基于体质量指数的个性化噪声指数设定在腹部CT成像中的应用研究

浦仁旺，刘义军，卢绪论，刘　磊，王诗瑜，刘爱连，葛　莹

（大连医科大学附属第一医院放射科，辽宁 大连　116011）

基于体质量指数的个性化噪声指数设定在腹部CT成像中的应用研究

浦仁旺，刘义军，卢绪论，刘磊，王诗瑜，刘爱连，葛莹

（大连医科大学附属第一医院放射科，辽宁 大连116011）

目的：探讨基于体质量指数（BMI，kg/m2）的个性化噪声指数（Noise index，NI）设定在腹部CT成像中的应用价值。方法：采用固定NI（10 HU）的211例行腹部CT平扫患者作为A组，不同NI（10～14HU，间隔2HU）109例患者作为B组，A、B两组按BMI（BMI≤23、＞23～26、＞26）各分成3个亚组：A1（47例）、A2（93例）和A3（71例）；B1（42例）、B2（35例）和B3（32例）。所有病例均在GE Discovery HD CT上完成，A组扫描参数为120 kVp，3D自动mA和NI=10HU，扫描时间0.8 s，层厚5mm，重建间隔5mm，螺距1.375∶1，图像处理40%ASIR，重建方式Stnd。B组采用个体化扫描方案：B1组NI=10 HU、B2组NI=12 HU、B3组NI=14HU，余扫描参数同A组。测量肝脏标准差（SD），记录容积剂量指数（CTDIvol）；A、B两组的组内及组间的SD、CTDIvol比较采用独立样本t检验；对图像质量进行5分制主观评价，评价结果的一致性检验采用Kappa分析。结果：SD值：A1、A2、A3分别为（11.01±0.88）HU、（9.44±1.24）HU和（8.30±1.40）HU；B1、B2、B3分别是（10.90±0.82）HU、（10.79±0.52）HU和（10.96±0.68）HU；A1＞A2＞A3有统计学差异（P＜0.05）；B组内SD值无统计学差异（P＞0.05）；A1与B1无统计学差异（P＞0.05），A2＜B2、A3＜B3差异有统计学意义（P＜0.05）。CTDIvol：A1、A2、A3分别为（7.82±1.48）mGy、（15.00±4.21）mGy和（23.42±5.31）mGy；B1、B2、B3分别为（7.33±1.49）mGy、（8.45±2.35）mGy和（9.54±2.84）mGy；A1与B1无统计学差异，B2比A2降低43.67%，B3比A3降低59.26%；图像评分：A1、A2、A3分别为4.57±0.62、4.58±0.61、4.59±0.62；B1、B2、B3分别为4.57±0.50、4.80±0.65、4.56± 0.67。A、B组内及组间图像质量对比无统计学差异（P＞0.05）；2名医师对图像质量评分的Kappa一致性检验结果分别为0.835、0.711、0.734、0.742、0.809、0.761。结论：使用自动管电流调制技术（ATCM）行腹部CT扫描，根据病人的BMI调整NI值的设置，较大BMI病人的辐射剂量有较大幅度降低，不影响图像诊断质量。

腹部；噪声；辐射剂量；体层摄影术，螺旋计算机

腹部CT检查的临床应用广泛，如，消化系统疾病、泌尿系统疾病、腹部血管疾病、肿瘤筛查和复查等。由于腹部CT扫描范围大，增强扫描期相多等特点，辐射剂量问题始终被业界重点关注。ATCM技术利用定位像的数据，在设定图像噪声指数（NI）情况下，根据受检部位的厚度和组织器官密度进行管电流的3D（人体X、Y、Z轴）自动调整的技术。ATCM技术是最常用的降低辐射剂量的方法之一[1]。但是ATCM技术中受检者的辐射剂量除与该技术自身参数设置有关外，还和受检者体质量指量（BMI）有较大关系[2]。对于不同BMI的受检者，在相同设置（NI）时，ATCM调制的图像质量（SD）并不一致，体质量较轻的受检者，图像噪声较大，辐射剂量较低；对于体质量大的受检者，图像噪声较低，但辐射剂量很高。因此，该实验旨在研究ATCM技术腹部扫描中BMI与NI选择的相关性，根据受检者的BMI设置ATCM扫描参数，实现腹部个体化的ATCM扫描，保证图像质量的一致性，同时降低受检者的辐射剂量。

