兒童副鼻竇CT自適應(yīng)性統(tǒng)計迭代重建權(quán)重和低劑量掃描條件的優(yōu)化

囤榮耀，相愛華，楊蕾，鄧昆，楊瑞山

聊城市第二人民醫(yī)院 CT室，山東 臨清252600

兒童副鼻竇CT自適應(yīng)性統(tǒng)計迭代重建權(quán)重和低劑量掃描條件的優(yōu)化

囤榮耀，相愛華，楊蕾，鄧昆，楊瑞山

聊城市第二人民醫(yī)院 CT室，山東 臨清252600

目的 探討兒童副鼻竇寶石能譜CT掃描時，自適應(yīng)性統(tǒng)計迭代重建（Adaptive Statistical Iterative Reconstruction，ASIR）的最佳權(quán)重和低劑量掃描參數(shù)的搭配。方法 應(yīng)用寶石能譜CT對20例兒童副鼻竇進行掃描，掃描條件為100 kV、50 mA，使用10%～100%權(quán)重的自適應(yīng)迭代重建技術(shù)對本掃描條件下圖像進行重建并進行噪聲值（圖像標準差SD值）、對比度噪聲比（CNR）評價。請3 位影像學(xué)專家對上述圖像進行5 分值主觀評價，優(yōu)選出最佳圖像質(zhì)量的權(quán)重。然后以此權(quán)重為基礎(chǔ)，篩選兒童副鼻竇患兒100例，分為5組，常規(guī)劑量組（A）20例采用（120 kV，90 mA）掃描，使用濾波反向投影算法（Filtered Back Projection，F(xiàn)BP）對圖像重建做為對照組；低劑量4組（B1，B2，B3，B4）各20例采用（100 kV，85 mA；100 kV，50 mA；80 kV，85 mA；80 kV，50 mA）掃描，對原始投影數(shù)據(jù)采用ASIR算法進行重建，其余條件不變。記錄5組患者CT容積劑量指數(shù)（CT Dose Index of volume，CTDIvol）及劑量長度乘積（DLP）。比較5組圖像的輻射劑量、圖像質(zhì)量及圖像噪聲、CT Dose Index of volume，CNR、并進行統(tǒng)計學(xué)分析。結(jié)果100 kV、50 mA掃描條件下圖像的最佳ASIR權(quán)重為60%，低劑量組60%ASIR與常規(guī)劑量組FBP輻射劑量比較明顯減低，B1，B2，B3，B4較A組CTDIvol分別降低了38.92%，63.81%，66.01%，80.04%；DLP分別降低了39.78%，64.83 %，66.25%，80.23%；圖像質(zhì)量評分，B1，B2，B3較A組主觀評分差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）均能滿足臨床診斷要求，B4（4.34±0.64）較A組（4.57±0.22）明顯低，B4噪聲明顯升高，圖像不能滿足臨床診斷要求。結(jié)論 兒童副鼻竇寶石能譜CT掃描時，ASIR算法最佳權(quán)重比例為60%，最適宜低劑量參數(shù)為B3（80 kV，85 mA）。

計算機體層攝影；自適應(yīng)統(tǒng)計迭代重建；兒童；副鼻竇；圖像質(zhì)量；輻射劑量

引言

隨著CT檢查的廣泛應(yīng)用，兒童副鼻竇CT檢查也在日益增加[1]，但CT檢查的輻射損傷問題[2]，成為放射醫(yī)師關(guān)注的焦點。自適應(yīng)性統(tǒng)計迭代重建(Adaptive Statistical Iterative Reconstruction，ASIR)是近年來開發(fā)的一種全新的CT圖像重建算法，能夠有效降低圖像噪聲[3]，提高圖像質(zhì)量。很多學(xué)者[2-6]在CTA、CTU、肝臟、胸部、腹部等進行研究總結(jié)，罕見兒童副鼻竇的報道，本研究嘗試用寶石能譜CT，對兒童副鼻竇掃描的圖像進行不同比例重建，并進行圖像質(zhì)量分析，總結(jié)兒童副鼻竇CT成像時的最佳權(quán)重比例，應(yīng)用這一比例對低劑量圖像迭代重建和濾波反向投影算法重建，并對不同劑量重建圖像進行噪聲、輻射劑量和圖像質(zhì)量分析，總結(jié)兒童副鼻竇低劑量掃描的最佳參數(shù)搭配。

