新型迭代重建算法（IMR）和iDose3重建技術在骨盆外傷低劑量CT掃描中的應用價值

吳 迪，郭文力，林 坤，次旦旺久，陳志安

（中國醫(yī)科大學附屬盛京醫(yī)院放射科，遼寧 沈陽 110004）

?影像技術學?

新型迭代重建算法（IMR）和iDose3重建技術在骨盆外傷低劑量CT掃描中的應用價值

吳 迪，郭文力，林 坤，次旦旺久，陳志安

（中國醫(yī)科大學附屬盛京醫(yī)院放射科，遼寧 沈陽 110004）

目的：比較新型迭代重建算法（IMR）和iDose3技術在骨盆外傷CT掃描中的圖像質(zhì)量，評價其低劑量在骨盆外傷CT掃描中的應用價值。方法：擬行CT檢查的25例骨盆外傷患者，采用管電壓80 kV，自動管電流掃描，掃描后的數(shù)據(jù)同時進行IMR和iDose3重建技術重建，分別命名為A組和B組。比較兩組圖像的客觀噪聲和主觀圖像質(zhì)量。用IBM SPSS Statistics 19.0統(tǒng)計軟件對各組數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學分析。結果：兩組圖像質(zhì)量均滿足診斷要求。A組圖像質(zhì)量客觀評價及主觀評分均優(yōu)于B組，兩者差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。結論：骨盆外傷低劑量CT檢查中IMR重建較iDose3重建技術能顯著減低圖像噪聲，在相同輻射劑量條件下能顯著提高圖像質(zhì)量。

骨盆；外傷；體層攝影術，螺旋計算機；圖像處理，計算機輔助

隨著CT檢查設備的普及和CT檢查在臨床影像診斷中的應用次數(shù)的增加，CT檢查帶來的輻射危害受到社會各界的關注。據(jù)文獻報道[1]在美國0.2%～2%的腫瘤發(fā)生與CT檢查輻射相關，因此，在滿足診斷要求的圖像質(zhì)量的前提下，降低CT輻射劑量，已成為現(xiàn)階段CT檢查的宗旨，也是學者及專家的研究熱點。迭代重建算法（IMR）技術是一種兼顧了光學系統(tǒng)和圖像統(tǒng)計的基于知識的迭代算法 （IR）[2]。有研究顯示IMR重建技術在肺結節(jié)體模實驗及泌尿系統(tǒng)結石的影像檢查中，在相同輻射劑量條件下圖像質(zhì)量優(yōu)于iDose重建后的圖像質(zhì)量[2-3]。本研究中，我們比較IMR技術和iDose3重建技術在臨床骨盆外傷患者的CT檢查中的CT圖像質(zhì)量，評價其在骨盆外傷CT檢查中的應用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集我院2015年1月—2016年1月因各種原因引起骨盆外傷的患者25例，其中男14例，女11例，年齡20～78（45.64±18.08）歲，身高155～185（164.84±7.62）cm，體質(zhì)量44～85（60.88±9.88）kg，體質(zhì)量指數(shù)（BMI）19.23～24.98 kg/m2。所有入組患者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與掃描方法

所有患者均采用Philips公司的iCT（Brilliance iCT）256層螺旋CT掃描儀。掃描范圍包括腎下緣至恥骨聯(lián)合下緣水平，掃描范圍包含全部骨盆結構。掃描采用的管電壓為80 kV，管電流為自動管電流，掃描層厚1.0mm，層間距0.5mm，螺距0.399，準直128×0.625，矩陣512×512。掃描后數(shù)據(jù)同時進行IMR和iDose3重建，分別命名為A組和B組。

1.3 圖像后處理

掃描后的圖像數(shù)據(jù)上傳至Philips IntelliSpace Portal工作站，骨窗圖像（窗寬1 500，窗位500）進行多平面重組（MPR），軟組織窗圖像（窗寬350，窗位60）進行容積再現(xiàn)（VR）重建，重建后的圖像上傳至我院PACS系統(tǒng)（Neusoft PACS/RIS V5.5.02系統(tǒng)）。

1.4 輻射劑量

記錄CT掃描時生成的CT劑量加權指數(shù)（CTDIvol）和劑量長度乘積（DLP）。計算有效劑量（ED），ED=DLP×K，單位為mSv，其中K值為換算因子，K= 0.014[4]。

