迭代重建技術(shù)在肥胖病人腎上腺CT成像中的應(yīng)用

張任華　鄧波紅　周海軍　黃和平　何琛波

迭代重建技術(shù)在肥胖病人腎上腺CT成像中的應(yīng)用

張任華鄧波紅周海軍黃和平何琛波

目的將自適應(yīng)迭代重建技術(shù)（ASiR）用于肥胖病人的腎上腺CT成像，旨在評價ASiR在降低輻射劑量和提高影像質(zhì)量中的應(yīng)用價值。方法收集200例肥胖病人并行腎上腺CT掃描，男112例，女88例，年齡17～78歲，平均（54.22±18.63）歲，分為2組，各100例。A組行常規(guī)劑量的濾過反投影（FBP）重建，B組為降低劑量的ASiR 4個等級（未降低，分別降低30%、50%、100%）重建，所有重建圖像傳送至AW4.6工作站，分別由3名CT診斷醫(yī)師采用雙盲法對兩組影像質(zhì)量進(jìn)行評價。采用t檢驗(yàn)對比兩組輻射劑量，單因素方差分析比較影像質(zhì)量的客觀指標(biāo)（噪聲、SNR、CNR）及主觀評分，組間多重比較采用LSD-t檢驗(yàn)。采用Kappa檢驗(yàn)評價3名醫(yī)師主觀評分一致性。結(jié)果A組與B組4個不同迭代等級的重建影像進(jìn)行比較，B組中各重建的腎上腺噪聲、肌肉噪聲及脂肪噪聲均隨迭代等級升高而下降，SNR及CNR隨迭代等級的升高而升高（P＜0.05）。其中，ASiR50%時各部位噪聲、腎上腺SNR與FBP重建相近（P＞0.05）。3名醫(yī)師主觀評分為一致性較好（Kappa=0.76）。影像質(zhì)量顯示能力評分由高到低依次為ASiR100%、A組FBP、ASiR50%、ASiR30%、ASiRNone（P＜0.05）。結(jié)論在肥胖病人腎上腺CT成像中應(yīng)用ASiR技術(shù)顯著降低了輻射劑量，ASiR（50%～100%）所得影像質(zhì)量近似或優(yōu)于傳統(tǒng)FBP。

體層攝影術(shù)，X線計算機(jī)；肥胖；腎上腺；成像技術(shù)

Int J Med Radiol，2016，39（5）：477-480

多層螺旋CT由于時間、空間分辨力高，具有強(qiáng)大的后處理技術(shù)，在腎上腺腫瘤的定位和定性診斷中發(fā)揮著積極的作用，是腎上腺首選的檢查手段[1]。目前，國內(nèi)肥胖的高體質(zhì)量指數(shù)（body mass index，BMI）病人較多，腎上腺CT掃描尚無標(biāo)準(zhǔn)化依據(jù)，隨意性大，對影像質(zhì)量控制帶來很大難度，需不斷提高管電壓、管電流來減少噪聲影響，但這會增加病人的輻射劑量。迭代重建技術(shù)具有獲得低噪聲影像的能力，因其能夠較好地改善影像質(zhì)量而成為目前的研究熱點(diǎn)[2]。有研究者[3-5]采用迭代算法在鼻竇、胸部平掃及腎動脈成像等方面進(jìn)行了初步研究，但鮮見在肥胖型高BMI病人的腎上腺成像方面的研究。本研究通過降低管電壓及管電流，并聯(lián)合基于原始數(shù)據(jù)的自適應(yīng)迭代重建技術(shù)（adaptive statistical iterative reconstruction，ASiR）與常規(guī)劑量的傳統(tǒng)濾過反投影（filtered back projection，F(xiàn)BP）成像對肥胖病人腎上腺進(jìn)行CT掃描并綜合對比分析，旨在評價ASiR在降低輻射劑量和提高影像質(zhì)量中的應(yīng)用價值。

