迭代算法在100kVp分次團(tuán)注雙期CTU 檢查中的應(yīng)用研究

胡娟，王鶴，王霄英，邱建星，楊學(xué)東，郭小超，劉婧，曹會(huì)志

CT 尿路成像（computer tomography urography，CTU）是血尿查因的首選影像學(xué)檢查方法［1］，對(duì)CTU檢查方法的相關(guān)研究很多［2-4］，其中分次團(tuán)注雙期CTU、低管電壓CTU 是近年來(lái)較受關(guān)注的降低輻射劑量的CTU 掃描方法，然而兩者分別存在加大對(duì)比劑用量和增高圖像噪聲的問(wèn)題。本研究結(jié)合兩種CT掃描方法，并利用自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代重建（adaptive statistical iterative reconstruction，ASIR）和基于模型的重建（model-based iterative reconstruction，MBIR）兩種迭代重建技術(shù)，旨在探討進(jìn)一步優(yōu)化CT 尿路成像方法的可行性。

材料與方法

1.病例資料

2012年4月-6月在本院因“血尿待查”申請(qǐng)CT尿路成像檢查的30例連續(xù)病例，病例納入標(biāo)準(zhǔn)：①無(wú)腎功能不全（血肌酐＜133μmol／L）；②無(wú)其他碘對(duì)比劑使用禁忌；③患者一般情況可，可多次上下檢查床；④腹部超聲未發(fā)現(xiàn)腎臟或其他實(shí)質(zhì)臟器腫瘤。

將30例患者分成兩組，其中100kVp組15例，男7例，女8例，年齡18～79歲，平均48.7歲，身體質(zhì)量指數(shù)（body mass index，BMI）18.2～27.3kg／m2，平均23.3kg／m2；120kVp組15例，男13例，女2例，年齡28～74歲，平均58.5歲，BMI 17.7～26.4kg／m2，平均23.2kg／m2。

2.CT 掃描方案

所 有 患 者 檢 查 前30～60 min 飲 水500～1000mL，檢查前膀胱呈半充盈狀態(tài)。100kVp組平掃后行第一次團(tuán)注（0.4mL／kg），下床走動(dòng)，延遲600～900s后進(jìn)行第二次團(tuán)注（0.7mL／kg），延遲75s后掃描獲得實(shí)質(zhì)-腎盂期圖像。120kVp組平掃后單次團(tuán)注（1.1mL／kg），后延遲60s行實(shí)質(zhì)期掃描，再下床走動(dòng)，延遲600～900s后行腎盂期掃描。兩組病例均按1.1mL／kg劑量注射對(duì)比劑威視派克（320mg I／mL），采用同型號(hào)高壓注射器。

CT 掃 描 均 采 用GE Discovery CT750 HD （GE Healthcare，Milwaukee，USA）掃描儀，掃描范圍為雙側(cè)腎上腺至膀胱。100kVp組實(shí)質(zhì)-腎盂期掃描參數(shù)：管電壓100kVp，自動(dòng)毫安，噪聲指數(shù)11.57，轉(zhuǎn)速0.8s／r，螺距0.984，64i×0.625。100kVp組平掃及120kVp組各期掃描參數(shù)：自動(dòng)毫安，噪聲指數(shù)10.41，轉(zhuǎn)速0.8s／r，螺距0.984，64i×0.625。

3.圖像后處理

100kVp組實(shí)質(zhì)-腎盂期圖像在主機(jī)上進(jìn)行重建，獲得濾波反投影算法重建（filtered back projection reconstruction，F(xiàn)BP）、50%ASIR、100%ASIR 圖 像，原始數(shù)據(jù)由通用電氣醫(yī)療集團(tuán)CT 影像研究中心重建獲得MBIR 圖 像，120kVp 組 腎 盂 期 圖 像 采 用FBP 重建。所有圖像重建層厚0.625mm，層間距0.625mm。

4.數(shù)據(jù)分析

由兩位對(duì)檢查方法不知情的醫(yī)師（分別有4年和8年CTU 工作經(jīng)驗(yàn)）對(duì)不同重建方法的實(shí)質(zhì)腎盂期、腎盂期圖像進(jìn)行閱片。根據(jù)圖像質(zhì)量進(jìn)行主觀評(píng)分：1分，圖像質(zhì)量很差，無(wú)法用于評(píng)價(jià)；2 分，圖像質(zhì)量較差，無(wú)法用于評(píng)價(jià)；3分，圖像質(zhì)量一般，可用于評(píng)價(jià)；4分，圖像質(zhì)量較好，適于評(píng)價(jià)；5分，圖像質(zhì)量非常好。將集合系統(tǒng)分為4 段：腎盞（S1）、腎盂（S2）、輸尿管（S3）、膀胱（S4），分別測(cè)量左右側(cè)腎盞、腎盂、輸尿管CT 值，取平均值，代表S1-S3段測(cè)量值。計(jì)算腰大肌CT 值及臍水平腹部上方2cm 內(nèi)空氣CT 值的標(biāo)準(zhǔn)差，分別代表軟組織CT 值（CT 軟）及背景噪聲（CT噪）。對(duì)兩位醫(yī)師的測(cè)量值取平均值作為最終測(cè)量值。按公式（1）計(jì)算各段尿路的對(duì)比噪聲比（contrast noise ratio，CNR）：

