自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)結(jié)合量子降噪技術(shù)在MSCT肝臟多期增強(qiáng)掃描中的應(yīng)用＊

北京大學(xué)深圳醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科(廣東 深圳 518036)

袁知東 石 橋 王成林 鄧乾華 馮 飛 成官迅

自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)結(jié)合量子降噪技術(shù)在MSCT肝臟多期增強(qiáng)掃描中的應(yīng)用＊

北京大學(xué)深圳醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科(廣東 深圳 518036)

袁知東 石 橋 王成林 鄧乾華 馮 飛 成官迅

目的評(píng)價(jià)肝臟MSCT多期增強(qiáng)掃描采用自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)并應(yīng)用多種量子降噪技術(shù)(Q01、Q02、USO)降低圖像噪聲、提高圖像質(zhì)量的價(jià)值。方法連續(xù)58例行肝臟MSCT平掃和增強(qiáng)掃描的患者納入本研究。使用Toshiba Aquilion 16層CT，管電壓120kVp、機(jī)架旋轉(zhuǎn)0.5秒/圈、螺距0.938、準(zhǔn)直層厚1mm*16層、圖像重建層厚7mm，采用自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)，目標(biāo)噪聲為10.0HU，CT機(jī)根據(jù)定位像掃描時(shí)獲取的信息設(shè)置掃描時(shí)的管電流，范圍100-400mA。標(biāo)準(zhǔn)軟組織算法分別在不使用、使用Q01、Q02和USO降噪技術(shù)時(shí)重建層厚為1、3、5、7、10mm的圖像共20組。測(cè)量肝門(mén)層面肝右葉、腹主動(dòng)脈、脾臟和前腹壁皮下脂肪的圖像噪聲并計(jì)算平均值。根據(jù)圖像噪聲、病變顯示、診斷可接受度將圖像質(zhì)量分3級(jí)，1mm圖像增加三維后處理圖像比較，由CT副主任技師和副主任醫(yī)師各1名進(jìn)行雙盲法評(píng)價(jià)。結(jié)果圖像噪聲隨著層厚的變薄而增加，使用Q01、Q02、USO可不同程度的降低噪聲，提高圖像質(zhì)量，層厚越薄噪聲越大時(shí)降噪幅度越大。使用Q01、Q02和USO可使噪聲分別下降3.1-5.8HU、4.5-8.3HU和5.5-12.6HU。層厚10mm不使用QD、7mm使用Q01、5mm和3mm使用Q02、層厚1mm使用USO可獲得最佳的圖像質(zhì)量。結(jié)論肝臟MSCT增強(qiáng)掃描采用自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)并根據(jù)層厚選擇不同的量子降噪技術(shù)即可降低圖像噪聲又能提高圖像質(zhì)量。

自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)；量子降噪技術(shù)；多層螺旋CT；圖像噪聲；輻射劑量

肝臟MSCT多期增強(qiáng)掃描是診斷肝臟疾病最可靠的影像檢查技術(shù)之一，強(qiáng)大的三維后處理功[1]能為診斷提供有力的依據(jù)，臨床應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但受檢者所接受的輻射劑量也越來(lái)越受到重視。MSCT自動(dòng)管電流調(diào)制(ATCM，Automatic Tube-Current Modulation)它根據(jù)受檢者體型和受檢部位的密度變化情況自動(dòng)調(diào)整管電流，實(shí)現(xiàn)了輻射劑量的個(gè)性化設(shè)置，在保持圖像質(zhì)量(噪聲)恒定的同時(shí)降低受檢者的輻射劑量。ATCM受諸多參數(shù)的影響[2]，掃描時(shí)通常設(shè)置較厚的圖像層厚重建薄層圖像，需進(jìn)行三維后處理重建1mm層厚圖像時(shí)，圖像的噪聲明顯增加，嚴(yán)重影響三維顯示的效果，如果ACTM按照薄層圖像來(lái)掃描，受檢者所接受的輻射劑量會(huì)成倍增加。CT廠家開(kāi)發(fā)出的量子降噪(QD，Quantum Denoising)技術(shù)可不同程度的降低圖像噪聲而提高圖像質(zhì)量，尤其是薄層圖像和三維后處理圖像的質(zhì)量。本文通過(guò)比較肝臟MSCT多期增強(qiáng)掃描不同層厚圖像應(yīng)用多種QD技術(shù)(Q01、Q02、USO)降低圖像噪聲的幅度和提高圖像質(zhì)量的程度，優(yōu)化QD技術(shù)在MSCT肝臟增強(qiáng)掃描中的應(yīng)用。

