基于體質(zhì)量指數(shù)的個性化噪聲指數(shù)設(shè)定在腹部CT成像中的應(yīng)用研究

浦仁旺，劉義軍，盧緒論，劉　磊，王詩瑜，劉愛連，葛　瑩

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

基于體質(zhì)量指數(shù)的個性化噪聲指數(shù)設(shè)定在腹部CT成像中的應(yīng)用研究

浦仁旺，劉義軍，盧緒論，劉磊，王詩瑜，劉愛連，葛瑩

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

目的：探討基于體質(zhì)量指數(shù)（BMI，kg/m2）的個性化噪聲指數(shù)（Noise index，NI）設(shè)定在腹部CT成像中的應(yīng)用價值。方法：采用固定NI（10 HU）的211例行腹部CT平掃患者作為A組，不同NI（10～14HU，間隔2HU）109例患者作為B組，A、B兩組按BMI（BMI≤23、＞23～26、＞26）各分成3個亞組：A1（47例）、A2（93例）和A3（71例）；B1（42例）、B2（35例）和B3（32例）。所有病例均在GE Discovery HD CT上完成，A組掃描參數(shù)為120 kVp，3D自動mA和NI=10HU，掃描時間0.8 s，層厚5mm，重建間隔5mm，螺距1.375∶1，圖像處理40%ASIR，重建方式Stnd。B組采用個體化掃描方案：B1組NI=10 HU、B2組NI=12 HU、B3組NI=14HU，余掃描參數(shù)同A組。測量肝臟標準差（SD），記錄容積劑量指數(shù)（CTDIvol）；A、B兩組的組內(nèi)及組間的SD、CTDIvol比較采用獨立樣本t檢驗；對圖像質(zhì)量進行5分制主觀評價，評價結(jié)果的一致性檢驗采用Kappa分析。結(jié)果：SD值：A1、A2、A3分別為（11.01±0.88）HU、（9.44±1.24）HU和（8.30±1.40）HU；B1、B2、B3分別是（10.90±0.82）HU、（10.79±0.52）HU和（10.96±0.68）HU；A1＞A2＞A3有統(tǒng)計學(xué)差異（P＜0.05）；B組內(nèi)SD值無統(tǒng)計學(xué)差異（P＞0.05）；A1與B1無統(tǒng)計學(xué)差異（P＞0.05），A2＜B2、A3＜B3差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。CTDIvol：A1、A2、A3分別為（7.82±1.48）mGy、（15.00±4.21）mGy和（23.42±5.31）mGy；B1、B2、B3分別為（7.33±1.49）mGy、（8.45±2.35）mGy和（9.54±2.84）mGy；A1與B1無統(tǒng)計學(xué)差異，B2比A2降低43.67%，B3比A3降低59.26%；圖像評分：A1、A2、A3分別為4.57±0.62、4.58±0.61、4.59±0.62；B1、B2、B3分別為4.57±0.50、4.80±0.65、4.56± 0.67。A、B組內(nèi)及組間圖像質(zhì)量對比無統(tǒng)計學(xué)差異（P＞0.05）；2名醫(yī)師對圖像質(zhì)量評分的Kappa一致性檢驗結(jié)果分別為0.835、0.711、0.734、0.742、0.809、0.761。結(jié)論：使用自動管電流調(diào)制技術(shù)（ATCM）行腹部CT掃描，根據(jù)病人的BMI調(diào)整NI值的設(shè)置，較大BMI病人的輻射劑量有較大幅度降低，不影響圖像診斷質(zhì)量。