1.5 圖像質(zhì)量評價

1.5.1 圖像質(zhì)量的客觀評價

客觀質(zhì)量評價由1名（有5年影像診斷經(jīng)驗）影像診斷醫(yī)師在不知實驗分組、重建方式及掃描參數(shù)條件的情況下，對兩組骨盆軟組織窗CT圖像進行客觀評價。評價內(nèi)容包括，髖關節(jié)上緣水平右側距離影像圖像1cm的空氣處，選取范圍約20～30mm2的圓形感興趣區(qū)（ROIs），空氣的CT均值的標準差作為背景噪聲（SD），相應水平臀大肌以及臀部皮下脂肪組織處，選擇相同大小的ROIs，并測量CT值和均值的標準差，并計算臀大肌的圖像信噪比（SNR）=臀大肌的CT值的平均值/臀大肌SD值，臀大肌對比噪聲比（CNR）=（臀大肌CT值平均值-皮下脂肪CT值）/背景SD值。選擇ROIs時選擇密度均勻組織，盡量避免密度不均勻區(qū)，所有ROIs均重復測量3次，取其平均值。

1.5.2 圖像質(zhì)量的主觀評價

所有橫斷面圖像、重建后MPR及VR圖像均上傳至我院PACS系統(tǒng)（Neusoft PACS/RIS V5.5.02系統(tǒng)）。圖像質(zhì)量評價過程中掩蓋所有掃描參數(shù)及受檢者信息。由2名有10年以上放射診斷經(jīng)驗的醫(yī)師在雙盲條件下，根據(jù)骨盆CT解剖結構顯示的精細度、噪聲、偽影以及圖像是否滿足診斷要求等方面進行主觀評價（包括軸位骨窗、軟組織窗，重建后的MPR及VR圖像）。圖像質(zhì)量評分標準參考Kalra等[5]5級評分法。5分：圖像質(zhì)量優(yōu)，噪聲非常少，達到用于臨床診斷標準。4分：圖像良好，噪聲較少，達到用于臨床診斷標準。3分：圖像一般，噪聲在可接受范圍之內(nèi)，不影響診斷。2分：圖像較差，噪聲超過接受范圍，影響診斷，不能滿足診斷要求。圖像質(zhì)量評分≥3分認為圖像質(zhì)量滿足診斷要求。

1.6 統(tǒng)計學分析

采用IBM SPSS Statistics 19.0統(tǒng)計軟件進行統(tǒng)計分析。計量資料均以±s表述。組間的CT值、SD值、SNR值、CNR、掃描長度、DLP以及ED的對比采用配對t檢驗，P<0.05認為差異有統(tǒng)計學意義。兩名觀察者對圖像主觀質(zhì)量評價比較采用配對Wilcoxon符號秩檢驗。兩名觀察者對圖像質(zhì)量主觀評價一致性采用Kappa檢驗。Kappa值≤0.2認為兩者間一致性差，＞0.2～0.4兩者間一致性一般，＞0.4～0.6兩者間一致性中等，＞0.6～0.8兩者一致性好，＞0.8～1.00兩者的一致性非常好。

2 結果

2.1 輻射劑量

CTDIvol、DLP和ED分別為（14.14±1.21）mGy、（353.6±30.14）mGy·cm、（4.95±0.42）mSv，參考李耀平等[6]骨盆常規(guī)劑量的CT檢查中ED為7.98 mSv，本研究中CT ED降低約38%，經(jīng)單樣本t檢驗，兩者之間差異有統(tǒng)計學意義，t=-35.9，P＜0.05。

2.2 圖像質(zhì)量的評價結果

2.2.1 圖像質(zhì)量的客觀評價結果

各組的CT值、噪聲、SNR及CNR結果見表1，可見A組圖像客觀噪聲值明顯低于B組（P＜0.01），而圖像SNR及CNR明顯高于B組（P＜0.01，圖1）。

表1 圖像客觀質(zhì)量評分結果比較

2.2.2 圖像質(zhì)量的主觀評價結果

兩組軸位、冠狀位MPR以及VR主觀圖像評價結果見表2，兩名觀察者對圖像評價一致性中等以上，兩名觀察者對圖像質(zhì)量的主觀質(zhì)量評分均值A組高于B組，經(jīng)秩和檢驗，兩名觀察者對兩組圖像質(zhì)量評分差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05，表3，圖1）。

3 討論

CT檢查已經(jīng)成為臨床影像診斷過程中最主要的影像檢查手段，尤其多層螺旋CT掃描速度快、密度分辨率高并提供了強大數(shù)據(jù)后重建功能，使CT檢查在重疊因素較多的骨盆外傷患者中的應用越來越多[7-8]，但是CT檢查是高輻射影像檢查方法，盆腔中的性腺組織對X射線非常敏感，過量的放射輻射可能誘導嚴重的并發(fā)癥，例如生殖細胞 （精子和卵子）染色體畸變等。因此，CT檢查中在滿足臨床診斷質(zhì)量的前提下，盡可能多地降低CT輻射劑量已成為臨床CT檢查的原則[9]。

