低管電壓結(jié)合自適應統(tǒng)計性迭代算法對腹部CT平掃圖像的影響

浦仁旺，劉義軍，劉靜紅，盧緒論，王詩瑜，劉愛連

（大連醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院放射科，遼寧 大連　116011）

低管電壓結(jié)合自適應統(tǒng)計性迭代算法對腹部CT平掃圖像的影響

浦仁旺，劉義軍，劉靜紅，盧緒論，王詩瑜，劉愛連

（大連醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院放射科，遼寧 大連116011）

目的：評價低管電壓結(jié)合自適應統(tǒng)計性迭代算法對腹部CT平掃圖像的影響。方法：77例BMI＜22 kg/m2的腹部CT平掃患者采用管電壓80 kVp、自動管電流（噪聲指數(shù)14）、50%ASIR重建，為實驗組；56例BMI＜22 kg/m2的腹部平掃CT患者采用管電壓120 kVp、自動管電流（噪聲指數(shù)10）、FBP重建，為對照組。測量兩組圖像肝臟和脾臟的噪聲、信噪比（SNR）、對比噪聲比（CNR）并記錄CT劑量指數(shù)，兩名高年資診斷醫(yī)師采用盲法對兩組的圖像質(zhì)量進行客觀測量和主觀評價。利用獨立樣本t檢驗對兩組結(jié)果進行比較，兩名醫(yī)師的一致性評估采用Kappa檢驗。結(jié)果：實驗組肝臟和脾臟的噪聲分別為 （14.99±1.95）HU、（14.62±2.17）HU，SNR分別為3.76±0.65、4.07±0.71，CNR分別為2.37±0.61、7.32±0.55，CT劑量指數(shù)（CTDIVOL）為（6.89±0.39）mGy，圖像質(zhì)量主觀評分為4.50±0.51；對照組肝臟和脾臟的噪聲分別為（27.1±6.42）HU、（27.11±6.4）HU，SNR分別為2.39±0.99、2.14± 0.69，CNR分別為3.07±0.50、6.19±0.39，CTDIVOL為（11.03±6.44）mGy，圖像質(zhì)量主觀評分為4.21±0.46。獨立樣本t檢驗中肝臟和脾臟的CNR差異沒有統(tǒng)計學意義（t值為0.67、1.61，P值為0.51、0.11）；兩組圖像肝臟噪聲、脾臟的噪聲、肝臟的SNR、脾臟的SNR、CT劑量指數(shù)、圖像質(zhì)量主觀評分差異均具有統(tǒng)計學意義（t值分別為11.68、11.18、9.52、12.57、10.02、3.51，P值均＜0.05）。結(jié)論：在腹部CT平掃中針對BMI＜22 kg/m2的患者采用低管電壓結(jié)合自適應統(tǒng)計性迭代算法，不但可以降低輻射劑量，而且還可提高圖像質(zhì)量。

腹部；體層攝影術(shù)，螺旋計算機

隨著多層螺旋CT的普及，其應用數(shù)量急劇增加，CT電離輻射的致癌風險以及放射防護與安全問題開始成為關(guān)注的焦點［1］。據(jù)報道，接受腹部CT檢查患者的癌癥發(fā)生率約為12.5/10 000，其危害程度相當于吸煙1年［2］。降低管電壓、自動管電流調(diào)制都可以有效的降低患者的受輻射劑量［3-4］，但同時會導致圖像質(zhì)量的下降；自適應統(tǒng)計性迭代算法（ASIR）能夠有效降低圖像的噪聲［5］，極大的改善由于低管電壓而導致的噪聲增加。近年來利用低管電壓結(jié)合自適應統(tǒng)計性迭代算法的雙低血管成像研究成為業(yè)界的熱點，卻鮮有關(guān)注腹部平掃的報道。筆者將對低管電壓結(jié)合自適應統(tǒng)計性迭代算法的掃描方法在腹部CT平掃中的應用價值進行評價研究，具體如下。

1　資料與方法

1.1病人資料

前瞻性選取2013年3—12月懷疑腹部疾病來我院能譜CT行全腹部CT平掃患者331例，其中男222例，女109例。入組標準：①BMI＜22 kg/m2，按照首診時間，2013年3—8月，采用低管電壓結(jié)合自適應統(tǒng)計性迭代的掃描方案做為實驗組，2013年9—12月，采用常規(guī)120 kVp結(jié)合FBP的掃描方案做為對照組；②呼吸狀態(tài)平穩(wěn)，不影響正常屏氣；③患者知情且同意。出組情況：①介入術(shù)后或射頻消融術(shù)后；②腹腔有內(nèi)置物，偽影嚴重。最終，實驗組入組77例，其中男42例、女35例，年齡28～82歲，平均（61.14±10.27）歲；對照組入組56例，其中男39例、女17例，年齡33～79歲，平均（60.02±9.56）歲。

