宝石能谱单能量成像及自适应统计迭代重建技术在腹部低剂量CT扫描中的可行性研究

朱正， 赵心明， 周纯武

·腹部影像学·

宝石能谱单能量成像及自适应统计迭代重建技术在腹部低剂量CT扫描中的可行性研究

朱正， 赵心明， 周纯武

目的：探讨在腹部低剂量CT扫描中使用宝石能谱单能量成像(GSI)结合自适应统计迭代重建技术的成像质量。方法：90例患者使用GE Discovery CT750 HD 64排CT机行腹部CT平扫及双期增强扫描。实验组A(30例)采用GSI 技术(60 keV+ASIR 50%)+对比剂碘剂量450 mg I/kg；实验组B(30例)采用常规扫描(120 kVp)+对比剂碘剂量300 mg I/kg；对照组(30例)行常规扫描(120 kVp)+对比剂碘剂量450 mg I/kg。每组均测量腹部大血管(动脉期/静脉期)、脏器和肌肉(三期)共26个ROI的CT值并计算相应的SNR，使用5分法(Likert分级)对各部位的图像质量进行主观评价。结果：三组患者的年龄、身高、体重及身体质量指数(BMI)间的差异均无统计学意义(P>0.05)。A组中26个ROI的CT值均高于对照组，除平扫和动脉期肝脏CT值和平扫肌肉CT值外，其它23个ROI的CT值在两组间的差异均有统计学意义(P<0.05)。B组各ROI的CT值均低于对照组，但差异无统计学意义(P>0.05)。A组中(除SMA外)各ROI的SNR均高于对照组，仅门脉左支、动脉期肝和脾、平扫和静脉期胰腺的SNR在两组间的差异无统计学意义(P>0.05)。B组的SNR均低于对照组，但差异无统计学意义(P>0.05)。主观评价方面，三组间图像质量评分的差异无统计学意义(P>0.05)。A组与对照组间辐射剂量的差异有统计学意义(P<0.001)；B组对比剂剂量与对照组间的差异有统计学意义(P<0.001)。结论：在能谱CT 成像结合ASIR技术的帮助下，使用低管电压能得到较好的腹部CT图像质量。

体层摄影术，X线计算机； 宝石能谱成像； 自适应统计迭代重建； 低辐射量； 腹部； 图像质量

表1 三组患者的基本临床资料

目前多排CT增强扫描已成为腹部检查的常规检查手段，如何在尽可能低的辐射剂量条件下获得可供临床诊断的图像质量一直是相关领域研究的重点和热点。CT宝石能谱单能量成像(gemstone spectral imaging，GSI)及自适应统计迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction，ASIR)技术具有重要的临床意义，因其可以处理电子噪声和其它物理因素所导致的图像伪影，在低对比剂剂量及低电压的条件下就可能获得满足诊断要求的CT图像，降低患者因辐射或对比剂带来的潜在风险[1]。因此本研究对GSI及低剂量对比剂在腹部三期CT成像中的效果进行前瞻性研究。

材料与方法

1．临床资料

将2015年10月-2016年12月拟行腹盆部CT增强扫描的患者纳入观察，将有严重心肝肾功能不全、对比剂禁忌证、年龄小于18岁或大于80岁的患者及孕妇等剔除。最终有90例患者纳入研究，其中男48例，女42例，年龄24～77岁，平均55岁。将患者随机分为3组(实验组A、B和对照组C)，分别采用3种扫描方案。三组患者的基本临床资料见表1，三组间患者一般情况的差异无统计学意义(P>0.05)。

2.检查方法

使用GE Discovery CT750 HD多排螺旋CT机。患者检查前空腹4～6 h，将60%泛影葡胺20 mL加入1000 mL水中让患者在检查前1 h口服使膀胱充盈。所有患者行CT平扫(plain，P)及动脉期(arterial-phase，AP)和门静脉期( portal-phase，PP)增强扫描，扫描范围自肝顶水平至坐骨结节水平。将患者随机分为3组，分别采用3种扫描方案(表2)。

