Karl迭代重建聯(lián)合低電壓和自動(dòng)管電流調(diào)節(jié)技術(shù)在外傷性肋骨骨折中的應(yīng)用研究

陳尚冀，翟篤昌，蔡 武，楊君琳，朱 璇，吳 彬，張 博，范國(guó)華，沈鈞康，錢銘輝

（1.江蘇省江陰市中醫(yī)骨傷醫(yī)院放射科，江蘇 江陰 214422；2.蘇州大學(xué)附屬第二醫(yī)院影像科，江蘇 蘇州 215004）

胸部外傷在臨床上較為常見，且極易引起肋骨骨折[1-2]，常規(guī)X線平片雖便捷，但診斷能力遠(yuǎn)不及CT，而常規(guī)CT的輻射劑量又是X線平片的數(shù)十倍乃至百倍，成為了CT檢查的絆腳石[3]。近些年來(lái)，低劑量CT研究即在不降低圖像質(zhì)量的基礎(chǔ)上最大限度地降低輻射劑量受到高度關(guān)注。目前實(shí)現(xiàn)低劑量CT的方法多種多樣，筆者前期通過(guò)降低管電壓聯(lián)合自動(dòng)管電流調(diào)節(jié)（automatic tube current modulation, ATCM）和迭代重建技術(shù)在保證圖像質(zhì)量的前提下明顯降低了頭頸部CT血管成像的輻射劑量[4]。本研究旨在基于上海聯(lián)影uCT 510 16層螺旋CT，探討Karl迭代重建聯(lián)合低電壓和ATCM技術(shù)用于外傷性肋骨骨折的可行性。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 2020年4月—2021年4月因胸部外傷至本院行胸部CT檢查的50 例患者納入研究。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)非外傷性肋骨骨折；(2)既往有肋骨手術(shù)病史；(3)有明顯運(yùn)動(dòng)偽影影響圖像觀察者。所有患者按隨機(jī)數(shù)字表法分為A、B組，每組各25例。A組為常規(guī)組：男14 例，女11 例，平均年齡(50.3±10.2)歲。B組為低劑量組：男13 例，女12例，平均年齡(50.9±8.9)歲。CT檢查前患者自愿簽署了知情同意書，且本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)審查批準(zhǔn)。

1.2 CT檢查技術(shù) 檢查前測(cè)量患者身高、體重，計(jì)算體質(zhì)量指數(shù)（body mass index, BMI），去除掃描范圍內(nèi)穿戴的金屬物體，囑患者仰臥位，雙臂上舉抱頭，吸氣后屏氣進(jìn)行掃描，掃描范圍自胸廓入口至肋膈角水平。采用上海聯(lián)影uCT 510 16層螺旋CT進(jìn)行掃描。A組管電壓120 kV，管電流140 mAs，采用濾波反投影（ filtered back projection, FBP）重建。B組管電壓100 kV，采用uDose（4級(jí)，平均管電流90 mAs）智能毫安調(diào)節(jié)技術(shù)及Karl 3D（5級(jí)）迭代重建。其余參數(shù)2組一致，螺距1.5，旋轉(zhuǎn)速度0.5 s/r，層厚及層間距5 mm。

1.3 圖像分析與評(píng)估 選取肺動(dòng)脈分叉層面，分別對(duì)升主動(dòng)脈、降主動(dòng)脈和豎脊肌放置感興趣區(qū)（region of interest, ROI），大小約100 mm2，測(cè)量主動(dòng)脈CT值（CT主動(dòng)脈）及標(biāo)準(zhǔn)差（standard deviation, SD主動(dòng)脈）并取平均值，測(cè)量同層面豎脊肌CT值作為背景噪聲（CT豎脊?。?。計(jì)算圖像信噪比（signal to noise ratio, SNR）和對(duì)比噪聲比（contrast to noise ratio, CNR），SNR＝CT主動(dòng)脈/SD主動(dòng)脈，CNR＝(CT主動(dòng)脈-CT豎脊肌)/SD主動(dòng)脈。所有橫斷面圖像均采用骨窗進(jìn)行觀察（窗寬2 500～3 000 HU，窗位250～300 HU），并將圖像傳至工作站（uWs-CT，R004）。由 2 名高年資放射科醫(yī)師采用雙盲法對(duì)圖像質(zhì)量及有無(wú)肋骨骨折進(jìn)行評(píng)估和判斷，并根據(jù)需要對(duì)肋骨進(jìn)行多平面重建和曲面重建。圖像診斷接受率評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)采用Kalra等[5]的5級(jí)評(píng)分法：5 分為優(yōu)，能滿足診斷要求，圖像質(zhì)量?jī)?yōu)良；4 分為良好，能滿足診斷要求；3 分為一般，能滿足診斷要求；2 分為較差，不能滿足診斷要求；1 分為不合格，完全不能滿足診斷要求?！? 分的圖像被認(rèn)為可以用于臨床診斷。圖像主觀噪聲評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)[3,6]：5分為非常少的噪聲；4 分為較少的噪聲；3 分為可以接受的噪聲；2 分為超過(guò)接受程度的噪聲；1 分為太多的噪聲?？山邮艿脑肼暥x為骨皮質(zhì)、細(xì)微骨折病變及相應(yīng)椎體骨小梁顯示滿意且與周圍軟組織界限清楚[6]。根據(jù)診斷經(jīng)驗(yàn)及過(guò)往的報(bào)道[3,6]，本研究采用以下肋骨骨折分度標(biāo)準(zhǔn)：3度，見明顯的骨折線或骨痂形成，且有明顯的錯(cuò)位或畸形愈合；2度，見骨折線或骨痂形成，但無(wú)錯(cuò)位；1度，僅有局限性的骨皮質(zhì)扭曲、毛糙、不連續(xù)或骨質(zhì)密度增高。

