能譜CT迭代重建算法在腹部增強掃描中降低輻射劑量與改善圖像質(zhì)量的可行性研究

李 原，張 劍，馬俊麗,李建文,王志軍，陳 兵

寧夏地區(qū)上腹部CT平掃和增強掃描的平均CT有效輻射劑量均明顯高于其他國家，迫切需要對腹部CT掃描方案進行優(yōu)化[1]。 迭代重建技術(shù)(ASiR-V)能在有效降低劑量的同時也保證圖像的高對比信噪比，近年來已在臨床工作中廣泛應(yīng)用[2-3]。ASiR-V具有前置和后置兩種模式，前置ASiR-V可根據(jù)噪聲指數(shù)(NI)調(diào)整mAs降低輻射劑量，后置ASiR-V可通過不同重建權(quán)重水平降低所得的圖像噪聲、改善圖像質(zhì)量。目前國內(nèi)外已有大量關(guān)于應(yīng)用ASiR-V技術(shù)在不同年齡段和身體質(zhì)量指數(shù)行腹部CT檢查的研究，但選擇最佳的前后置ASiR-V配比的研究仍較少[3-4]。本研究旨在探討Revolution 256排寬體探測器能譜CT聯(lián)合不同前置和后置ASiR-V權(quán)重水平在腹部檢查中降低輻射劑量和優(yōu)化圖像質(zhì)量的價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料：收集我院2020年1月至2020年2月擬行腹部增強檢查患者50例，其中男37例，女13例，平均年齡(60.5±15.86)歲。所有患者均采用前置30% ASiR-V水平行動脈期增強掃描，50% ASiR-V水平行門靜脈期掃描，40% ASiR-V水平行延遲期掃描。3組再按后置0%ASiR-V、30%ASiR-V、40%ASiR-V、50%ASiR-V、60%ASiR-V、90%ASiR-V權(quán)重水平獲得重建圖像。本研究患者均無碘過敏史，無妊娠患者及兒童，能正常配合呼吸、屏氣。本研究通過本院倫理委員會審核批準，所有患者均簽署知情同意書。

1.2 設(shè)備與方法：選用美國GE Revolution 256 寬體探測器螺旋CT，三期增強掃描采用能譜(GSI)掃描模式。管電壓80～140 kV瞬時自動切換，管電流ASSIST自動mA，Pitch 0.992∶1，球管轉(zhuǎn)速0.5 s/轉(zhuǎn)，探測器寬度80 mm，層厚5 mm，層間距5 mm，矩陣512×512，重建層厚和層間距均為1.25 mm。造影劑選用碘比醇(350 mgI/mL)，采用Empower公司的雙筒高壓注射器經(jīng)右肘中靜脈團注，注射總量1.5～2 mL/kg，注射速率3.0～3.5 mL/s，注射后30 mL生理鹽水沖管，分別于動脈期30～35 s、門脈期60～65 s、延遲期120～150 s掃描。

1.3 圖像評價：①客觀評價。測量主動脈、肝臟、胰腺、脾臟、豎脊肌、皮下脂肪的噪聲、信噪比(SNR)和對比度噪聲比(CNR)，肝臟、脾臟的測量區(qū)(ROI)面積為100 mm2。胰腺、主動脈、豎脊肌、皮下脂肪的ROI為40～70 mm2，測量時避開血管及病變，每個 ROI測量3次取其平均值。肝臟、胰腺、脾臟各ROI的CT值標準差的平均值為其噪聲,皮下脂肪3個ROI的CT值標準差的平均值為背景噪聲,采用公式 SNR=ROIn/SDn、CNR=(ROIn-ROIm)/SD背景計算各ROI的SNR 及CNR，其中ROIn、SDn代表感興趣區(qū)域CT值的平均值、標準差，ROIm為豎脊肌CT值的平均值，SD背景為皮下脂肪CT值標準差[1]。②主觀評價。由兩位具有5年以上工作經(jīng)驗的放射科醫(yī)師對各組圖像進行圖像質(zhì)量主觀評估,采用5分法評定，即：5分，解剖結(jié)構(gòu)及細節(jié)清晰，沒有明顯的噪聲，無明顯蠟像感偽影，能明確評價；4分，解剖結(jié)構(gòu)和細節(jié)不太清晰， 噪聲和偽影增加，有蠟像感偽影；3分，大部分解剖結(jié)構(gòu)清晰，細節(jié)不太清晰，噪聲和偽影很明顯，有蠟像感偽影，但基本能滿足診斷要求；2分，解剖結(jié)構(gòu)不清晰，很難識別細節(jié)，噪聲和偽影非常明顯；1分，解剖結(jié)構(gòu)模糊，細節(jié)無法識別，噪聲和偽影非常明顯。

1.4 輻射劑量：記錄患者劑量報告中的容積CT劑量指數(shù)(CTDIvol)、劑量長度乘積(DLP)。根據(jù)公式ED =DLP×k[k=0.015 mSv/(mGy·cm)]，計算有效輻射劑量(ED)。

2 結(jié)果

2.1 前置ASiR-V組圖像評價及輻射劑量比較：①客觀評分，增強三期掃描豎脊肌SD值、皮下脂肪SD 3組間差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05。②主觀評分，三期圖像主觀評分均為5分，3組間差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。③輻射劑量分析，三期掃描輻射劑量50% ASiR-V靜脈組輻射劑量最低，3組間差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，見表1。

