馮新環(huán)

研究提示，具有10 mSv有效劑量的成人腹部CT檢查會(huì)增加0.05%罹患腫瘤的風(fēng)險(xiǎn)，因此如何在保證甚至提高圖像質(zhì)量、滿足臨床診斷要求的同時(shí)盡量減少受檢者的輻射劑量，已成為影像學(xué)研究的一項(xiàng)重要內(nèi)容[1]。20世紀(jì)末期，Naidich等[2]率先提出低劑量掃描的理念，主要方法有降低管電壓、根據(jù)體層厚度或體質(zhì)量自動(dòng)管電流調(diào)制、采用降低噪聲的濾過函數(shù)等，以管電流調(diào)制效果較為顯著，但是常由此導(dǎo)致噪聲水平升高、圖像質(zhì)量下降，進(jìn)而影響診斷的準(zhǔn)確性。近年來，一些新的高級(jí)重建算法相繼興起并應(yīng)用于影像學(xué)診斷，如濾波反投影重建（Filtered back projection，F(xiàn)BP）、自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代重建（Adaptive statistical iterative reconstruction，ASiR）、基于模型的迭代重建（Model-based iterative reconstruction，MBIR）等，可顯著降低掃描劑量的潛能（降低劑量約67.0%~86.0%）。腹部多為實(shí)質(zhì)性臟器，對(duì)于圖像對(duì)比度具有較高的要求，且增強(qiáng)掃描往往是多期掃描，因而腹部CT檢查的輻射劑量較大[3]。基于此本文以FBP為對(duì)照，比較了MBIR、ASiR分別結(jié)合管電流調(diào)制技術(shù)對(duì)腹部薄層CT成像質(zhì)量的影響，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 采用隨機(jī)數(shù)字表法選取2015年1-3月在菏澤市牡丹人民醫(yī)院CT室因臨床懷疑腹部病變而行腹部CT平掃及增強(qiáng)掃描的患者30例。納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）非急癥患者；（2）18 kg/m2≤體重指數(shù)（BMI）≤25 kg/m2；（3）在充分告知的基礎(chǔ)上，自愿參加本研究。30例患者中，男19例，女11例；年齡21~79歲，平均（55.0±11.6）歲；BMI 19.5~25 kg/m2，平均（22.3±1.7）kg/m2。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有患者自愿參加本研究，并簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用美國(guó)GE Discovery HD750型寶石CT機(jī)，行腹部平掃及增強(qiáng)掃描。掃描參數(shù)：管電壓120 kVp，自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)（Automatic tube current modulation，ACTM）設(shè)置管電流，范圍10~350 mA，固定噪聲指數(shù)10，X線球管旋轉(zhuǎn)速度為0.6 s/r，準(zhǔn)直0.625 mm×64，螺距0.984∶1，層厚、層距均為5 mm。采用Med Rad高壓注射器經(jīng)外周靜脈注射碘海醇（300 mgI/mL）95~100 mL，注射速度4 mL/s。掃描范圍為肝臟上緣至第4腰椎下緣，注射對(duì)比劑前先行平掃，動(dòng)脈期掃描采用對(duì)比劑跟蹤軟件，感興趣區(qū)設(shè)于胸主動(dòng)脈下段，自動(dòng)觸發(fā)閾值為180 HU，掃描前延遲5 s，靜脈期在動(dòng)脈期掃描完成后30 s進(jìn)行。

1.3 圖像重建 掃描結(jié)束后，使用GE AW4.5圖像處理工作站進(jìn)行對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行重建。將圖像分別以FBP、ASiR、MBIR方式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)算法重建圖像，分別獲得層厚均為0.625 mm的FBP組、ASiR組、MBIR組的薄層圖像，使用工作站軟件進(jìn)行圖像的觀察和分析。

1.4 圖像評(píng)價(jià)

1.4.1 主觀評(píng)價(jià) 由非研究組、CT的2名副主任醫(yī)師單獨(dú)采用雙盲法在AW4.5圖像處理工作站上完成評(píng)估腹部CT圖像質(zhì)量，包括圖像噪聲及門靜脈、下腔靜脈、胰靜脈及脾靜脈的顯示效果，參考Yoon等[4]的5級(jí)評(píng)分法進(jìn)行圖像質(zhì)量評(píng)分：5分（優(yōu)秀）：圖像噪聲小，腹部臟器分界清楚，臟器內(nèi)部結(jié)構(gòu)清晰，無偽影，對(duì)比良好，完全能滿足診斷要求；4分（良好）：圖像噪聲尚可，腹部臟器分界較清楚，臟器內(nèi)部結(jié)構(gòu)輕微模糊，偽影少，能夠滿足診斷要求；3分（一般）：圖像噪聲較大，腹部臟器分界欠清楚，臟器內(nèi)部結(jié)構(gòu)模糊，有一些偽影，但基本可滿足診斷要求；2分（較差）：圖像噪聲大，腹部臟器分界不清楚，臟器內(nèi)部結(jié)構(gòu)嚴(yán)重模糊，有嚴(yán)重的偽影，難以滿足診斷要求；1分（差）：圖像噪聲很大，偽影較重，腹部臟器顯示不清，偽影太大，完全不能滿足診斷要求。取2名醫(yī)師評(píng)分的均值作為圖像質(zhì)量的評(píng)分，≥3分提示圖像質(zhì)量可以接受。

