自適應統(tǒng)計迭代重建技術對PET/CT全身掃描CT圖像質量的影響

李艷霞， 唐勇進， 徐浩

暨南大學附屬第一醫(yī)院核醫(yī)學科(廣東廣州 510630)

PET/CT有PET功能代謝顯像的優(yōu)勢，同時結合CT解剖結構信息，在臨床診療中發(fā)揮了極大的價值。其中，CT掃描圖像不僅用于PET圖像的衰減校正，還為疾病的診斷提供重要的參考依據(jù)。通常，患者在做PET/CT全身掃描檢查時要接受來自放射性藥物18F-FDG產生的γ射線以及CT掃描中X射線的雙重輻射，其中CT掃描的輻射劑量占PET/CT全身檢查輻射劑量的大部分[1]。降低CT掃描劑量是降低患者輻射劑量的主要手段，但CT劑量的減低不可避免的會導致圖像質量下降。近年來，自適應統(tǒng)計迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction，ASIR)技術開始應用于CT檢查，其圖像重建速度與傳統(tǒng)的濾波反投影(filtered back projection，F(xiàn)BP)相近，同時可以在保證圖像質量的情況下，較大程度地降低CT掃描輻射劑量及CT圖像噪聲[2-9]。但是有關ASIR技術應用于PET/CT全身檢查的CT圖像質量影響的研究，國內外文獻報道不多。本研究采用ASIR技術與FBP對患者PET/CT全身掃描的CT圖像進行重建，探究ASIR技術對PET/CT全身掃描CT圖像質量的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料 隨機選取2018年10月18—29日在我院PET/CT中心檢查的30例受檢者作為研究對象。其中男16例，女14例，年齡(56.8±12.2)歲。25例患者經臨床確診，包括膽管癌1例，鼻咽癌4例，肺癌7例，宮頸癌2例，結腸癌1例，卵巢癌1例，膀胱癌1例，前列腺癌2例，乳腺癌2例，子宮內膜癌2例，舌癌1例，腦梗死1例。另外，5例為高危腫瘤篩查者。

1.2 CT模型掃描 CT模型產自美國GE公司，包括水模和性能模型兩部分，水模呈圓柱形，內充滿水，用于測量CT值得準確度和噪聲。性能模型浸入水模中。使用美國GE公司的PET/CT Discovery 690(配128 層CT)對兩個模型進行CT掃描，掃描條件包括：140 kV、120 mA 和140 kV、250 mA，兩種條件各掃描一次，掃描參數(shù)盡量與人體CT掃描接近。模型CT圖像分別用30% ASIR、FBP進行3.75 mm層厚重建。

1.3 受檢者PET/CT全身掃描 受檢者均進食6 h，禁止靜脈補液4 h，測量身高、體重、血糖后安靜休息，按劑量3.70 MBq/kg注射 18F-FDG(廣州市原子高科同位素醫(yī)藥有限公司提供，放化純度>95%)，安靜休息60 min后行PET/CT掃描。PET掃描范圍從顱頂?shù)酱笸戎卸?。PET掃描條件：1.5 min/床位，共7～8個床位；CT掃描條件：140 kV，采用自動曝光控制技術(40～230 mA)，噪聲指數(shù)(noise index，NI)25。PET圖像均用GE公司三維采集技術、飛行時間和點擴展函數(shù)技術重建，受檢者全身CT圖像分別用30% ASIR、FBP對原始數(shù)據(jù)進行3.75 mm層厚重建。

1.4 圖像分析 所有重建圖像均傳至AW 4.5工作站。測量各器官正常組織(腦、縱膈、肺、肝臟、腰椎、膀胱、脂肪)及病灶組織(腦、縱膈、肺、肝臟、腰椎)的CT值、CT值標準差，以測得CT值的標準差(SD)表示噪聲[10]。腦窗窗寬100 HU、窗位35 HU，肺窗窗寬1 000 HU、窗位-700 HU，骨窗窗寬2 000 HU、窗位350 HU，其余部位及模型圖像CT值測量均采用標準窗寬400 HU、窗位100 HU。測量ROI為48.7 mm2的圓形，用Compare軟件保證3種不同重建方式的測量在同層面同一位置進行。計算SD減低率，公式如下：SD減低率=[SD(FBP)-SD(ASIR)]/SD(FBP)

1.5 統(tǒng)計學方法 采用SPSS 16.0統(tǒng)計軟件，3組不同重建方式圖像的CT值、噪聲值均采用配對t檢驗，以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 CT模型圖像重建結果 水模實驗結果顯示：采用140 kV、120 mA、30%ASIR獲得的圖像噪音與140 kV、250 mA、FBP重建方法獲得的圖像噪聲大小基本一致(圖1)；在掃描劑量相同的條件下， 采用30%ASIR獲得的模型CT圖像噪聲較FBP重建方法降低了28.6%。性能模型結果顯示：30%ASIR技術對圖像進行重建，圖像噪聲明顯降低，圖像分辨率無明顯改變。見圖2。

A：FBP重建的低劑量CT圖像；B：30% ASIR重建的低劑量CT圖像；C：FBP重建的常規(guī)劑量CT圖像

圖2 不同掃描條件及重建方法獲得的性能模型圖像

2.2 患者圖像重建結果 共30例受檢者，共29個病灶(腦病灶5個、縱膈病灶10個、肺病灶7個、肝病灶3個、腰椎病灶4個，見表1和圖3。30%ASIR重建CT圖像正常組織(腦、縱膈、肺、肝臟、腰椎、膀胱、脂肪)及病灶組織(腦、縱膈、肺、肝臟、腰椎)的噪聲較FBP重建圖像均有不同程度的降低，30% ASIR、FBP重建圖像上正常組織(腦、縱膈、肺、肝臟、腰椎、膀胱、脂肪)及病灶組織(腦、縱膈、肺、肝臟、腰椎)的噪聲差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。表2結果顯示，30% ASIR和FBP圖像中測得的正常組織(腦、縱膈、肺、肝臟、腰椎、膀胱、脂肪)、病灶組織(腦、縱膈、肺、肝臟、腰椎)CT值差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。