1　資料與方法

1.1一般資料收集郴州市第一人民醫(yī)院2014年12月—2015年10月經(jīng)臨床確診肥胖并進(jìn)行腎上腺CT平掃及增強(qiáng)掃描的200例病人，其中男112例，女88例，年齡17～78歲，平均年齡（54.22±18.63）歲。入組標(biāo)準(zhǔn)：13歲以上合作病人，25 kg/m2≤BMI＜40 kg/m2（正常BMI：19 kg/m2≤BMI＜24 kg/m2）,患高血壓或血脂異常，可疑肥胖病人腎上腺異常。排除標(biāo)準(zhǔn):嚴(yán)重心、肝、腎功能不全者，胸腰段行金屬固定術(shù)，雙手不能上舉，不能屏氣狀態(tài)下掃描病人。根據(jù)重建方法的不同將病人分為對照A組（常規(guī)劑量的FBP重建）及研究B組[降低劑量的ASiR 4個等級（None、30%、50%、100%）重建]各100例，兩組病人一般資料無差異，具有可比性（表1，均P＞0.05)。

表1　兩組病人一般資料比較

1.2設(shè)備與方法采用GE Discovery CT 750 HD寶石CT掃描設(shè)備。所有病人均行腎上腺CT平掃，掃描部位以外做屏蔽防護(hù)，病人深吸氣后屏氣狀態(tài)下掃描。范圍自第12胸椎上緣至第1腰椎下緣，均采用容積掃描，矩陣512×512，螺距0.984∶1,進(jìn)床速度39.37 mm/轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)時間1.0 s,視野190～220 mm2，層厚和層距均為3.75 mm，窗寬200 HU，窗位40 HU。 A組：管電壓120 kV，管電流300 mA，采用FBP重建；B組：管電壓100 kV，管電流190～220 mA，在CT掃描原始數(shù)據(jù)中選取None（FBP）、30%（弱）、50%（中）、100%(強(qiáng))進(jìn)行ASiR重建；兩組重建層厚均為3.75 mm。CT平掃后即行動脈和靜脈兩期增強(qiáng)掃描：掃描范圍及參數(shù)均與平掃相同，均經(jīng)肘靜脈注射非離子型對比劑碘普羅胺（300 mgI/mL），采用雙筒高壓注射器，劑量1.5 mL/kg，總量80～100 mL，注射流率2～3 mL/s，延遲時間分別為30 s和70 s。記錄單次掃描容積CT劑量指數(shù)（CTDIvol）。所有重建圖像傳送至GE AW4.6工作站進(jìn)行后處理。依據(jù)不同肥胖病人BMI的分類設(shè)置了相對應(yīng)的腎上腺CT、ASiR的參數(shù)匹配，根據(jù)病人的BMI不同，可適當(dāng)改變管電壓、管電流、FOV及ASiR等級，見表2。

表2　肥胖病人腎上腺CT、ASiR參數(shù)匹配表

1.3影像質(zhì)量評價

1.3.1客觀評價選擇腎上腺平掃橫斷面影像的最大截面，分別測量腎上腺、膈肌角、腎上腺旁脂肪間隙的CT值，ROI設(shè)置為類圓形，面積是同層面腎上腺截面面積的1/2；如果腎上腺位置深而體積小或腎上腺腺瘤致脂肪間隙薄，則測量時ROI大小設(shè)置為腎上腺截面面積的1/4，并應(yīng)適當(dāng)調(diào)節(jié)ROI形狀。噪聲值取3次測量的平均CT值的標(biāo)準(zhǔn)差（SD），腎上腺信噪比（SNR）=CT值/SD值，對比噪聲比（CNR）=（CT值腎上腺-CT值肌肉）/SD值肌肉。