1 資料與方法

1.1 臨床資料2015年3月至2015年10月因懷疑肝臟疾患在本院Toshiba Aquilion16層CT上進(jìn)行肝臟增強(qiáng)檢查并能進(jìn)行很好呼吸控制的58名受檢者納入本研究。研究獲得北京大學(xué)深圳醫(yī)院倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)，檢查前口頭告知每位患者并獲知情同意。其中男性35名，女23名；年齡29～64歲，平均(45±16)歲；身高1.58～1.76m，平均(1.63 ±0.35)m；體質(zhì)量49～82 kg，平均(62±16)kg。

1.2 CT檢查技術(shù)使用Toshiba Aquilion 16層CT進(jìn)行肝臟平掃、動(dòng)脈期、靜脈期和延遲期掃描，檢查前去除掃描范圍內(nèi)的金屬異物。管電壓120kVp、機(jī)架旋轉(zhuǎn)0.5秒/圈、螺距0.9375、探測(cè)器準(zhǔn)直層厚1mm*16層、掃描準(zhǔn)直野400mm、腹部標(biāo)準(zhǔn)軟組織算法、圖像重建層厚7mm，目標(biāo)圖像噪聲水平10.0HU。采用ACTM技術(shù)CT機(jī)根據(jù)定位像掃描時(shí)獲取的信息設(shè)置掃描時(shí)的管電流，范圍100～400mA。肝臟平掃圖像采用標(biāo)準(zhǔn)軟組織算法在不使用、使用Q01、Q02和USO降噪技術(shù)時(shí)分別重建層厚為1、3、5、7、10mm的圖像共20組，測(cè)量每組圖像的噪聲并計(jì)算平均值。重建肝臟動(dòng)脈期和靜脈期在不使用、使用Q01、Q02和USO層厚為1mm的圖像傳至工作站(Vitrea2)進(jìn)行VR、MPR、MIP 和CPR等方法的三維后處理。

1.3 圖像分析和處理用標(biāo)準(zhǔn)差(SD)值來(lái)衡量圖像噪聲，測(cè)量興趣區(qū)為直徑10mm圓形。分別測(cè)量平掃圖像肝門(mén)層面肝右葉、腹主動(dòng)脈、脾臟和前腹壁皮下脂肪的圖像噪聲并計(jì)算平均值，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并用圖表顯示圖像噪聲降低的程度。觀察動(dòng)脈期、靜脈期的薄層和三維圖像，肝動(dòng)脈、門(mén)靜脈和肝靜脈及其分支的顯示程度，并根據(jù)圖像噪聲、病變顯示、診斷可接受度將圖像質(zhì)量分3級(jí)(優(yōu)、良、差)，由CT副主任技師和副主任醫(yī)師各1名進(jìn)行雙盲法評(píng)價(jià)。優(yōu)：3分，圖像無(wú)明顯斑點(diǎn)和偽影，病變和血管及其分支顯示平滑自然清晰；良：2分，有輕微斑點(diǎn)和偽影，病變和血管及其分支顯示較清晰，不影響診斷；差：1分，斑點(diǎn)明顯有輕微偽影，病變和血管及其分支顯示較差，對(duì)診斷有一定影響。對(duì)評(píng)價(jià)有分歧的圖像由評(píng)價(jià)醫(yī)師和技師協(xié)商后達(dá)成一致意見(jiàn)。

2 結(jié) 果

2.1 圖像噪聲與層厚的關(guān)系與使用QD技術(shù)噪聲下降的程度(表1)。噪聲隨著圖像層厚的變薄而增加(圖1)，使用Q01、 Q02、USO均可不同程度的降低噪聲，層厚越薄噪聲越大降噪幅度也越大，其中Q01可使噪聲下降3.1～5.8HU、Q02可使噪聲下降4.5～8.3HU、USO可使噪聲下降5.5～12.6HU。

