基于迭代重建算法對胸部CT行低劑量掃描圖像質(zhì)量及輻射劑量的影響

陳金國，陳冠亞，祁 冬

(1.杭州市余杭區(qū)星橋街道社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)中心放射科，浙江 杭州 310000；2.蚌埠市第一人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，安徽 蚌埠 233000)

近年來，隨著CT設(shè)備技術(shù)的快速發(fā)展，其較X線平片能夠提供更多的影像信息，已被臨床廣泛應(yīng)用。但是其電離輻射所帶來的危害也明顯高于普通X線胸片，研究表明，CT輻射劑量大小與患者患癌概率及掃描圖像質(zhì)量呈正相關(guān)性[1]。因此，在不影響圖像質(zhì)量前提下如何最大限度地降低輻射劑量，是目前CT檢查的重點(diǎn)[2]。已有學(xué)者研究結(jié)果表明，采用迭代重建算法(SAFIRE)在低劑量CT掃描中能夠明顯降低輻射劑量，而圖像質(zhì)量不受影響，已在心腦血管成像及普通增強(qiáng)檢查中應(yīng)用，且被臨床認(rèn)可[3-4]。本研究旨在探討基于SAFIRE算法對胸部CT行低劑量掃描圖像質(zhì)量及輻射劑量的影響。

1 資料與方法

1.1一般資料：收集2019年1月～2020年12月臨床懷疑胸部疾病在我院行胸部CT檢查患者60例，隨機(jī)分為三組，每組20例。A組男11例,女9例;年齡 29～55 歲,平均(42.16±2.25)歲;體重指數(shù)(BMI)20～ 23 kg/m2,平均 (19.05±1.02) kg/m2。B組男8例,女12例；年齡28～61 歲，平均(40.89±2.11)歲;BMI 為22 ～25 kg/m2,平均(21.93±2.35)kg/m2。C組男13例,女7例;年齡 30～65歲,平均(42.37±1.46)歲;BMI 為23～26 kg/m2,平均(20.41±1.93)kg/m2。所有患者及家屬均簽署檢查知情同意書，本研究經(jīng)本院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)。

1.2方法：采用德國西門子 SOMATOM Definition AS 64排128層CT掃描儀，采用仰臥位頭先進(jìn)，深吸口氣屏氣掃描，掃描范圍自肺尖至肋膈角下2 cm。主要掃描參數(shù)：A組常規(guī)劑量組(120 kV,300 mA)，采用FBP；B組和C組均為低劑量組(80 kV,300 mA)，分別采用FBP和SAFIRE重建。其余掃描參數(shù)均一致：探測器寬度64×0.625 mm，轉(zhuǎn)速0.7 r/s，螺距0.984，掃描層厚及層間距5.0 mm，重建層厚及層間距0.625 mm。肺窗：窗寬1 200 Hu，窗位—600 Hu;縱隔窗：窗寬350 Hu,窗位：45 Hu。

1.3圖像質(zhì)量評價

1.3.1主觀評價：由2名中級職稱以上的放射診斷醫(yī)生采用雙盲法對圖像質(zhì)量進(jìn)行主觀評分。縱隔窗及肺窗均采用4分制評分標(biāo)準(zhǔn)[5]：4分，圖像質(zhì)量優(yōu)秀，肺窗示肺紋理顯示清晰，無偽影，縱隔窗內(nèi)血管、氣管及心臟結(jié)構(gòu)顯示清晰可辨；3分，圖像質(zhì)量良好，肺窗示肺紋理輕微模糊，有輕微偽影，縱隔窗血管、氣管及心臟結(jié)構(gòu)顯示欠清晰；2分，圖像質(zhì)量一般，肺窗示肺紋理中度偽影，縱隔窗示血管、氣管及心臟結(jié)構(gòu)模糊不清；1分，圖像質(zhì)量較差，偽影較重，無法診斷?！?分方可滿足診斷要求。

1.3.2客觀評價：在氣管分叉處層面，將感興趣(ROI)分別置于胸主動脈、肺動脈主干和豎脊肌測量CT值及標(biāo)準(zhǔn)差(SD)，將血管CT值作為信號強(qiáng)度，標(biāo)準(zhǔn)差作為噪聲強(qiáng)度，豎脊肌的CT值作為背景信號強(qiáng)度，標(biāo)準(zhǔn)差作為背景噪聲，計(jì)算信噪比(SNR)=CT血管/SD血管，對比噪聲比(CNR)=(CT血管-CT豎脊肌)/SD豎脊肌[6]。

1.4輻射劑量記錄：分別記錄三組患者的容積CT劑量指數(shù)(CTDIvol)、劑量長度乘積(DLP)，計(jì)算有效劑量(ED)，ED=DLP×k，k取值0.014 mSv/(mGy·cm)[7]。

