不同劑量迭代重建算法對(duì)iCT胸部圖像質(zhì)量影響的臨床研究

李春志，王文生，張 毅，于曉晶，張海萍

（中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院西苑醫(yī)院放射科，北京 100091）

胸部螺旋CT檢查是胸部病變最優(yōu)秀的影像學(xué)檢查手段[1]。但其掃描劑量明顯高于X線平片，使其在常規(guī)體檢中的廣泛應(yīng)用受到一定程度的限制。因此，近年胸部CT低劑量掃描的研究和應(yīng)用受到廣泛重視，并取得了一定的效果。但隨著掃描劑量的降低，圖像質(zhì)量也出現(xiàn)了較明顯的下降，給診斷造成一定的困難。飛利浦最新推出的256層iCT采用的第4代迭代重建技術(shù)，即星光iDOSE4，有望在保證圖像質(zhì)量的前提下更有效地降低受檢者的輻射劑量，在胸部CT低劑量掃描中具有較大的應(yīng)用潛力。但其具體的應(yīng)用價(jià)值和限度有待進(jìn)一步研究，也尚缺少該設(shè)備較適宜的胸部CT低劑量掃描方案。特此，進(jìn)行了本次臨床研究。

1 資料和方法

1.1 一般資料

前瞻性收集我院2014年1月—2015年6月期間行胸部CT平掃檢查的受檢者180例，年齡17～88歲，平均（57.72±14.81）歲，體質(zhì)量 35～115 kg，平均（67.24±12.81）kg，身高 145～185 cm，平均（165.63±8.37）cm。所有受檢者均自愿參加本研究并簽署了知情同意書。

1.2 研究方法

將180例受檢者按照掃描先后順序依次分成A、B、C、D、E、F 六組。 使用 Philips Brilliance iCT 進(jìn)行胸部CT掃描。A組受檢者采用常規(guī)胸部CT掃描條件（120 kV/250 mAs）進(jìn)行掃描，B組受檢者采用120 kV/200 mAs的低劑量掃描，依此類推C組受檢者采用 120 kV/150 mAs、D組受檢者采用 120 kV/100 mAs，E組受檢者采用120 kV/50 mAs，F(xiàn)組受檢者采用120 kV/30 mAs的低劑量掃描。同時(shí)為了不影響受檢者的臨床診斷，對(duì)于低劑量掃描各組，根據(jù)受檢者臨床實(shí)際情況，權(quán)衡獲益和風(fēng)險(xiǎn)，經(jīng)與受檢者有效溝通、告知后，部分受檢者在進(jìn)行低劑量掃描后追加常規(guī)劑量的胸部CT平掃。獲得掃描數(shù)據(jù)后，A組常規(guī)劑量胸部CT掃描分別采用濾波反投影法和iDOSE4迭代重建算法重建圖像，并分別命名為A1組（濾波法）和A2組（迭代法），各低劑量組掃描數(shù)據(jù)采用iDOSE4迭代重建算法重建圖像，技術(shù)重建強(qiáng)度為level=4。然后在主動(dòng)脈弓層面，分別將感興趣區(qū)（ROI）放置于主動(dòng)脈、肺野、胸4椎體骨松質(zhì)、胸壁肌肉的密度均勻區(qū)域，測(cè)量并記錄其CT值和標(biāo)準(zhǔn)差（圖1，2）。以CT值反應(yīng)CT對(duì)各種組織的顯示能力和一致性，以各種組織測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)差反應(yīng)該圖像的噪聲。比較各組胸部CT掃描圖像各ROI的CT值和標(biāo)準(zhǔn)差的差異，以此客觀評(píng)估其圖像質(zhì)量和噪聲，并以此作為確定胸部CT適宜低劑量掃描方案的依據(jù)。同時(shí)，每組受檢者掃描完成后都記錄其容積CT 劑量指數(shù)（Volume CT Dose Index，CTDIvol），作為比較各組受檢者所接受的輻射劑量的依據(jù)[2]。對(duì)于各組各組織噪聲評(píng)估與A1組圖像噪聲比較未見(jiàn)顯著性差異的各組，比較其CT劑量指數(shù)，進(jìn)一步研究在不影響圖像質(zhì)量的前提下迭代重建算法降低受檢者輻射劑量的程度和有效性，在輻射劑量和圖像質(zhì)量間找到一個(gè)最佳的平衡。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

使用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理，定量數(shù)據(jù)以±s表示，以P＜0.05作為差異具有顯著性意義的標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果