1 資料與方法

1.1 研究對象

收集我院2015年6月～2015年10月行CT檢查的副鼻竇病例100例，男47例，女53例，年齡6個月～14歲，平均年齡（10±4）歲。

1.2 實驗儀器

采用GE公司寶石能譜CT（Discovery HDCT 750），用AW4.6工作站（GE HealthCare，USA）。

1.3 檢查方法

掃描前囑受檢者去除頭部金屬異物，仰臥位頭先進，平靜呼吸，掃描側(cè)位定位圖及設(shè)定定位線，掃描參數(shù)為：Helical模式，旋轉(zhuǎn)時間1.0 s/r，層厚5 mm，層間隔5 mm，螺距0.984∶1。對于小年齡組患兒和不能合作的患兒，鎮(zhèn)靜后進行掃描，應(yīng)用寶石能譜CT對20例兒童副鼻竇進行掃描，掃描條件為100 kV、50 mA，使用10%～100%權(quán)重的ASIR技術(shù)對本掃描條件下圖像進行重建并進行噪聲值（圖像標準差SD值）、對比度噪聲比（CNR）評價，請3位影像學(xué)家對上述圖像進行5分值主觀評價，優(yōu)選出最佳圖像質(zhì)量的權(quán)重（60%），然后以此權(quán)重為基礎(chǔ)，所選中的病人進行常規(guī)劑量（A）組20例采用120 kV，90 mA掃描，使用濾波反向投影（Filtered Back Projection，F(xiàn)BP）對圖像重建，做為對照組；低劑量（B1，B2，B3，B4）組各20例采用（100 kV，85 mA；100 kV，50 mA；80 kV，85 mA；80 kV，50 mA）掃描，對原始數(shù)據(jù)采用ASIR（60%）算法進行重建，其余條件不變。記錄5組患者CT容積劑量指數(shù)（CT Dose Index of volume，CTDIvol）及劑量長度乘積（doselength product，DLP）。圖像重建層厚為1.25 mm，重建層間距1.25 mm。并且該研究經(jīng)過醫(yī)院道德倫理委員會批準。

1.3.1 圖像分析

（1）主觀評分。采用Likert 5分制，以軸位觀察，選用相同的窗寬窗位，依據(jù)竇口鼻道復(fù)合體顯示情況對重組圖像進行評價。5分∶解剖結(jié)構(gòu)及（或）病變顯示清晰、對比良好、無偽影；3分∶解剖結(jié)構(gòu)及（或）病變顯示比較清晰、對比一般、輕度偽影；1分∶結(jié)構(gòu)顯示欠清晰；介于3者之間評分為4分和2分。以3名醫(yī)師觀察者評分的均值作為最后評分。

（2）客觀評價。采用對圖像噪聲值（SD值）及CNR進行比較。圖像噪聲值（SD值）測量：選用同一層面分別將下鼻甲粘膜、鼻咽腔空氣、顳下窩脂肪各選取3個圓形ROI(面積約10 mm2)，測量其CT值的標準差(SD值)即代表噪聲，作為噪聲值。CNR的定量計算：CNR=（ROI甲粘膜-ROI脂肪）/SD背景，其中，ROI甲粘膜為測量的下鼻甲粘膜的CT值均值，ROI脂肪為測量的顳下窩脂肪的CT值均值，SD背景為鼻咽腔空氣SD平均值。

