基于原始數(shù)據(jù)的迭代重建技術(shù)在鼻部外傷CT 掃描中的應(yīng)用

曾憲春，楊 艷，韓 丹，王 謙，康紹磊

（1.貴州省人民醫(yī)院放射科，貴陽550002；2.昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，昆明650032）

鼻部外傷為頜面部的常見外傷急癥［1］。CT 檢查是鼻部外傷性病變診斷的主要方法之一。但鼻部掃描不能避開對射線敏感的眼球，尤其是晶狀體，過量照射可致白內(nèi)障［2］。因而鼻部的CT 低劑量掃描同眼眶CT 低劑量掃描一樣受到國內(nèi)外學(xué)者普遍關(guān)注。本文旨在通過比較鼻部外傷患者CT 平掃后行基于原始數(shù)據(jù)的迭代重建（sinogram affirmed iterative reconstruction，SAFIRE）與傳統(tǒng)濾波反投影技術(shù)（filtered Backprojection，F(xiàn)BP）重建圖像質(zhì)量，探討SAFIRE技術(shù)在鼻部外傷CT 檢查中的臨床應(yīng)用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2014年5月至2014年7月因鼻部外傷行CT 檢查患者67例，男41例，女26例，年齡范圍1～73歲，平均（26.27±16.42）歲。

1.2 掃描及重建方式 采用Siemens Somatom Definition Flash CT（西門子，德國），應(yīng)用Sinus掃描模式。掃描參數(shù)：管電壓120kV，管電流180 mAs，球管旋轉(zhuǎn)時間0.5s，準(zhǔn)直128.0mm×0.6mm，螺距0.8，層厚及間距均為5mm。軟組織窗300、50HU；骨窗1 400、450 HU。掃描范圍從額骨鼻突至鼻尖。重建技術(shù)（方式）包括FBP 重建和SAFIRE 重建，其中SAFIRE重建選擇1～5種強度。

1.3 評價指標(biāo)及方法

1.3.1 客觀評價 平均CT 值及噪聲：選擇上頜骨額突正中層面皮下脂肪、雙側(cè)翼內(nèi)肌及背景空氣為感興趣區(qū)（ROI），范圍為1.0cm2，測3次后，取其平均CT 值；噪聲為平均CT 值的標(biāo)準(zhǔn)差（SD），自動生成。信號噪聲比（SNR）＝CT平均值＋SD。對比噪聲比（CNR）＝（CT翼內(nèi)肌-CT脂肪）／SD空氣標(biāo)準(zhǔn)差，其中CT翼內(nèi)?。剑–T左側(cè)翼內(nèi)?。獵T右側(cè)翼內(nèi)?。?［3］。

1.3.2 主觀評價 圖像質(zhì)量評分：由兩名高年資主治醫(yī)師及兩名研究生分別在隱藏掃描參數(shù)和患者信息后雙盲法評判分析，取平均值。評估內(nèi)容包括骨窗：圖像偽影、鼻骨邊緣、骨折線及折端的清晰度；軟組織窗：圖像偽影、鼻甲及鼻黏膜顯示的清晰度。標(biāo)準(zhǔn)判斷如下［4］，1 分：解剖結(jié)構(gòu)及病灶模糊，偽影多，不能診斷；2分：解剖結(jié)構(gòu)及病灶顯示不清楚，細節(jié)不足以被發(fā)現(xiàn)；3分：大部分解剖結(jié)構(gòu)及病灶可以滿足診斷，但少數(shù)圖像不能進行評價，輕度偽影；4分：顯示結(jié)構(gòu)、細節(jié)及病灶較清楚，能夠評價，但不是特別好；5分：顯示細節(jié)及病灶清晰，能夠簡單明了地評價，無偽影。5分圖像質(zhì)量最好，其余圖像質(zhì)量依次降低。圖像質(zhì)量評分達3分以上能滿足診斷要求，即不影響病灶的觀察。

1.4 圖像的診斷效能評價 指對病變的檢出率。本組資料包括：鼻骨骨折、鼻中隔骨折、篩板骨折、上頜竇壁骨折、視神經(jīng)管骨折、鼻周異物、上頜竇及篩竇積液、鼻部軟組織腫脹及積氣等。

1.5 輻射劑量 包括容積CT 劑量指數(shù)（CTDIvo1）、劑量長度乘積（DLP）、有效劑量（effective dose，ED）。其中ED＝DLP×K，單位為mSv，K 為換算因子，采用歐洲CT 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)指南頭顱平均值0.002 1［5］。