1.4 輻射劑量記錄和計(jì)算 詳細(xì)記錄CT掃描自動(dòng)生成的X線劑量參數(shù)，包括掃描長(zhǎng)度、平均管電流、CT容積劑量指數(shù)（volume CT dose index, CTDIvol）和劑量長(zhǎng)度乘積（dose length product, DLP），并計(jì)算有效劑量（effective dose, ED）＝DLP×k。其中k為轉(zhuǎn)換系數(shù)，在胸部掃描時(shí)k值為0.014。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析 應(yīng)用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 26.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。2組患者性別構(gòu)成的比較采用χ2檢驗(yàn)，年齡、BMI、掃描長(zhǎng)度、CT值和SNR的比較采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，平均管電流、CTDIvol、DLP、ED、SD、CNR、圖像診斷接受率、主觀圖像噪聲評(píng)分、骨折分度的比較采用非參數(shù)Mann-WhitneyU檢驗(yàn)。采用Kappa檢驗(yàn)分析觀察者間評(píng)分的一致性，Kappa值＜0.40，一致性差；0.40≤Kappa值＜0.75，一致性一般；≥0.75，一致性好。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 患者一般資料的比較 2組患者性別構(gòu)成比、年齡、BMI和掃描長(zhǎng)度的差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），2組患者間具有可比性。（表1）

表1 2組患者一般資料的比較

2.2 圖像客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)的比較 2組患者的圖像CT值、噪聲、SNR和CNR的差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），表明2組圖像的客觀評(píng)價(jià)無(wú)顯著差異。（表2）

表2 2組患者圖像客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)的比較（±s，n＝25）

組別 CT值（HU） 噪聲（HU） SNR CNR A組 49.7±6.5 90.0±16.5 0.60±0.15 0.23±0.21 B組 46.2±10.3 81.4±9.6 0.60±0.17 0.31±0.22檢驗(yàn)值 1.449 -1.892 0.123 -1.340 P值 0.154 0.058 0.903 0.180

2.3 圖像診斷接受率和主觀圖像噪聲評(píng)分及骨折分度的比較 2組患者圖像質(zhì)量均能滿足臨床診斷的要求，圖像診斷接受率和主觀圖像噪聲評(píng)分及骨折分度的差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），并且2 名醫(yī)師評(píng)價(jià)結(jié)果一致性很好，表明2組圖像的主觀評(píng)價(jià)無(wú)顯著差異。（圖1～圖6，表3）

圖1 ，圖2 A組（圖1）和B組（圖2）掃描的肋骨骨窗圖像，均為3度骨折，圖像診斷接受率均為5 分，主觀圖像噪聲均為5分；圖3，圖4 A組（圖3）和B組（圖4）掃描的肋骨骨窗圖像，均為2度骨折，A組圖像診斷接受率和主觀圖像噪聲均為5分，B組圖像診斷接受率和主觀圖像噪聲均為4 分；圖5，圖6 A組（圖5）和B組（圖6）掃描的肋骨骨窗圖像，均為1度骨折，圖像診斷接受率均為5 分，主觀圖像噪聲均為5 分（箭頭所示為肋骨骨折）。

