迭代算法（Asir-V）在兒童胸部掃描中的應(yīng)用價(jià)值

董麗娜徐州市兒童醫(yī)院 醫(yī)學(xué)影像科，江蘇 徐州 221000

引言

兒童呼吸系統(tǒng)疾病為最常見(jiàn)的疾病之一，胸部CT檢查作為兒童胸片的補(bǔ)充手段被廣泛應(yīng)用。CT掃描所產(chǎn)生的電離輻射不可忽視，有報(bào)道指出，全球醫(yī)源性人均輻射量在過(guò)去10～15年里大約增加了一倍[1]。兒童尤其是低齡小兒對(duì)放射線的敏感性遠(yuǎn)高于成人，小兒受輻照年齡越小，致癌危險(xiǎn)越大[2]。因此，兒童的CT檢查應(yīng)嚴(yán)格遵循合理抑低的原則。近年來(lái)，隨著人們對(duì)電離輻射認(rèn)識(shí)程度的提高，如何在明確診斷的同時(shí)避免過(guò)多的放射劑量成為越來(lái)越多放射醫(yī)師的關(guān)注焦點(diǎn)[3]，迭代算法作為一種新興的圖像重建算法，能夠保證圖像質(zhì)量并有效降低輻射劑量，本文主要利用GE Revolution CT的Asir-V技術(shù)探討在兒童胸部低劑量掃描中的應(yīng)用價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 一般資料

本研究選取60例于我院行Asir-v技術(shù)的兒童，隨機(jī)分為3組。A組：男12例，女8例，年齡1月～6歲，平均年齡2.8歲，體重5～35 kg，平均（12.12±7.37）kg。B組：男13例，女7例，平均年齡1月～8歲，平均年齡3.1歲，體重5～40 kg，平均（13.37±4.85）kg。C組：男10例，女10例，年齡1～8歲，體重6～40 kg，平均（13.90±4.83）kg。臨床癥狀包括：咳嗽、發(fā)熱，呼吸急促等。

1.2 設(shè)備

GE Revolution 256層螺旋CT，CT床邊麻醉機(jī)，CT掃描參數(shù)：軸掃，管電壓100 kV；自動(dòng)管電流10～450 mA，掃描層厚5 mm，重建層厚0.625 mm，探測(cè)器寬度120～160 mm，掃描時(shí)間0.28 s，噪聲指數(shù)（Noise Index，NI）為10。患兒取仰臥位，頭先進(jìn)掃描，掃描范圍自胸廓入口至膈下。A組：Asir-V：30%；B組：Asir-V：50%；C組：Asir-V：70%。

1.3 防護(hù)措施

對(duì)患兒生殖腺、甲狀腺、晶狀體等敏感部位使用鉛衣遮擋。

1.4 鎮(zhèn)靜方法

不能配合患兒予以氧氣和七氟烷混合氣體吸入（麻醉科醫(yī)生完成）。

1.5 圖像評(píng)價(jià)

分別測(cè)量胸廓入口層面，氣管分叉層面，心底層面背部肌肉CT值及標(biāo)準(zhǔn)差（Standard Deviation，SD），取SD為背景噪聲指數(shù)，并計(jì)算平均值，記錄每個(gè)病例的劑量長(zhǎng)度乘積（Dose-Length Product，DLP），并根據(jù)歐盟委員會(huì)CT標(biāo)準(zhǔn)指南[4]，查得劑量轉(zhuǎn)換因子k，計(jì)算有效劑量（Effective Doses，ED），小兒胸部k值分別為0.039（＜1歲）、0.018（＜5歲）、0.013（＜10歲）。

1.6 閱片

由兩位影像科副主任醫(yī)師進(jìn)行獨(dú)立閱片，對(duì)圖像進(jìn)行評(píng)分。圖像質(zhì)量主觀評(píng)分，標(biāo)準(zhǔn)：1分，圖像質(zhì)量極差，無(wú)法用于診斷；2分，圖像質(zhì)量較差，不能用于診斷；3分，圖像質(zhì)量一般，可用于診斷；4分，圖像質(zhì)量較好，可以滿足診斷；5分，圖像質(zhì)量非常好。圖像評(píng)分≥3分為符合臨床診斷要求，2分及以下不符合臨床診斷要求[5]。