1.6 統(tǒng)計學(xué)處理 采用SPSS17.0 統(tǒng)計軟件，計量資料用±s表示，采用多樣本均數(shù)的方差分析，當(dāng)差異有統(tǒng)計學(xué)意義后，再行q檢驗（SNK 檢驗）進行組間兩兩比較。計數(shù)資料用頻數(shù)表示，采用多個樣本資料的秩和檢驗，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 不同重建方式平均CT 值的比較 6組重建圖像所測定翼內(nèi)肌、皮下脂肪及背景空氣CT 值比較，采用多樣本均數(shù)的方差分析，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），見表1。

表1 不同重建方法的圖像平均CT 值比較（±s，HU）

表1 不同重建方法的圖像平均CT 值比較（±s，HU）

重建方法 翼內(nèi)?。ㄆ骄担?皮下脂肪 背景（空氣）FBP 38.21±0.44 -97.84±4.83 -1 001.62±9.24 SAFIRE-1 37.70±0.48 -98.16±7.14 -1 003.32±8.25 SAFIRE-2 37.90±0.41 -98.03±5.17 -1 000.83±8.57 SAFIRE-3 38.43±0.51 -97.68±9.21 -1 001.06±8.71 SAFIRE-4 38.30±0.42 -98.45±6.48 -1 002.20±9.33 SAFIRE-5 38.10±0.40 -98.11±7.06 -1 001.15±7.89 F 3.42 3.23 3.11 P＞0.05 ＞0.05 ＞0.05

2.2 不同重建方式SD、SNR、CNR 的比較 6組重建圖像所測SD、SNR、CNR 比較，采用多樣本均數(shù)的方差分析。SD 比較，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。進一步兩兩比較，采用q檢驗（SNK 檢驗）差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），組間噪聲存在差異，噪聲最大為FBP 組，最小為SAFIRE-5 組。SNR、CNR比較，總體及組內(nèi)兩兩比較，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），與FBP相比，SAFIRE 重建圖像噪聲降低，1～5 級分別降低20.4%、31.4%、39.7%、46.5%、57.2%；SNR及CNR明顯增高，SAFIRE-1至5級SNR分別提高33.3%、54.7%、75.4%、87.4%、101.4%；CNR分別提高23.0%、36.4%、57.7%、87.4%、106.5%。其中，SAFIRE-5SNR、CNR 最大，與FBP組重建圖像相比，SNR、CNR分別提高101.4%及106.5%，見表2、3。

表2 不同重建圖像噪聲SD 值比較（±s，HU）

表2 不同重建圖像噪聲SD 值比較（±s，HU）

重建方法 翼內(nèi)?。ㄗ笥覀?cè)平均值） 皮下脂肪 背景（空氣）FBP 3.53±0.32 4.68±0.62 3.97±1.13 SAFIRE-1 2.81±0.43 4.09±0.68 3.53±1.28 SAFIRE-2 2.42±0.44 3.57±0.54 3.32±1.29 SAFIRE-3 2.13±0.34 3.11±0.51 2.38±0.93 SAFIRE-4 1.89±0.31 2.74±0.60 2.57±0.98 SAFIRE-5 1.51±0.40 2.53±0.67 2.39±0.96 F 2.01 2.31 1.79 P＜0.01 ＜0.01 ＜0.01

表3 不同重建方法圖像SNR、CNR 比較（±s）

表3 不同重建方法圖像SNR、CNR 比較（±s）

重建方法 翼內(nèi)肌SNR皮下脂肪SNR背景（空氣）SNR CNR FBP 9.13±0.16 20.73±0.66 343.72±1.29 45.91±5.39 SAFIRE-1 12.17±0.19 24.20±0.70 423.93±0.65 56.47±6.52 SAFIRE-2 14.12±0.20 27.45±0.76 467.89±2.23 62.64±7.17 SAFIRE-3 16.01±0.25 31.14±0.97 544.59±2.06 72.41±8.54 SAFIRE-4 17.11±0.42 35.59±1.03 643.71±1.25 86.03±10.12 SAFIRE-5 18.39±0.62 37.71±0.10 712.32±1.43 94.82±11.11 F 1.32 1.41 1.37 3.12 P＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05

圖1 SAFIRE-3重建

2.3 圖像質(zhì)量評分比較 FBP 為4.83，SAFIRE-1為4.67，SAFIRE-2為4.89，SAFIRE-3 為4.93，SAFIRE-4 為4.90，SAFIRE-5為4.66。不同重建方法所得圖像質(zhì)量評分差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＝0.031）。進一步兩兩比較，SAFIRE-1 與SAFIRE2～4，SAFIRE-5與SAFIRE2～4組間，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），SAFIRE2～4 組間，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。其中絕對評分SAFIRE-3最高。