表1 圖像噪聲與層厚的關(guān)系與使用QD技術(shù)噪聲下降程度對(duì)比（單位HU）

2.2 不同層厚圖像分別使用Q01、Q02、USO降噪技術(shù)的圖像質(zhì)量評(píng)分(表2)。圖像層厚10mm不使用QD的質(zhì)量評(píng)分最高(2.89±0.21)、圖像層厚7mm使用Q01的質(zhì)量評(píng)分最高(2.78±0.23)、圖像層厚5mm和3mm不使用Q02的質(zhì)量評(píng)分最高(2.81±0.22)和(2.71±0.23)、圖像層厚1mm使用USO的質(zhì)量評(píng)分最高(2.60±0.27)。

表2 不同層厚圖像分別使用Q01、Q02、USO降噪技術(shù)的圖像質(zhì)量評(píng)分表

3 討 論

ATCM是目前臨床上最成熟、應(yīng)用最廣的輻射劑量控制技術(shù)，在全身多個(gè)部位如胸部[3]、頸部[4]、心臟[5]和腹部[6]都有非常成熟的應(yīng)用并取得良好的效果。它根據(jù)受檢者體型、掃描部位、掃描層面和掃描方向上的密度變化情況自動(dòng)調(diào)整管電流，在厚度較大密度較高的層面增加管電流輸出，在厚度較小密度較低的層面降低管電流使采集到的不同層面的圖像噪聲水平相對(duì)一致，實(shí)現(xiàn)了輻射劑量的個(gè)性化設(shè)置，在保持圖像質(zhì)量(噪聲)恒定的同時(shí)降低和優(yōu)化受檢者的輻射劑量。

MSCT的最大優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在Z軸空間分辨力明顯提高，回顧性重建薄層圖像并進(jìn)行三維后處理，增加解剖細(xì)節(jié)的顯示并提高診斷的準(zhǔn)確性。肝臟MSCT多期增強(qiáng)掃描經(jīng)常需要重建亞毫米的圖像來(lái)顯示細(xì)小的肝動(dòng)脈、門(mén)靜脈、肝靜脈和病灶供血?jiǎng)用}的細(xì)小分支[7]。ATCM受管電壓、螺距、重建算法、探測(cè)器準(zhǔn)直層厚、重建圖像層厚和噪聲等諸多參數(shù)的影響，掃描時(shí)根據(jù)不同部位和目的常規(guī)設(shè)置較厚的層厚(7mm)。但圖像噪聲隨著層厚的變薄而增加，尤其重建層厚達(dá)1mm時(shí)圖像噪聲明顯增加(表1、圖1)，密度分辨力下降嚴(yán)重影響三維顯示的效果，細(xì)小血管分支無(wú)法顯示，圖像質(zhì)量評(píng)分明顯下降(表2)，部分圖像已經(jīng)不能滿足診斷需求。根據(jù)公式和圖2所示，輻射劑量(毫安秒)增加一倍，圖像噪聲下降至原來(lái)的70.7%(2的平方根的倒數(shù)倍)，如果ATCM設(shè)置重建圖像層厚為1mm、噪聲水平10.0HU來(lái)掃描，受檢者所接受的輻射劑量會(huì)增加至7mm層厚的4倍(圖1示設(shè)置圖像層厚7mm時(shí)重建層厚1mm圖像的噪聲為19.75HU)。

有研究[8-10]證實(shí)噪聲濾過(guò)軟件技術(shù)可不同程度的降低圖像噪聲而提高圖像質(zhì)量，本研究發(fā)現(xiàn)量子降噪技術(shù)可不同程度的降低圖像噪聲而提高圖像質(zhì)量，Q01可使噪聲下降3.1～5.8HU、Q02可使噪聲下降4.5～8.3HU、USO可使噪聲下降5.5～12.6HU。噪聲隨著圖像層厚的變薄而增加，層厚越薄噪聲越大降噪幅度也越大。在臨床工作中圖像噪聲也并非越低越好，適度的噪聲可保持圖像的銳利度和空間分辨力，受檢者所接受的輻射劑量也相對(duì)較低；噪聲太低圖像過(guò)于平滑導(dǎo)致圖像的銳利度和空間分辨力下降影響圖像質(zhì)量，層厚較厚的圖像正是由于此原因而導(dǎo)致圖像質(zhì)量評(píng)分下降；薄層1mm圖像Z軸空間分辨力明顯提高，但噪聲太大圖像密度分辨力下降影響細(xì)小血管分支的顯示，病灶邊緣也會(huì)變得模糊不清，采用降噪程度最強(qiáng)的USO使噪聲明顯下降，密度分辨力提高而空間分辨力幾乎不受影響，圖像質(zhì)量就有明顯提高。在本研究中根據(jù)圖像質(zhì)量評(píng)分的統(tǒng)計(jì)分析，肝臟圖像的噪聲保持在6～9HU時(shí)圖像質(zhì)量評(píng)分最高，層厚10mm不使用QD技術(shù)的圖像質(zhì)量最好、層厚7mm使用Q01的圖像質(zhì)量最好、層厚5mm和3mm使用Q02的圖像質(zhì)量最好、層厚1mm使用USO的圖像質(zhì)量最好。因此在臨床工作中應(yīng)該有針對(duì)性的選擇QD技術(shù)，如10mm圖像不要使用QD技術(shù)，7mm圖像使用Q01，5mm和3mm圖像使用Q02，1mm圖像使用USO。

