低毫安結(jié)合自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代重建(ASiR)在降低腹部血管能譜CT成像輻射劑量中的可行性研究

王慶國， 王政， 周志國， 解學(xué)乾， 李念云， 張貴祥

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·腹部影像學(xué)·

低毫安結(jié)合自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代重建(ASiR)在降低腹部血管能譜CT成像輻射劑量中的可行性研究

王慶國， 王政， 周志國， 解學(xué)乾， 李念云， 張貴祥

目的：探討低毫安能譜掃描結(jié)合自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代技術(shù)(ASiR)在降低上腹部能譜CT血管成像輻射劑量的可行性。方法：搜集臨床疑似腹部血管病變的患者38例，均行能譜CT血管成像檢查。噪聲指數(shù)為12.0。所有患者分為兩組，組1采用常規(guī)管電流(630 mA)，共18例患者；組2采用低管電流[(260～375) mA，(310.42±54.83) mA]，共20例患者。所有患者均選用70kev單能圖像。組1、組2圖像根據(jù)采用FBP和ASiR重建算法不同共分為四個亞組，命名為組1A、組1B和組2A、組2B。對各組間圖像比噪聲比(CNR)、信噪比(SNR)和噪聲進(jìn)行比較。記錄每位患者掃描后自動生成的CT劑量容積指數(shù)(CTDIvol)，劑量長度乘積(DLP)，并計(jì)算每位患者有效輻射劑量(ED)，對組1、組2之間的輻射劑量進(jìn)行比較。采用5分法對圖像進(jìn)行主觀評分。結(jié)果：組2的CTDIvol為(11.55 ±2.94) mGy，明顯低于組1 [(18.13±3.64) mGy，t=6.17，P<0.01]。組2的ED值為(4.48 ±1.34) mSv，較組1[(7.56 ±2.68) mSv]降低了41% (t=4.54，P<0.01)。加入50%ASiR重建后，組1B、組2B圖像噪聲分別較組1A、組2A降低，而SNR及CNR均有升高，均值比較具有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)。組2B的圖像噪聲較組1A降低，SNR及CNR升高，兩組間均值比較具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)。組1A與組2B的圖像質(zhì)量主觀評分無顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(Z=-0.16,P>0.05)。結(jié)論：采用低毫安結(jié)合ASiR技術(shù)能夠在不明顯影響圖像質(zhì)量的前提下降低41%的有效輻射劑量，具有臨床應(yīng)用推廣價值。

腹部； 體層攝影術(shù)，X線計(jì)算機(jī)； 輻射劑量

Abdomen; Tomography,X-ray computed; Radiation dosage

能譜CT血管成像(CTA)顯示腹部血管，如腎動脈、門靜脈明顯優(yōu)于傳統(tǒng)混合能量CT[1-3]。但常規(guī)能譜CT掃描的輻射劑量較高，成為其推廣應(yīng)用中的障礙。筆者在本研究中擬通過低毫安能譜掃描結(jié)合自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代技術(shù)(adaptive statistical iterative reconstruction,ASiR)的應(yīng)用，探討其在降低上腹部能譜CTA輻射劑量的可行性。

材料與方法

1.研究對象

本研究為前瞻性研究。入組標(biāo)準(zhǔn)：①肝腎功能正常；②臨床懷疑腹主動脈疾患；③患者無急性出血性休克等危重癥狀；④無對比劑禁忌證。共搜集2014年2-5月疑似腹主動脈病變需要接受寶石能譜上腹部CT血管成像的患者38例，其中男20例，女18例，年齡43～86歲，平均( 62.77±11.59)歲。

滿足入組標(biāo)準(zhǔn)的患者隨機(jī)分為兩組：常規(guī)能譜組18例(男 12例，女6例，年齡46～83歲，平均為60.57歲±11.33歲)，命名為組1，采用濾波反投影重建(filtered-back projection，F(xiàn)BP)者定為1A組，共18例，采用50%自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction，ASiR)者定為1B組，共18例；低劑量能譜組 20例(男8例，女 12例，年齡45～86歲，平均為65.33歲±11.84歲)命名為組2，采用FBP重建者定為2A組，共20例；采用50%ASiR者定為2B組，共20例。

2.掃描設(shè)備及參數(shù)

采用GE discovery CT 750 HD CT掃描儀，禁食8 h以上，檢查前飲清水1000～1500 mL，急診收治的患者檢查前不行腸道準(zhǔn)備和飲用清水。CT增強(qiáng)掃描對比劑選用典比樂(碘帕醇，上海博萊科信誼藥業(yè)有限責(zé)任公司)，濃度為370 mg I/mL，注射劑量為450 mL I/kg，注射速率為4.0 mL/s。掃描范圍覆蓋膈頂至腹主動脈分叉處。利用SmartPrep技術(shù)，放置感興趣區(qū)(ROI) 在雙腎門水平腹主動脈上，當(dāng)開始注射對比劑后CT值達(dá)到觸發(fā)閾值140 HU后手動觸發(fā)掃描。組1患者掃描時管電流為630 mA；組2患者掃描時管電流為260～375 mA[平均(310.42±54.83) mA]。兩組管電壓均采用140 kVp和80 kVp 瞬時雙能切換，切換一次0.5 ms，球管旋轉(zhuǎn)速度為0.6 s/r，螺距為0.984，噪聲指數(shù)設(shè)為12.0。