1　材料与方法

1.1临床资料

收集2012年3—10月211例采用ATCM技术、固定NI（10HU）的腹部CT平扫患者作为A组，其中男128例，女83例，年龄26～87岁，中位年龄59岁。2012年 11月—2013年 3月 109例采用ATCM技术、不同NI（10～14 HU，间隔为2HU）腹部CT平扫患者作为B组，其中男67例，女42例，年龄26～85岁，中位年龄54岁。排除标准：伴脂肪肝、肝硬化、腹腔巨大肿物、胸腹腔积液者或未满18岁者。A、B两组按BMI（BMI≤23 kg/m2、＞23～26 kg/m2、＞26 kg/m2）各分成3个亚组：A1（47例）、A2（93例）和A3（71例）；B1（42例）、B2（35例）和B3（32例）。本研究经本院伦理委员会的论证和审批，所有受检者均告知参与实验情况并签署知情同意书。

1.2检查方法

所有病例均在GE Discovery HD CT上完成扫描，采用3D ATCM技术，扫描正位和侧位定位像，扫描范围从膈顶到耻骨联合下缘。A组扫描参数为120 kVp、NI 10 HU、扫描时间0.8 s、层厚5mm、重建间隔5mm、螺距1.375∶1、图像处理40%ASIR、重建方式Stnd。B组采用个体化扫描方案：B1组NI 10HU、B2组NI 12HU、B3组NI 14HU，余扫描参数同A组。

1.3图像客观测量

将所有图像上传到AW 4.5工作站，选取每组图像肝门附近上下3个层面，测量肝实质SD，取其均值作为图像的噪声值，记录容积剂量指数（CTDIvol）。

1.4主观评价

由2名具有5年以上工作经验的影像诊断医生对各组图像质量采用双盲法进行主观评价，图像质量评分标准采用Kalra 5分法：5分，图像无伪影，解剖结构清晰；4分，图像无伪影，解剖结构较清晰；3分，图像少许伪影，解剖结构可见度一般，不影响诊断；2分，图像伪影较多，解剖结构可见度差，影响诊断；1分，图像伪影严重，解剖结构可见度极差，无法诊断。如果一致性较好，采用两位医生评分的均值进行分析。

1.5统计学分析

应用SPSS 17.0进行统计学分析，采用独立样本t检验对比SD和辐射剂量，采用秩和检验对比图像质量评分，P＜0.05为差异有统计学意义。Kappa检验观察不同观察者间评定结果的一致性，Kappa值定义为：≤0.20，几乎不一致；＞0.20～0.40，轻微一致；＞0.40～0.60，中等一致；＞0.60～0.80，很好的一致；＞0.80～1.00，近乎完美的一致。

2　结果

2.1SD值分析

A组中NI设置为10 HU，A1、A2、A3组图像的SD值分别为 （11.01±0.88）HU、（9.44±1.24）HU和（8.30±1.40）HU，A1＞A2＞A3，有统计学差异 （P＜0.05），随着BMI的增加，图像的噪声明显降低；B组中，B1、B2、B3的 SD分别是（10.90±0.82）HU、（10.79±0.52）HU和 （10.96±0.68）HU，B组内SD值无统计学差异 （P＞0.05），与按照BMI设定的NI值相比，实际扫描图像的噪声基本一致；A1与B1无统计学差异（P＞0.05），A2＜B2、A3＜B3差异有统计学意义（P＜0.05），见表1。

表1　A、B两组图像噪声对比表（±s）

表1　A、B两组图像噪声对比表（±s）

B M I （k g / m2）　A组　B组　S D值（H U ）A组　B组　t值　P值≤2 3组　4 7 　4 2 　1 1 .0 1 ± 0 .8 8 　1 0 .9 0 ± 0 .8 2 　0 .7 0 　0 .4 9 ＞2 3 ～2 6组　9 3 　3 5 　9 .4 4 ± 1 .2 4 　1 0 .7 9 ± 0 .5 2　－5 .3 6 　0 .0 0 ＞2 6组　7 1 　3 2 　8 .3 0 ± 1 .4 0 　1 0 .9 6 ± 0 .6 8　－8 .3 1 　0 .0 0

2.2图像质量评分

2名医师图像质量评分标准采用Kalra 5分法，其中 A1、A2、A3分别为 4.57±0.62、4.58±0.61和4.59±0.62；B1、B2、B3分别为 4.57±0.50、4.57±0.65 和4.56±0.67，A、B组内及组间图像质量对比无统计学差异（P＞0.05），见表2，各亚组图像见图1。2名医师评分的一致性检验采用 Kappa，结果分别为0.835、0.711、0.734、0.742、0.809、0.761，见表3。

表2　A、B两组图像质量评分对比表（±s）

表2　A、B两组图像质量评分对比表（±s）

B M I （k g / m2）　A组　B组　图像质量评分值A组　B组　t值　P值≤2 3组　4 7 　4 2 　4 .4 7 ± 0 .6 2 　4 .6 0 ± 0 .5 0 　0 .7 0 1 　0 .4 8 7 ＞2 3 ～2 6组　9 3 　3 5 　4 .9 0 ± 0 .3 3 　4 .8 0 ± 0 .4 0　－5 .3 6 3 　0 .0 0 0 ＞2 6组　7 1 　3 2 　4 .9 2 ± 0 .2 6 　4 .7 2 ± 0 .5 2　－8 .3 1 4 　0 .0 0 0

