迭代重建技术在儿童胸部低剂量CT扫描中的应用

徐雷，熊山，程建敏，郑利，徐昕

（1.温州医科大学附属第二医院 放射科，浙江 温州 325027；2.荆州市中心医院 放射科，湖北 荆州 434020；3.荆州市中心医院 新生儿科，湖北 荆州 434020）

迭代重建技术在儿童胸部低剂量CT扫描中的应用

徐雷1，熊山2，程建敏1，郑利3，徐昕1

（1.温州医科大学附属第二医院 放射科，浙江 温州 325027；2.荆州市中心医院 放射科，湖北 荆州 434020；3.荆州市中心医院 新生儿科，湖北 荆州 434020）

目的：探讨低管电流联合iDose4迭代重建技术应用于儿童胸部低剂量CT扫描的可行性。方法：连续88例行胸部CT平扫患儿随机分为2组，分别采用常规剂量（50 mAs）和低剂量（25 mAs）扫描。常规剂量组行滤波反投影（FBP）重建，记为A组；低剂量组分别行FBP、iDose4-1、iDose4-3、iDose4-5迭代重建（IR），依此记为B、C、D、E组。测量并计算每组图像的CT值、噪声、信噪比以评价图像客观质量；由2名副主任医师职称的放射诊断医师按5级评分法对图像进行主观质量评价；记录CT扫描仪剂量报告中提供的容积CT剂量指数（CTDIVOL）和剂量长度乘积（DLP），并计算有效剂量（ED）。对图像主客观质量及辐射剂量进行统计学分析。结果：低剂量组ED较常规剂量组降低52%，25 mAs联合FBP重建组图像主客观质量较常规剂量组降低且为低剂量组中最低（P＜0.05）；25 mAs联合iDose4-1迭代重建组图像主客观质量不及常规剂量组（P＜0.05）；25 mAs联合iDose4-3迭代重建组图像主客观质量与常规剂量组间差异无统计学意义（P＞0.05）；25 mAs联合iDose4-5迭代重建组图像主客观质量优于常规剂量组（P＜0.05）。结论：儿童胸部低剂量CT扫描时，采用25 mAs联合iDose4-3迭代重建技术，可获得与常规剂量组相当的图像质量，同时使辐射剂量降低52%。

儿童；肺；体层摄影术，X线计算机；辐射剂量

CT对儿童胸部感染、外伤和先天发育异常等疾患具有重要诊断价值，随着多层螺旋CT在我国的快速普及，儿童胸部CT扫描的数量和频率快速增长，CT辐射剂量对儿童受检者所致潜在危害及患癌风险现已受到广泛关注[1]。iDose4属于第四代迭代重建技术，其能有效降低图像噪声和低剂量伪影，改善图像质量，进而降低辐射剂量[2]。本研究进行儿童胸部CT扫描时，采用低管电流（25 mAs）联合iDose4迭代重建并与常规剂量（50 mAs）滤波反投影（filtered back projection，FBP）重建进行比较，探讨iDose4迭代重建技术在儿童胸部低剂量CT扫描中的应用价值。

1 对象和方法

1.1 研究对象 温州医科大学附属第二医院2015年3月至6月连续88例行胸部CT平扫的患儿，其中男26例，女52例，年龄2～9岁，平均（5.84±2.34）岁。本研究通过温州医科大学附属第二医院伦理委员会批准，经患儿监护人同意并签署知情同意书。

1.2 仪器和方法

1.2.1 仪器：采用Philips 256层iCT扫描机，按检查号随机分为常规剂量（50 mAs）组和低剂量（25 mAs）组，2组其他扫描参数相同。扫描范围自肺尖至肺底，管电压120 kV，准直径128mm×0.625mm，螺距0.66，转速0.5 s/周，层厚3mm，重建层厚3mm。

1.2.2 图像重建：由2名资深放射科医师完成扫描过程，常规剂量组行FBP重建，记为A组；低剂量组分别行FBP、iDose4-1、iDose4-3、iDose4-5迭代重建，依此记为B、C、D、E组。其中iDose4有iDose4-1至iDose4-7 7个级别，不同级别代表不同的降噪能力。

