基于高級(jí)模型迭代重建算法的低管電壓CT掃描對(duì)上腹部圖像質(zhì)量及輻射劑量的影響

陳春妙，林桂涵，吳徐璐，盧陳英，楊宏遠(yuǎn)，陳瀟，紀(jì)建松，胡祥華

（麗水市中心醫(yī)院 浙江省影像診斷與介入微創(chuàng)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 放射科，浙江 麗水 323000）

CT已成為臨床腹部疾病檢查的常用手段，但腹部CT由于掃描范圍大、期相多，檢查過程具有較高的輻射劑量，因此，如何在保證圖像質(zhì)量的同時(shí)又降低輻射劑量已成為國(guó)內(nèi)外研究關(guān)注的熱點(diǎn)[1-2]。目前，臨床上常用的降低輻射劑量的方法往往是調(diào)整管電壓、管電流、曝光時(shí)間和增大螺距等[3-5]，但單純調(diào)整這些參數(shù)圖像質(zhì)量往往無法保證[6]。隨著設(shè)備和技術(shù)的不斷更新，尤其是迭代重建算法新技術(shù)的出現(xiàn)，顯著降低了由于輻射劑量降低而增加的噪聲[7]。已有國(guó)內(nèi)學(xué)者發(fā)現(xiàn)應(yīng)用高級(jí)模型迭代重建算法（advanced modelled iterative reconstruction，ADMIRE）能夠在不增加輻射劑量的情況下，顯著提高冠狀動(dòng)脈CTA圖像質(zhì)量[8]，但其在腹部CT中的應(yīng)用情況未見報(bào)道。本研究旨在明確第三代雙源CT低管電壓掃描聯(lián)合ADMIRE重建技術(shù)，相比常規(guī)掃描，能否在降低腹部CT輻射劑量的同時(shí)保證圖像質(zhì)量。

1 對(duì)象和方法

1.1 對(duì)象 選取2016年11月至2017年9月麗水市中心醫(yī)院因病情需要行上腹部CT平掃的成年患者200例。排除標(biāo)準(zhǔn):①合并嚴(yán)重的心臟、腎臟功能障礙；②腹腔巨大腫物；③有胸腹腔積液；④存在意識(shí)障礙無法配合屏氣；⑤腹部掃描范圍內(nèi)有金屬植入物。所有患者隨機(jī)分為對(duì)照組和低管電壓組，其中對(duì)照組50例，管電壓為120 kV，男39例，女11例，年齡26～83（54.2±12.9）歲，采用濾波反投影（filtered back projection，F(xiàn)BP）算法，其余150例為低管電壓組，均采用ADMIRE，使用3級(jí)ADMIRE重建，根據(jù)受檢者BMI的不同進(jìn)一步分為A、B、C 3個(gè)亞組。低管電壓A組50例，BMI≤20 kg/m2，男21例，女29例，年齡22～76（49.7±12.8）歲；低管電壓B組50例，20 kg/m2＜BMI≤25 kg/m2，男37例，女13例，年齡25～80（53.8±13.6）歲；低管電壓C組50例，25 kg/m2＜BMI≤30 kg/m2，男33例，女17例，年齡29～79（53.1±10.3）歲。低管電壓A、B、C 3組的管電壓分別為80、90、100 kV。本研究為臨床前瞻性研究，通過了本院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)的審查批準(zhǔn)，批準(zhǔn)文號(hào)為臨床研究倫審（2016）第（44）號(hào)，所有受檢者在檢查前均簽署了知情同意書。

1.2 腹部CT檢查方法 所有受檢者均采用德國(guó)西門子第三代雙源CT（SOMATOM Definition Force）行上腹部平掃。患者取仰臥位，雙手自然上舉，掃描范圍從膈頂至髂前上棘，先掃描定位像，在定位像上制定上腹部的掃描范圍，選擇off檔設(shè)定管電壓，低管電壓組（A、B、C組）分別采用80、90、100 kV，對(duì)照組采用120 kV，其余一致。均采用自動(dòng)mAs（CARE Dose 4D），pitch為0.6，探測(cè)器使用192×0.6 mm，轉(zhuǎn)速0.5 s/圈，卷積核采用軟組織卷積核（B40r medium），重建層厚5 mm，重建間隔5 mm，F(xiàn)OV為320～350 mm。所有原始圖像均傳入CT后處理工作站Syngo.via VB10B，進(jìn)行圖像測(cè)量。

1.3 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)