綜上所述，肝臟MSCT多期增強(qiáng)掃描采用自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)并根據(jù)圖像層厚適應(yīng)性應(yīng)用不同級(jí)別的量子降噪技術(shù)(Q01、Q02、USO)可降低圖像噪聲、提高圖像質(zhì)量并降低受檢者的輻射劑量，該方法有很高的臨床應(yīng)用價(jià)值，值得在臨床上推廣應(yīng)用。

[1] 羅天友,史斌,李詠梅,等.肝臟螺旋CT動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描時(shí)肝動(dòng)脈期肝實(shí)質(zhì)一過(guò)性異常強(qiáng)化的研究[J].中華放射學(xué)雜志,2003,37(3):258-263.

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(本文編輯: 張嘉瑜)

The Value of Multi-Slice CT Automatic tube-current Modulation Technique Combine Multiple Quantum Denoising Techniques of Liver Multi-phases Contrast Enhanced Scanning*

YUAN Zhi-dong, SHI Qiao, WANG Cheng-lin,et al., Department of Medical Imaging, Peking University Shenzhen Hospital, Shenzhen 518036, China

ObjectiveRetrospectively evaluate the value of liver multi-phases contrast enhanced scanning with Multi-Slice CT automatic tube-current modulation(ATCM) technique combine various quantum denoising techniques (Q01, Q02, USO) to decrease image noise and improve image quality.MethodsConsecutive 58 patients performed liver multi-phases contrast enhanced scanning were enrolled this study. Toshiba Aquilion 16-slices CT, Tube Voltage 120kVp, gantry rotation time 0.5s/r, pitch 0.938, detector collimation thickness 1mm×16, image reconstruction thickness 7mm. The target image noise level of ATCM was 10HU and the machine automatically set the tube-current in scanning according to attenuated information of liver in scanogram, the dynamic range of tube-current was 100 to 400mA. Reconstructed total 20 groups images of 1, 3, 5, 7, 10mm images using standard soft tissue algorithm with no filter, Q01, Q02 and USO respectively. Measured image noise of right liver lobe at liver hilar plane, abdomenal aorta, spleen and subcutaneous fat of front belly wall and calculated average value. Images were divided into 3 scales(excellent, good, poor) by one CT technologist and one radiologist with double blind method on the basis of image noise, lesion display, diagnostic acceptability. 1mm images were compared with additional three dimension postprocessing images of VR, MPR, MIP and CPR.ResultsImage noise increased along with image thickness got thinner, using Q01, Q02 and USO decreased image noise in varying degrees and improved image quality, the thinner thickness,the higher image noise and the more degrees of noise decreasing. Image noise decreased 3.1-5.8HU, 4.5-8.3HU and 5.5-12.6HU by using Q01, Q02 and USO respectively. The best image quality acquired in 10mm image thickness without QD, 7mm with Q01, 5mm and 3mm with Q02, 1mm with USO.ConclusionLiver multi-phases contrast enhanced scanning with Multi-Slice CT automatic tube-current modulation technique combine various quantum denoising techniques (Q01, Q02, USO) according to image thickness can decrease image noise and improve image quality.

Automatic Tube-current Modulation; Quantum Denoising Technique; Multi-Slice CT; Image Noise; Radiation Dose

R333.4

A

深圳市科技研發(fā)資金項(xiàng)目(J CYJ20130402114431528),深圳市醫(yī)療衛(wèi)生科研項(xiàng)目(201 303039)

10.3969/j.issn.1672-5131.2016.07.024

成官迅

2016-06-07