腹部；噪聲；輻射劑量；體層攝影術(shù)，螺旋計算機

腹部CT檢查的臨床應(yīng)用廣泛，如，消化系統(tǒng)疾病、泌尿系統(tǒng)疾病、腹部血管疾病、腫瘤篩查和復(fù)查等。由于腹部CT掃描范圍大，增強掃描期相多等特點，輻射劑量問題始終被業(yè)界重點關(guān)注。ATCM技術(shù)利用定位像的數(shù)據(jù)，在設(shè)定圖像噪聲指數(shù)（NI）情況下，根據(jù)受檢部位的厚度和組織器官密度進行管電流的3D（人體X、Y、Z軸）自動調(diào)整的技術(shù)。ATCM技術(shù)是最常用的降低輻射劑量的方法之一[1]。但是ATCM技術(shù)中受檢者的輻射劑量除與該技術(shù)自身參數(shù)設(shè)置有關(guān)外，還和受檢者體質(zhì)量指量（BMI）有較大關(guān)系[2]。對于不同BMI的受檢者，在相同設(shè)置（NI）時，ATCM調(diào)制的圖像質(zhì)量（SD）并不一致，體質(zhì)量較輕的受檢者，圖像噪聲較大，輻射劑量較低；對于體質(zhì)量大的受檢者，圖像噪聲較低，但輻射劑量很高。因此，該實驗旨在研究ATCM技術(shù)腹部掃描中BMI與NI選擇的相關(guān)性，根據(jù)受檢者的BMI設(shè)置ATCM掃描參數(shù)，實現(xiàn)腹部個體化的ATCM掃描，保證圖像質(zhì)量的一致性，同時降低受檢者的輻射劑量。

1　材料與方法

1.1臨床資料

收集2012年3—10月211例采用ATCM技術(shù)、固定NI（10HU）的腹部CT平掃患者作為A組，其中男128例，女83例，年齡26～87歲，中位年齡59歲。2012年 11月—2013年 3月 109例采用ATCM技術(shù)、不同NI（10～14 HU，間隔為2HU）腹部CT平掃患者作為B組，其中男67例，女42例，年齡26～85歲，中位年齡54歲。排除標準：伴脂肪肝、肝硬化、腹腔巨大腫物、胸腹腔積液者或未滿18歲者。A、B兩組按BMI（BMI≤23 kg/m2、＞23～26 kg/m2、＞26 kg/m2）各分成3個亞組：A1（47例）、A2（93例）和A3（71例）；B1（42例）、B2（35例）和B3（32例）。本研究經(jīng)本院倫理委員會的論證和審批，所有受檢者均告知參與實驗情況并簽署知情同意書。

1.2檢查方法

所有病例均在GE Discovery HD CT上完成掃描，采用3D ATCM技術(shù)，掃描正位和側(cè)位定位像，掃描范圍從膈頂?shù)綈u骨聯(lián)合下緣。A組掃描參數(shù)為120 kVp、NI 10 HU、掃描時間0.8 s、層厚5mm、重建間隔5mm、螺距1.375∶1、圖像處理40%ASIR、重建方式Stnd。B組采用個體化掃描方案：B1組NI 10HU、B2組NI 12HU、B3組NI 14HU，余掃描參數(shù)同A組。

1.3圖像客觀測量

將所有圖像上傳到AW 4.5工作站，選取每組圖像肝門附近上下3個層面，測量肝實質(zhì)SD，取其均值作為圖像的噪聲值，記錄容積劑量指數(shù)（CTDIvol）。

1.4主觀評價

由2名具有5年以上工作經(jīng)驗的影像診斷醫(yī)生對各組圖像質(zhì)量采用雙盲法進行主觀評價，圖像質(zhì)量評分標準采用Kalra 5分法：5分，圖像無偽影，解剖結(jié)構(gòu)清晰；4分，圖像無偽影，解剖結(jié)構(gòu)較清晰；3分，圖像少許偽影，解剖結(jié)構(gòu)可見度一般，不影響診斷；2分，圖像偽影較多，解剖結(jié)構(gòu)可見度差，影響診斷；1分，圖像偽影嚴重，解剖結(jié)構(gòu)可見度極差，無法診斷。如果一致性較好，采用兩位醫(yī)生評分的均值進行分析。

1.5統(tǒng)計學(xué)分析

應(yīng)用SPSS 17.0進行統(tǒng)計學(xué)分析，采用獨立樣本t檢驗對比SD和輻射劑量，采用秩和檢驗對比圖像質(zhì)量評分，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。Kappa檢驗觀察不同觀察者間評定結(jié)果的一致性，Kappa值定義為：≤0.20，幾乎不一致；＞0.20～0.40，輕微一致；＞0.40～0.60，中等一致；＞0.60～0.80，很好的一致；＞0.80～1.00，近乎完美的一致。

