全模型迭代重建聯(lián)合256層iCT低劑量掃描評估慢性鼻竇炎

夏振營，宋文艷，吳 丹，孫 君，王 杏

(首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京佑安醫(yī)院放射科，北京 100069)

慢性鼻竇炎為常見疾病。CT掃描能夠準(zhǔn)確顯示病變部位、范圍及鼻竇解剖結(jié)構(gòu)，為鼻竇內(nèi)鏡手術(shù)提供參考[1]。全模型迭代重建(iterative model reconstruction, IMR)是基于完整模型的迭代重建(iterative reconstruction, IR)技術(shù)，相比濾波反投影(filtered back projection reconstruction, FBP)和部分IR，可進(jìn)一步降低圖像噪聲及偽影，即使在低劑量下也能重建出滿足臨床診斷需要的圖像[2]。既往國內(nèi)外IMR低劑量相關(guān)研究[3-6]主要集中在CTA、頭頸部血管成像、胸部及肝臟等方面。本研究將IMR用于CT鼻竇低劑量掃描，通過劑量指數(shù)(dose right index, DRI)觀察低劑量與標(biāo)準(zhǔn)劑量掃描方案在圖像質(zhì)量及解剖細(xì)節(jié)顯示方面的差異，并對圖像噪聲和輻射劑量進(jìn)行分析。

1 資料與方法

1.1 一般資料 以2019年3月—4月于北京佑安醫(yī)院20例擬診慢性鼻竇炎、復(fù)發(fā)性慢性鼻竇炎或鼻息肉患者為研究對象，其中男16例，女4例，年齡20～64歲，平均(35.2±2.0)歲；臨床癥狀包括長年反復(fù)鼻塞、流膿涕、鼻竇部壓痛及頭暈頭痛等。排除標(biāo)準(zhǔn)：①年齡<18歲；②臨床疑有其他鼻竇病變?nèi)缒[瘤或骨折；③鼻腔鼻竇手術(shù)史。所有患者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Philips Brilliance iCT 256層螺旋CT掃描儀，囑患者仰臥，使頭部正中線對準(zhǔn)掃描床中線、聽眶線與掃描床垂直，掃描全組鼻竇，范圍自硬腭至額竇上。采用AEC自動管電流調(diào)制技術(shù)，管電壓120 kV，管電流15～200 mA，準(zhǔn)直128×0.625，螺距0.383，球管旋轉(zhuǎn)時間0.4 s；常規(guī)劑量掃描DRI設(shè)置為30，F(xiàn)BP重建時記為SD-FBP組，濾過為Y-Sharp；低劑量掃描DRI設(shè)置為10，IMR(迭代水平Level 1～3)記為LD-IMR-L1組、LD-IMR-L2組和LD-IMR-L3組，濾過均為Sharp Plus。在Philips-ISP星云工作站對所有圖像行冠狀位和矢狀位重組，層厚2 mm，層間距1 mm，矩陣512×512，并進(jìn)行圖像分析。

1.3 圖像質(zhì)量評價

1.3.1 客觀評價 以圖像噪聲值作為圖像客觀評價指標(biāo)。測量方法：在同一層面軸位圖像上于下鼻甲黏膜、上頜竇空氣、顳下窩肌肉各選取3個面積約10 mm2的圓形ROI，測量其CT值，其標(biāo)準(zhǔn)差即為噪聲值，取平均值作為圖像的客觀噪聲，測量窗寬2 000 HU，窗位200 HU。

1.3.2 主觀評價 由2名影像科高年資主治醫(yī)師采用雙盲法對所有鼻竇冠狀位圖像質(zhì)量進(jìn)行評價，意見分歧時協(xié)商取得一致意見。評價指標(biāo)包括偽影、竇口鼻道復(fù)合體解剖結(jié)構(gòu)及病變顯示情況。竇口鼻道復(fù)合體解剖結(jié)構(gòu)主要包括中鼻甲、鉤突、篩板、上頜竇開口及篩漏斗等。采用Likert 5分制(表1)對圖像質(zhì)量進(jìn)行評分，3分以上為滿足診斷要求；觀察窗寬2 000 HU，窗位200 HU。

