圖像SD值、SNR值及圖像主觀評分結(jié)果見表3～6及圖1。方差分析結(jié)果顯示，氣管腔內(nèi)CT值在不同管電流及重建算法組間差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。管電流及不同重建方法對圖像平均SD值和SNR的影響有高度統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。各管電流組中不同重建算法對圖像主觀評分的影響有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。

表3 各掃描組不同重建算法圖像上氣管腔內(nèi)CT值

表4 各掃描組不同重建算法圖像的平均SD值

表5 各掃描組不同重建算法圖像的SNR

表6 各掃描組不同重建算法圖像主觀評分

討 論

CT掃描時高的曝光劑量能夠得到低噪聲、結(jié)構(gòu)清晰的圖像，但并未相應(yīng)地提高病灶的檢出率和診斷準確性。反之，隨著CT劑量的降低，圖像噪聲隨之升高，會影響圖像質(zhì)量。所以，在臨床CT掃描中應(yīng)選擇恰當(dāng)?shù)膮?shù)，在輻射劑量與圖像質(zhì)量之間取得均衡。

有研究表明，降低胸部CT掃描的劑量是切實可行的，尤其是針對肺實內(nèi)病變的評價[4-6]。在胸部低劑量掃描中，盡管圖像噪聲會相應(yīng)增加，但因肺實質(zhì)密度較低（接近空氣，CT值約－1000HU），病灶與肺實質(zhì)之間存在天然對比，仍能較容易地診斷肺內(nèi)病灶。

目前常規(guī)CT檢查一般采用濾波反投影重建算法對噪聲和偽影較為敏感。所以，以往有學(xué)者[4-6]對低劑量CT數(shù)據(jù)采用常規(guī)FBP算法，如果要獲得與常規(guī)掃描方法相近的成像質(zhì)量，輻射劑量并不能顯著降低。為了減少低劑量CT圖像的噪聲，多種新開發(fā)的圖像后處理算法逐漸運用于臨床，如迭代重建算法，GE公司的自適應(yīng)統(tǒng)計迭代重建技術(shù)（adaptive statistical iterative reconstruction，ASIR）、Philips ICT 的iDose4等[7-8]。有文獻報道，ASIR重建算法應(yīng)用于胸部低劑量掃描，采用120kV和40mAs能夠得到滿足臨床診斷要求的圖像[9]。另有文獻報道，iDose4在心血管系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠顯著降低劑量及改善圖像質(zhì)量[10]。iDose4操作流程建議降低輻射劑量，首先從降低管電流開始。iDose4重建分不同的等級操作（1～6級），等級越高，代表越能降低掃描劑量或越能改善圖像質(zhì)量（消除圖像噪聲）。筆者嘗試將iDose4用于胸部低劑量掃描，且把起始管電流設(shè)定為40mAs，并逐步降低。

圖1 男，20歲，隨著iDose4等級的升高，圖像的SD逐漸降低，SNR逐漸升高，圖1h上顯示的氣管腔SD、SNR與圖1a上相當(dāng)。a）肺動脈期，120kV，管電流自動調(diào)控，F(xiàn)BP，SD為20.72，SNR為47.73；b）主動脈期，120kV，管電流20mAs，F(xiàn)BP，SD為31.80，SNR為31.63；c）主動脈期，120kV，管電流20mAs，iDose4 level：1，SD為29.05，SNR為33.80；d）主動脈期，120kV，管電流20mAs，iDose4 level：2，SD為27.81，SNR為35.10；e）主動脈期，120kV，管電流20mAs，iDose4 level：3，SD為26.23，SNR為37.43；f）主動脈期，120kV，管電流20mAs，iDose4 level：4，SD為24.67，SNR為39.85；g）主動脈期，120kV，管電流20mAs，iDose4 level：5，SD為22.67，SNR為43.36；h）主動脈期，120kV，管電流20mAs，iDose4 level：6，SD為20.42，SNR為48.14。

本組結(jié)果顯示，應(yīng)用iDose4能顯著降低有效輻射劑量。與常規(guī)組輻射量（5.84±1.41）mSv相比，40mAs組為（1.49±0.70）mSv，較常規(guī)組劑量降低約74.5%；30mAs組為（1.04±0.19）mSv，較常規(guī)組劑量降低82.2%；20mAs組為（0.71±0.05）mSv，較常規(guī)劑量降低87.8%。

但是，伴隨著mAs以及輻射量的降低，F(xiàn)BP重建算法的圖像噪聲顯著升高，平均SNR值則明顯降低。而采用iDose4重建時，隨著iDose4等級的升高，重建圖像的平均SD值逐漸降低，SNR逐漸增高。40mAsiDose4－4圖像的平均SD值和SNR值與常規(guī)劑量組接近，而40mAs－iDose4level－5、6組，兩項指標(biāo)均優(yōu)于常規(guī)劑 量 組。 同 樣 的，30mAs－iDose4－5 水 平、20mAsiDose4－6水平，重建圖像的SD值、SNR值與常規(guī)劑量組相仿。另外，我們?yōu)榱擞^測iDose4重建技術(shù)對CT值有無影響，選擇了胸鎖關(guān)節(jié)層面的氣管腔進行CT值的測量，結(jié)果顯示，iDose4重建技術(shù)對CT值沒有明顯影響。

本組結(jié)果與以往的一些對迭代重建算法用于低劑量CT掃描的體模及臨床研究一致[11-13]。然而，研究發(fā)現(xiàn)，相對于以往的研究，iDose4運用于胸部低劑量掃描，能夠更進一步的降低輻射劑量（最高降低87.8%）。Prakash等[12]報道，迭代重建算法應(yīng)用于胸部低劑量掃描，與濾波反投影重建算法比較，僅僅能夠減低27.0%的有效輻射劑量。同樣的，我們研究的有效劑量的降低，也較Zeigler等[13]報道的體模研究的有效劑量顯著降低。

在胸部低劑量掃描，管電流降至40～20mAs，F(xiàn)BP及iDose4低等級重建算法對胸部肺內(nèi)小病灶的觀察有一定影響。但我們通過升高iDose4的等級，能夠 明 顯 提 高 圖 像 質(zhì) 量。 如 40mAs－iDose4－4 組、30mAs－iDose4－5組、20mAs－iDose4－6組，肺內(nèi)小病灶的評分從FBP組的低于2.0分上升至高于2.0分，能滿足臨床診斷需要。

綜上所述，迭代重建算法應(yīng)用于胸部螺旋CT掃描，能在保證圖像質(zhì)量的同時，顯著地降低有效輻射劑量。采取管電壓恒定（120kV）、電流40mAs并采用iDose4－4重建、30mAs采 用iDose4－5 重 建 或 20mAs采用iDose4－6重建，均能達到臨床要求。

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