1.3.1 客觀評(píng)價(jià)指標(biāo):由同一放射科主任醫(yī)師獨(dú)立完成，選取面積相等的感興趣區(qū)（region of interest，ROI）（100 mm2）測(cè)量第二肝門層面肝左、右葉和肝下緣實(shí)質(zhì)的CT值以及同一層面左、右兩側(cè)的豎脊肌CT值，以兩側(cè)豎脊肌CT值的標(biāo)準(zhǔn)差SD（standard deviation，SD）作為圖像噪聲。ROI盡可能避開肝血管、病灶等組織。為避免誤差，連續(xù)測(cè)量5層兩側(cè)豎脊肌圖像CT值的SD，并取平均值作為該患者的背景噪聲SD，并計(jì)算信噪比（signal to noise ratio，SNR）和對(duì)比噪聲比（contrast to noise ratio，CNR）。SNR=肝臟平均CT值/SD，CNR=（肝臟平均CT值-兩側(cè)豎脊肌平均CT值）/SD。

1.3.2 主觀評(píng)價(jià)指標(biāo):由2名具有副主任醫(yī)師職稱的放射科醫(yī)師先采用雙盲法對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)分，用以評(píng)價(jià)2名醫(yī)師評(píng)價(jià)的一致性；然后再共同閱片達(dá)成一致意見，作為各組圖像的最終評(píng)分結(jié)果。采用4分制評(píng)分法進(jìn)行評(píng)價(jià)，具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如下:4分，圖像無明顯噪聲，細(xì)膩，各器官邊界清晰，肝邊緣處無肋緣下偽影，腎上腺顯示清晰；3分，圖像噪聲較小，較細(xì)膩，各器官邊界較清晰，肝邊緣處有輕度肋緣下偽影，腎上腺能夠顯示，但邊緣欠清晰；2分，圖像噪聲較大，各器官邊界尚清楚，肝邊緣處有明顯肋緣下偽影，腎上腺能夠分辨，但邊緣較模糊；1分，圖像噪聲大，各器官邊界欠清晰，肝邊緣處有嚴(yán)重的肋緣下偽影，并有其他偽影，腎上腺顯示不清或雖能顯示但難以確定邊界。評(píng)分＞2分的圖像，認(rèn)為可以滿足診斷要求，1分為達(dá)不到診斷要求。

1.4 輻射劑量 根據(jù)所設(shè)置的掃描參數(shù)，得到容積CT劑量指數(shù)（computed tomography dose index volume，CTDIvol）和劑量長(zhǎng)度乘積（dose-length product，DLP），并據(jù)此計(jì)算有效輻射劑量（effective radiation dose，ED）。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理方法 采用SPSS16.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)量資料以表示。采用χ2檢驗(yàn)比較各組患者性別的差異；采用單因素方差分析比較各組患者年齡、BMI、客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)和輻射劑量的差異，兩兩比較采用SNK法；應(yīng)用Kappa檢驗(yàn)評(píng)價(jià)2名醫(yī)師評(píng)分的一致性，Kappa值＞0.7為一致性較好，0.4≤Kappa≤0.7為一致性中等，Kappa＜0.4為一致性差；采用Wilcoxon符號(hào)秩和檢驗(yàn)比較各組圖像主觀評(píng)分的差異。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 一般資料 各組患者的年齡、性別和豎脊肌CT值差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），低管電壓組與對(duì)照組之間的身高、BMI和肝臟CT值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），其中低管電壓A組的身高明顯小于對(duì)照組（P＜0.01），而低管電壓A、B組與對(duì)照組差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；低管電壓組A、B組的BMI均顯著小于對(duì)照組，而低管電壓C組明顯高于對(duì)照組（P＜0.01）；低管電壓A組的肝臟CT值顯著高于對(duì)照組（P＜0.01），見表1。

表1 各組一般資料比較（每組n=50）

2.2 圖像質(zhì)量比較 2名醫(yī)師對(duì)圖像質(zhì)量評(píng)分的一致性較好（Kappa=0.785），各組圖像的評(píng)分均≥2分，可滿足臨床診斷要求。各組圖像均可清晰顯示上腹部，尤其是肝臟部位（見圖1）。低管電壓A、B、C 3組與對(duì)照組的圖像主觀評(píng)分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.871），而背景噪聲SD值、SNR值和CNR值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），進(jìn)一步兩兩比較發(fā)現(xiàn)低管電壓A、B、C組的背景噪聲SD值均顯著低于對(duì)照組（P＜0.01），而肝臟SNR值均顯著高于對(duì)照組（P＜0.01），低管電壓A、B組的肝臟CNR值顯著高于對(duì)照組（P＜0.05），而低管電壓C組與對(duì)照組差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），見表2。

