自动曝光技术结合迭代重建技术降低肝脏CT辐射剂量的可行性分析

赵君禄,聂关伟,王猛,郑立冬,任庆云(河北医科大学第一医院,石家庄 050031)



自动曝光技术结合迭代重建技术降低肝脏CT辐射剂量的可行性分析

赵君禄,聂关伟,王猛,郑立冬,任庆云(河北医科大学第一医院,石家庄 050031)

摘要：目的探讨自动曝光技术结合迭代重建技术对降低肝脏CT辐射剂量的可行性。方法 选择疑诊肝肿瘤或肝肿瘤复查患者93例，随机将其分为A、B、C组各31例，三组均予64排螺旋CT扫描检查，A组电压120 kV、电流150 mAs，B、C组采用自动曝光技术并迭代重建技术对数据进行重建，B组电压120 kV、电流130 mAs，C组电压120 kV、电流110 mAs。计算三组有效辐射剂量、主观评价图像质量(分辨率、图像失真、诊断信心度)、客观评价图像质量(CT值、噪声、SNR、CNR)。结果A、B、C组有效辐射剂量分别为(7.64±0.67)、(4.23±0.27)、(2.41±0.38)mSv，三组有效辐射剂量比较，P<0.05。A、B组图像分辨率、图像失真、诊断信心评分及总分均高于C组(P均<0.05)。B组肝CT值、SNR、CNR高于A、C组(P<0.05)，三组噪声比较,P>0.05。结论 肝脏CT扫描时采用自动曝光技术结合迭代重建技术可有效降低辐射剂量，管电流降至130 mAs时不影响图像质量。

关键词：肝肿瘤；CT检查；迭代重建技术；自动曝光技术；有效辐射剂量

CT检查是临床诊断不可或缺的重要手段之一，但如何在获得高质量的诊断影像同时又能减少其对人体的辐射伤害，发挥更好的临床作用是目前面临的关键问题。自动曝光技术可在保证螺旋CT图像质量的同时减少其辐射剂量，根据特定位置被照物体的厚度自动调节管电流的大小使图像噪声保持在一定水平[1]。迭代重建技术应用最大似然-期望最大化法进行计算，对X线光子分布进行原始估计，估算每个投影方向上探测器获得的可能计数，然后将正投影数据与探测器实际采集的投影数据进行比较，用于更新原始估计数据，不断重复此过程，直至下次迭代结果无限接近[2]。临床可采用调节管电流的方法调节辐射有效剂量，管电流越小，辐射剂量越低[3]。2013年11月～2015年5月，我们探讨了自动曝光技术结合迭代重建技术对降低肝脏CT辐射剂量的可行性。

1资料与方法

1.1临床资料疑似肝肿瘤或肝肿瘤复查患者93例，均行肝脏CT增强扫描检查，排除对碘造影剂过敏者、严重心肾功能不全者、妊娠或哺乳期者。将患者随机分为A、B、C组，每组各31例。A组中男21例、女10例，年龄31～69(41.39±10.54)岁；体质量52～76(61.52±12.44)kg；BMI 18～25(23.00±3.43)kg/m2；临床表现为肝区疼痛29例，消瘦28例，肝肿大24例，黄疸8例，腹水5例；有糖尿病病史14例、高血压病史22例、心脑血管疾病病史10例。B组男20例、女11例，年龄33～69(42.07±10.28)岁；体质量51～79(61.08±12.46)kg；BMI 18～25(22.87±3.06)kg/m2；临床表现为肝区疼痛28例，消瘦27例，肝肿大25例，黄疸9例，腹水4例；有糖尿病病史15例、高血压病史20例、心脑血管疾病病史11例。C组中男22例、女9例，年龄30～72(41.07±11.19)岁；体质量52～81(62.03±12.08)kg；BMI 18～26(22.18±3.24)kg/m2；临床表现为肝区疼痛29例，消瘦27例，肝肿大25例，黄疸7例，腹水6例；有糖尿病病史14例、高血压病史21例、心脑血管疾病病史11例。A、B、C组一般资料均具有可比性。本研究获患者及家属知情同意。