表2 圖像主觀質(zhì)量的評價結果一致性檢驗

表3 兩名觀察者對A、B兩組圖像主觀質(zhì)量評價結果比較

圖1 骨盆多發(fā)骨折患者的骨盆CT圖像。圖1a～1d（A組）采用IMR重建的CT圖像，分別為軟組織窗軸位骨盆CT圖像、骨窗軸位骨盆CT圖像、冠狀位重建后骨盆CT圖像以及VR重建后骨盆CT圖像。圖1e～1h（B組）采用iDose3重建后的骨盆CT圖像，分別為軟組織窗軸位骨盆CT圖像、骨窗軸位骨盆CT圖像、冠狀位重建后骨盆CT圖像以及VR重建后骨盆CT圖像。兩組圖像質(zhì)量均滿足診斷要求，所有圖像均能清晰顯示骨折線，A組圖像噪聲明顯低于B組。Figure 1. Pelvis CT images of one pelvic trauma patient.Figure 1a～1d:Reconstructed with iterative model reconstruction algorithm（A group）.Figure 1a:Soft tissue window transverse pelvis CT image.Figure 1b:Bone window transverse pelvis CT image.Figure 1c:Bone window coronal pelvis MPR image.Figure 1d:VR image of pelvis.Figure 1e～1h:Reconstructed with iDose3algorithm （B group）.Figure 1e:Soft tissue window transverse pelvis CT image.Figure 1f:Bone window transverse pelvis CT image.Figure 1g:Bone window coronal pelvis MPR image.Figure 1h:VR image of pelvis.The image quality of the two groups both met the diagnostic requirements,all images can clearly show the fracture line,but the image noise of group A was much lower than that of group B.

X線輻射劑量與管電壓的平方呈正比，降低管電壓明顯降低CT輻射劑量。我們在以往眼眶低劑量CT研究[10]發(fā)現(xiàn)，在管電壓80 kV條件下眼眶CT進行iDose3重建后，重建后的CT圖像均滿足診斷要求而且能顯著降低CT輻射劑量，因此，本文中我們在骨盆CT檢查中，管電壓采用80 kV。參考李耀平等[6]的骨盆CT檢查常規(guī)劑量組比較，發(fā)現(xiàn)本實驗中有效劑量僅為常規(guī)劑量組的62%，且掃描后所有骨盆CT圖像質(zhì)量均滿足診斷要求。為了減少患者接受不必要的CT輻射，本實驗分組中未設置常規(guī)劑量組的對照。

低管電壓能顯著增加CT圖像噪聲，而IR技術是通過數(shù)學模型來糾正和減低圖像的噪聲的CT數(shù)據(jù)重建算法，能顯著提高CT圖像質(zhì)量[11-13]。IMR技術是一種兼顧了光學系統(tǒng)和圖像統(tǒng)計的基于知識的新型迭代算法（IR）[2]。研究報道，在肺結節(jié)的體模CT檢查及泌尿系統(tǒng)結石CT檢查中發(fā)現(xiàn)IMR重建技術的圖像質(zhì)量優(yōu)于IR（iDose）重建后的圖像質(zhì)量，本文中我們將骨盆CT檢查中兩種重建算法的圖像質(zhì)量進行比較。

本研究中圖像客觀噪聲評分可見，IMR重建后圖像平均噪聲值僅為5.66±2.37，而iDose3重建后的噪聲值為21.0±4.17，IMR重建后圖像噪聲降低了約73%，因此說明，IMR重建能顯著減低圖像的噪聲，而且IMR重建后臀大肌的圖像信噪比及對比噪聲比明顯高于iDose3重建組，經(jīng)統(tǒng)計分析，兩者的差異有統(tǒng)計學意義。在圖像質(zhì)量的主觀評價中，為了減少主觀誤差，我們采用2名有10年以上放射診斷經(jīng)驗的影像診斷醫(yī)師盲法對圖像質(zhì)量進行評價。通過兩名觀察者圖像質(zhì)量評分結果發(fā)現(xiàn)，IMR重建后的圖像質(zhì)量總評分均高于iDose3重建后的圖像，軸位軟組織窗的圖像質(zhì)量的評分尤為顯著，但是VR重建后圖像質(zhì)量評分兩者差異并不明顯，這結果與我們在以往眼眶低劑量CT掃描中的結果相似[13]。IMR重建后圖像評分結果中我們發(fā)現(xiàn)，兩名觀察者對圖像質(zhì)量評分結果一致性僅為中等，說明兩名觀察者對圖像質(zhì)量評分結果存在一定差異，我們分析其主要原因是IMR重建后的CT圖像顯示略不同于以往常規(guī)CT掃描后的圖像，因此，兩名觀察者對IMR重建后的圖像不適應，最終導致這種差異，但是總的圖像質(zhì)量IMR重建組仍顯著高于iDose重建組。