2　結(jié)果

2.1SD值分析

A組中NI設(shè)置為10 HU，A1、A2、A3組圖像的SD值分別為 （11.01±0.88）HU、（9.44±1.24）HU和（8.30±1.40）HU，A1＞A2＞A3，有統(tǒng)計學(xué)差異 （P＜0.05），隨著BMI的增加，圖像的噪聲明顯降低；B組中，B1、B2、B3的 SD分別是（10.90±0.82）HU、（10.79±0.52）HU和 （10.96±0.68）HU，B組內(nèi)SD值無統(tǒng)計學(xué)差異 （P＞0.05），與按照BMI設(shè)定的NI值相比，實際掃描圖像的噪聲基本一致；A1與B1無統(tǒng)計學(xué)差異（P＞0.05），A2＜B2、A3＜B3差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），見表1。

表1　A、B兩組圖像噪聲對比表（±s）

表1　A、B兩組圖像噪聲對比表（±s）

B M I （k g / m2）　A組　B組　S D值（H U ）A組　B組　t值　P值≤2 3組　4 7 　4 2 　1 1 .0 1 ± 0 .8 8 　1 0 .9 0 ± 0 .8 2 　0 .7 0 　0 .4 9 ＞2 3 ～2 6組　9 3 　3 5 　9 .4 4 ± 1 .2 4 　1 0 .7 9 ± 0 .5 2?。? .3 6 　0 .0 0 ＞2 6組　7 1 　3 2 　8 .3 0 ± 1 .4 0 　1 0 .9 6 ± 0 .6 8?。? .3 1 　0 .0 0

2.2圖像質(zhì)量評分

2名醫(yī)師圖像質(zhì)量評分標準采用Kalra 5分法，其中 A1、A2、A3分別為 4.57±0.62、4.58±0.61和4.59±0.62；B1、B2、B3分別為 4.57±0.50、4.57±0.65 和4.56±0.67，A、B組內(nèi)及組間圖像質(zhì)量對比無統(tǒng)計學(xué)差異（P＞0.05），見表2，各亞組圖像見圖1。2名醫(yī)師評分的一致性檢驗采用 Kappa，結(jié)果分別為0.835、0.711、0.734、0.742、0.809、0.761，見表3。

表2　A、B兩組圖像質(zhì)量評分對比表（±s）

表2　A、B兩組圖像質(zhì)量評分對比表（±s）

B M I （k g / m2）　A組　B組　圖像質(zhì)量評分值A(chǔ)組　B組　t值　P值≤2 3組　4 7 　4 2 　4 .4 7 ± 0 .6 2 　4 .6 0 ± 0 .5 0 　0 .7 0 1 　0 .4 8 7 ＞2 3 ～2 6組　9 3 　3 5 　4 .9 0 ± 0 .3 3 　4 .8 0 ± 0 .4 0?。? .3 6 3 　0 .0 0 0 ＞2 6組　7 1 　3 2 　4 .9 2 ± 0 .2 6 　4 .7 2 ± 0 .5 2　－8 .3 1 4 　0 .0 0 0

表3　圖像質(zhì)量評分的分值分布情況

圖1各亞組圖像，窗位40HU，窗寬400HU。圖1a：A1亞組，BMI：18.7 kg/m2，NI：10，SD=11.85HU；圖1b：A2亞組，BMI：24.6 kg/m2，NI：10，SD=9.78HU；圖1c：A3亞組，BMI：27.9 kg/m2，NI：10，SD=8.45HU；圖1d：B1亞組，BMI：19.8 kg/m2，NI：10，SD=10.42HU；圖1e：B2亞組，BMI：24.7 kg/m2，NI：12，SD=10.27HU；圖1f：B3亞組，BMI：28.2 kg/m2，NI：14，SD=10.84HU。

Figure 1.Images of each group,WL=40 HU,WW=400 HU.Figure 1a:Group－A1,BMI:18.7 kg/m2,NI:10,SD=11.85 HU;Figure 1b: Group－A2,BMI:24.6 kg/m2,NI:10,SD=9.78 HU;Figure 1c:Group－A3,BMI:27.9 kg/m2,NI:10,SD=8.45 HU;Figure 1d:Group－B1,BMI: 19.8 kg/m2,NI:10,SD=10.42 HU;Figure 1e:Group－B2,BMI:24.7 kg/m2,NI:12,SD=10.27 HU;Figure 1f:Group－B3,BMI:28.2 kg/m2,NI: 14,SD=10.84HU.