1.2自动曝光技术结合迭代重建技术方法三组均予64排螺旋CT扫描，准直128×0.6 mm,重建层厚及间隔1 mm,螺距0.6,X线管旋转速度2 s/圈,视野420～450 mm,窗宽200 Hu,窗位40 Hu。患者取仰卧位，屏气，自膈顶扫描至肝下缘。先平扫，经肘正中(前)静脉注入碘比醇80 mL，生理盐水10 mL冲洗，然后延迟30、60、120 s行肝动脉期、门静脉期、延迟期扫描。A组电压120 kV、电流150 mAs，B、C组采用自动曝光技术并参照文献[4]方法采用迭代重建技术对数据进行重建，B组电压120 kV、电流130 mAs，C组电压120 kV、电流110 mAs。

1.3观察指标计算有效辐射剂量，有效辐射剂量=剂量长度乘积×0.015 mSv/(mGy·cm)。主观评价图像质量[4]，由2名诊断医师采用盲法对图像进行评价，可适当调整窗宽和窗位，根据分辨率较差、可接受、较好、非常好分别计1、2、3、4分；根据图像失真不能接受、失真较严重、失真不严重不影响诊断、无失真分别计1、2、3、4分；根据诊断信心度不能诊断、仅提示可见病变、可能诊断、很有信心诊断分别计1、2、3、4分。客观评价图像质量[4]，门静脉主干水平层面上分别取肝实质、右侧竖脊肌、前腹壁皮下脂肪中央均匀区域作为ROI，计算CT均值。计算噪声、信噪比(SNR)及对比噪声比(CNR),SNR=肝实质平均CT值/前腹壁皮下脂肪平均SD，CNR=(肝实质平均CT值-右侧竖脊肌平均CT值)/前腹壁皮下脂肪平均SD。

2结果

2.1三组有效辐射剂量比较A、B、C组有效辐射剂量分别为(7.64±0.67)、(4.23±0.27)、(2.41±0.38)mSv，三组间比较,P<0.05。

2.2三组图像质量主观评价指标比较与C组比较，A、B组分辨率、图像失真、诊断信心评分及总分均升高(P均<0.05)。A、B组分辨率、图像失真、诊断信心评分及总分比较差异无统计意义(P均>0.05)。见表1。

表1　三组图像质量主观评价指标比较(分,±s)

注：与C组比较，*P<0.05。

2.3三组图像质量客观评价指标比较B组肝CT值、SNR、CNR高于A、C组(P均<0.05)，A、C组CT值、SNR、CNR比较差异无统计学意义(P>0.05)。三组噪声比较差异无统计学意义(P>0.05)。见表2。

表2　三组图像质量客观评价指标比较±s)

注：与B组比较，*P<0.05。

3讨论

CT被认为是造成医源性照射最重要的原因(30%)[5]。临床常用降低其有效辐射剂量的措施有:①降低管电流：根据辐射剂量与管电流的线性关系，通过降低管电流降低辐射剂量[3]；②降低管电压：降低管电压可降低有效辐射剂量,同时亦降低了X线的质量,导致吸收的辐射比例增加；③加大螺距：容积扫描时的螺距加大可使有效辐射剂量降低,但同时增加了图像的噪声、降低长轴方向上的空间分辨率[6]。自动曝光控制技术可根据患者身材、脏器的解剖形态自动调整球管电流,对每一次球管旋转的在线可控式球管电流调制。即在较低的辐射剂量水平上提供稳定的图像质量。传统的固定管电流扫描技术用一种管电流,图像质量相对较好,但未考虑患者身材和脏器解剖形态的差异,增加了有效辐射剂量[7，8]。晏飞虎等[9]发现，采用64 层螺旋CT 自动曝光控制技术，辐射剂量下降的同时图像质量也下降，但仍能达到诊断要求。

CT图像重建算法主要包括解析法、迭代法，解析法重建速度快、成像质量较好，但要求完全的、等间距的投影数据，积分途径要为直线，且重建图像有伪影。迭代重建算法适用于不同方式的采样数据，对不完全数据亦可图像重建。其假设横断面由一个未知的数组组成，根据测量得到的投影数据对这些未知的向量建立一组代数方程式，通过方程组求解未知图像向量。在同等辐射剂量下，应用高级重建算法，可降低有效辐射剂量，甚至还可改善图像质量[10,11]。马宇等[12]探讨肝脏病变检查者应用自适应迭代重建算法在CT 低剂量方面的应用价值，将90 例腹部CT 检查者随机分成A、B、C 3 组，预设噪声指数分别为8、10、11，结果三组图像质量均符合诊断要求，而A组有效辐射剂量显著低于其他两组，可见自适应迭代重建算法结合自动管电流调制技术可降低CT检查的有效辐射剂量。徐姝等[13]发现iDOS E 迭代重建技术可在扫描剂量减半的情况下获得满足诊断要求的肝脏增强CT图像。