表1 圖像主觀評價評分標(biāo)準(zhǔn)

1.4 輻射劑量分析 CT設(shè)備自動生成容積CT劑量指數(shù)(volume CT dose index, CTDIvol)和劑量長度乘積(dose-length product, DLP)。根據(jù)公式ED=DLP×k計算有效劑量(effective dose, ED)，其中k為轉(zhuǎn)換系數(shù)，本研究中k值取0.002 3[7]。

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS 19.0統(tǒng)計分析軟件。計量資料以±s表示。采用方差分析比較SD-FBP組與LD-IMR組噪聲值，主觀指標(biāo)比較采用KruskalWallisH秩和檢驗(yàn)，組間兩兩比較采用Mann-WhitneyU檢驗(yàn)，輻射劑量指標(biāo)比較采用t檢驗(yàn)。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 CT圖像質(zhì)量客觀評價 4組圖像平均噪聲值自低到高依次為SD-FBP組[(19.65±2.36)HU]、LD-IMR-L3組[(20.98±2.68)HU]、LD-IMR-L2組[(28.90±3.92)HU]和LD-IMR-L1組[(35.63±3.79)HU]，組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義(F=104.73，P<0.01)。LD-IMR-L3組圖像噪聲值與SD-FBP組差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)；余各組間差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P均<0.001)。見表2。

表2 不同重建方式圖像噪聲值比較

2.2 CT圖像質(zhì)量主觀評價 LD-IMR各組偽影及顯示病變評分均>4分，能夠滿足診斷需求與SD-FBP組差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)；顯示解剖結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)與SD-FBP組相比清晰度稍差(P均<0.05)，但均>3分，可滿足診斷需求。見表3、4及圖1。

圖1 患者男，32歲，慢性鼻竇炎，相同層面冠狀位圖像 LD-IMR各組及SD-FBP組圖像均無明顯偽影，病灶顯示清晰；LD-IMR各組顯示骨質(zhì)解剖結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)清晰度稍差，但不影響診斷 A.SD-FBP組； B.LD-IMR-L1組； C.LD-IMR-L2組； D.LD-IMR-L3組

表3 圖像質(zhì)量主觀評價比較

2.3 輻射劑量 LD-IMR組CTDIvol、DLP及ED較SD-FBP組分別減少89.20%、89.37%及89.36%(P均<0.01)，見表5。

表4 不同重建方式解剖結(jié)構(gòu)顯示兩兩比較

表5 各組標(biāo)準(zhǔn)劑量及低劑量CTDIvol、DLP、ED比較(±s)

表5 各組標(biāo)準(zhǔn)劑量及低劑量CTDIvol、DLP、ED比較(±s)

組別CTDIvol(mGy)DLP(mGyocm)ED(mSv)SD-FBP組(n=20)19.73±2.39391.59±56.750.94±0.23LD-IMR組(n=20)2.13±0.2441.59±6.200.10±0.02t值29.3024.5214.14P值<0.01<0.01<0.01

3 討論

鼻竇CT是診斷鼻竇疾病和檢驗(yàn)治療效果的重要手段，但掃描時X線不可避免要穿過眼晶狀體，BREM等[8]報道，輻射劑量達(dá)到0.5～2.0 Gy可誘發(fā)晶狀體混濁而導(dǎo)致白內(nèi)障；盡管臨床 CT掃描鼻竇對晶狀體的輻射劑量遠(yuǎn)低于該水平，但累積效應(yīng)不容忽視，且甲狀腺亦屬鄰近器官，高劑量輻射可能導(dǎo)致甲狀腺癌。國際放射防護(hù)委員會提出放射檢查中遵循輻射合理及最低化原則(as low as reasonably achievable, ALARA)[9]，認(rèn)為以掃描圖像質(zhì)量輕微下降換取受檢者CT輻射劑量降低是值得的。鼻竇竇腔內(nèi)的氣體與竇壁黏膜和骨質(zhì)形成良好的天然對比，為實(shí)現(xiàn)低劑量CT掃描鼻竇的前提。