1.4.2 客觀評(píng)價(jià) 將重建后的圖像導(dǎo)入至GE AW4.5圖像處理工作站，使用Compare軟件對(duì)圖像進(jìn)行測(cè)量，分別于背部肌肉、肝臟、胰腺及脾臟密度較均勻區(qū)域放置類圓形感興趣區(qū)（ROI），面積約50 mm2，將ROI復(fù)制到所有圖像上，保證其位置、形狀和大小相同；記錄相應(yīng)的CT值、噪聲及對(duì)比噪聲比（Contrast noise ratio，CNR），以CT值的標(biāo)準(zhǔn)差作為圖像的噪聲值（SD），CNR=（CT1-CT2）/SD2，其中CT1為測(cè)量臟器靜脈的CT值，CT2為臟器實(shí)質(zhì)組織的CT值，SD2為臟器實(shí)質(zhì)的CT值的噪聲。各參數(shù)均重復(fù)測(cè)量3次，取均值作為最終結(jié)果。分別計(jì)算ASiR和MBIR相對(duì)于FBP的SD降低率和CNR提高率，以MBIR為例，SD降低率MBIR=（SDFBP-SDMBIR）/SDFBP×100%；CNR提高率MBIR=（CNRMBIR-CNRFBP）/CNRFBP×100%。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用Kappa檢驗(yàn)2名醫(yī)師主觀評(píng)分一致性，Kappa值<0為一致性差，0~0.40為一致性差，0.41~0.60為一致性中等，0.61~0.80為一致性較好，0.81~1.00為一致性好。計(jì)量資料采用（±s）表示，方差齊性數(shù)據(jù)采用單因素方差分析，方差不齊數(shù)據(jù)采用Wilcoxon秩和檢驗(yàn)，以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 三組的主觀評(píng)分比較 三組薄層重建圖像均能夠符合診斷要求，所得的圖像比較發(fā)現(xiàn)MBIR圖像質(zhì)量最佳。FBP組、ASiR組及MBIR組圖像主觀評(píng)分分別為（3.20±0.55）分、（3.72±0.49）分、（4.65±0.27）分，圖像主觀評(píng)分依次增高，三組比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=6.10，P<0.05）。MBIR組圖像顆粒狀噪聲更低，偽影更少，密度分辨率更高，胰、脾、腎等腹腔臟器結(jié)構(gòu)顯示細(xì)膩、清晰，血管邊緣顯示清晰，對(duì)比度高，細(xì)小分支顯示良好，且所顯示分支數(shù)量多于ASiR組、FBP組圖像，2名醫(yī)師主觀評(píng)分一致性較好（Kappa=0.71）。

2.2 三組的SD與CNR比較 三組重建算法圖像顯示，F(xiàn)BP、ASiR、MBIR組的背部肌肉及肝、腎、脾實(shí)質(zhì)SD值依次降低，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），見表1。與FBP組比較，ASiR組各部位噪聲降低率分別為（27.86±3.57）%、（29.33±3.67）%、（31.40±4.65）%、（32.17±5.01）%， 即 27.86%~32.17%、；MBIR 組各 部 位 噪 聲 降 低 率 分 別 為（56.61±5.88）%、（58.60±6.20）%、（64.05±8.05）%、（57.68±7.92）%，即56.61%~64.05%。FBP、ASiR、MBIR組的門靜脈、胰靜脈、脾靜脈、下腔靜脈CNR值依次增加，三組比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），見表2。與FBP組比較，ASiR組各靜脈CNR增加率分別為（26.57±2.65）%、（45.02±3.83）%、（39.62±3.05）%、（53.66±4.25）%，即為26.57%~53.66%；MBIR組各靜脈CNR增加率分別為（140.85±10.72）%、（152.50±11.06）%、（183.25±15.20）%、（156.33±10.80）%，即為140.85%~183.25%。

表1 三組重建算法圖像噪聲降低率比較（x-±s） HU

表2 三組重建算法圖像CNR增加率比較（x-±s） %

3 討論

隨著醫(yī)療水平的發(fā)展，臨床醫(yī)師對(duì)影像學(xué)技術(shù)提出更高的要求，希望獲得更加清晰、細(xì)致的醫(yī)學(xué)影像，而患者診療安全的意識(shí)則日益提升，更加關(guān)注醫(yī)源性損傷，其中CT檢查被認(rèn)為是目前導(dǎo)致醫(yī)源性輻射最重要的原因。越來越多的研究認(rèn)為，CT受檢者的輻射劑量與其癌癥發(fā)病率存在相關(guān)性，如Pinnix等[5]研究提示，兒童行CT檢查后約有1/150的概率罹患惡性腫瘤。因此，在降低受檢者輻射劑量的同時(shí)又提高CT圖像的質(zhì)量成為醫(yī)學(xué)影像學(xué)亟待解決的重要課題之一。