1.3.2主觀評價由3名CT診斷醫(yī)師采用雙盲法對重建影像質(zhì)量進(jìn)行評分：①4分，影像質(zhì)量好，噪聲極低，腎上腺顯示清晰，無顆粒狀噪聲，無偽影，完全滿足診斷要求；②3分，影像質(zhì)量較好，噪聲不高，腎上腺顯示較清晰，有極少顆粒狀噪聲，無明顯偽影，能滿足診斷要求；③2分，影像質(zhì)量一般，可見噪聲，腎上腺顯示較一般，有顆粒狀噪聲，有少量偽影，不影響診斷；④1分，影像質(zhì)量差，可見大量噪聲，腎上腺顯示較差，有較多顆粒狀噪聲，有較多偽影，影響診斷要求，需重新后處理。

1.4統(tǒng)計學(xué)方法使用SPSS19.0軟件包統(tǒng)計分析。計數(shù)資料以例表示，采用χ2檢驗(yàn)比較。計量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，2組均數(shù)的比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)；3組以上比較采用單因素方差分析，組間多重比較采用LSD-t檢驗(yàn)。采用Kappa檢驗(yàn)評價3名醫(yī)師主觀評分一致性，Kappa值＜0為一致性差，0～0.20為一致性較差，0.21～0.40為一致性稍差，0.41～0.6為一致性中等，0.61～0.80為一致性較好，0.81～1.00為一致性好。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2　結(jié)果

2.1平均劑量比較A組CTDIvol為（19.60±0.76）mGy, B組CTDIvol為（9.55±0.83）mGy。B組顯著降低了輻射劑量（t=89.235，P＜0.01)，降低率51.28%。

2.2客觀評價結(jié)果A組與B組4個不同迭代等級的重建影像進(jìn)行比較，B組中各重建的腎上腺噪聲、肌肉噪聲及脂肪噪聲均隨著迭代等級升高而下降，SNR及CNR隨著迭代等級的升高而升高（P＜0.05）；其中，ASiR50%時各部位噪聲、腎上腺SNR與A組FBP重建相近（P＞0.05）（表3，圖1）。與ASiR None相比，腎上腺噪聲降低率：ASiR 30%為30.36%，ASiR50%為66.39%，ASiR100%為78.07%；SNR升高比率：ASiR30%為14.41%，ASiR50%為165.25%，ASiR100%為227.12%；CNR升高比率：ASiR30%為20.35%，ASiR50%為171.68%，ASiR100%為214.16%。

表3　各種重建方法獲得的影像噪聲、SNR及CNR的比較（±s）

表3　各種重建方法獲得的影像噪聲、SNR及CNR的比較（±s）

a與A組FBP比較，b與ASiRNone比較，c與ASiR30%比較，d與ASiR50%比較，P＜0.05

重建方式噪聲SNRCNR腎上腺肌肉脂肪A組FBP6.55±0.907.78±0.857.62±0.832.97±0.543.70±1.09 ASiRNone 20.29±2.12a21.17±2.04a20.58±1.98a1.18±0.31a1.13±0.30aASiR30%14.13±1.47ab13.80±1.45ab18.65±1.48ab1.35±0.50ab1.36±0.41abASiR50%6.82±0.95bc7.50±0.82bc7.75±0.80bc3.13±0.46bc3.07±0.54abcASiR100%4.45±0.96abcd5.31±0.96abcd5.37±1.11abcd3.86±1.01abcd3.55±0.96abcdF2362.5592416.2152864.006370.164310.165 P＜0.001＜0.001＜0.001＜0.001＜0.001

2.3主觀評價結(jié)果不同醫(yī)師對各重建影像質(zhì)量顯示能力的主觀評分見表4，3名醫(yī)師主觀評分為一致性較好（Kappa=0.76）。影像質(zhì)量顯示能力評分由高到低依次為ASiR100%、A組FBP、ASiR50%、、ASiR30%、ASiRNone（圖1、2）。