1.2.3 图像质量客观评价：所有图像均传至工作站。由1名具有5年以上胸部CT阅片经验的放射科医师采用感兴趣区（region of interest，ROI）方法测量降主动脉的CT值和标准差（standard deviation，SD），SD即为噪声，并计算信噪比。纵隔窗横断位气管隆突水平为降主动脉测量部位，面积为10mm2。信噪比（signal noise ratio，SNR）=CT值/ SD。

1.2.4 图像质量主观评价：由2名副主任医师职称的放射科医师对4组图像进行评价，意见不一致时协商后决定。对受检者的肺窗和纵隔窗图像质量分别进行评估（肺窗1 400 HU、-450 HU，纵隔窗400 HU、 60 HU）。肺窗图像观察中心肺血管支气管、周围肺血管支气管、主气管、肺裂（其中周围肺血管支气管定义为距离脏层胸膜面2 cm以内肺实质内的血管支气管）；纵隔窗图像观察主动脉、胸壁骨和肌肉边缘的锐利程度及纵隔内结构（包括血管、气管、食管等）。上述结构分5个等级：5分为边缘清晰，无伪影；4分为边缘略模糊，无伪影；3分为边缘略模糊，有少量伪影；2分为边缘模糊，中等量伪影；1分为大量伪影，正常结构中断；0分为不能显示正常结构[3]。

1.3 辐射剂量评估 记录CT扫描仪剂量报告中的

CT剂量容积指数（CT dose index volume，CTDIVOL）、 扫描长度（length，L）和剂量长度乘积（dose length product，DLP），并计算出有效剂量（effective dose，ED）。ED=DLP×K，K值为小儿胸部CT的转换系数；根据儿童年龄：1～2岁、3～6岁、7～14岁，K值分别取0.026、0.018、0.013 mSv·mGy-1·cm-1[4]。

1.4 统计学处理方法 采用SPSS17.0统计软件进行分析。性别用x2检验，年龄和体质量用两独立样本t检验，客观质量低剂量组内比较用完全随机设计资料的方差分析，客观质量低剂量组与对照组间多重比较用Dunnett-t检验，主观质量比较采用Mann-Whitney检验，辐射剂量用两独立样本t检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 各组受检者一般资料比较 常规组男16例，女28例；低剂量组男20例，女24例。2组受试者性别构成的差异无统计学意义（P＞0.05）。2组受检者年龄、体质量差异无统计学意义（P＞0.05），见表1。

表1 各组受检者一般资料比较（n=44，±s）

2.2 各组图像客观质量比较 各组降主动脉CT值差异无统计学意义（P＞0.05）；各组降主动脉SD差异有统计学意义（P＜0.05）；B组、C组、D组、E组SD依次降低，差异有统计学意义（P＜0.05）；B组、C组SD较A组增高，差异有统计学意义（P＜0.05）；D组SD与A组比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；E组SD较A组降低，差异有统计学意义（P＜0.05）。各组间SNR差异有统计学意义（P＜0.05）；B组、C组、D组、E组SNR依次增高，差异有统计学意义（P＜0.05）；B组、C组SNR较A组降低，差异有统计学意义 （P＜0.05）；D组SNR与A组比较，差异无统计学意义 （P＞0.05）；E组SNR较A组增高，差异有统计学意义 （P＜0.05）。见表2。

表2 各组图像客观质量比较（n=44，±s）

表2 各组图像客观质量比较（n=44，±s）

组别降主动脉CT值（HU）降主动脉SD（HU）SNR A组45.50±6.7814.17±4.063.43±0.94 B组44.90±6.0118.31±3.402.54±0.62 C组46.57±6.3816.42±3.112.93±0.68 D组46.96±6.4212.91±2.563.79±1.01 E组46.97±6.0810.65±2.154.58±1.10 F 0.9540.1034.47 P 0.44 0.00 0.00