掃描技術(shù)參數(shù)的優(yōu)化是既往降低輻射劑量的主要方法，以降低管電壓、降低管電流最為常用，但是管電壓和管電流降低導(dǎo)致到達(dá)探測(cè)器的X線光子減少，使得圖像噪聲增加、質(zhì)量下降，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)绊懠膊≡\斷，這在CT靜脈成像方面尤為突出。因此，僅通過降低管電壓和管電流的方案以降低輻射劑量具有一定的局限性[6]。近年來，此類研究的重點(diǎn)已由單純降低掃描條件進(jìn)展到了改進(jìn)原始數(shù)據(jù)重建算法。自20世紀(jì)70年代末期以來，F(xiàn)BP一直是CT圖像重建方法的基礎(chǔ)和“金標(biāo)準(zhǔn)”，其重建速度快，但要求投影數(shù)據(jù)齊全且定量精確，易受統(tǒng)計(jì)波動(dòng)的影響，對(duì)噪聲和偽影也很敏感[7]。另外，該方法做了諸多簡(jiǎn)化和假定，如假設(shè)測(cè)量信號(hào)不含有光子統(tǒng)計(jì)錯(cuò)誤和電子噪音，由于FBP忽略了光學(xué)系統(tǒng)中真實(shí)的幾何因素和統(tǒng)計(jì)噪音，因而并不是精確的CT重建方法；同時(shí)，由于需要完整的掃描數(shù)據(jù)，導(dǎo)致其輻射劑量相應(yīng)增高。迭代重建算法（Iterative reconstruction，IR）是近年來研發(fā)的一種圖像重建算法，在計(jì)算過程中引入統(tǒng)計(jì)重建算法，具備允許在數(shù)據(jù)不完整和低劑量掃描的條件下進(jìn)行高質(zhì)量成像的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而克服了FBP的上述缺點(diǎn)，因此CT僅需要極少的采樣數(shù)據(jù)就能夠完成高質(zhì)量的成像，由此大幅降低了輻射劑量[8]。

目前，各主要CT制造商都在加緊IR的應(yīng)用研究，并預(yù)計(jì)在保證圖像質(zhì)量恒定的前提下將輻射劑量降低至目前FBP水平的60.0%~80.0%，如GE的ASiR、MBIR，Philips的iDose，Siemens的圖像空間迭代重建（IRIS）和改進(jìn)后的正弦圖確定迭代重建（SAFIRE）等[9-10]。ASiR算法是2009年GE公司建立的光子和電子噪聲統(tǒng)計(jì)模型，通過迭代過程對(duì)圖像噪聲予以校正和抑制，體模和臨床研究表明ASiR算法能夠在保證圖像診斷質(zhì)量的前提下降低圖像噪聲與輻射劑量[11]。2011年誕生的MBIR算法是通過對(duì)真實(shí)X線光學(xué)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集過程進(jìn)行建模，模擬真實(shí)CT系統(tǒng)中X線穿過受檢者到達(dá)探測(cè)器的過程，重建過程中利用該模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行正向投影和迭代矯正。除建立光學(xué)模型外，該方法還考慮了噪聲性質(zhì)和統(tǒng)計(jì)波動(dòng)，能夠精確描述每一個(gè)體素，因而更能還原真實(shí)情況，產(chǎn)生更加準(zhǔn)確的重建圖像[12]。

本研究主觀評(píng)分結(jié)果顯示，F(xiàn)BP、ASiR及MBIR圖像質(zhì)量依次增高，以MBIR圖像質(zhì)量最佳。SD與CNR客觀評(píng)分也支持該結(jié)果，與FBP組比較，ASiR組、MBIR組噪聲降低率分別為27.86%~32.17%、56.61%~64.05%，CNR增加率分別為26.57%~53.66%、140.85%~183.25%，可以更清晰地顯示腹部臟器靜脈分布情況及性質(zhì)。這與類似文獻(xiàn)[13]研究的結(jié)果是一致的，寧培鋼等[13]通過MBIR的體模實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示MBIR可顯著降低圖像噪聲和條紋狀偽影，以及提高圖像的空間分辨力，相對(duì)于FBP能夠減少約60.0%的掃描劑量。盡管如此，本研究尚存在諸多不足之處，可能也是影響結(jié)果的偏倚所在，主要體現(xiàn)在：（1）病例數(shù)量少，未考慮病種、性別間的差異，精確結(jié)果還需更大病例樣本予以證實(shí)；（2）未比較不同管電壓所獲得圖像質(zhì)量；（3）僅探討了腹部CT靜脈成像的質(zhì)量，各重建算法對(duì)平掃、CT動(dòng)脈圖像的優(yōu)化作用有待探討；（4）僅觀察了0.625 mm薄層圖像，不同層厚是否有影響未予探討。

綜上所述，MBIR能進(jìn)一步降低腹部薄層CT的圖像噪聲，使輻射劑量降低約60.0%而仍可獲得較好的圖像質(zhì)量，顯示靜脈血管更為清晰細(xì)致，具有更好的對(duì)比增強(qiáng)效果，顯著優(yōu)于FBP、ASiR，具有良好的臨床應(yīng)用價(jià)值。

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