2.3輻射劑量對比分析

A1、A2、A3分別為 （7.82±1.48）mGy、（15.00± 4.21）mGy和 （23.42±5.31）mGy；B1、B2、B3分別為（7.33±1.49）mGy、（8.45±2.35）mGy和（9.54±2.84）mGy；A1與B1差異不具有統(tǒng)計學(xué)意義 （P＞0.05），B2比A2、B3比A3的CTDIvol均有顯著降低，降低幅度分別為43.67%和59.26%，見表4。

表4　A、B兩組輻射劑量對比表

3　討論

3.1腹部CT掃描NI對3D ATCM的影響

目前在降低CT輻射劑量方法中，應(yīng)用最多的就是3D ATCM技術(shù)[2]，它是一種前瞻性的三維mA調(diào)節(jié)技術(shù)，它是根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的噪聲指數(shù)、最小mA值、最大mA值以及定位像，獲得病人的體型和組織結(jié)構(gòu)密度在X、Y、Z軸上的變化，自動調(diào)置相應(yīng)的mA值技術(shù)。與固定mA相比，ATCM在保證各層面影像質(zhì)量一致的前提下降低受檢者的輻射劑量[3]。利用3D ATCM技術(shù)進行腹部CT掃描時，為了達到圖像質(zhì)量與輻射劑量的平衡，NI的設(shè)置是關(guān)鍵，NI值過高會影響影像質(zhì)量，過低可能達不到降低受檢者輻射劑量的目的。NI可以看做是目標圖像的SD值，王倩等[4]研究圖像的SD值比NI值偏高。因此，本研究的A、B兩組的圖像處理均采用40%的ASIR重建，能夠顯著降低腹部CT圖像的噪聲[5]，與FBP相比，可降低噪聲40%[6]。

3.2BMI對3D ATCM的影響

受檢者的BMI會影響3D ATCM的輻射劑量，BMI大的受檢者會接受更高的輻射劑量，應(yīng)根據(jù)受檢者的體質(zhì)調(diào)整NI[7]。本研究A組NI固定為10HU時，A1、A2、A3的SD值為 （11.01±0.88）HU、（9.44± 1.24）HU和（8.30±1.40）HU，隨著BMI的增加，圖像中實測SD值有明顯下降，說明ATCM技術(shù)在不同BMI時的管電流調(diào)制能力存在非一致性，較大BMI的受檢者接受了超高的輻射劑量，獲得比預(yù)期還低的圖像噪聲。Kalra等[8]的研究提出腹部掃描的噪聲指數(shù)可選擇12.5HU，加之綜合A組的實驗結(jié)果，顯然A組中正常BMI和較大BMI受檢者的SD不必要的過低了，這會導(dǎo)致多余的輻射劑量，所以B 組3個亞組NI的設(shè)置是隨著受檢者BMI的增加而增加來設(shè)置的（分別為10 HU、12 HU、14 HU），獲得圖像的SD值基本一致，并且A、B兩組的圖像質(zhì)量主觀評分沒有統(tǒng)計學(xué)差異，與Kalra等[3]的研究ATCM技術(shù)腹部圖像質(zhì)量相一致，符合不同體質(zhì)量的人群，對于NI設(shè)置的要求不一樣的研究[8]。B組的NI變化關(guān)系可作為不同人群間個體化調(diào)制參數(shù)。A、B兩組圖像主觀評分沒有統(tǒng)計學(xué)差異，可能是因為大體型患者的內(nèi)臟脂肪堆積形成良好的天然對比，在一定程度上，提高了主觀圖像質(zhì)量可接受度，降低了對噪聲水平的要求[9]。