1.2CT檢查方法及掃描參數(shù)

檢查前4小時，患者禁食；檢查前30分鐘，口服清水800mL；檢查前5分鐘，口服清水200mL。所有檢查均應用GE Discovery 750 HDCT，ADW 4.5工作站。實驗組管電壓80 kVp、自動管電流（Min：50mA；Max：600mA；Noise Index：14）、50%ASIR重建；對照組管電壓120 kVp、自動管電流（Min：50mA；Max：600mA；Noise Index：10）、FBP重建。其它掃描參數(shù)均一致：旋轉(zhuǎn)時間0.8 s，螺距1.375：1，層厚5mm，層距5mm，準直0.625mm×64，矩陣512×512，重建算法Stnd。

1.3圖像測量與評價

圖像分析與測量均在AW4.5圖像處理工作站進行，包括客觀評價和主觀評價。由兩位分別有5年和7年讀片經(jīng)驗的影像診斷醫(yī)師，在不知具體分組的情況下，對圖像進行評估，包括客觀測量和主觀評分。

客觀評價：將圖像傳至ADW4.5工作站，測量兩組圖像的肝臟、脾臟、右豎背肌的SD和CT值，見圖1，2。在測量時，ROI測量區(qū)域應選擇密度均勻、偽影少并避開大的血管的區(qū)域，將ROI復制應用，ROI面積為50mm2，肝臟、脾臟和豎背肌選在同一層面，每個臟器數(shù)據(jù)在上下相鄰兩個層面共測量3次后計算平均值；計算兩組圖像的肝臟和脾臟的信噪比（SNR）、對比噪聲比 （CNR），在計算時均以豎背肌為背景，SNR肝=CT肝/SD豎背肌，CNR肝=（CT肝-CT豎背?。?SD豎背肌，SNR脾=CT脾/SD豎背肌，CNR脾=（CT脾-CT豎背?。?SD豎背??；記錄兩組病例CT dose的CT劑量指數(shù)（CTDIVOL）。若測量結(jié)果一致性良好，選取兩位觀察者中測量結(jié)果標準差較小的一組做為兩組圖像的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學分析。

主觀評價：主要評價圖像的噪聲、銳利度、偽影等。采用5分評分制，1分（差），完全不能滿足診斷要求，巨大噪聲，嚴重偽影，組織結(jié)構(gòu)顯示不清；2分（較差），不能診斷，噪聲較大，偽影較多，組織結(jié)構(gòu)顯示不清；3分（一般），基本滿足診斷要求，部分結(jié)構(gòu)顯示不清，偽影噪聲較多；4分（良好），滿足診斷要求，組織結(jié)構(gòu)顯示清晰，偽影噪聲較少；5分（優(yōu)秀），完全滿足診斷要求，對比良好，偽影噪聲很小，組織結(jié)構(gòu)顯示清晰，評分≥3分認為滿足診斷要求。兩名醫(yī)師的一致性評估采用Kappa檢驗，若評分結(jié)果一致性良好，以兩位觀察者評分的平均值進行統(tǒng)計學分析。

圖1實驗組圖像（80 kVp，50%ASIR，NI14），肝多發(fā)囊腫合并膽囊結(jié)石患者。男，43歲，肝臟SD=15.78HU，脾臟SD=15.96 HU，肝臟SNR=4.12，脾臟SNR=4.26，肝臟CNR=2.15，脾臟CNR=6.72。圖2對照組圖像（120 kVp，F(xiàn)BP，NI10），肝囊腫合并膽囊結(jié)石患者，男，73歲，肝臟SD=24.73HU，脾臟SD=24.64HU，肝臟SNR= 2.12，脾臟SNR=2.29，肝臟CNR=3.15，脾臟CNR=6.58。

Figure 1.Images in the experimental group（80 kVp，50%ASIR，NI14）.Multiple liver cysts complicated with gallbladder stones.Male，43y，Liver SD=15.78 HU，Spleen SD=15.96 HU，Liver SNR=4.12，Spleen SNR=4.26，Liver CNR=2.15，Spleen CNR=6.72.Figure 2.Images in the control group（120 kVp，F(xiàn)BP，NI10）.Liver cyst complicated with gallbladder stones.Male，73y，Liver SD=24.73HU，Spleen SD=24.64HU，Liver SNR=2.12，Spleen SNR=2.29，Liver CNR=3.15，Spleen CNR=6.58.