2.2 前置50% ASiR-V組不同權(quán)重水平再重建圖像比較：后置0%ASiR-V、30%ASiR-V、40%ASiR-V、50%ASiR-V、60%ASiR-V、90%ASiR-V組的圖像客觀評價中，隨著ASiR-V升高，圖像噪聲SD值逐漸降低，SNR和CNR值逐漸升高，各組間差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。主觀評價中，后置60%ASiR-V組的評分[(4.52±0.37)]分最高，各組間差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，見表2與圖1(封二)。

3 討論

隨著CT技術(shù)的不斷發(fā)展和其在臨床中的廣泛應(yīng)用，CT輻射劑量帶來的潛在危害受到臨床越來越多的關(guān)注。以往研究表明，5～100 mSv的X射線吸收量與癌癥發(fā)生具有直接相關(guān)性[5]。也有文獻指出，1.5%～2.0%的癌癥與CT檢查的電離輻射相關(guān)[6]。腹部CT增強掃描已是臨床中不可缺少的輔助檢查方法，多期增強掃描對腹腔內(nèi)炎癥性、外傷性及腫瘤性病變的診斷及鑒別診斷具有很高的價值，然而多期掃描會進一步增加患者的輻射劑量。因此，優(yōu)化腹部增強掃描方案是目前亟待解決的問題。根據(jù)X射線強度公式I= KiZU2(I:X射線強度；K:比例系數(shù)；i:管電流； Z:陽極靶材料的原子序數(shù)；U:管電壓)可知，X射線強度與X射線管的管電壓平方以及管電流呈正相關(guān)性。以往較多研究，通過降低管電壓、降低管電流或增加螺距以降低輻射劑量，但其亦會影響圖像質(zhì)量[7]。近年來，迭代重建技術(shù)迅速發(fā)展，已經(jīng)逐步取代傳統(tǒng)的濾波反投影(FBP)技術(shù)[8]。ASiR-V是一種新型多模型迭代重建技術(shù)，較ASIR降低噪聲、降低輻射劑量和提高對比度分辨率的能力更強，同時還能消除偽影、提高空間分辨率[2,4]。

3.1 輻射劑量：本研究中前置50% ASiR-V組的CTDIvol(6.30±0.80)mGy、DLP(197.41±29.76) mGy/cm和ED(2.96±0.45)mSv較前置30% ASiR-V和40% ASiR-V組為最低，這與以往的研究結(jié)果相似[9]。本組研究中前置40% ASiR-V、50% ASiR-V的 DLP分別較前置30% ASiR-V的DLP下降了21%和38%。柴亞如等[9]研究認為前置ASiR-V可以降低輻射劑量，能譜GSI模式下管電壓80～140 kV瞬時自動切換，管電流ASSIST自動mA，隨著前置ASiR-V比例升高，相對應(yīng)的毫安值隨之降低，輻射劑量也按相應(yīng)比例降低，其中 50% ASiR-V 輻射劑量較0% ASiR-V時輻射劑量下降61.9%。

3.2 圖像質(zhì)量：本研究中隨著后置ASiR-V升高，圖像噪聲SD值逐漸降低，SNR和CNR值逐漸升高，這與以往的研究結(jié)果相似[10-12]。MARIN等[10]研究顯示，噪聲水平隨ASiR-V權(quán)重的增加而減小。后置ASiR-V迭代目的在于降低圖像噪聲，提高密度分辨率及空間分辨率，從而提高圖像質(zhì)量，并給輻射劑量的降低提供空間。ASiR-V的混合迭代重建技術(shù)是由迭代圖像與FBP 圖像按一定比例混合而成的[8]。理論上ASiR-V權(quán)重為100%時，圖像的噪聲最小，顯示最為光滑細膩。但本研究中后置60%ASiR-V組的主觀評分最高，可見并非后重建ASiR-V權(quán)重越高圖像質(zhì)量就越好。隨著ASiR-V權(quán)重的增加，蠟像感偽影也逐漸增加，油畫感隨之增加。本研究中后置90%ASiR-V權(quán)重時圖像蠟像感最顯著，圖像過于潤滑，猶如“美顏”過度一般，組織間對比度及銳利度下降，不利發(fā)現(xiàn)微小病灶。GOODENBERGER等[13]研究結(jié)果顯示，在腹部增強掃描中后置60%ASiR-V重建在降低噪聲的同時圖像不失真，與本研究結(jié)果相似。在臨床實際工作中ASiR-V權(quán)重在50%～70% 時圖像質(zhì)量主觀評價最高，可能是ASiR-V權(quán)重高于70% 時，各組織之間的對比度降低，變的顯示能力也有下降，從而影響診斷效果[11-12]。ASiR-V保留了系統(tǒng)噪聲、被掃描物體及物理3個模型[8]。迭代算法較傳統(tǒng)的FBP圖像具有顯著降噪作用，以前FBP的重建算法限制了管電流的降低，而且降低掃描條件時，由于腹部實質(zhì)臟器對比度較差，會導(dǎo)致CT圖像噪聲增加，圖像質(zhì)量下降，影響臨床診斷結(jié)果[14]。

本研究存在一定局限性，首先，樣本量較小并且未涉及病灶的檢出率及診斷效能，有待后續(xù)擴大樣本量進一步研究。其次，并未對不同身體質(zhì)量指數(shù)的患者進行分層分析，研究結(jié)果具有一定的偏移。

綜上所述，ASiR-V具有前置和后置兩種模式，能譜CT在腹部增強掃描中聯(lián)合前置50% ASiR-V和后置60%ASiR-V在保證圖像質(zhì)量的前提下，可明顯地降低患者的輻射劑量。