表2 三组的扫描方案

三组的其它扫描条件相同：层厚5 mm、层距5 mm，视野50 cm×50 cm，矩阵512 ×512，螺距0.984，重建层厚1.25 mm、层间距0.8 mm。扫描前在肘前静脉置入20G的静脉套管针。使用非离子型碘对比剂碘普罗胺(300 mg I/mL)，3组中对比剂推注时间均为30 s，动脉期及门脉期扫描延迟时间分别30和65 s。

3．分析内容

所有CT图像传入PACS工作站，由2位放射科医师(分别有26年及12年腹部影像诊断经验)采用独立、随机、无序、盲法的方式对所有图像进行阅片分析，在阅片前均接受关于评分标准的统一规范化培训。图像质量主观评分(两者讨论后达成一致)依据Likert量表5分法进行评价[1]：1分(很差)，噪声很明显；2分(较差)，噪声、伪影明显；3分(中等)，噪声可接受，器官组织边界欠清；4分(良好)，图像尚清晰，小的解剖结构显示边界尚清晰；5分(优异)，图像清晰，噪声不明显，小的解剖结构清晰。评分≥3分为符合临床诊断要求，评分≤2分为不符合诊断要求。CT值测量是在观察血管及脏器放置ROI，包括在动脉期图像上测量腹主动脉腹腔干分叉上方和下方、腹腔动脉干、肠系膜上动脉、脾动脉、左肾动脉、右肾动脉、左髂总动脉和右髂总动脉，静脉期图像上测量门脉左支、门脉右支、门静脉、脾静脉和肠系膜上静脉，分别在三期图像上测量肝脏、胰腺、脾脏和竖脊肌，共26个感兴趣部位。测量血管的CT值时，ROI放置在血管近端，大小约为管径的2/3(20～150 mm2)，避开钙化、斑块及狭窄等；测量脏器及肌肉时，则选取密度均匀的区域放置ROI。每个兴趣部位测量三次取其平均值。同时测量同层脂肪的CT值，以其标准差(standard deviation，SD)作为背景噪声值。利用公式(1)计算各兴趣部位的信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)：

(1)

记录扫描时剂量报告中的CT容积剂量指数(volume CT dose index，CTDIvol)，并计算剂量长度乘积(dose length product，DLP)[2]。

4.统计学分析

采用SPSS 13.0统计软件进行统计分析。采用Kappa检验对2位放射科医师对三组图像质量评分的一致性进行分析。Kappa值<0.4为一致性差，0.4≤Kappa<0.75为一致性良好，Kappa≥0.75为一致性非常好。对三组患者一般情况和辐射剂量的比较使用单因素方差分析。对实验组与对照组的CT值、SNR和对比剂剂量的比较采用独立样本t检验。P<0.05为差异有统计学意义。

结 果

三组中各部位的CT值、SNR及统计学分析结果见表3～4。A组中各部位的的CT值均高于对照组，除平扫和动脉期肝脏CT值和平扫肌肉CT值外，其它23个ROI的CT值在两组间的差异均有统计学意义(P<0.05)。B组各ROI的CT值均低于对照组，但差异无统计学意义(P>0.05)。

表3 三组中各ROI的CT值及统计分析结果

注：t1值P1值为A组与C组的比较结果；t2和P2值为B组与C组的比较结果。AA1=腹主动脉腹腔干分支上方；AA2=腹主动脉腹腔干分叉下方；CA=腹腔动脉干；SMA=肠系膜上动脉；SA=脾动脉；LRA=左肾动脉；RRA=右肾动脉；LCIA=左髂总动脉；RCIA=右髂总动脉；LPV=门脉左支；RPV=门脉右支；PV=门静脉主干；SV=脾静脉；MV=肠系膜上静脉。

A组中除肠系膜上动脉外，其余各ROI的SNR均高于对照组，仅门脉左支、动脉期肝和脾、平扫和静脉期胰腺的SNR在两组间的差异无统计学意义(P>0.05)。B组的SNR均稍低于对照组，但差异无统计学意义(P>0.05)。