2.4 診斷效能的評價 6組重建所得圖像對病灶顯示情況完全一致，均為鼻骨骨折91例、軟組織內(nèi)異物3例、鼻竇腔積液37例、軟組織腫脹43例、軟組織積氣19例。以SAFIRE-3重建為例，見圖1。

3 討 論

CT 圖像重建的兩種基本方法包括解析重建（analytic reconstruction，AR）和 迭 代 重 建（iterative reconstruction，IR）。FBP是解析重建的主要算法，其過程是投影數(shù)據(jù)經(jīng)過校準(zhǔn)、濾波、反投影、加權(quán)，至最后一組數(shù)據(jù)處理完成，才能得到最終的重建圖像。因具有簡潔、高效、可靠、圖像質(zhì)量較好、易實現(xiàn)等優(yōu)點，F(xiàn)BP成為CT 圖像 重建的“金標(biāo)準(zhǔn)”［6］。但FBP 獲得低噪聲、高分辨力的圖像，就只能加大劑量。迭代重建最常用的算法是圖像代數(shù)重建算法（algebraic reconstruction technique，ART）。世界上第1 臺醫(yī)用CT 雖采用ART，但其計算速度慢、需存儲空間大、當(dāng)時計算機技術(shù)不高等原因，被FBP替代。但迭代重建算法所需的投影數(shù)少、具有可在數(shù)據(jù)不完全和低信噪比條件下成像等優(yōu)點，加上計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越引起人們的重視［7］。SAFIRE［8］對原始數(shù)據(jù)進行高分辨、高保真重建，最大程度保留圖像細節(jié)信息，并伴有較高噪聲，之后，再將圖像投影至原始數(shù)據(jù)域，與投影數(shù)據(jù)進行比較以消除圖像投影中的偽影和數(shù)據(jù)誤差后，將校正后的投影數(shù)據(jù)重建得到最佳質(zhì)量的圖像［9］。

鼻部外傷在頭面部創(chuàng)傷中比較常見。CT 為臨床提供早期準(zhǔn)確診斷而被廣泛應(yīng)用。對鼻部的CT 研究，當(dāng)前大多為掃描方案及后處理方案的探討［10-11］。但鼻部的CT 掃描往往不能避開對射線敏感晶狀體、角膜、玻璃體等，因而鼻部低劑量CT 掃描的研究，同樣不能忽視。本研究對鼻部外傷患者常規(guī)掃描后，對比FBP與SAFIRE-1～5 6組重建圖像，發(fā)現(xiàn)同種組織的CT 值 差 異 無 統(tǒng) 計 學(xué) 意 義（P＜0.05），說 明FBP 與SAFIRE兩種重建對不同組織的CT 值變化影響不大。6組不同重建方法圖像噪聲、SNR、CNR 之間差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），進一步兩兩比較，組間存在差異。說明隨著SAFIRE強度的增加，噪聲越來越低，SNR 及CNR 越來越高，降噪及提高SNR、CNR 最大的為SAFIRE-5。這將為降低劑量并提高圖像質(zhì)量（降低噪聲）提高保障。圖像的主觀評分顯示，6組重建方法所得圖像質(zhì)量評分有差異（P＜0.05），進一步兩兩比較，SAFIRE-1和SAFIRE-5 組圖像評分低于FBP 組，SAFIRE 2～4組高于FBP 組；SAFIRE1組和SAFIRE-5組與SAFIRE 2～4組有差異（P＜0.05），SAFIRE2-4組圖像評分間無差異（P＞0.05），其中與SAFIRE-3圖像絕對評分最高。與多數(shù)研究 報 道 只 選 擇SAFIRE-3 與FBP 比 較 相 一 致［12-13］。雖SAFIRE-5降噪及SRN、CRN 提高最大，但主觀評分低于FBP，可能因SAFIRE重建是按統(tǒng)計學(xué)最優(yōu)準(zhǔn)則重建，其噪聲及偽影特性與FBP不同，放射科醫(yī)師習(xí)慣觀察FBP重建圖像有關(guān)。

綜上所述，CT 平掃結(jié)合SAFIRE 重建技術(shù)在外傷性鼻部掃描中能有效降低圖像噪聲及提高圖像質(zhì)量，具有潛在降低掃描劑量的作用。

本研究不足在于：本組資料主要針對外傷平掃患者，對外傷以外及需增強的病變顯示有待進一步研究；主觀評分因醫(yī)生對圖像的適應(yīng)情況不同，可能存在一定差異。

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