表3　图像质量评分的分值分布情况

图1各亚组图像，窗位40HU，窗宽400HU。图1a：A1亚组，BMI：18.7 kg/m2，NI：10，SD=11.85HU；图1b：A2亚组，BMI：24.6 kg/m2，NI：10，SD=9.78HU；图1c：A3亚组，BMI：27.9 kg/m2，NI：10，SD=8.45HU；图1d：B1亚组，BMI：19.8 kg/m2，NI：10，SD=10.42HU；图1e：B2亚组，BMI：24.7 kg/m2，NI：12，SD=10.27HU；图1f：B3亚组，BMI：28.2 kg/m2，NI：14，SD=10.84HU。

Figure 1.Images of each group,WL=40 HU,WW=400 HU.Figure 1a:Group－A1,BMI:18.7 kg/m2,NI:10,SD=11.85 HU;Figure 1b: Group－A2,BMI:24.6 kg/m2,NI:10,SD=9.78 HU;Figure 1c:Group－A3,BMI:27.9 kg/m2,NI:10,SD=8.45 HU;Figure 1d:Group－B1,BMI: 19.8 kg/m2,NI:10,SD=10.42 HU;Figure 1e:Group－B2,BMI:24.7 kg/m2,NI:12,SD=10.27 HU;Figure 1f:Group－B3,BMI:28.2 kg/m2,NI: 14,SD=10.84HU.

2.3辐射剂量对比分析

A1、A2、A3分别为 （7.82±1.48）mGy、（15.00± 4.21）mGy和 （23.42±5.31）mGy；B1、B2、B3分别为（7.33±1.49）mGy、（8.45±2.35）mGy和（9.54±2.84）mGy；A1与B1差异不具有统计学意义 （P＞0.05），B2比A2、B3比A3的CTDIvol均有显著降低，降低幅度分别为43.67%和59.26%，见表4。

表4　A、B两组辐射剂量对比表

3　讨论

3.1腹部CT扫描NI对3D ATCM的影响

目前在降低CT辐射剂量方法中，应用最多的就是3D ATCM技术[2]，它是一种前瞻性的三维mA调节技术，它是根据预先设置好的噪声指数、最小mA值、最大mA值以及定位像，获得病人的体型和组织结构密度在X、Y、Z轴上的变化，自动调置相应的mA值技术。与固定mA相比，ATCM在保证各层面影像质量一致的前提下降低受检者的辐射剂量[3]。利用3D ATCM技术进行腹部CT扫描时，为了达到图像质量与辐射剂量的平衡，NI的设置是关键，NI值过高会影响影像质量，过低可能达不到降低受检者辐射剂量的目的。NI可以看做是目标图像的SD值，王倩等[4]研究图像的SD值比NI值偏高。因此，本研究的A、B两组的图像处理均采用40%的ASIR重建，能够显著降低腹部CT图像的噪声[5]，与FBP相比，可降低噪声40%[6]。

3.2BMI对3D ATCM的影响

受检者的BMI会影响3D ATCM的辐射剂量，BMI大的受检者会接受更高的辐射剂量，应根据受检者的体质调整NI[7]。本研究A组NI固定为10HU时，A1、A2、A3的SD值为 （11.01±0.88）HU、（9.44± 1.24）HU和（8.30±1.40）HU，随着BMI的增加，图像中实测SD值有明显下降，说明ATCM技术在不同BMI时的管电流调制能力存在非一致性，较大BMI的受检者接受了超高的辐射剂量，获得比预期还低的图像噪声。Kalra等[8]的研究提出腹部扫描的噪声指数可选择12.5HU，加之综合A组的实验结果，显然A组中正常BMI和较大BMI受检者的SD不必要的过低了，这会导致多余的辐射剂量，所以B 组3个亚组NI的设置是随着受检者BMI的增加而增加来设置的（分别为10 HU、12 HU、14 HU），获得图像的SD值基本一致，并且A、B两组的图像质量主观评分没有统计学差异，与Kalra等[3]的研究ATCM技术腹部图像质量相一致，符合不同体质量的人群，对于NI设置的要求不一样的研究[8]。B组的NI变化关系可作为不同人群间个体化调制参数。A、B两组图像主观评分没有统计学差异，可能是因为大体型患者的内脏脂肪堆积形成良好的天然对比，在一定程度上，提高了主观图像质量可接受度，降低了对噪声水平的要求[9]。