1.3.2 輻射劑量

記錄5組受檢者接受輻射的劑量參數(shù)∶CTDIvol、劑量長度乘積（Dose Length Product，DLP）。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法

采用SPSS 17.0統(tǒng)計分析軟件，對所得數(shù)據(jù)進行雙因素方差分析，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。3名專家對所得圖像評價的一致性程度評估采用Kappa檢驗。Kappa值＞0.75為一致性較好；Kappa值在0.40～0.75之間為一致性一般；Kappa值＜0.40為一致性較差。所有圖像在工作站上進行，GE AW4.6工作站應(yīng)用統(tǒng)一的窗寬和窗位進行CT圖像的評價和測量。

2 結(jié)果

隨著ASIR百分比增大，SD值逐漸減小，圖像噪聲降低，對比噪聲升高，100%ASIR圖像噪聲降低最多，CNR升高最大。主觀評分并未隨著ASIR百分比增大而增加，圖像主觀質(zhì)量（4.59）；最佳權(quán)重為60%（表1）。

對于不同掃描參數(shù)和重建方式所得圖像輻射劑量、質(zhì)量、噪聲值、CNR值（表2）。對表2中數(shù)據(jù)進行雙因素方差分析，B1、B2、B3與A組產(chǎn)生的影像質(zhì)量無統(tǒng)計學(xué)差異（F=4.565，P＞0.05），但B3的CTDIvol、DLP較A組分別降低了66.01%、66.25%。3名專家對圖像質(zhì)量評價進行一致性檢驗，Kappa值為0.80，主觀評價一致性好。B組60%ASIR與A組FBP輻射劑量比較明顯減低，B1、B2、B3、B4較A組CTDIvol分別降低了38.92%、63.81%、66.01%、80.04%；DLP分 別 降 低39.78%、64.83 %、66.25%、80.23%；輻射劑量差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）；圖像質(zhì)量評分，B4（4.34±0.64）較A組（4.57±0.22）明顯低，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（F=1.77，P＜0.05）（見表2，圖1～5）；對于不同掃描參數(shù)和重建方式所得圖像中，從A1組到B4組，下鼻甲區(qū)SD值呈現(xiàn)正線性增高，CNR呈現(xiàn)出隨著劑量的降低而降低的趨勢。具體噪聲、CNR數(shù)值（見表2）。B1，B2，B3，B4較A組圖像噪聲升高，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），B4噪聲明顯升高，圖像不能滿足臨床診斷要求（見表2，圖5）。所以總體比較得出，在兒童副鼻竇寶石能譜CT掃描時，ASIR權(quán)重比例為60%時，匹配最適宜的低劑量參數(shù)為：B3（80 kV，85 mA）。

圖像噪聲明顯升高，點狀顆粒影增加，圖像質(zhì)量下降。

圖1 不同掃描參數(shù)圖像質(zhì)量的顯示

表1 100 kV，50 mA不同比例重建噪聲（SD）、CNR、圖像質(zhì)量比較

表2 不同掃描參數(shù)、不同重建方式圖像噪聲（SD）、CNR、圖像輻射劑量及質(zhì)量比較

3 討論

不同年齡段鼻竇病變的發(fā)病率較高，并且出現(xiàn)發(fā)病的低齡化趨勢，兒童鼻竇CT檢查逐年增加，統(tǒng)計我院資料2012年，副鼻竇1752例，15歲以下232例；2013年，副鼻竇1934例，15歲以下298例；2014年，副鼻竇2756例，15歲以下567例；2015年副鼻竇2731例，15歲以下595例。常規(guī)CT掃描檢查對于病變的檢出和診斷具有較高價值，但存在射線輻射偏高，尤其對于兒童群體存在損傷偏大的問題，這不符合輻射防護原則[1]。并且該檢查范圍內(nèi)有對射線更為敏感的組織，如腺體、眼晶體和神經(jīng)等。故此，在保證一定圖像質(zhì)量的前提下，最大限度降低檢查的輻射劑量，保護射線敏感組織，是放射工作者的重要任務(wù)之一[2]。副鼻竇的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)特點為含氣的骨性腔隙，骨質(zhì)偏薄，自然對比度較好，存在低劑量掃描的生理基礎(chǔ)；在病理學(xué)方面，該部位病變主要以黏膜增生、肥厚及囊腫形成等炎性病變及先天變異為主。因此，對于該部位病變的CT檢查進行低劑量方案設(shè)計就有較大可能性[1]。