3.圖像質(zhì)量評估

圖像客觀評估：本研究中所有患者CT原始圖像均導(dǎo)入GE AW 4.6 工作站進(jìn)行后處理。采用能譜分析軟件后處理得到70 Kev能量圖像，這在我們前期研究中被證實(shí)為最佳質(zhì)量的單能圖像。由一位有經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師(工作年數(shù)為5年)在隱藏圖像掃描參數(shù)的情況下進(jìn)行圖像各項(xiàng)測量。將感興趣區(qū)(78.8 mm2)均放置于右腎動脈開口水平的腹主動脈及同層面左側(cè)背部豎脊肌上。測量感興趣區(qū)內(nèi)的信號強(qiáng)度(CT值)和噪聲(CT值標(biāo)準(zhǔn)差)。所有數(shù)據(jù)均重復(fù)測量三次，計(jì)算得到平均值。信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)計(jì)算方法為腹主動脈平均CT值/標(biāo)準(zhǔn)差。對比噪聲比(contrast-to-noise ratio,CNR)為(腹主動脈CT值-肌肉CT值)/腹主動脈噪聲。

圖像主觀評估[4]：所有圖像均調(diào)節(jié)為標(biāo)準(zhǔn)腹部窗寬、窗位(400 HU/40 HU)，由兩名有經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師(工作年數(shù)分別為8年和10年)采用雙盲法進(jìn)行評估。選取右腎動脈作為評估對象，采用5分法進(jìn)行評分：5分，清晰顯示3級和4級分支，血管邊緣清晰、銳利；4分，清晰顯示3級分支，血管邊緣欠銳利；3分，清晰顯示2級分支，血管邊緣欠銳利；2分，顯示1級分支；1分，無法顯示1級分支。圖像質(zhì)量評分≥3分認(rèn)為可以進(jìn)行診斷。2名醫(yī)師圖像質(zhì)量評分一致性較好時，采用高年資醫(yī)師的評估結(jié)果作為最終評分結(jié)果。

4.有效輻射劑量評價

所有患者行CT掃描后自動生成劑量報(bào)告表，記錄容積劑量指數(shù)(CT dose index volume,CTDIvol)和劑量長度乘積(dose length product,DLP)。有效劑量(effective dose,ED)=DLP×k，其中k為劑量轉(zhuǎn)換系數(shù)，本研究中k值取0.015。

5.統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

結(jié) 果

1.患者年齡、體重及體重指數(shù)比較(表1)

表1 患者臨床資料比較

注：兩組患者年齡、體重及體重指數(shù)均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

2.圖像質(zhì)量客觀指標(biāo)比較

采用50%ASiR后，組1B、組2B圖像噪聲分別較組1A、組2A降低，而SNR及CNR均升高，均值比較具有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05，圖1～4)。組2B的圖像噪聲較組1A降低，SNR及CNR升高，兩組間均值比較具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05，表2)。

表2 不同組噪聲、SNR及CNR平均值

注：*組1B與組2B噪聲組間比較無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

3.圖像質(zhì)量主觀評分比較

圖1 女，72歲，BMI：25.40 kg/m2。a) 管電流： 630 mA，GSI，F(xiàn)BP重建; b) 管電流： 630 mA，GSI， 50% ASiR重建。 圖2 女，58歲，BMI：23.40 kg/m2。a) 管電流：260 mA，GSI，F(xiàn)BP重建; b) 管電流：260 mA，GSI，50%ASiR 重建。

組1A與組2B間圖像質(zhì)量主觀評分無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(Z=-0.16，P>0.05)。組2A的圖像質(zhì)量主觀評分較組2B、組1A和組1B低，均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(Z=-2.26，-2.87，-4.31，P<0.05)。

4.輻射劑量比較

組2的CTDIvol為(11.55 ±2.94) mGy，明顯低于組1[(18.13±3.64) mGy](t=6.17，P<0.01)。組2的ED值為(4.48 ±1.34) mSv，較組1的ED值(7.56±2.68) mSv降低了41%(t=4.54，P<0.01)。

討 論

寶石能譜CTA能根據(jù)臨床不同需求選取最理想的單能圖像或基物質(zhì)圖像進(jìn)行圖像重組，較傳統(tǒng)CTA能更為清晰的顯示門靜脈系統(tǒng)、優(yōu)化動脈成像，并能有效減輕或者去除X線線束硬化偽影，克服傳統(tǒng)混合能量圖像的不足，對有明顯鈣化斑塊的動脈管腔狹窄程度的判斷更為準(zhǔn)確[5，6]。由于常規(guī)能譜CT的球管電壓140 kVp/80 kVp瞬時切換的同時無法實(shí)時調(diào)制管電流，因此掃描時只能采用單一較高的管電流來保證圖像質(zhì)量，從而導(dǎo)致能譜成像的劑量明顯高于常規(guī)掃描，一定程度上限制了其在臨床中的應(yīng)用和推廣。本文采用低毫安結(jié)合自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代重建(ASiR)技術(shù)能夠在不明顯影響圖像質(zhì)量的前提下降低41%的有效輻射劑量，具有臨床應(yīng)用推廣價值。