3.3个体化ATCM技术降低腹部CT辐射剂量应用价值

不同医院对影像质量的要求标准的不同也会导致NI设置的不同，ATCM技术辐射剂量除与NI有关，还与最小毫安数值、最大毫安数值设置有关，受很多成像参数的影响，在不同体型人群中降低剂量的效能不同，对于过小、过大体型患者的ATCM技术效果不佳，本研究根据BMI和NI设置分为6个亚组，A1、B1组的NI均为10HU，辐射剂量、图像质量评分、图像SD值均无统计学差异；B2与A2、B3 与A3相比，图像质量评分、图像SD值均无显著统计学差异，但是CTDIvol有显著降低，降低幅度分别为43.67%和59.26%。因此采用个体化ATCM技术扫描，使得不同BMI的受检者图像质量 （噪声）均衡，同时总体辐射剂量显著降低。

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Clinical study of personalized noise index setting based on body mass index in abdom inal CT imaging

PU Ren-wang,LIU Yi-jun,LU Xu-lun,LIU Lei,WANG Shi-yu,LIU Ai-lian,GE Ying
(Department of Radiology,the First Affiliated Hospital of Dalian Medical University,Dalian Liaoning 116011,China)

Objective:To explore the value of personalized noise index(NI)setting based on body mass index(BMI)in abdominal CT imaging.Methods:Group A contained 211 patients who underwent abdominal ATCM－CT at a fixed NI(10 HU), while group B contained 109 patients who underwent abdominal ATCM－CT at different NIs(10～14HU,interval:2HU).Either group A or B was further divided into three subgroups based on BMI(BMI≤23,＞23～26,＞26):A1(n=47),A2(n=93)and A3(n= 71);B1(n=42),B2(n=35)and B3(n=32).The examinations of all the cases were completed on GE Discovery HD CT.The following scan parameters were used in group A:120 kVp,3D Auto mA,NI=10 HU,scan time=0.8 s,slice thickness=5mm,reconstruction interval=5mm,pitch=1.375∶1,image processing mode:40%ASIR,and reconstruction mode:Stnd.The individualized scan plan was used in group B:B1:NI=10 HU,B2:NI=12 HU,B3:NI=14HU;the remaining parameters were the same as group A.Three levels adjacent to hepatic hilum were selected for each group of images.The SD of liver with a uniform density was measured and the results were averaged as the final image SD,and the volume－dose index(CTDIvol)was recorded.The inter－group and intra－group comparisons of SD and CTDIvol of groups A and B were performed with t test.The image quality was subjectively evaluated by two senior radiologists(working experience more than 5 years)with a 5－point scale, and the inter－observer consistency was analyzed by Kappa test.Results:The SD of subgroups A1,A2 and A3 was(11.01± 0.88)HU,(9.44±1.24)HU and(8.30±1.40)HU,respectively,and that of subgroups B1,B2 and B3 was(10.90±0.82)HU, (10.79±0.52)HU and(10.96±0.68)HU,respectively.The results showed a significant difference within group A(A1＞A2＞A3)(P＜0.05),but not within group B(P＞0.05).There was no significant difference between subgroups A1 and B1(P＞0.05),but A2＜B2 and A3＜B3 with significant differences(P＜0.05).The CTDIvol of subgroups A1,A2 and A3 was(7.82±1.48)mGy,(15.00±4.21)mGy and(23.42±5.31)mGy,respectively,and that of subgroups B1,B2 and B3 was(7.33±1.49)mGy,(8.45±2.35)mGy and(9.54± 2.84)mGy,respectively.The results showed no significant difference between subgroups A1 and B1,but B2＜A2(a decrease by43.67%)and B3＜A3(a decrease by 59.26%)significantly.The image score of subgroups A1,A2 and A3 was 4.57±0.62,4.58± 0.61 and 4.59±0.62,respectively,and that of subgroups B1,B2 and B3 was 4.57±0.50,4.80±0.65 and 4.56±0.67,respectively.The inter－group and intra－group comparisons of group A and B showed no significant difference in image quality(P＞0.05).The results of Kappa test for the consistency of image quality score between two senior radiologists were 0.835,0.711,0.734, 0.742,0.809 and 0.761.Conclusion:Using abdominal ATCM－CT based on BMI－dependent NI adjustment,there is a great reduction of radiation dose for patients with a bigger BMI,without influencing the diagnostic quality of images.

Abdomen;Noise;Radiation dosage;Tomography,spiral computed

R656；R814.42

A

1008－1062（2016）07－0487－04

2015－09－24；

2015－12－28

浦仁旺（1980－），男，黑龙江大庆人，副主任技师。E－mail：purenwang777＠163.com

刘义军，大连医科大学附属第一医院放射科，116011。E－mail：yijunliu1965＠126.com

大连市科技计划项目（2013E15SF165）。