1.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，對(duì)A組、B組的SD、DLP、ED分別進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。對(duì)兩位閱片者閱片的一致性分析采用Weighted Kappa檢驗(yàn)，0.21≤k≤0.40，認(rèn)為一致性差；0.41≤k≤0.60，認(rèn)為一致性尚可；0.61≤k≤0.80認(rèn)為一致性良好；0.81≤k≤1認(rèn)為一致性非常好[5]。

2 結(jié)果

患兒胸部縱膈窗氣管隆突層面CT平掃圖像與肺膈窗氣管隆突層面CT平掃圖像，見(jiàn)圖1～2。各組病例體重、DLP、ED及各興趣區(qū)SD，見(jiàn)表1。各組興趣區(qū)SD值相當(dāng)，任意兩組差異（P＞0.05）無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，各組DLP及ED有差異，任意兩組差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01，表2），讀片結(jié)果各病例圖像質(zhì)量良好（≥3分），兩位醫(yī)師圖片一致性良好（表3）。

圖1 患兒胸部縱膈窗氣管隆突層面CT平掃圖像

圖2 患兒肺膈窗氣管隆突層面CT平掃圖像

表1 3組圖像的SD、DLP及ED值

表2 3組病例的體重及圖像的SD、DLP、ED值兩兩比較

表3 兩位醫(yī)生獨(dú)立閱片后的主觀評(píng)分及一致性分析（分）

3 討論

兒童CT檢查中絕大多數(shù)為胸部CT檢查，同時(shí)CT輻射的致癌風(fēng)險(xiǎn)以及放射防護(hù)與安全問(wèn)題也成為醫(yī)患雙方關(guān)注的焦點(diǎn)[6]，保證圖像質(zhì)量的前提下降低輻射劑量的低劑量胸部CT檢查方法一直在努力探索之中。

1990年Naidich等首先提出低劑量掃描，隨著優(yōu)化掃描程序等多種方式被研究和利用，放射劑量已經(jīng)大幅降低，降低輻射劑量的方法主要有減少管電壓、管電流、自動(dòng)毫安技術(shù)，加大螺距，縮短掃描時(shí)間等[7]，這些方法較為局限，在圖像算法方面，傳統(tǒng)的濾波反投影法（Filtered Back Projection，F(xiàn)BP）算法是一種解析算法，特點(diǎn)是先在連續(xù)域解析處理，最后離散化以利用計(jì)算機(jī)計(jì)算[8]。自CT應(yīng)用以來(lái)一直被廣泛應(yīng)用，其優(yōu)點(diǎn)是重組速度快，但它要求投影數(shù)據(jù)完備并精確定量，因此該算法需要較高的掃描劑量完成圖像采集并容易受到統(tǒng)計(jì)波動(dòng)的影響，對(duì)噪聲和偽影都很敏感，重組圖像質(zhì)量明顯下降，而且忽略了光學(xué)系統(tǒng)中真實(shí)的幾何因素和噪聲統(tǒng)計(jì)，在低劑量研究的背景下，該算法顯然已經(jīng)不能滿足臨床要求[9]。

隨著低劑量CT研究的深入，近年來(lái)出現(xiàn)了以迭代重建技術(shù)為代表的新型低劑量CT技術(shù)，目前應(yīng)用在臨床的主流CT低劑量技術(shù)包括迭代算法和自動(dòng)管電流技術(shù)等，本文主要探討迭代算法的臨床應(yīng)用[10]。與傳統(tǒng)的算法不同，迭代重建技術(shù)利用矩陣代數(shù)，通過(guò)一種數(shù)學(xué)模型選擇性地識(shí)別并去除圖像噪聲，使圖像噪聲減小，提高圖像質(zhì)量，間接地可在保持噪聲不變的情況下降低輻射劑量，其目的都是在盡可能低的條件下生成可接受的圖像[11-12]。Hu等[13]的研究顯示，通過(guò)圖像空間迭代重建的應(yīng)用，在保持圖像質(zhì)量的前提下，常規(guī)胸部CT平掃可以實(shí)現(xiàn)劑量降低40%。

GE公司的迭代算法包括ASIR、VEO和ASIR-V，ASIR通過(guò)建立噪聲性質(zhì)的系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)模型和被掃描物體的系統(tǒng)模型，用迭代算法提高圖像分辨率并且降低輻射計(jì)量，有學(xué)者報(bào)道[14]，在腹部掃描的研究中通過(guò)使用ASIR技術(shù)，與常規(guī)FBP相比，圖像噪聲更小而且輻射劑量降低約50%。