1.4統(tǒng)計學分析

采用SPSS 17統(tǒng)計學軟件，利用獨立樣本t檢驗比較兩組肝臟和脾臟的SD、SNR、CNR、CTDIVOL、圖像質(zhì)量主觀評分，P＜0.05為差異具有統(tǒng)計學意義。兩名觀察者的一致性評估采用Kappa檢驗。Kappa值＞0.75為一致性好；Kappa值在0.40～0.75為一致性一般；Kappa值＜0.40為一致性差。

2　結(jié)果

2.1圖像噪聲

肝臟和脾臟的噪聲數(shù)據(jù)及結(jié)果如表1。

表1　實驗組與對照組SD比較

實驗組肝臟和脾臟的噪聲分別為（14.99±1.95）HU、（14.62±2.17）HU，對照組肝實質(zhì)和脾臟的噪聲分別為（27.1± 6.42）HU、（27.11±6.4）HU，差異均具有統(tǒng)計學意義（t值分別為11.68、11.18，P值均＜0.05），實驗組相比對照組噪聲明顯降低（降幅分別為44.68%、46.07%）。

2.2肝臟和脾臟的SNR

肝臟和脾臟的SNR數(shù)據(jù)及比較結(jié)果如表2。

表2　實驗組與對照組SNR比較

實驗組肝臟和脾臟的SNR分別為3.76±0.65、4.07±0.71，常規(guī)組肝臟和脾臟的SNR分別為2.39±0.99、2.14±0.69，差異均具有統(tǒng)計學意義（t值分別為9.52、12.57，P值均＜0.05），實驗組相比對照組 SNR大幅提高 （增幅分別為 57.32%、90.18%）。

2.3肝臟和脾臟的CNR

肝臟和脾臟的CNR數(shù)據(jù)及比較結(jié)果如表3。

實驗組肝臟和脾臟的CNR分別為2.37±0.61、7.32±0.55，對照組肝臟和脾臟的CNR分別為3.07±0.50、6.19±0.39，差異不具有統(tǒng)計學意義 （t值分別為0.667、1.612，P值均＞0.05），實驗組相比對照組CNR差別不大。

表3　實驗組與對照組CNR比較

2.4輻射劑量

實驗組的CTDIVOL為（6.89±0.39）mGy，常規(guī)組的CTDIVOL為（11.03±6.44）mGy，差異具有統(tǒng)計學意義（t值為10.02，P值均＜0.05），實驗組相比對照組 CTDIVOL明顯降低 （降幅為59.97%）。

2.5圖像質(zhì)量主觀評分

兩組的圖像主觀評分數(shù)據(jù)及比較如表4。

表4　實驗組與對照組圖像主觀評分比較

兩組圖像評分結(jié)果均能滿足診斷要求，實驗組圖像質(zhì)量主觀評分為4.50±0.51，對照組圖像質(zhì)量主觀評分為4.21± 0.46，差異具有統(tǒng)計學意義（t值為3.514，P值均＜0.05）。

3　討論

隨著公眾放射衛(wèi)生安全和自身防護意識的提高，腹部CT檢查所導致的高輻射劑量日益引起業(yè)界的重視。如何在不影響圖像質(zhì)量的前提下，盡可能多的降低輻射劑量成為大家越來越關(guān)注的問題。

輻射劑量與管電壓的平方成正比，所以低管電壓掃描可以有效的降低輻射劑量［6］。但是降低管電壓可減弱X線穿透作用，減少到達探測器的光子數(shù)，從而導致圖像的噪聲增加，影響圖像的質(zhì)量［7］。如把120 kVp降低到80 kVp時，需要提高近4倍的管電流來保持同樣的圖像噪聲水平［8］?；诓煌軝z者差異性的BMI而采用的自動毫安調(diào)制技術(shù)也是降低輻射劑量的主流方法［9］，但如何選擇合適的噪聲指數(shù)，盡管廠家會提供參考值，但在臨床實踐中仍需探索使用。FBP無法消除由于光子的漲落所產(chǎn)生的量子噪聲，而且它會把來自各個方向上的散射線當作正常的穿透人體的射線來進行計算，結(jié)果增加了層面內(nèi)的像素噪聲［10］。所以如果采用低管電壓結(jié)合FBP掃描方案，為了保證圖像質(zhì)量，就要求相應的提高自動管電流調(diào)制的噪聲指數(shù)，這樣輻射劑量的降低就會十分有限，失去了采用低管電壓的意義；反之如果采用同樣的自動管電流調(diào)制的噪聲指數(shù)，那么圖像的噪聲將會明顯增加，從而影響圖像質(zhì)量。