記錄每位患者CT 劑量指數(shù)（CT dose index，CTDIvol）、劑量長(zhǎng)度乘積（dose length product，DLP），根據(jù)公式（2）計(jì)算有效劑量（effective dose，ED），測(cè)量每位患者臍水平腹部左右徑（Lat）和前后徑（AP），根據(jù)（Lat＋AP）查詢轉(zhuǎn)換因子（表1），根據(jù)公式（3）計(jì)算體型特異性劑量估計(jì)值（size-specific dose estimate，SSDE）［5］。

5.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。對(duì)兩名閱片者閱片的一致性分析采用Weighted Kappa檢驗(yàn)，Kappa值＜0.4視為一致性差，0.4＜Kappa值＜0.75視為一致性良好，Kappa值＞0.75視為一致性非常好。對(duì)100kVp組不同重建圖像與120kVp組圖像的主觀質(zhì)量評(píng)分、背景噪聲、各段尿路CNR、ED 及SSDE比較采用非參數(shù)秩和檢驗(yàn)（Mann-Whitney U），以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1.輻射劑量

100kVp組雙期CTU、120kVp 組三期CTU 總有效劑量分別為（13.7±5.1）和（26.5±8.7）mSv，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Z＝-3.588，P＝0.00）；100kVp組實(shí)質(zhì)-腎 盂 期、120 kVp 組腎盂期SSDE分別為（16.5±4.2）和（22.3±5.6）mGy，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Z＝-2.924，P＝0.003）。

2.圖像質(zhì)量評(píng)估

兩名閱片者圖像質(zhì)量主觀評(píng)分一致性非常好（Kappa值＝0.81）。主觀評(píng)分結(jié)果顯示，兩組病例各種CTU 重建圖像均可滿足診斷需求（圖1、2）。圖像質(zhì)量的主觀評(píng)分和CNR 測(cè)量結(jié)果見表1。

表1 兩組主觀評(píng)分、噪聲以及各段集合系統(tǒng)CNR測(cè)量結(jié)果

100kVp組不同重建方法圖像分別與120kVp組圖像進(jìn)行比較：100 kVp 組FBP 圖像噪聲高于120kVp組，圖像質(zhì)量評(píng)分、各段尿路CNR 均小于120kVp組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P值均＜0.05）；100kVp組50%ASIR 與120kVp組圖像質(zhì)量評(píng)分、圖像噪聲、各段尿路CNR 差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P值均＞0.05）；100kVp組100%ASIR 圖像質(zhì)量評(píng)分、圖像噪聲低于120kVp 組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＝0.004、0.000），兩組間各段尿路CNR 差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P值均＞0.05）；100kVp組MBIR 圖像質(zhì)量評(píng)分高于120kVp 組，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＝0.095），圖像噪聲低于120kVp組，各段尿路CNR 均高于120kVp組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P值均＜0.05，表2）。

表2 兩組主觀評(píng)分、噪聲以及各段集合系統(tǒng)CNR比較結(jié)果

討 論

CT 泌尿系成像在一次性評(píng)價(jià)上、下尿路的同時(shí)，可觀察泌尿系集合系統(tǒng)周圍、腎實(shí)質(zhì)、其他腹腔實(shí)質(zhì)臟器的病變，因此是血尿待查患者的首選影像學(xué)檢查方法［1］，然而相較于超聲、膀胱鏡、排泄性尿路造影（intravenous pyelography，IVP）和MRI，三期掃描（平掃、實(shí)質(zhì)期、腎盂期）CTU 最大缺點(diǎn)是輻射劑量較大。CT 檢查中患者接受的輻射劑量越來(lái)越受到大家的關(guān)注，越來(lái)越多的低劑量CTU 研究秉承ALARA 原則，盡可能優(yōu)化掃描方案、降低輻射劑量，采用的技術(shù)包括降低管電壓和管電流、使用自動(dòng)毫安技術(shù)和減少掃描期相等［4，6-7］。

分次團(tuán)注雙期CTU 設(shè)計(jì)較為巧妙且輻射劑量降幅較大，其通過(guò)分次注入對(duì)比劑，在合適的延遲時(shí)間一次掃描，同時(shí)獲得實(shí)質(zhì)期和腎盂期圖像，節(jié)省一次全腹掃描［2-3］，但它也存在碘對(duì)比劑用量較多的弊端。常規(guī)的單次團(tuán)注三期CTU 分泌期圖像，采集圖像時(shí)對(duì)比劑已基本排泄至集合系統(tǒng)，集合系統(tǒng)與軟組織的對(duì)比較好，而分次團(tuán)注雙期CTU 采集的實(shí)質(zhì)-腎盂期圖像腎實(shí)質(zhì)與集合系統(tǒng)同時(shí)顯示，為了提高集合系統(tǒng)與軟組織背景的對(duì)比，需注射更多的對(duì)比劑。因此相關(guān)研究中，分次團(tuán)注雙期CTU 對(duì)比劑的用量為120～150mL（常規(guī)＜100mL），濃度300～320mg I／mL，結(jié)果是分次團(tuán)注雙期CTU 雖然降低了輻射劑量，但增加了對(duì)比劑用量，尤其是對(duì)已有腎功能損害的患者，增加了發(fā)生對(duì)比劑腎病的風(fēng)險(xiǎn)。