表4　各種重建方法獲得的影像質(zhì)量顯示能力主觀評分（±s）

表4　各種重建方法獲得的影像質(zhì)量顯示能力主觀評分（±s）

a與A組FBP比較，b與ASiRNone比較，c與ASiR30%比較，d與ASiR50%比較，P＜0.05

重建方式評分醫(yī)師A醫(yī)師B醫(yī)師C A組FBP3.45±0.643.43±0.663.58±0.59 ASiRNone1.31±0.53a1.30±0.48a1.28±0.47aASiR30%1.62±0.55ab1.64±0.56ab1.64±0.56abASiR50%3.15±0.64abc3.15±0.61abc3.14±0.60abcASiR100%3.77±0.45abcd3.75±0.46abcd3.72±0.47abcdF 391.249400.752446.484 P＜0.001＜0.001＜0.001

圖1病人女，63歲，腎上腺CT平掃。降低劑量的ASiR 4個等級重建影像：A ASiRNone重建，B ASiR30%重建，C ASiR50%重建，D ASiR100%重建。影像質(zhì)量隨著迭代等級升高而顯示更清晰。

圖2　病人男，67歲，腎上腺CT平掃。常規(guī)劑量的FBP重建影像，左腎上腺結(jié)節(jié)SD12.71 HU，膈肌角SD11.84 HU，左腎上腺結(jié)節(jié)低密度影顯示較清晰，同層面右腎上腺顯示較差。

3　討論

CT檢查的廣泛開展使CT輻射劑量也大幅增加，尤其對于敏感人群（如孕婦、兒童等）所造成的危害也越來越多地受到關(guān)注[6]。國際放射防護(hù)委員會在第102號出版物中指出，CT的輻射劑量常接近或超出致癌的水平[7]。目前，由于國內(nèi)肥胖型高BMI病人越來越多，加之腎上腺位于腹膜后，其位置深、體積小、形態(tài)多變，對于傳統(tǒng)CT掃描方法難以準(zhǔn)確顯示，需不斷提高管電壓及管電流，以減少肥胖所帶來的噪聲影響，彌補(bǔ)成像質(zhì)量缺陷，但增加了病人的輻射劑量。管電壓、管電流是決定輻射劑量的主要因素。為降低輻射劑量，可采取降低管電壓、管電流等掃描技術(shù)，但同時影像噪聲顯著增加。當(dāng)輻射劑量降低時，采用常規(guī)重建算法得到的影像噪聲及偽影將隨之增加，造成影像質(zhì)量降低，影響診斷。因此，在降低劑量的同時，如何減少影像噪聲顯得尤為關(guān)鍵。隨著計算機(jī)技術(shù)及CT設(shè)備的發(fā)展，迭代重建已成為CT影像重建的主流趨勢[8-10]。如Laqmani等[11]和Co等[12]研究表明，迭代重建相比FBP可以降低影像噪聲，保證影像質(zhì)量，使得進(jìn)一步降低輻射劑量成為可能。本研究在肥胖高BMI腎上腺CT成像中應(yīng)用ASiR技術(shù)與傳統(tǒng)FBP重建算法的比較，使迭代重建算法更合理地降低輻射劑量及降低影像噪聲，亦能保證影像質(zhì)量。

ASiR具有None、10%～100%不同等級，本研究選取其中弱、中、強(qiáng)的30%、50%、100%的3不同等級重建作為比較，而ASiR None的本質(zhì)是采用FBP算法，是作為研究ASiR技術(shù)降低條件后觀察CT影像質(zhì)量及常規(guī)劑量的FBP的比較，是在ASiRNone基礎(chǔ)上找出ASiR10%～100%的有更適合肥胖型高BMI腎上腺CT掃描的等級重建，才能完全滿足診斷要求，以便更好地提高CT掃描技術(shù)的效率。