ASIR是一種全新的基于迭代圖像重建技術(shù)，其原理是假設(shè)鄰近體素之間的噪聲差異是由統(tǒng)計波動或圖像噪聲引起的，對所有投射數(shù)據(jù)進行多次選擇迭代和矯正，由此重建出高質(zhì)量和低噪聲的圖像，所需投影數(shù)據(jù)少，即使在數(shù)據(jù)不完全和低劑量條件下成像，利用ASIR仍可得到重建高質(zhì)量的圖像［11］。ASIR具有從0～100%的權(quán)重系數(shù)，以10%為間隔，隨著權(quán)重的增大，重建中迭代所占部分越來越大，圖像的噪聲將會不斷的減少，但重建所需的時間也會越來越長［12］。本研究表明，利用低管電壓結(jié)合ASIR重建采用更高的噪聲指數(shù)NI的掃描方案，其中低管電壓（由120 kVp改為80 kVp）以及采用更高的噪聲指數(shù)（由NI10改為NI為14）都是降低輻射劑量的有效方法，研究中實驗組大幅度降低了患者的輻射劑量（降低37.44%）；重建技術(shù)的改變（由FBP改為50%ASIR）不僅保持了圖像同一水平的CNR，而且大大的降低了圖像的噪聲水平（降低44.68%、46.07%），更提高了圖像的SNR（提高57.32%、90.18%），這也是ASIR最大降噪效果的體現(xiàn)。這能夠表明，低管電壓結(jié)合ASIR重建，在保持同樣的噪聲、SNR的前提下還有進一步降低輻射劑量的潛力；也同樣具有在同等輻射劑量水平下，提高圖像質(zhì)量的潛力。

本研究尚有許多不足：①樣本量小，結(jié)果還需更大樣本研究證實；②只選取了小體質(zhì)指數(shù)的患者人群，其余BMI還有待進一步研究；③僅對50%ASIR權(quán)重進行研究，其他權(quán)重水平未進行比較；④脂肪肝的患者沒有出組。

綜上所述，在腹部平掃CT檢查中，針對小體質(zhì)指數(shù)患者人群，與常規(guī)kVp結(jié)合FBP重建相比，低管電壓結(jié)合ASIR重建不僅可以有效的降低患者的受輻射劑量，而且還改善了圖像質(zhì)量，具有很好的應用前景。

［1］Brenner DJ，Hall EJ.Computed tomography：an increasing source of radiation exposure［J］.N Engl J Med，2007，357（22）：2277-2284.

［2］Tsapaki V，Rehani M，Saini S.Radiation safety in abdominal computed tomography［J］.Semin Ultrasound CT MR，2010，31（1）：29-38.

［3］Gerber TC，Kuzo RS，Morin RL.Techniques and Parameters for Estimating Radiation Exposure and Dose in Cardiac Computed Tomography［J］.Int J Cardiovasc Imaging，2005，21（1）：165-176.

［4］McCollough CH，Primak AN，Braun N，et al.Strategies for Reducing Radiation Dose in CT［J］.Radiol Clin North Am，2009，47 （1）：27-40.

［5］Thibault JB，Sauer KD，Bouman CA，et al.A three-dimensional statistical approach to improved image quality for multislice helical CT［J］.Med Phys，2007，34（11）：4526-4544.

［6］Huda W，Scalzetti EM，Levin G，et al.Technique factors and image quality as functions of patient weight at abdominal CT［J］. Radiology，2000，217（2）：430-435.

［7］李瓊，于紅，張麗，等.迭代重建技術(shù)對低管電壓胸部CT增強掃描圖像質(zhì)量的影響［J］.實用放射學雜志，2012，28（10）：1615-1618.

［8］Nyman U，Ahl TL，Kristiansso NM，et al.Patient-circumferenceadapted dose regulation in body computed tomography，a practical and flexible formula［J］.Acta Radiol，2005，46（4）：396-406.

［9］Paul JF，Abada HT.Strategies for Reduction of Radiation Dose in Cardiac Multislice CT［J］.Eur Radiol，2007，17（8）：2028-2037.

［10］Shepp LA，Logan BF.The Fourier reconstruction of a head section［J］.IEEE Trans Nucl Sci，1974，21（1）：21-34.

［11］Thibault JB，Sauer KD，Bouman CA，et al.A three-dimensional statistical approach to improved image quality for multislice helical CT［J］.Med Phys，2007，34（11）：4526-4544.

［12］楊尚文，何健，楊獻峰.ASIR算法結(jié)合自動管電流調(diào)制技術(shù)在胸部低劑量CT中的應用研究 ［J］.醫(yī)學影像學雜志，2012，22（1）：58-61.

Effects of low tube voltage combining with ASIR on abdom inal plain CT scan images

PU Ren-wang，LIU Yi-jun，LIU Jing-hong，LU Xu-lun，WANG Shi-yu，LIU Ai-lian
（Department of Radiology，the First Affiliated Hospital of Dalian Medical University，Dalian Liaoning 116011，China）

R57；R814.42

B

1008-1062（2015）01-0066-03

2014-09-09

浦仁旺（1980-），男，黑龍江大慶人，主管技師。

劉義軍，大連醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院放射科，116011。