低k V大螺距聯合IRIS在胸部MSCT檢查中的應用研究

1.重慶市九龍坡區(qū)中醫(yī)院放射科(重慶 400080)

2.黑龍江省大慶市油田總醫(yī)院CT室(黑龍江 大慶 163001)

商涯鈞1 畢純龍2 孫淑霞1

低k V大螺距聯合IRIS在胸部MSCT檢查中的應用研究

1.重慶市九龍坡區(qū)中醫(yī)院放射科(重慶 400080)

2.黑龍江省大慶市油田總醫(yī)院CT室(黑龍江 大慶 163001)

商涯鈞1畢純龍2孫淑霞1

目的探討低kV大螺距聯合IRIS在降低胸部多層螺旋CT(MSCT)檢查輻射劑量中的臨床應用價值。方法70例行胸部MSCT檢查的患者隨機分為常規(guī)組(n=35，130kV，Pi tch 0.8，FBP)、和低劑量組(n=35，110kV，Pitch 2.0 IRIS)，對照分析2組患者的圖像質量與輻射劑量。結果2組患者的MSCT圖像主觀評分、客觀評分(SNR與CNR)比較差異均無統計學意義(P＞0.05)，低劑量組的CTDIvol、DLP和ED均顯著低于常規(guī)組和低劑量組(P ＜0.05)。結論低kV大螺距聯合IRIS能滿足胸部MSCT檢查的診斷要求，并顯著降低患者的輻射劑量。

胸部；X 線計算機體層攝影術；低劑量

僅3%～7%的放射學檢查采用CT掃描，但CT貢獻的輻射劑量占醫(yī)療照射的41%，是最大的醫(yī)用放射源[1]，而Brenner等研究認為美國2%的癌癥患者可能由CT檢查所致[2]。因此，CT檢查X線輻射的致癌風險及放射防護安全已成為臨床關注與研究的熱點問題。濾波反投影算法(FBP)是目前CT掃描最常用的重建方法，如減降低掃描條件(管電壓或管電流)，會增加圖像噪聲、降低圖像質量，因而FBP限制CT掃描輻射劑量的降低；迭代重建(IR)能利用矩陣代數，通過數學模型選擇性地識別并有效降低圖像噪聲，而且在提高圖像質量的同時，并不損失圖像的空間分辨率[3]，因此IR使CT低計量掃描成為可能。本研究中應用西門子公司SOMATOM Emotion 16 CT，采用低kV大螺距聯合圖像空間迭代重建(IRIS)對35例患者進行胸部CT檢查，與常規(guī)掃描模式的圖像質量和輻射劑量進行比較，旨在探討該掃描方案對圖像質量和輻射劑量的影響。

1 材料與方法

1.1 一般資料選擇2014年8月至12月在我院行胸部MSCT檢查的患者70例，男39例，女31例，年齡24～75歲，平均(47.21±14.86)歲，體質量指數(BMI)為(18.15-25.07)kg/m2，平均(23.46±2.38)kg/m2；70例患者采用隨機數字表法分為常規(guī)組和低劑量組，每組各35例。2組患者的性別、年齡、體質量指數等一般臨床資料比較差異無統計學意義(P＞0.05)，具有可比性。本研究經醫(yī)院倫理委員會批準，患者均自愿參加本項研究并簽署知情同意書。

1.2 方法采用SOMATOM Emotion 16 CT機進行胸部CT檢查，掃描前幫助患者去除帶有金屬的衣物及飾品，取仰臥位，頭先進，雙手置于頭上，訓練患者深吸氣后屏氣，掃描范圍為胸尖至肋膈角，2組均開啟CARE Dose 4D管電流調節(jié)技術，球管旋轉時間0.6s/圈。圖像重建：層厚5.0mm，層間距5.0mm，準直寬度16×0.6mm，顯示野(FOV)200-320mm，矩陣512×512，肺窗重建函數B80s/l80s，縱隔窗重建函數B41s/I41s。掃描參數：①常規(guī)組：管電壓130kV，Pi tch 0.8，采用FBP重建；②低劑量組：管電壓110 kV，Pitch 2.0，采用IRIS重建。

1.3 觀察指標與評價標準

1.3.1 圖像質量主觀評價：由兩名具有5年以上胸部CT閱片經驗的影像醫(yī)師采用雙盲法獨立閱片，根據圖像質量評分標準以5分法對肺窗(WW 1500 HU，WL -600HU)和縱膈窗(WW 350 HU，WL 45HU)圖像進行評分，評分越低提示圖像質量越好[4]。