2.3 輻射劑量比較 低管電壓A、B、C 3組的CTDIvol、DLP和ED均明顯小于對(duì)照組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01），見表2。

3 討論

腹部是臨床上CT掃描最為常用的部位，由于掃描部分較其他部位大，所致的輻射損傷也往往高于其他部位掃描[9]。因此，如何在保證腹部CT質(zhì)量的情況下，盡可能降低輻射劑量一直是臨床的研究熱點(diǎn)[10]。臨床上的低劑量掃描往往也是集中于管電流和管電壓的調(diào)節(jié)上，兩者均與掃描輻射劑量直接相關(guān)，其中輻射劑量更是與管電壓呈指數(shù)相關(guān)，但由于管電壓與圖像噪聲高度相關(guān)，這很大程度上增大了低管電壓CT掃描的難度[11]，且在第三代雙源CT的應(yīng)用潛力也仍不清楚。國(guó)外有學(xué)者研究指出ADMIRE能夠顯著提升第三代雙源CT掃描的圖像質(zhì)量[12]，但國(guó)內(nèi)相關(guān)研究仍較少?；诖?，本研究著重明確基于ADMIRE的第三代雙源CT低管電壓掃描在上腹部CT掃描中的應(yīng)用價(jià)值。

表2 各組圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)及輻射劑量比較（每組n=50）

本研究根據(jù)受檢者的BMI調(diào)整管電壓，從結(jié)果中我們可以發(fā)現(xiàn)，低管電壓A、B、C組與對(duì)照組的圖像質(zhì)量均滿足診斷要求，且差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)低管電壓組的SD值均明顯小于對(duì)照組，肝臟SNR和CNR明顯高于對(duì)照組，這提示基于ADMIRE的低管電壓掃描對(duì)圖像質(zhì)量無影響，這與國(guó)內(nèi)學(xué)者針對(duì)冠狀動(dòng)脈成像的研究結(jié)果[6]相一致。不同組別的輻射劑量進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)低管電壓A、B、C組的CTDIvol、DLP和ED均顯著低于對(duì)照組，其中低管電壓A組的有效輻射劑量更是降低了51%，表明基于ADMIRE的低管電壓掃描模式能夠顯著降低輻射劑量。因此，本研究所采用的掃描模式能夠在不影響上腹部CT圖像質(zhì)量的同時(shí)，降低輻射劑量。

整體而言，本研究所采用的基于ADMIRE的低管電壓掃描模式進(jìn)一步降低了常規(guī)能譜掃描的輻射劑量，相比同類研究也呈現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)，輻射劑量明顯更低[13]。國(guó)內(nèi)學(xué)者也發(fā)現(xiàn)能譜CT智能匹配技術(shù)可以降低BMI患者的輻射劑量，且65 keV單能量圖像噪聲與常規(guī)120 kVp掃描聯(lián)合30% ASiR圖像相當(dāng)，但低于常規(guī)掃描FBP重建圖像[14]，這也進(jìn)一步表明基于ADMIRE的低管電壓掃描模式的個(gè)體化掃描優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，隨著高效能的降噪算法的出現(xiàn)和不斷完善，可望進(jìn)一步降低CT能譜成像的各種圖像的噪聲，提升圖像質(zhì)量的同時(shí)降低輻射劑量[15]。

但本研究存在一定的局限性，首先，僅使用ADMIRE迭代強(qiáng)度3進(jìn)行重建，未與其他的迭代強(qiáng)度等級(jí)進(jìn)行比較；其次，本研究只針對(duì)上腹部平掃序列，未對(duì)增強(qiáng)序列進(jìn)行研究；另外本研究對(duì)于BMI和管電壓之間的規(guī)律并未進(jìn)行細(xì)化，只設(shè)定了3個(gè)管電壓梯度。后續(xù)可進(jìn)一步深入研究。

綜上，基于第三代雙源CT的ADMIRE迭代重建算法技術(shù)，根據(jù)受檢者的BMI調(diào)整管電壓進(jìn)行上腹部掃描，能夠在保證圖像質(zhì)量滿足診斷的情況下，進(jìn)一步減低患者的輻射劑量。