180例受檢者均順利完成了CT檢查，并且按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)測(cè)得各組受檢者各部位CT值及標(biāo)準(zhǔn)差（圖1，2），各組各部位CT值均值及標(biāo)準(zhǔn)差的統(tǒng)計(jì)結(jié)果詳見(jiàn)表1。以CT值反應(yīng)各組各組織之間圖像的一致性，以標(biāo)準(zhǔn)差反應(yīng)各組圖像之間噪聲的差異，并以此評(píng)價(jià)各組的圖像質(zhì)量。研究中發(fā)現(xiàn)在一定的劑量范圍內(nèi)采用較低的掃描劑量，圖像質(zhì)量并沒(méi)有出現(xiàn)明顯的變化（圖3，4），但當(dāng)掃描劑量降低到超過(guò)一定限值后，隨著掃描劑量的降低圖像質(zhì)量便出現(xiàn)了明顯的下降（圖5～8）。

采用SNK法進(jìn)行兩兩比較，肺及骨組織標(biāo)準(zhǔn)差A(yù)2、B、C三組間均未見(jiàn)顯著性差異。A1組與D組間亦未見(jiàn)顯著性差異，但兩組與E、F間均具有顯著性差異。肺組織標(biāo)準(zhǔn)差B、C組與A1組間未見(jiàn)顯著性差異，但A1組與A2組間具有顯著性差異。肌肉組織和主動(dòng)脈標(biāo)準(zhǔn)差因方差不齊取對(duì)數(shù)后進(jìn)行檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，除肌肉組織標(biāo)準(zhǔn)差A(yù)1組和C組間未見(jiàn)顯著性差異，主動(dòng)脈標(biāo)準(zhǔn)差A(yù)1組和B組間未見(jiàn)顯著性差異，其余各組間均具有顯著性差異，其標(biāo)準(zhǔn)差按A2、B、A1和C、D、E、F組呈現(xiàn)依次遞增的趨勢(shì)。骨組織均值C組與其它各組間具有顯著性差異。A1、A2組和其它各組間亦具有顯著性差異。A組至F組CTDI分別為 16.89 mGy、10.12 mGy、6.73 mGy、3.35 mGy、2.03 mGy、1.02 mGy。

圖1，2 在主動(dòng)脈弓層面，分別將ROI放置于主動(dòng)脈、肺野、胸4椎體骨松質(zhì)、胸壁肌肉密度均勻區(qū)域，測(cè)量并記錄其CT值和標(biāo)準(zhǔn)差。圖1，2為同一受檢者同一層面標(biāo)準(zhǔn)劑量濾波法圖像。圖3，4 為D組同一受檢者同層面迭代算法圖像，圖像質(zhì)量較好，與圖1，2 A1組影像質(zhì)量沒(méi)有明顯差別。Figure 1,2.At the aortic arch level'ROI was placed in the aorta'the lung field'the cancellous matter of the T4 vertebrae and the muscle of the chest wall(homogeneous density region).The CT value and the standard deviation were measured and recorded.Figure 1 and Figure 2 show the standard dose FB images of the same patient at the same level.Figure 3,4.Show the IR(iterative reconstruction)images of the same patient(from D group)at the same level.Compare to A1 group(Figure 1'2)'there was no significant differences of the image quality.

圖5，6 為E組同一受檢者同層面迭代算法圖像，圖像質(zhì)量較圖1～4明顯變差，顆粒粗糙。圖7，8 為F組同一受檢者同層面迭代算法圖像，圖像質(zhì)量較圖1～4明顯變差，顆粒更加粗糙。Figure 5,6.Show the IR(iterative reconstruction)images of the same patient(from E group)at the same level.Compared with Figure 1 ～4'the image quality was obviously decreased.Figure 7,8 Show the IR(iterative reconstruction)imagesofthe same patient(from F group)at the same level.Compared with Figure 1 ～4'the image quality was obviously decreased.The SNR was the worst.

表1 各組各部位CT值及標(biāo)準(zhǔn)差統(tǒng)計(jì)結(jié)果

3 討論

多層螺旋CT胸部低劑量掃描在早期肺癌篩查中發(fā)揮了重要的作用，其診斷價(jià)值明顯優(yōu)于常規(guī)X線攝片檢查[3]。飛利浦推出的256層iCT采用的第4代迭代重建（iDOSE4）技術(shù)[4]，在保證圖像質(zhì)量的前提下能更有效地降低受檢者的輻射劑量[5-6]，在胸部CT低劑量掃描中具有較大的應(yīng)用潛力。