掃描模式采用Helical模式，獲得容積數(shù)據(jù)，將便于對圖像進行冠狀位、矢狀位重組，既能很好地顯示ROI病變，又免除了二次掃描的射線輻射。低劑量掃描包括降低管電壓、管電流，隨著劑量的降低，圖像噪聲會增加。ASIR可以在降低患者的輻射劑量的同時又不損失圖像質(zhì)量[4-5]。國內(nèi)外很多研究者針對不同部位、不同器官、低管電流取值及ASIR值比例做過大量研究，但對兒童副鼻竇方面的研究報道很少。通常采用的ASIR值建議在30%～50%之間[6]。本研究通過圖像ROI SD值的測量，隨著ASIR權(quán)重比例（10%～100%）的增加，SD值逐漸降低 ，CNR升高（6.52～10.17），但圖像質(zhì)量并未隨著ASIR的權(quán)重比例的增加而一直提高，而是在ASIR權(quán)重比例為60%時，圖像質(zhì)量達到最高（4.59±0.17）。應(yīng)用該權(quán)重比例對不同管電壓和管電流情況下所得低劑量圖像進行分組，與常規(guī)劑量組使用FBP對圖像重建，比較組比對照組呈現(xiàn)出了明顯的劑量降低，并且隨著管電壓的降低而降低，也隨著管電流的降低而降低，兩者同時降低時劑量降低更多。ASIR算法下，通過分別對于降低管電壓和管電流，實現(xiàn)了輻射劑量的降低，得出了有統(tǒng)計學(xué)意義的差異；圖像質(zhì)量評價方面，隨著輻射劑量的降低，也結(jié)合統(tǒng)計學(xué)差異分析，得出了具有差異意義組，也就是說找到了兼顧降低輻射劑量和保證圖像質(zhì)量的平衡點組，并對于噪聲明顯偏高，圖像不能滿足臨床診斷要求組做出舍棄。

4 結(jié)論

盡最大限度降低輻射劑量是CT檢查應(yīng)用的輻射防護應(yīng)用原則。在兒童副鼻竇區(qū)域這一特殊部位進行CT掃描，應(yīng)用ASIR算法，配合降低管電壓、管電流方式的低劑量掃描技術(shù)，應(yīng)用效果明顯，值得推廣。隨著檢查設(shè)備的軟、硬件技術(shù)的進一步提高改進和科學(xué)應(yīng)用的進一步開發(fā)，被檢者所受的必要射線輻射劑量將逐漸降低。

[1] 秦力軍,樊明成,郭景濤,等.低劑量CT掃描在兒童鼻竇檢查中的應(yīng)用及防護價值[J].河北醫(yī)藥,2011,33(11):3241-3242.

[2] 于形,李鎮(zhèn),路春蘭,等.寶石高分辨CT自適應(yīng)統(tǒng)計迭代重建方法在兒童頸椎外傷低劑量掃描中的應(yīng)用[J].中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù),2013,29(2):285-288.

[3] 楊尚文,何健,楊獻峰,等.ASiR算法結(jié)合自動管電流調(diào)制技術(shù)在胸部低劑量CT中的應(yīng)用研究[J].醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志,2012, 22(1):58-61.