本組研究中的分次團(tuán)注雙期CTU 采用常規(guī)劑量（1.1mL／kg，濃度320mg I／mL）對(duì)比劑，緊隨平掃進(jìn)行第一次對(duì)比劑團(tuán)注（0.4mL／kg），患者下床走動(dòng)，促進(jìn)對(duì)比劑均勻分布，避免膀胱內(nèi)出現(xiàn)分層，10～15min后再次上床進(jìn)行第二次對(duì)比劑團(tuán)注（0.7mL／kg），延遲75s進(jìn)行掃描，此時(shí)第一次團(tuán)注的對(duì)比劑主要排泄至膀胱及下尿路，第二次團(tuán)注的對(duì)比劑主要分布于腎實(shí)質(zhì)及上尿路，獲得實(shí)質(zhì)-腎盂期圖像。與單次團(tuán)注相同劑量常規(guī)CTU 腎盂期相比，僅1.1mL／kg對(duì)比劑同時(shí)分布于腎實(shí)質(zhì)及泌尿系集合系統(tǒng)，如果不解決集合系統(tǒng)內(nèi)對(duì)比劑濃度降低所致顯示程度下降，檢查效果將受到影響。

將100kVp掃描與分次團(tuán)注雙期CTU 相結(jié)合，不僅可進(jìn)一步降低輻射劑量，同時(shí)可提高含碘組織的CT 值，一定程度上克服了尿路管腔內(nèi)因?qū)Ρ葎┙^對(duì)量減少造成的顯示程度降低的問(wèn)題。但100kVp掃描同時(shí)帶來(lái)了圖像噪聲增高的問(wèn)題，許多研究將低電壓與迭代重建算法相結(jié)合，可以降低CT 檢查的射線劑量、提高圖像對(duì)比噪聲比、降低對(duì)比劑劑量［8-9］。ASIR可降低腹部和盆腔CT 檢查中約40%的輻射劑量［10］，而MBIR 則能降低全身多處CT 檢查中約50%～80%的輻射劑量［11-14］，此外，ASIR 和MBIR 在降低輻射劑量的同時(shí)還可減少圖像偽影［15-16］。

本組研究中，100kVp組在應(yīng)用50%ASIR、100%ASIR、MBIR 重建技術(shù)后，噪聲水平均較FBP 圖像低，降低幅度分別為26%、49%、75%，相應(yīng)各段尿路CNR 亦呈遞增趨勢(shì)。與120kVp組相比，100kVp組50%ASIR 圖像噪聲水平及各段尿路CNR 與120kVp組相近，100%ASIR、MBIR 噪聲水平降低，各段尿路CNR 增高。結(jié)合圖像質(zhì)量主觀評(píng)分，100kVp分次團(tuán)注CTU 50%ASIR 圖像可達(dá)到與常規(guī)管電壓?jiǎn)未螆F(tuán)注CTU 相似的成像效果，100kVp 分次團(tuán)注CTU 100%ASIR 圖像雖然客觀評(píng)價(jià)增高，但圖像質(zhì)量主觀評(píng)分較低，這可能與ASIR 技術(shù)是基于單一模型的迭代重建技術(shù)，與真實(shí)的噪聲原理并不完全一致有關(guān)，過(guò)度應(yīng)用可導(dǎo)致圖像出現(xiàn)“蠟像樣偽影”。而MBIR 是基于五種模型的迭代重建技術(shù)，降噪幅度更大，更接近真實(shí)噪聲的產(chǎn)生原理，圖像更為真實(shí)，100kVp分次團(tuán)注CTU MBIR 圖像主觀成像效果與常規(guī)管電壓?jiǎn)未螆F(tuán)注CTU 相近，客觀評(píng)價(jià)優(yōu)于常規(guī)CTU。

本研究中100kVp組SSDE較120kVp組減低約26%；分次團(tuán)注雙期CTU 減少一期全腹掃描，進(jìn)一步減少了輻射劑量，總ED 較120kVp組減低約48%。

綜上所述，100kVp、分次團(tuán)注與迭代重建技術(shù)相結(jié)合，在保證或優(yōu)化成像質(zhì)量的同時(shí)，可減少輻射劑量，且不需增加對(duì)比劑用量。在100kVp分次團(tuán)注雙期CTU 中，50%的ASIR 重建較其它重建比例更適合直接應(yīng)用于臨床。MBIR 技術(shù)是降噪、提高成像質(zhì)量更為優(yōu)秀的方法，值得進(jìn)一步深入研究。

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