1.3.2 圖像質量客觀評價：每例患者均選取主動脈弓無偽影處和豎脊肌均勻處測量其平均CT 值(SI主動脈和SI肌肉)與標準差(SD)，以SD主動脈作為客觀圖像噪聲(OIN)；同時測量同一層面空氣的標準差(SDai r)，并將其作為背景噪聲，感興趣區(qū)(ROI)的面積一般為90mm2～110mm2，ROI的大小、形狀和位置盡量相同。按公式計算信噪比(SNR主動脈=CT主動脈值/SD主動脈)和對比噪聲比[CNR=(SI主動脈-SI肌肉)/SDair][5]。

1.3.3 輻射劑量評價：記錄每個患者機器自動測量的容積劑量指數(CTDIvol)與有效劑量長度乘積(DLP)，并根據公式(DLP x k，k=0.014)計算有效劑量(ED)[6]。

1.4 統計學方法所有數據均采用SPSS 19.0統計學軟件處理，計量資料采用(±s)的形式表示，兩組計量資料比較采用獨立樣本t檢驗，計數資料比較采用χ2檢驗，圖像質量主觀評價的一致性采用Kappa分析，檢驗水準α=0.05。

2 結 果

2.1 2組的掃描長度與掃描時間比較2組患者的掃描長度比較差異無統計學意義(P＞0.05)，低劑量組的掃描時間明顯低于常規(guī)組(P＜0.05)，見表1。

表1 2組的掃描長度與掃描時間比較(±s)

表1 2組的掃描長度與掃描時間比較(±s)

組別 掃描長度(mm） 掃描時間(s）常規(guī)組（n=35） 27.04±1.26 12.68±0.12低劑量組（n=35） 26.48±1.37 9.57±0.24 t 12.8461 3.3172 P 0.357 0.001

2.2 2組患者的圖像質量評價Kappa一致性檢驗結果顯示，圖像質量主觀評價中，2名醫(yī)師的評分具有一致性(P＜0.05)。2組患者的圖像均可滿足診斷要求，圖像質量主觀評分和圖像客觀評價指標(SNR與CNR)比較差異均無統計學意義，見表2，圖1-2。

表2 3組圖像客觀質量評分比較(±s)

表2 3組圖像客觀質量評分比較(±s)

組別 主觀圖像質量評分 圖像客觀評價指標O I N （H U ） S N R C N R常規(guī)組（n = 3 5 ） 1 . 6 4 ± 0 . 2 1 4 . 2 1 ± 0 . 3 5 1 0 . 0 8 ± 0 . 8 5 0 . 5 9 ± 0 . 1 4低劑量組（n = 3 5 ） 1 . 7 1 ± 0 . 2 6 6 . 7 2 ± 0 . 9 4 9 . 1 5 ± 0 . 7 3 0 . 5 8 ± 0 . 3 t 1 5 . 6 3 0 7 2 . 3 1 5 4 9 . 5 0 8 3 8 . 3 1 6 7 P 0 . 1 8 3 4 6 0 . 0 0 0 1 0 . 2 8 6 3 4 0 . 1 5 4 2

2.3 2組患者的輻射劑量比較低劑量組患者的CTDIvol、DLP和ED均顯著低于常規(guī)組，組間比較差異有統計學意義(P＜0.05)，表3。

表3 2組的輻射劑量比較(±s)

表3 2組的輻射劑量比較(±s)

組別 CTDIvol（mGy） DLP（mGym.cm） ED（mSvT）常規(guī)組（n=23） 14.37±1.26 438.58±42.46 6.14±0.57低劑量組（n=23） 10.18±0.61 328.64±25.36 4.60±0.38 t 5.3592 6.1374 4.1068 P 0.0001 0.0001 0.0001

3 討 論

CT是目前胸部疾病的最佳影像學檢查方法，對肺部腫瘤、結節(jié)及間質性病變等的診斷具有重要臨床價值，但國外研究結果證實輻射劑量每增加1Sv，惡性腫瘤的發(fā)生率將增加4.1%[6]，因此，上世紀90年代，Naidich等[7]等率先提出了低劑量CT掃描的概念，即遵循LLARA原則[8]，在保證圖像質量前提下，如何優(yōu)化CT掃描方案、降低患者輻射劑量已成為目前CT研究的焦點問題。

減少輻射劑量的方法較多，常用的方法包括降低管電壓(kV)、管電流(mAs)及掃描時間等。胸部CT掃常模式中采用固定的管電流，忽視了不同BMI或不同掃描部位吸收X線輻射的差異性，可能導致低BMI者接受過量輻射。CARE Dose 4D是Siemens公司研發(fā)的動態(tài)實時管電流調節(jié)技術，掃描過程中在預設管電流的基礎上，根據不同個體自動調節(jié)管電流大小，進而提高X射線利用率，降低輻受檢者的射劑量，Hundt等[9]應用此技術使受檢者的總體受輻射量降低了29.4%。