總之，低管電壓聯(lián)合自動管電流CT檢查后進行iDose3或IMR重建，能顯著降低骨盆CT檢查帶來的CT輻射劑量，且圖像質(zhì)量滿足臨床診斷需要，而且相同輻射劑量條件下IMR重建后圖像質(zhì)量明顯優(yōu)于iDose3重建后的圖像。本研究的不足之處是，未設置常規(guī)劑量的對照組，另外，骨盆CT經(jīng)IMR重建后的影像診斷效能未進行評價，因此，能否良好顯示骨盆外傷后的改變，有待進一步研究。

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

[2]Kim H,Park CM,Song YS,et al.Influence of radiation dose and iterative reconstruction algorithms for measurement accuracy and reproducibility of pulmonary nodule volumetry:a phantom study[J].Eur J Radiol,2014,83(5):848-857.

[3]Park SB,Kim YS,Lee JB,et al.Knowledge-based iterative model reconstruction(IMR)algorithm in ultralow-dose CT for evaluation of urolithiasis:evaluation of radiation dose reduction,image quality,and diagnostic performance[J].Abdom Imaging,2015,40 (8):3137-3146.

[4]夏巍，吳晶濤，尹肖睿，等.數(shù)字合成體層成像低劑量特性在骨骼系統(tǒng)影像學中的研究 [J].中華放射與防護雜志，2012，32（60）：657.

[5]Kalra MK,Rizzo S,Maher MM,et al.Chest CT performed with Z-axis modulation:scanning protocol and radiation dose[J].Radiology,2005,237(1):303-308.

[6]李耀平，梁飛虎，何健，等.多層螺旋CT骨盆低劑量掃描的應用與研究[J].實用醫(yī)學影像雜志，2014，15（3）：174-176.

[7]Sharma UK,Basnyat A,Rijal K,et al.CT evaluation of pelvic and hip fractures[J].JNMA,2013,52(192):586-590.

[8]趙勝利.16層螺旋CT三維重建成像技術在骨盆骨折中的應用價值[J].中國CT和MRI雜志，2010，8（6）：59-60.

[9][No authors listed].The ALARA(as low as reasonably achievable) concept in pediatric CT intelligent dose reduction.Multidisciplinary conference organized by the Society of Pediatric Radiology [J].Pediatr Radiol,2002,32(4):217-313.

[10]吳迪，郭文力，趙瓏，等.低管電壓CT聯(lián)合迭代重建技術在眼眶CT檢查中的應用[J].中國臨床醫(yī)學影像雜志，2015，26（9）：623-626.

[11]Silva AC,Lawder HJ,Hara A,et al.Innovations in CT dose reduction strategy:application of the adaptive statistical iterative reconstruction Algorithm[J].AJR,2010,194(1):191-199.

[12]Hara AK,Paden RG,Silva AC,et al.Iterative reconstruction technique for reducing body radiation dose at CT:feasibility study[J].AJR,2009,193(3):764-771.

[13]Klink T,Obmann V,Heverhagen J,et al.Reducing CT radiation dose with iterative reconstruction algorithms:the influence of scan and reconstruction parameters on image quality and CTDIvol[J].Eur J Radiol,2014,83(9):1645-1654.

Application of iterative model reconstruction and hybrid iterative reconstruction iDose3in low dose CT scan of pelvic trauma

WU Di,GUO Wen-li,LIN Kun,CIDAN Wang-jiu,CHEN Zhi-an
(Department of Radiology,Shengjing Hospital of China Medical University,Shenyang 110004,China)

Objective:To compare the image quality between iterative model reconstruction(IMR)algorithm and hybrid iterative reconstruction algorithm(iDose3)in the low-dose pelvic trauma CT scan.Methods:A total of 25 pelvic trauma patients underwent pelvis CT scan,with tube voltage 80 kV and automatic tube current.After scanning the date were reconstructed with IMR and hybrid iterative reconstruction iDose3simultaneously,each named group A and group B.Objective noise and subjective image quality were statistically compared between the two groups with IBM SPSS Statistics 19.0.Results:The image quality of the two groups both met the diagnostic requirement.Both objective and subjective evaluation scores of image quality were higher in group A than group B,the difference was statistically significant(P＜0.05).Conclusion:IMR can significantly improve the image quality and reduce the radiation dose in low dose CT scan of pelvic trauma.

Pelvis;Trauma;Tomography,spiral computed;Image processing,computer-assisted

R681.6；R814.42

A

1008-1062（2016）11-0819-04

2016-03-31

吳迪（1983-），男，遼寧營口人，技師。E-mail：wudisjhosp@163.com

陳志安，中國醫(yī)科大學附屬盛京醫(yī)院放射科，110004。E-mail：chenza2008@sina.com