改善圖像重建方式能夠明顯降低噪聲和提高圖像質(zhì)量，這成為降低CT輻射劑量的突破口[7]。解析重建(analytic reconstruction，AR)和迭代重建(iterative reconstruction，IR)是CT圖像重建的兩種基本方法，前者代表性算法是濾過反投影(filtered back projection，F(xiàn)BP)，其重建速度較快，但它要求每次投影測量數(shù)據(jù)是精確定量的和完全的，X射線光子統(tǒng)計(jì)波動對它有很大影響，當(dāng)輻射劑量降低或投影數(shù)據(jù)采集不足時，重建出的圖像質(zhì)量就會很差。研究證實(shí)采用FBP重建無法明顯改善能譜CT血管成像的圖像質(zhì)量，其重要原因是能譜CT掃描模式下，采用80 kVp低壓和140 kVp高壓的瞬時切換，X射線光子統(tǒng)計(jì)波動非常大，明顯降低了FBP的重建效力[8]。本文采用了ASiR技術(shù)，屬于IR算法。理論上，IR算法是在原始數(shù)據(jù)空間通過精確模型進(jìn)行運(yùn)算，并引入統(tǒng)計(jì)信息，進(jìn)而獲得優(yōu)質(zhì)圖像，通過降低重建圖像的噪聲獲得劑量優(yōu)勢，從而有效降低了CT輻射劑量。但能譜CT管電壓波動很大，ASiR技術(shù)是否能發(fā)揮作用存在爭議。本研究結(jié)果顯示加入50%ASiR后，圖像的噪聲較采用FBP明顯降低，在常規(guī)能譜組中噪聲降低了51.53%，在低毫安能譜組中降低了45.36% (P<0.05)。本研究采用低毫安能譜CT掃描后，平均有效輻射劑量較常規(guī)能譜組下降了41%。因此采用低毫安能譜掃描結(jié)合ASiR技術(shù)可有效降低患者受輻射劑量，而不明顯影響圖像質(zhì)量。

本文未對管電壓的改變進(jìn)行研究，僅對BMI正常的人群進(jìn)行研究，對消瘦及肥胖人群未進(jìn)行研究。

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200080 上海，上海交通大學(xué)附屬第一人民醫(yī)院放射科

王慶國(1980-)，男，河南濮陽人，博士，主治醫(yī)師，主要從事腹部放射學(xué)工作。

R323.3; R814.42

A

1000-0313(2015)10-1023-04

10.13609/j.cnki.1000-0313.2015.10.012

2015-05-18

2015-07-20)

Feasibility of low-tube-current gemstone spectral imaging (GSI) associated with adaptive statistical iterative reconstruction (ASiR) used in upper abdominal CT angiography (CTA) WANG Qing-guo,WANG Zheng,ZHOU Zhi-guo,et al.Department of Radiology，the First Affiliated Hospital of Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200080,P.R.China

【Objective】 Abstract：To investigate the feasibility of low-tube-current GSI (gemstone spectral imaging) associated with adaptive statistical iterative reconstruction (ASiR) in reducing radiation dose without image quality deterioration in upper abdominal CTA (CT angiography).Methods:Thirty-eight patients who underwent GSI for upper abdominal CTA using a 64-row CT scanner (GE Discovery CT750 HD) were enrolled.Patients were divided into two groups:Group 1 (n=18) and Group 2 (n=20),they underwent CT scan with high tube current (630mA) and low tube current (260～375mA) respectively.The 70keV monochromatic images were reconstructed for all cases. Group 1 and Group 2 were divided into two subgroups (Group 1A,Group 1B and Group 2A,Group 2B) depending on different types of image reconstruction algorithm including filtered-back projection (FBP) and ASiR.The contrast to noise ratio (CNR),signal to noise ratio (SNR) and image noise were measured and calculated.The volume CT dose index (CTDIvol),dose length produce (DLP) and effective dose (ED) were recorded and calculated.A 5-score classification system was used to evaluate the performance of CT images quality by two senior observers.Results:The mean CTDIvol in Group 2 (11.55±2.94mGy) was significantly lower than that in Group 1 (18.13±3.64mGy) (t=6.17，P<0.01).The mean ED in Group 2 (4.48±1.34mSv) was significantly lower than that in Group 1 (7.56±2.68mSv) (t=4.54，P<0.01).The image noise of Group 1B and 2B were obviously reduced respectively compared with those in group 1A and 2A using 50%ASiR,while the SNR and CNR were increased (P<0.05).The image noise of Group 2B was lower than Group 1A,while the SNR and CNR were relatively higher (P<0.05).The image subjective quality scores had no statistically significant difference between Group 1A and Group 2B (Z=-0.16,P>0.05).Conclusion:Compared with high tube current GSI,41% radiation dose reduction can be achieved by low-tube-current GSI associated with ASiR without degradation of image quality in abdominal CTA.