FBP和IR是CT圖像重建的兩種主要方法，其中FBP是目前CT圖像重建最常用的算法。CT圖像質量與輻射劑量之間存在著制衡關系，降低輻射可導致釆集數據不完備，因而增加了圖像噪聲和偽影，不能滿足臨床需求。FBP算法對成像過程的假設過于簡單，降低管電壓或管電流后圖像質量較差，限制了CT低計量掃描方案的實施。IR誕生于1982年，是為了適應CT低計量掃描方案而研發(fā)的一種基于最大似然-期望最大化法(ML-EM)的新型算法，目前IR算法較多，本研究采用Siemens的IRIS算法，Pontana等[10]的研究結果證實，采用IRIS在不丟失診斷信息的基礎上能使受檢者的輻射劑量降低35%，而Hu等[11]研究認為IRIS在降低受檢者40%輻射劑量同時，仍可保持圖像質量不變或提高圖像質量。

目前CT低計量研究多為在固定管電壓基礎上采用CARE Dose 4D等技術逐步降低管電流，為了進一步探索胸部CT的最佳優(yōu)化掃描方案，本研究在應用CARE Dose 4D技術基礎上適當降低管電壓、增大螺距，即低計量組將管電壓由130kV降低值110kV，同時將Pi t ch由0.8增加至2.0，以通過減少掃描時間進一步降低受檢者輻射劑量，并將采用IRIS算法提高圖像質量。輻射劑量的平方與kV呈正比，因而降低kV能更加有效地減低輻射劑量，但降低kV將直接導致到達探測器的 X線光子數量減少，使圖像噪聲增加，圖像質量下降[12,13]，本研究中將管電壓從130kV降低至110kV，圖像OIN值明顯增加，但當主觀評分和SNR與CNR比較差異無統計學意義，而且研究認為單純OIN并不能決定圖像質量，SNR和CNR對圖像質量的影響較OIN更加重要；降低管電壓、增大螺距后使受檢者的CTDIvo l、DLP和ED較常規(guī)組明顯降低，與文獻報道相符[14]，說明適當降低管電壓、增大螺距，雖然會增加圖像噪聲，但對圖像質量影響并不顯著，仍能滿足臨床診斷需要，而且可顯著降低受檢者的輻射劑量。但本項研究受設備限制，僅將管電壓降低至110kV，而且IRIS算法是第一代IR，隨著CT設備和IR技術的不斷改進，期待在今后的研究中有望進一步降低k V和提高Pi tch，并采用正弦確定迭代重建(Sinogram af f i rmed iterative reconst ruct ion，SAFIRE)技術，以進一步降低受檢者輻射劑量、提供圖像質量。

綜上所述，采用IRIS算法，聯合降低管電壓、管電流和掃描時間等方法優(yōu)化胸部CT掃描方案，符合LLARA原則，不僅顯著降低了受檢者的輻射劑量，而且能夠保障圖像質量滿足診斷要求。由此可見，110kV大螺距聯合IRIS可作為Siemens Emotion 16 CT胸部掃描的最佳方案。

圖1-2 常規(guī)組（130kv Pitch 0.8 FBP重建） 圖1為肺窗，圖2為縱膈窗，肺紋理、支氣管及縱膈結構非常清晰，無偽影。 圖3-4 低計量組（110kv Pitch 2.0 IRIS重建）圖3為肺窗，圖4為縱膈窗，肺紋理、支氣管及縱膈結構清晰，無偽影。

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(本文編輯: 張嘉瑜)

The Application of Both Low-kV High-pitch and IRIS on Chest MSCT Examination

SHANG Ya-jun, BI Chun-long, SUN Shu-xia. Department of Radiology, Jiulongpo District Hospital of Tranditional Chinese Medicine, Chongqing 400080, China

ObjectiveTo study the clinical evaluation of both low-kV high-pitch and IR IS on chest MSCT exam ination radiation dose reduction.Methods70 patients undergone chest MSCT exam ination were random ly divided into routine group(n=35,130 kV, Pitch 0.8, FBP)and low dose group(n=35, 110 kV, Pitch 2.0, IRIS). Retrospectively,the quality of the images and the radiation dose of two groups were compared by two reviewers.ResultsThe subjective image quality score and objective evaluation index (SNR and CNR)of two groups has no significant difference(P＞0.05). The radiation dose of low dose group (CTDIvol, DLP, and ED) was lower than that of routine group (P＜0.05).ConclusionThe image quality of both low-kV high-pitch and IR IS on chest MSCT examination can meet diagnostic requirement, and obviously reduce radiation dose.

Chest; X-ray Computed Tomography; Low Dose

R445.3

A

10.3969/j.i s sn.1672-5131.2016.01.020

2015-12-04

孫淑霞