3.1 iDOSE4在確保圖像質(zhì)量的前提下降低輻射劑量的作用和限度

研究中發(fā)現(xiàn)以A1組，即120 kV/250 mAs常規(guī)掃描劑量的濾波反投影法重建的胸部圖像作為胸部圖像質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，等劑量的迭代重建算法確實(shí)能夠提高胸部CT圖像的質(zhì)量，具體表現(xiàn)在肺組織、肌肉組織、主動(dòng)脈的標(biāo)準(zhǔn)差A(yù)1和A2組間具有顯著性差異，A1組數(shù)值大于A2組。而CT圖像各種組織標(biāo)準(zhǔn)差的產(chǎn)生是基于圖像的噪聲，也就是說(shuō)A1組圖像肺組織、主動(dòng)脈、肌肉組織的噪聲高于A2組。而這些圖像噪聲的降低歸功于iDOSE4迭代重建算法的使用。肺與骨組織標(biāo)準(zhǔn)差A(yù)1組大于A2組，具有顯著性差異，這也說(shuō)明采用相同的掃描條件迭代重建算法降低了圖像的噪聲，提高了圖像的質(zhì)量。國(guó)人在冠狀動(dòng)脈成像及心功能評(píng)價(jià)上亦進(jìn)行過(guò)迭代重建算法與濾波反投影法的對(duì)照研究，取得了一致的結(jié)果[7]。研究同時(shí)還發(fā)現(xiàn)在獲得相同的圖像質(zhì)量時(shí)，iDOSE4迭代重建算法能夠有效降低受檢者的輻射劑量，表現(xiàn)在肺和骨組織標(biāo)準(zhǔn)差A(yù)1組與B、C、D組間未見(jiàn)顯著性差異，主動(dòng)脈標(biāo)準(zhǔn)差A(yù)1組與B組間未見(jiàn)顯著性差異，但與C組間具有顯著性差異，即低于C組，而肌肉組織標(biāo)準(zhǔn)差C組和A1組未見(jiàn)顯著性差異，但與B組具有顯著性差異，即B組低于A1組，也就是說(shuō)綜合評(píng)價(jià)A1組圖像質(zhì)量略低于B組略優(yōu)于C組。而A1組CTDI為16.89 mGy，相對(duì)于B組的10.12 mGy而言輻射劑量降低了40%，相對(duì)于C組的6.73 mGy而言輻射劑量降低了60%。也就是說(shuō)，在保證圖像質(zhì)量基本不變的情況下，迭代重建算法能降低大約60%的輻射劑量。

3.2 iCT胸部適宜低劑量掃描方案的確定和探討

降低螺旋CT輻射劑量的主要方法包括降低管電流、降低管電壓和增加螺距。由于管電流對(duì)輻射劑量的貢獻(xiàn)最大，且根據(jù)輻射劑量公式，管電流的降低與吸收劑量呈線性相關(guān)，因此本研究采取降低管電流的方法來(lái)減少患者所接受的輻射劑量。研究發(fā)現(xiàn)，D組肺與骨組織的標(biāo)準(zhǔn)差與A1、B、C組間未見(jiàn)顯著性差異，但均高于E、F組。這說(shuō)明D組肺和骨組織具有較好的圖像質(zhì)量，與使用常規(guī)劑量采用濾波反投影法重建的A1組之間沒(méi)有顯著性差異，能夠滿足診斷的需要（圖1～4）。而肌肉和主動(dòng)脈標(biāo)準(zhǔn)差D組雖有所升高，但考慮到胸部CT低劑量掃描的主要目的為早期發(fā)現(xiàn)肺部腫瘤性病變，而肌肉和主動(dòng)脈噪聲的相對(duì)升高不會(huì)造成早期肺癌漏診和誤診，而劑量更低的E組、F組肺組織的噪聲也明顯的增加了，這必將影響肺內(nèi)病變的清晰顯示（圖5～8），因此認(rèn)為D組的120 kV/100 mAs掃描劑量是最適宜的胸部CT低劑量掃描方案，而此時(shí)CTDI降低至3.35 mGy，相對(duì)于常規(guī)掃描劑量輻射劑量降低了80%。本研究采用的是固定管電壓和螺距的方法，因此所獲得的最佳掃描方案也就限于該管電壓及該螺距。不同管電壓、不同螺距的最優(yōu)低劑量掃描方案，需要重新進(jìn)行縱向?qū)φ昭芯俊?/p>

綜上所述，對(duì)于體檢人群的初診篩查，iCT的iDOSE4迭代重建算法在降低輻射劑量80%的同時(shí)，能夠提供接近常規(guī)劑量的胸部圖像質(zhì)量，與文獻(xiàn)報(bào)道一致[8]。在對(duì)輻射日益敏感的今天，這將具有很好的社會(huì)效益，相信隨著設(shè)備的普及和研究的深入應(yīng)用將越發(fā)普遍。