A：FBP重建軸位圖；B：FBP重建冠位圖；C：30% ASIR重建軸位圖；D：30% ASIR重建冠位圖

檢測部位例數(shù)FBP30%AISR30%AISR減低率(%)t值P值腦3010.98±1.949.01±1.6217.9426.4100.000縱膈3010.49±1.818.61±1.4817.9228.1230.000肺3020.03±4.9318.99±5.085.1910.9560.000肝臟3018.13±3.2514.93±2.6617.6527.8250.000腰椎3031.28±6.1827.43±5.7512.3127.9700.000膀胱3022.51±4.7818.37±4.0618.3926.8730.000脂肪3010.29±2.358.57±2.0016.7223.6340.000全身病灶2920.39±15.7818.42±15.639.6614.4550.000

檢測部位例數(shù)FBP30%AISRt值P值腦3041.40±4.4441.40±4.390.0790.938縱膈3040.57±6.4540.63±6.48-1.5820.125肺30-804.25±45.00-804.23±45.000.5040.618肝臟3059.15±8.3759.12±8.300.6250.537腰椎30120.58±45.47120.60±45.39-0.3800.707膀胱308.58±6.578.63±6.63-0.9930.329脂肪30-108.06±10.60-108.04±10.610.7960.433全身病灶2976.00±133.8669.37±137.431.0150.319

3 討論

解析重建與迭代重建是兩種基本的CT圖像重建方法。FBP是一種解析重建算法，其重建速度快，在臨床仍廣泛應用，但它忽略了焦點、體素、探測器的實際大小以及采集過程中X線光子統(tǒng)計學波動，重建出的圖像噪聲較高。ASIR是GE公司推出的一款重建算法，先對投影數(shù)據(jù)進行FBP重建，將焦點、體素、探測器的大小、X線光子統(tǒng)計學波動納入考慮，經多次迭代重建對噪聲加以校正和抑制，可以獲得更加清晰的圖像[4, 11]。將ASIR數(shù)據(jù)與FBP數(shù)據(jù)按不同比例加權融合，可以達到不同的降噪效果。ASIR技術從2009年底開始應用于臨床，諸多研究表明ASIR技術可以大幅降低受檢者的輻射劑量，同時獲得高質量低噪聲圖像，能充分滿足臨床診斷需求。Barca等[9]、McCollough等[12]的研究指出ASIR技術實質上是起著非線性的低通濾波作用，它可以改變噪聲紋理，影響空間分辨率，尤其是對于低對比度、低劑量的CT圖像，ASIR重建圖像的顆粒感較FBP重建圖像顆粒感更強，MTF值亦較低，且MTF值隨著ASIR所占成分的升高而降低。兼顧圖像質量與掃描劑量的理想的ASIR水平需要進一步的研究并結合圖像質量的主觀評估。

目前臨床上ASIR技術應用于PET/CT的報道尚不多見。Brady 等[2]的ASIR應用于兒童超低劑量PET/CT檢查的模型研究，顯示出ASIR技術用于改善PET/CT圖像質量的價值。Barca等[9]的PET/CT模型研究顯示，隨著ASIR所占比例的增高，雖然圖像信噪比逐漸增高，但空間分辨率卻會受損。Hussain等[13]基于PET/CT模型的研究，分析10%～100%不同水平ASIR重建圖像，發(fā)現(xiàn)大物體(頻率<7l p/cm)在小劑量(130 mAs)50% ASIR水平尚能獲得可接受的圖像質量，ASIR技術會降低小物體的對比分辨率，對于小物體(頻率>6 lp/cm)應采用FBP或低于30%的ASIR重建圖像。Miéville等[7]的研究提出，體重低于90 kg的患者采用30%水平的ASIR技術重建可以獲得優(yōu)質圖像；根據(jù)前人研究結果，筆者選擇以30% ASIR與FBP對比，探究ASIR技術對患者PET/CT全身掃描CT圖像質量的影響。

本研究使用30% ASIR技術和FBP對同一組患者PET/CT全身掃描原始CT數(shù)據(jù)進行重建，結果顯示，在相同劑量的條件下，30% ASIR重建算法能顯著降低圖像的噪聲，正常組織(腦、縱膈、肺、肝臟、腰椎、膀胱、脂肪)及病灶組織(腦、縱膈、肺、肝臟、腰椎)的噪聲均有不同程度的降低。30% ASIR、FBP重建CT圖像中測得的正常組織(腦、縱膈、肺、肝臟、腰椎、膀胱、脂肪)及病灶組織(腦、縱膈、肺、肝臟、腰椎)的CT值無明顯差異，這說明ASIR重建算法對正常組織及病灶組織CT值的測量結果無明顯影響。

該研究結果顯示30% ASIR技術能顯著降低PET/CT全身掃描低劑量CT圖像的噪聲，較傳統(tǒng)FBP重建法能獲得更優(yōu)質的符合臨床診斷要求的PET/CT全身掃描CT圖像，與辛軍等[14]的研究結果相符。但不足的是，此兩項研究均缺乏圖像質量的主觀評估，并且忽略了患者的體型等影響因素，且臨床PET/CT檢查有別于普通CT檢查，須兼顧全身綜合分析。因此，究竟何種比例的ASIR技術能獲得最優(yōu)質的PET/CT全身掃描CT圖像，能最大程度地滿足臨床診斷需求，尚有待進一步研究論證。