2 結(jié)果

2.1三組患者一般資料與有效輻射劑量對比：A組有效輻射劑量(2.89±0.37)mSv,B組和C組有效輻射劑量分別為(0.51±0.26)mSv及(0.48±0.14)mSv，與A組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；三組患者年齡及BMI兩兩比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，資料具有可比性。見表1。

表1 三組年齡、BMI及有效輻射劑量結(jié)果比較

2.2圖像質(zhì)量主觀評價：C組肺窗及縱隔窗圖像質(zhì)量評分與A組比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，而與B組比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，且2名醫(yī)生對圖像質(zhì)量主觀評價的一致性較好(肺窗Kappa=0.862，縱隔窗Kappa=0.841)。見表2。

2.3圖像質(zhì)量客觀評價：C組SD較B組降低45.62%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；SNR和CNR較B組分別增加39.57%和28.64%，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；而與A組比較SD、SNR及CNR相差不大，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見表3。

表2 三組肺窗及縱隔窗圖像質(zhì)量主觀評分結(jié)果比較(n，n=20)

表3 三組圖像質(zhì)量客觀評價指標(biāo)結(jié)果比較

3 討論

隨著人們周圍生活環(huán)境的變化，胸部疾病發(fā)病率越來越高，而CT是臨床上診斷胸部疾病的主要檢查手段，但是CT所產(chǎn)生的電離輻射危害也受到了人們的重視。根據(jù)輻射防護(hù)最優(yōu)化原則，應(yīng)在滿足圖像質(zhì)量的條件下，將有效輻射劑量降到最低范圍內(nèi)，來減少患者輻射劑量，獲得最大診斷效益[8]。目前降低輻射劑量的方法主要通過降低管電壓、管電流及增大螺距等方法來實(shí)現(xiàn)[9]。

本研究通過采用降低管電壓方法來達(dá)到降低輻射劑量的目的，但是當(dāng)管電壓下降時，圖像噪聲會顯著增大，信噪比降低，導(dǎo)致圖像質(zhì)量下降。以往CT所采用的濾波反投影算法(FBP)是一種解析重建算法，其優(yōu)點(diǎn)是算法簡單、重建速度快，一直被廣泛應(yīng)用，但FBP所需數(shù)據(jù)量大，無法剔除量子噪聲和電子噪聲對數(shù)據(jù)的影響，因此對噪聲和偽影都很敏感，限制了輻射劑量的降低[10]。而迭代重建算法是一種新型降噪方法，通過使用系統(tǒng)噪聲模型對CT信號的物理特點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)分析，通過反復(fù)迭代校正得到統(tǒng)計(jì)學(xué)模型，來辨別電子噪聲和量子噪聲，進(jìn)而達(dá)到降噪效果，獲得清晰的圖像，以提高圖像質(zhì)量[11]。已有學(xué)者研究報道[12]，在胸部疾病中行CT低劑量掃描，通過采用迭代重建算法可顯著降低圖像噪聲，并提高圖像密度分辨率。由此可見，迭代重建算法是在低劑量掃描中解決圖像噪聲問題的有效方法。

本研究中C組采用80 kV聯(lián)合SAFIRE重建算法較B組采用FBP算法可明顯降低圖像噪聲，提高SNR，其重建后SNR和CNR與常規(guī)劑量組比較無明顯差異，這與SAFIRE的降噪能力密切相關(guān)，而C組平均有效輻射劑量僅為(0.48±0.14)mSv，較A組降低82.35%。C組肺窗及縱隔窗圖像質(zhì)量主觀評分均能滿足診斷要求，且與A組比較無明顯差異，特別是縱隔窗圖像質(zhì)量依靠于SAFIRE的降噪技術(shù)得到明顯改善，使圖像分辨率得到提高，而采用FBP重建低劑量B組圖像質(zhì)量與其他兩組比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這說明只通過降低掃描條件而不改進(jìn)重建算法無法得到滿足診斷要求的圖像，與賈永軍等[13]學(xué)者研究結(jié)果相符。葉凱等[14]學(xué)者通過采用自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代重建技術(shù)在胸部超低劑量研究中表明，輻射劑量比FBP降低90.2%時而圖像質(zhì)量不會下降。本研究尚存在不足之處：首先，研究樣本量較少；其次，沒有對迭代權(quán)重級別進(jìn)行分組研究，因此仍需擴(kuò)大樣本量進(jìn)一步研究尋找最佳權(quán)重級別。

綜上所述，在輻射劑量相同條件下，應(yīng)用SAFIRE算法對胸部CT行低劑量掃描，可以在保證圖像質(zhì)量的前提下顯著降低輻射劑量，具有較高的臨床應(yīng)用價值。