VEO算法是在原始空間迭代計(jì)算中，除了建立噪聲、物體模型，還建立了光學(xué)和物理模型，更加真實(shí)的還原了X線的物理投射過(guò)程，真正達(dá)到了降低噪聲，降低輻射劑量，消除偽影，提高空間分辨率的目的，但VEO技術(shù)數(shù)據(jù)量太大，計(jì)算時(shí)間太長(zhǎng)，無(wú)法運(yùn)用到臨床中。ASiR-V是GE最新推出的全模型實(shí)時(shí)迭代平臺(tái)，結(jié)合了ASiR的實(shí)時(shí)重建優(yōu)勢(shì)和VEO的多模型迭代優(yōu)勢(shì)，采用了更為先進(jìn)的系統(tǒng)噪聲模型、被掃描物體模型和物理模型。

ASiR-V技術(shù)中的系統(tǒng)噪聲模型所考慮的因素包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的光子噪聲和電子噪聲，以及重建圖像的噪聲譜，主要用于降低噪聲，提高低密度對(duì)比度。本文旨在探討相同掃描條件不同ASIR-V級(jí)別對(duì)于兒童胸部CT圖像與輻射劑量的影響。ASiR-V是全模型實(shí)時(shí)迭代平臺(tái)，ASiR-V技術(shù)中的系統(tǒng)噪聲模型所考慮的因素包括DAS中的光子噪聲和電子噪聲，以及重建圖像的噪聲譜，主要用于降低噪聲，提高低密度對(duì)比度。本文旨在探討相同掃描條件下不同級(jí)別的迭代算法對(duì)輻射劑量的影響。本文3組Asir-V分別設(shè)置為：30%、50%和70%，計(jì)算出來(lái)的ED值呈遞減趨勢(shì)，C組輻射劑量最低，為（0.20±0.05）mSv，輻射劑量已經(jīng)達(dá)到了很低的水平[15]。本文所有病例均采用軸掃模式，最大160 mm寬探測(cè)器，對(duì)于大多數(shù)兒童可以實(shí)現(xiàn)胸部全覆蓋，一次曝光即可完成掃描，掃描時(shí)間0.28 s，有效的降低了輻射劑量，對(duì)于自由呼吸狀態(tài)下的兒童很好的抑制了呼吸偽影。CT圖像噪聲是指在均勻物質(zhì)影像中給定區(qū)域CT值對(duì)其平均值的變異，其大小可用感興趣區(qū)均勻物質(zhì)的CT值標(biāo)準(zhǔn)差表示，是影響圖像質(zhì)量的重要因素[16]。在圖像的噪聲值測(cè)量方面，選取同層面的背部肌肉獲取噪聲值，所以獲取噪聲值的感興趣區(qū)大小的設(shè)定在一定程度上會(huì)影響測(cè)量結(jié)果，如果測(cè)量區(qū)域CT值不甚均勻，標(biāo)準(zhǔn)差會(huì)相應(yīng)的增高，從而影響數(shù)值的真實(shí)性，因此選取胸廓入口、氣管分叉、心底3個(gè)層面的肌肉組織，以獲得較穩(wěn)定的數(shù)據(jù)。其他掃描條件均相同的情況下，3組SD值相當(dāng)，任意兩組差異（P＞0.05）無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，每個(gè)病例縱膈窗、肺窗分別讀片，結(jié)果顯示各病例圖像質(zhì)量良好（≥3分），兩位醫(yī)師圖片一致性良好（k分別為0.630、0.693、0.647）。通過(guò)本研究證實(shí)，高等級(jí)的自適應(yīng)迭代算法（本文最大70%）在保持圖像噪聲穩(wěn)定的同時(shí)，可以有效降低輻射劑量。

本研究仍有局限性：① 病例采集數(shù)量較少；② 細(xì)化入組患兒的標(biāo)準(zhǔn)（年齡、體重、BMI指數(shù)等）；③ 本研究?jī)H針對(duì)平掃，增強(qiáng)檢查在兒童胸部CT檢查中有較高的比例，引入對(duì)比劑后，ASIR-V技術(shù)對(duì)圖像噪聲和輻射劑量的影響還需要進(jìn)一步研究。

總之，在固定掃描條件的條件下，提高迭代算法Asir-V的級(jí)別不但可以保持背景噪聲穩(wěn)定，更重要的是可以降低輻射劑量，對(duì)兒童胸部低劑量掃描有重要價(jià)值。

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