[4] 杜海,張浩亮,劉智君,等.寶石能譜CT低電壓聯(lián)合自適應(yīng)性統(tǒng)計迭代重建在腹部掃描中的應(yīng)用[J].山東醫(yī)藥,2015,55 (35):71-73.

[5] 李泉,張莉,卞佳,等.不同級別迭代重建技術(shù)在顱腦CT掃描中的應(yīng)用[J].濱州醫(yī)學(xué)院學(xué)報,2015,38(1):43-46.

[6] 周科峰,何健,泰國初,等.自適應(yīng)統(tǒng)計迭代重建技術(shù)在不同噪聲組別中的降噪效果[J].江蘇醫(yī)藥,2011,37(15):1756-1758

Optimization of Children Paranasal Sinus CT Adaptive Statistical Iterative Reconstruction Weights and Low-Dose Scanning Conditions

DUN Rong-Yao, XIANG Ai-Hua, YANG Lei, DENG Kun, YANG Rui-Shan
Department of CT, the Second People's Hospital of Liaocheng, Linqing Shandong 252600, China

Objective To investigate the optimal ASIR (Adaptive Statistical Iterative Reconstruction) weight and low-dose scanning parameters in gem energy spectrum CT scanning of paranasal sinuses in children. Methods Gem energy spectrum CT was applied to perform paranasal scans in 20 cases of children. The scanning conditions were 100 kV, 50 mA, image reconstruction by using 10% to 100% weight of the adaptive iterative reconstruction technique under the present scanning conditions as well as the noise value (image standard deviation SD value) and CNR (Contrast-to-Noise Ratio) evaluation. Three radiologists were invited to make a subjective evaluation (ranging from 5 to 0 score) of the image and select the optimum image quality weight. And on the basis of optimum image quality weight, 100 cases of children with paranasal sinuses were screened and divided into five groups. 20 cases in Conventional Dose Group (Group A) were scanned under the conditions of (120 kV, 90 mA) and underwent image reconstruction by using FBP (Filtered Back Projection) algorithm as Control Group; 20 patients in four Low-Dose Groups (namely B1, B2, B3, B4) were scanned under the conditions of (100 kV, 85 mA; 100 kV, 50 mA; 80 kV,85 mA; 80 kV,50 mA) scan and underwent image reconstruction by using original projection data and ASIR algorithm; the rest conditions remained unchanged. The CT dose index volume (CTDIvol) and dose length product (DLP) of 5 groups were recorded and radiation dose, image quality, image noise and CNR of five groups were compared and statistically analyzed. Results The optimal ASIR weight was 60% under scanning conditions of 100 kV, 50 mA. Radiation dose of Low-Dose Group by using FBP at 60% ASIR was significantly lower than that of Conventional Dose Group; compared with Group A, CTDIvol and DLP of Group B1, B2, B3 and B4 decreased by 38.92%, 63.81%, 66.01%, 80.04% and 39.78%, 64.83% ,66.25%, 80.23%; there was no significant difference between the image quality ratings of compared with Group B1, B2, B3 and Group A (P＞0.05), all of which metthe requirements of clinical diagnosis. Compared with Group A (4.57±0.22), the image quality rating of Group B4 (4.34±0.64) was significantly lower with significantly increased noise, which could not meet the clinical diagnostic requirements. Conclusion For children with paranasal gems scanned by energy spectra CT, the optimal adaptive statistical iterative reconstruction weight was 60% and the most appropriate low dose parameters were B3 (80 kV, 85 mA).

computed tomography; adaptive statistical iterative reconstruction; child; paranasal sinus; image quality; radiation dose

R44.53；R816.96

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.11.015

1674-1633(2016)11-0062-04

2016-03-28

2016-04-28

山東省醫(yī)藥衛(wèi)生科技發(fā)展計劃項目（2014WS0308）。

相愛華，副主任醫(yī)師，研究方向：影像診斷。

通訊作者郵箱：aihuaxiang@sohu.com