2.3 各组图像主观质量比较 B组、C组、D组、E组主观图像质量依次增高，差异有统计学意义（P＜0.05）；B组、C组主观图像质量较A组降低，差异有统计学意义（P＜0.05）；D组主观图像质量与A组比较差异无统计学意义（P＞0.05）；E组主观图像质量较A组增高，差异有统计学意义（P＜0.05）。见表3和图1。

表3 各组主观图像质量比较（n=44，例）

2.4 2组辐射剂量比较 2组L差异无统计学意义 （P＞0.05）；低剂量组CTDIVOL、DLP、ED均较常规组降低52%，差异有统计学意义（P＜0.05）。见表4。

图1 不同剂量和迭代重建的肺窗及纵隔窗横断面图

表4 2组辐射剂量比较（n=44，±s）

表4 2组辐射剂量比较（n=44，±s）

?

3 讨论

辐射剂量与管电流成线性关系，故降低管电流可有效降低辐射剂量[5]。但通过降低管电流降低辐射剂量的同时会使图像SD增高，图像SNR降低，图像质量变差。传统的FBP重建算法快捷且可靠，但不能分辨采集数据的基本成分，忽略了采集过程中量子噪声和电子噪声对投影数据的污染，当辐射剂量较小时，会导致图像SD增大，图像SNR和对比信噪比较低，图像质量较差。iDose4重建算法是Philips公司推出一种基于双空间多模型全新第四代迭代重建技术，其能有效提升图像空间分辨力及密度分辨力，去除噪声并抑制低剂量伪影，并通过频率噪声谱保持结构信息，维持CT图像的真实性，从而间接降低辐射剂量[6]。当我们将低管电流与iDose4迭代重建技术联合应用时，一方面，低管电流技术能降低辐射剂量；另一方面，iDose4迭代重建技术能抵消低管电流技术所致图像SD的增高，并抑制低剂量伪影，提高图像质量。因此，低管电流与iDose4迭代重建技术联合应用是降低辐射剂量的一种有效方法。

Yoon等[7]在1个月～17岁的正常体质量及超重病例行胸部CT增强检查时，80 kVp管电压联合自适应统计迭代重建，同时采用自动管电流调节技术，将辐射剂量降低约正常对照组的57%，图像质量仍然满足诊断需要。刘琴等[8]采用小猪模拟0～3岁小儿，应用80 kVp管电压，sureExposure 3D技术联合AIDR 3D迭代重建，噪声指数取为17.5，行640层CT胸部容积扫描，获得与常规剂量组相当的图像质量，同时使辐射剂量降低59%。本研究采用类似的研究思路，在行儿童胸部低剂量CT扫描时，利用本院Philips 256层iCT扫描机及其后处理平台，采用低管电流（25 mAs）分别联合FBP、iDose4-1、iDose4-3、 iDose4-5重建所得图像，与常规剂量（50 mAs）FBP重建所得图像的主客观质量进行比较，结果显示：采用低管电流（25 mAs）联合iDose4-3或iDose4-5重建，即可获得与常规剂量组主客观质量相当或更优的图像，同时有效剂量降低50%左右。本研究的不足在于没有根据受检者的不同年龄或体质量进行细致分组研究，这需要在将来的研究中进一步完善。

综上所述，在行儿童胸部低剂量CT扫描时，采用25 mAs联合iDose4-3或iDose4-5迭代重建技术，即可获得与常规剂量组相当或更优的图像质量，同时使辐射剂量降低50%左右。在此基础上，如何利用迭代重建技术进一步降低儿童胸部CT扫描的辐射剂量是今后研究的重点。

[1] PEARCE M S, SALOTTI J A, LITTLE M P, et al. Radiation exposure from CT scans in childhood and subsequent risk of leukaemia and brain tumours： a retrospective cohort study [J]. Lancet, 2012, 380 (9840)： 499-505.

[2] KORDOLAIMI S D, ARGENTOS S, STATHIS G, et al. Radiation dose and image noise evaluation in coronary computed tomography angiography (CCTA) using an iterative reconstruction algorithm[J]. Hellenic J Cardiol, 2014, 55(3)：184-190.