表3 2組患者圖像診斷接受率和主觀圖像噪聲評(píng)分及骨折分度的比較（±s，n＝25）

表3 2組患者圖像診斷接受率和主觀圖像噪聲評(píng)分及骨折分度的比較（±s，n＝25）

組別 診斷接受率（分） 主觀圖像噪聲（分） 骨折診斷（度）A組 4.60±0.50 4.44±0.51 1.88±0.78 B組 4.52±0.51 4.40±0.50 1.92±0.81檢驗(yàn)值 -0.564 -0.284 -0.165 P值 0.573 0.777 0.869 Kappa值 0.839 0.793 0.876

2.4 平均管電流及CT輻射劑量的比較 2組患者平均管電流、CTDIvol、DLP和ED的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01），其中B組ED為(1.65±0.62)mSv，較A組(5.67±1.65)mSv降低約70.9%。（表4）

表4 2組患者平均管電流及CT輻射劑量的比較（±s，n＝25）

表4 2組患者平均管電流及CT輻射劑量的比較（±s，n＝25）

組別 平均管電流（mAs） CTDIvol（mGy） DLP（mGy·cm） ED（mSv）A組 133.5±13.9 10.96±2.18 404.8±117.9 5.67±1.65 B組 63.4±20.9 3.18±1.39 117.5±44.0 1.65±0.62檢驗(yàn)值 -5.929 -5.977 -5.579 -5.560 P值 0.000 0.000 0.000 0.000

3 討論

胸部外傷易發(fā)生肋骨骨折，但常規(guī)X線平片檢查容易漏診，而隨著CT的普及及其成像和后處理技術(shù)的飛速發(fā)展，CT檢查在診斷肋骨骨折數(shù)量、類型方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但與之相關(guān)的CT輻射劑量問(wèn)題也逐漸被公眾所重視。因此，如何在保證圖像質(zhì)量的同時(shí)實(shí)現(xiàn)輻射劑量的減低，成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)[7]。

既往降低CT輻射劑量的主要直接方法有：降低管電壓、降低管電流、采用ATCM技術(shù)和加大螺距等[4,7]，此外，也可通過(guò)改變圖像重建方式（如采用迭代重建算法）、后處理方法等來(lái)間接降低輻射劑量。與傳統(tǒng)的FBP相比，迭代重建可以明顯降低圖像噪聲，提高圖像質(zhì)量，因此其降低輻射劑量的效能將更顯著。而本研究采用的Karl迭代重建技術(shù)，是通過(guò)投影域迭代重建算法對(duì)不理想的掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償，保證了圖像域CT值的準(zhǔn)確性，降低了圖像的噪聲水平，從而達(dá)到提升圖像質(zhì)量的目的[8]。以往的研究[6,9]報(bào)道多采用上述單一或者聯(lián)合其中兩種方法來(lái)降低輻射劑量，故降低輻射劑量程度有限。本研究采用Karl迭代重建聯(lián)合低電壓和ATCM技術(shù)來(lái)降低肋骨骨折患者的輻射劑量尚未見相關(guān)報(bào)道，一方面基于輻射劑量與管電壓的平方呈正比，與管電流呈線性正相關(guān)；其次是基于ATCM根據(jù)掃描中的解剖結(jié)構(gòu)和密度信息智能化地降低管電流[4]，因此將其聯(lián)合迭代重建技術(shù)來(lái)降低輻射劑量效果更為顯著。本研究結(jié)果表明，B組圖像質(zhì)量均能滿足臨床診斷需求，且ED降至(1.65±0.62)mSv，較A組降低約70.9%，其明顯大于朱莉和周慧[8]采用Karl迭代重建聯(lián)合低管電流的47.47%，但與文獻(xiàn)[3,6,10]報(bào)道的采用64層螺旋CT通過(guò)預(yù)設(shè)噪聲指數(shù)值來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)管電流的方法相比，其降低的輻射劑量的百分比基本一致；而且本研究2組圖像診斷接受率和主觀圖像噪聲評(píng)分及骨折分度的差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。這就表明，采用Karl迭代重建聯(lián)合100 kV和ATCM技術(shù)在降低輻射劑量的同時(shí)，也保證了圖像質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)了掃描技術(shù)的優(yōu)化。

但是本研究尚存在以下不足：樣本量偏小，有待于后續(xù)進(jìn)一步積累病例并開展多中心研究，在將來(lái)可以進(jìn)一步探討更低輻射劑量（如Karl迭代重建聯(lián)合80 kV和更低mAs）掃描方案的可行性。

綜上所述，Karl迭代重建聯(lián)合100 kV和ATCM技術(shù)在保證外傷性肋骨骨折診斷圖像質(zhì)量的前提下，顯著降低了輻射劑量。既滿足了臨床診斷的需求，也降低了對(duì)病人的輻射損害，值得臨床去推廣及應(yīng)用。