為降低輻射劑量，早期主要采取降低管電壓和管電流等措施，重建時一般采用FBP算法，而FBP重建過程中未考慮硬件因素及系統(tǒng)噪聲的影響，在噪聲和偽影抑制方面存在較大缺陷[10-11]。隨著計算機(jī)運(yùn)算速度的提高，IR算法逐漸成為替代FBP算法的可行方案，并可根據(jù)迭代程度分為部分模型迭代和IMR。IMR是一種基于完整模型的IR，通過統(tǒng)計學(xué)模型及CT系統(tǒng)模型進(jìn)行對比校正，以獲得低噪聲、高分辨力的CT圖像。與部分模型IR相比，IMR可進(jìn)一步降低圖像噪聲及偽影，并提高圖像低對比分辨力。

管電流是影響輻射劑量和圖像質(zhì)量的重要參數(shù)之一。DRI設(shè)置是Philips iCT的一項(xiàng)個性化管電流調(diào)節(jié)技術(shù)，可由此實(shí)現(xiàn)自動精準(zhǔn)調(diào)節(jié)管電流。參考鼻部CT檢查專家共識[12]，本研究將標(biāo)準(zhǔn)掃描條件設(shè)置為管電壓120 kV、DRI為30(平均管電流153 mAs)，低劑量掃描條件為管電壓120 kV、DRI為10(平均管電流為16 mAs)，發(fā)現(xiàn)低劑量掃描條件下，3組圖像平均客觀噪聲自低到高依次為LD-IMR-L3組、LD-IMR-L2組、LD-IMR-L1組，提示隨著迭代水平提高，圖像噪聲逐漸減小，LD-IMR-L3組噪聲與SD-FBP組已無明顯區(qū)別。

竇口鼻道復(fù)合體的解剖結(jié)構(gòu)與鼻竇炎的發(fā)生關(guān)系密切，了解其正常解剖與變異對于診斷鼻竇炎及規(guī)劃手術(shù)均有重要意義[13]。IMR濾過有3個級別，即Brain-Routine、Sharp和Sharp-Plus。為更好地顯示竇口鼻道復(fù)合體的骨質(zhì)解剖結(jié)構(gòu)，本研究中低劑量IMR選用較銳利的Sharp Plus濾過，標(biāo)準(zhǔn)劑量FBP重建則選用Y-sharp。與既往研究[14-15]相比，本研究中4組圖像噪聲均較高，可能與算法的邊緣增強(qiáng)效應(yīng)有關(guān)。本研究LD-IMR各組圖像顯示病變評分均在4分以上，與SD-FBP組無明顯區(qū)別；而顯示骨質(zhì)結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)較SD-FBP組欠清晰(SD-FBP組以5分為主，LD-IMR各組以4分為主)，但均能滿足診斷需求，提示相同掃描條件下，診斷鼻竇炎所需要圖像質(zhì)量要求低于竇壁骨質(zhì)異常，與郭森林等[16]的結(jié)果類似。在偽影方面，本研究中LD-IMR組與SD-FBP組基本相近，除2例因義齒引起較明顯偽影外，未見因掃描條件降低而偽影增加者，表明IMR算法可彌補(bǔ)由于劑量降低而產(chǎn)生的偽影。同時，LD-IMR組輻射劑量指標(biāo)CTDIvol、DLP及ED較SD-FBP組分別減少89.20%、89.37%和89.36%，提示LD-IMR在劑量方面存在顯著優(yōu)勢。

本研究的局限性：①納入的病種比較單一，所設(shè)低劑量掃描條件是否適用于鼻竇其他疾病(如鼻竇占位、外傷等)有待觀察；②IMR所需時間較長；③樣本量少，需增加樣本量以減少誤差。

綜上所述，DRI為10時，IMR低劑量鼻竇CT掃描可在降低ED的條件下滿足顯示竇口鼻道復(fù)合體解剖結(jié)構(gòu)及診斷慢性鼻竇炎所需，為鼻竇內(nèi)鏡手術(shù)規(guī)劃提供可靠依據(jù)。