3.3個體化ATCM技術(shù)降低腹部CT輻射劑量應(yīng)用價值

不同醫(yī)院對影像質(zhì)量的要求標準的不同也會導(dǎo)致NI設(shè)置的不同，ATCM技術(shù)輻射劑量除與NI有關(guān)，還與最小毫安數(shù)值、最大毫安數(shù)值設(shè)置有關(guān)，受很多成像參數(shù)的影響，在不同體型人群中降低劑量的效能不同，對于過小、過大體型患者的ATCM技術(shù)效果不佳，本研究根據(jù)BMI和NI設(shè)置分為6個亞組，A1、B1組的NI均為10HU，輻射劑量、圖像質(zhì)量評分、圖像SD值均無統(tǒng)計學(xué)差異；B2與A2、B3 與A3相比，圖像質(zhì)量評分、圖像SD值均無顯著統(tǒng)計學(xué)差異，但是CTDIvol有顯著降低，降低幅度分別為43.67%和59.26%。因此采用個體化ATCM技術(shù)掃描，使得不同BMI的受檢者圖像質(zhì)量 （噪聲）均衡，同時總體輻射劑量顯著降低。

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Clinical study of personalized noise index setting based on body mass index in abdom inal CT imaging

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

Objective:To explore the value of personalized noise index(NI)setting based on body mass index(BMI)in abdominal CT imaging.Methods:Group A contained 211 patients who underwent abdominal ATCM－CT at a fixed NI(10 HU), while group B contained 109 patients who underwent abdominal ATCM－CT at different NIs(10～14HU,interval:2HU).Either group A or B was further divided into three subgroups based on BMI(BMI≤23,＞23～26,＞26):A1(n=47),A2(n=93)and A3(n= 71);B1(n=42),B2(n=35)and B3(n=32).The examinations of all the cases were completed on GE Discovery HD CT.The following scan parameters were used in group A:120 kVp,3D Auto mA,NI=10 HU,scan time=0.8 s,slice thickness=5mm,reconstruction interval=5mm,pitch=1.375∶1,image processing mode:40%ASIR,and reconstruction mode:Stnd.The individualized scan plan was used in group B:B1:NI=10 HU,B2:NI=12 HU,B3:NI=14HU;the remaining parameters were the same as group A.Three levels adjacent to hepatic hilum were selected for each group of images.The SD of liver with a uniform density was measured and the results were averaged as the final image SD,and the volume－dose index(CTDIvol)was recorded.The inter－group and intra－group comparisons of SD and CTDIvol of groups A and B were performed with t test.The image quality was subjectively evaluated by two senior radiologists(working experience more than 5 years)with a 5－point scale, and the inter－observer consistency was analyzed by Kappa test.Results:The SD of subgroups A1,A2 and A3 was(11.01± 0.88)HU,(9.44±1.24)HU and(8.30±1.40)HU,respectively,and that of subgroups B1,B2 and B3 was(10.90±0.82)HU, (10.79±0.52)HU and(10.96±0.68)HU,respectively.The results showed a significant difference within group A(A1＞A2＞A3)(P＜0.05),but not within group B(P＞0.05).There was no significant difference between subgroups A1 and B1(P＞0.05),but A2＜B2 and A3＜B3 with significant differences(P＜0.05).The CTDIvol of subgroups A1,A2 and A3 was(7.82±1.48)mGy,(15.00±4.21)mGy and(23.42±5.31)mGy,respectively,and that of subgroups B1,B2 and B3 was(7.33±1.49)mGy,(8.45±2.35)mGy and(9.54± 2.84)mGy,respectively.The results showed no significant difference between subgroups A1 and B1,but B2＜A2(a decrease by43.67%)and B3＜A3(a decrease by 59.26%)significantly.The image score of subgroups A1,A2 and A3 was 4.57±0.62,4.58± 0.61 and 4.59±0.62,respectively,and that of subgroups B1,B2 and B3 was 4.57±0.50,4.80±0.65 and 4.56±0.67,respectively.The inter－group and intra－group comparisons of group A and B showed no significant difference in image quality(P＞0.05).The results of Kappa test for the consistency of image quality score between two senior radiologists were 0.835,0.711,0.734, 0.742,0.809 and 0.761.Conclusion:Using abdominal ATCM－CT based on BMI－dependent NI adjustment,there is a great reduction of radiation dose for patients with a bigger BMI,without influencing the diagnostic quality of images.

Abdomen;Noise;Radiation dosage;Tomography,spiral computed

R656；R814.42

A

1008－1062（2016）07－0487－04

2015－09－24；

2015－12－28

浦仁旺（1980－），男，黑龍江大慶人，副主任技師。E－mail：purenwang777＠163.com

劉義軍，大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，116011。E－mail：yijunliu1965＠126.com

大連市科技計劃項目（2013E15SF165）。