本研究中B組與對照A組進(jìn)行比較，結(jié)果顯示B組整體降低了輻射劑量，降低率達(dá)51.28%。與A組相比，B組各重建影像的腎上腺噪聲、肌肉噪聲及脂肪噪聲均隨著迭代等級升高而下降，SNR及CNR隨著迭代等級的升高而升高（P＜0.05）；其中，ASiR50%時各部位噪聲、腎上腺SNR與FBP重建相近,ASiR50%、100%與ASiRNone相比，這兩組重建腎上腺噪聲降低率、SNR及CNR升高的比率以其主觀評分顯示尤為突出。而ASiR None、30%的各項(xiàng)結(jié)果顯示不明顯，腎上腺影像質(zhì)量得不到保證，不能作為本研究的理想重建等級匹配。所以，ASiR50%、100%重建影像噪聲明顯減少，密度分辨率大幅提高，腎上腺顯示更清晰，在肥胖病人腎上腺CT成像中應(yīng)用ASiR（50%～100%）時，保證了影像質(zhì)量，是較為理想的重建等級匹配（表2）。

研究證實(shí)不同ASiR等級重建對腎上腺CT影像質(zhì)量的影響是隨著病人的MBI值越高所需要的ASiR重建的等級強(qiáng)度越大，即隨著迭代等級提高，噪聲逐步減少，影像質(zhì)量明顯提高。本研究也在一定程度上反映了提高腎上腺CT成像，以及應(yīng)用ASiR的重建強(qiáng)度。但本研究也存在不足，例如沒有根據(jù)不同重建強(qiáng)度去適應(yīng)不同的組織病變，因此還有待今后進(jìn)一步研究。

總之，對于高BMI肥胖者的腎上腺CT成像時應(yīng)用ASiR技術(shù)能顯著降低了輻射劑量，ASiR（50%～100%）所得影像質(zhì)量均近似或優(yōu)于傳統(tǒng)FBP，具有較好的臨床應(yīng)用價值。

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（收稿2015-12-03）

Application of iterative reconstruction technique in CT imaging of adrenal gland in obese patients

ZHANG

Renhua,DENG Bohong,ZHOU Haijun,HUANG Heping,HE Chenbo.Center of Imaging,The First People’s Hospital of Chenzhou,Chenzhou 423000,China

ObjebtiveTo apply adaptive statistical iterative reconstruction(ASiR)technique in CT imaging of adrenal gland in obese patients to reduce the radiation dose and improve the image quality.MethodsAdrenal gland CT scans of 200 obese patients were collected,including male 112 cases,female 88 cases,age 17-78 years old,mean age 54.22± 18.63 years old.Classfied patients into 2 groups,100 cases each.Group A underwent routine filtered back projection(FBP), and group B underwent ASiR using 4 grades(None,30%,50%,and 100%).The data of all patients were transmitted to the workstation(AW4.6),and were evaluated by three doctors with double-blind method.A t test was used to compare radiation dose two between the 2 groups.One way ANOVA with post hoc LSD-t test was used to compare the objective image quality indicators(noise,SNR,and CNR)and the subjective score.Kappa test was used to evaluate the consistency of subjective scores among the three doctors.Results Compared to the group A,the reconstructed image noise of the adrenal gland,muscle and fat were decreased with the increasing of the iterative rank,while SNR and CNR were increased with the increasing of the iteration level(P＜0.05)in the group B.Among the sub-groups of group B,when ASiR 50%was used,the SNR,FBP,and reconstruction noise did not significantly differ at each region of adrenal gland(P＞0.05).The subjective scores from three doctors were consistent well(Kappa=0.76).ASiR100%achieved the best image quality,followed by group A FBP,ASiR50%, ASiR30%,and ASiR None(P＜0.05).ConclusionThe ASiR technique in CT imaging of adrenal gland in obese patients could reduce the radiation dose.ASiR 50%～100%is comparable even better than FBP in image quality.

Tomography,X-ray computed;Obese;Adrenal gland;Image techniques

10.19300/j.2016.L4037

R445.3；R586

A

郴州市第一人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心，郴州423000