[3] LEIPSIC J, NGUYEN G, BROWN J, et a1. A prospective evaluation of dose reduction and image quality in chest CT using adaptive statistical iterative reconstruction[J]. AM J Roentgenol, 2010, 195(5)： 1095-1099.

[4] THOMAS K E, WANG B. Age-specific effective doses for pediatric MSCT examinations at a large children’s hospital using DLP conversion coefficients： a simple estimation method[J]. Pediatr Radiol, 2008, 38(6)： 645-656.

[5] PAOLICCHI F, FAGGIONI L, BASTIANI L, et al. Optimizing the balance between radiation dose and image quality in pediatric head CT： findings before and after intensive radiologic staff training[J]. Am J Roentgenol, 2014, 202(6)：1309-1315.

[6] WILLEMINK M J, DE JONG P A, LEINER T, et al. Iterative reconstruction techniques for computed tomography Part 1： technical principles[J]. Eur Radiol, 2013, 23(6)：1623-1631.

[7] YOON H, KIM M J, YOON C S, et al. Radiation dose and image quality in pediatric chest CT： effects of iterative reconstruction in normal weight and overweight children[J]. Pediatr Radiol, 2015, 45(3)： 337-344.

[8] 刘琴, 侯阳, 赵鹏飞, 等. 迭代重建技术在小猪胸部容积CT扫描中的应用及最佳剂量研究[J]. 中华放射学杂志, 2014, 48(4): 328-332.

（本文编辑：吴彬）

Applied research of iterative reconstruction technique in the low-dose chest CT scans of children

XU Lei1, XIONG Shan2, CHENG Jianmin1, ZHENG Li3, XU Xin1. 1.Department of Radiology, the Sceond Affiliated Hospital of Wenzhou Medical University, Wenzhou, 325027； 2.Department of Radiology, Jingzhou Central Hospital, Jingzhou, 434020； 3.Department of Neonatology, Jingzhou Central Hospital, Jingzhou, 434020

Objective: To explore the feasibility of low tube current combined with iDose4iterative reconstruction technique in the low-dose chest CT scans of children. Methods: Eight-eight children continuously underwent routine chest CT scan were divided into two groups using conventional dose (50 mAs) and low dose (25 mAs) scan, respectively. Routine dose group underwent filtered back projection (FBP) reconstruction, record as group A, low dose group was performed FBP, iDose4-1, iDose4-3, iDose4-5 iteration reconstruction (IR), and so referred to as group B, C, D, E. Measured and calculated CT value, noise, signal to noise ratio of each group images in order to evaluate the quality of the images objectively； quality of images was assessed according to five levels rating method by two diagnostic radiology physicians of deputy chief physician title； recorded volume CT dose index (CTDIVOL) and dose length product (DLP) provided by CT scanner dose reports, and calculated the effective dose (ED). Subjective and objective images quality and radiation dose were statistically analyzed. Results: Compared with routine dose group, effective dose (ED) of low dose group decreased by 52%. Subjective and objective quality of images of group B, the worst quality of low dose groups, was less than that of routine dose group (P＜0.05), subjective and objective quality of images of group C was less than that of routine dose group (P＜0.05), no significant statistical difference was existed between group D and group A in subjective and objective quality of images (P＞0.05), subjective and objective quality of images of group E was better than that of group A (P＜0.05). Conclusion: When low-dose chest CT scans of children are taking, 25 mAs tube current combined with iDose4-3 iterative reconstruction technique can obtain the same quality of images as routine dose group, while the radiation dose is reduced by 52%.

child； lung； tomography, X-ray computed； radiation dose

R814.42

A

10.3969/j.issn.2095-9400.2016.10.003

2015-11-04

卫生部国家临床重点专科开放课题（20130204）。

徐雷（1982-），男，浙江温州人，主管技师。

程建敏，主任医师，Email：chengjm@wzhealth.com。