本研究中A组采用常规方法及常规剂量进行64排螺旋CT扫描，B、C组采用自动曝光技术结合迭代重建技术，且两组的管电流均低于A组，B组电流130 mAs，C组电流110 mAs。扫描后有效辐射剂量A组>B组>C组，三组间比较差异有统计学意义。可见，管电流降低后有效辐射剂量随之降低。影像质量方面，A、B组分辨率、图像失真、诊断信心评分及总分比较差异无统计学意义，且两组以上指标比较评分均高于C组。证明B组虽降低了管电流，但并未影响图像质量，与A组未降低管电流的图像质量无差异，但C组继续降低管电流后图像质量受到影响。B组肝CT值、SNR、CNR高于A、C组，A、C组CT值、SNR、CNR比较差异无统计意义。进一步证明B组在降低有效辐射剂量的同时未影响图像质量，符合临床诊断要求。

参考文献：

[1] 陈岩.自动曝光控制技术在数字化 X 射线胸部摄影中的应用探讨[J].生物医学工程与临床,2014,18(11):39-41.

[2] 黄伟,张艳,徐益明.迭代重建技术在临床低剂量CT扫描中的应用进展[J].中国介入影像与治疗学,2012,9(5):392-395.

[3] 崔洁,张忠太,郭芳,等.PET/CT检查受检者有效剂量水平分析[J].中国辐射卫生，2014，23(6):507-509.

[4] 潘丹，姜彦，陈鑫，等.迭代模型重建技术不同辐射剂量对肝脏CT增强扫描图像质量的影响[J].中国医学影像学杂志，2015，23(1)：10-13.

[5] Kulkarni NM, Uppot RN, Eisner BH, et al. Radiation dose reduction at multidetector CT with adaptive statistical iterative reconstruction for evaluation of urolithiasis: how low can we go[J]. Radiology, 2012,265(1):158-166.

[6] Sucha D, Willemink MJ, de Jong PA, et al. The impact of a new model-based iterative reconstruction algorithm on prosthetic heart valve related artifacts at reduced radiation dose MDCT[J]. Int J Cardiovasc Imaging, 2014,30(4):785-793.

[7] 王忠用，张经建，王新怡，等.数字乳腺机自动曝光与手动曝光辐射剂量对比研究[J].中华放射医学与防护杂志，2010，30(6):745-746.

[8] 赵君禄，李敬玉，任庆云，等.图像域迭代重建算法与滤波反投影法对肝脏CT 图像质量和扫描剂量影响的比较研究[J].医疗卫生装备，2014，35(10)：91-93.

[9] 晏飞虎，刘长兰，付启义，等.自动曝光控制技术在胸部低剂量CT 扫描的应用探讨[J].江西医药，2012，47(3)：267-268.

[10] 黎佩君,黄飚,梁长虹,等.迭代重建算法CT 灌注成像与CT 血管造影在缺血性脑血管病中的诊断价值[J].中国医学影像学杂志,2013,21(12):881-885,890.

[11] Kidoh M, Nakaura T, Nakamura S, et al. Low-dose abdominal CT: comparison of low tube voltage with moderate-level iterative reconstruction and standard tube voltage, low tube current with high-level iterative reconstruction[J]. Clin Radiol, 2013,68(10):1008-1015.

[12] 马宇，周智鹏，邱维加，等.肝内病变应用自适应迭代重建算法降低CT 辐射剂量的研究[J].临床放射学杂志,2014,33(8):1269-1272.

[13] 徐姝,侯阳,郭启.应用迭代重建技术的低剂量增强CT 评估肝脏肿瘤的可行性[J].中国医学影像技术，2011，27(8)：1633-1635.

(收稿日期：2015-11-04)

中图分类号：R735.7

文献标志码：B

文章编号：1002-266X(2016)13-0035-03

doi：10.3969/j.issn.1002-266X.2016.13.013

通信作者：任庆云(E-mail:1436277932@qq.com)

基金项目：河北省卫生与计划生育委员会指导性课题(ZD20140296)。