90例患者的图像质量评分都为4～5分，A组中4分14例，5分16例； B组中4分13例，5分17例；对照组中4分10例，5分20例。三组间图像质量的差异无统计学意义(P>0.05)。两位医师对所有图像的主观评分间的一致性非常好(Kappa=0.816)。

三组的DLP测量结果见表5。实验组A中各期扫描的 DLP均显著低于对照组，差异有统计学意义(P<0.001)。实验组B与对照组C的对比剂剂量的差异有统计学意义(P<0.001)。

讨 论

腹部是CT增强扫描目前应用最为广泛的部位，较高的管电压、较大的对比剂剂量不仅会增加患者的辐射剂量、同时也增加了对比剂过敏反应的发生率[3]。因此，在严格遵循ALARA原则(as low as reasonably achievable)的前提下[4]，本研究对低管电压、低对比剂剂量方案在腹部血管、脏器扫描中的可行性进行了探讨，结果显示低剂量方案图像上血管强化程度及信噪比优于或不差于对照组，且主观图像质量评分亦无明显差异，因此低剂量方案可替代常规剂量方案应用于临床。

ASIR是指通过自适应技术精确描述和构建探测到的信号的光子统计学，是对原始数据层面的反复迭代运算，可进一步降低噪声，提高图像分辨率[5]。目前ASIR技术较多应用于高BMI人群[6]、儿童[7-8]、肝硬化患者[9]和肾功能不全患者[10]的低剂量CT扫描，多用于观察血管(如冠脉、腹部动脉、门静脉等)的CTA或CPV成像质量[11-14]，而本研究中对腹部大血管及脏器在不同时相(肝动脉期和门脉期)低剂量CT增强扫描中的成像质量进行了分析。既往研究表明ASIR在40%～60%时的成像效果最佳，因此本研究在低管电压组(实验组A)中使用50%ASIR。在扫描范围一致的情况下，血管及脏器的图像质量主要与对比剂的碘含量和注射剂量等因素相关，目前对比剂的使用大多根据患者的身体质量指数进行调整[7-9]，且要与扫描时间相匹配。同时在ROI的选择上，本研究将ROI的大小设置为血管管径的2/3(ROI=20～150 mm2)，同时避开钙化、斑块及狭窄等；在测量肌肉及脂肪时，ROI放置则选取密度均匀的区域，测量结果取三次测量的平均值，这样所得的数据最有代表性。

表4 三组中各ROI的SNR及统计分析结果

注：t1值P1值为A组与C组的比较结果；t2和P2值为B组与C组的比较结果。

表5 三组中三期扫描的DLP值及比较 (mGy·cm)

实验组A中除肠系膜上动脉的SNR低于对照组，其它部位的SNR均高于对照组。王亚宁等[15]在研究中亦发现低剂量组部分血管、脏器的SNR值高于对照组。我们分析其原因可能因为肠系膜上动脉的管径较细且弯曲，使测量过程中容易出现偏差所致，但亦可能与选择的低管电压的数值有一定相关性，我们将会在今后的研究中进行进一步研究。而实验组B因其仅单纯的降低对比剂剂量及流率，其它扫描参数与对照组基本一致，因此各部位的CT值及SNR仅略低于对照组，但差异无统计学意义(P>0.05)。

本研究不足之处是病例数略少，且未设置同时使用低管电压和低对比剂剂量的"双低"实验组，仅分别设立低管电压或低对比剂剂量两个实验组；同时，虽然三组间患者的基本临床资料差异无统计学意义，但如果能按照患者的BMI进行更严格的分组，可能研究结果会更精确；其次，尚未进行对比噪声比及病灶检出率的研究，需要今后在临床开展较大样本的随机对照研究来完善相关的研究结果。

综上所述，在使用ASIR及GSI时低管电压或低对比剂方案较常规方案有一定优势，可满足影像诊断要求，可在临床实践中推荐使用。

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Feasibility study of gemstone spectral imaging and adaptive statistical iterative reconstruction technique in low radiation dose abdominal CT scan

ZHU Zheng,ZHAO Xin-ming,ZHOU Chun-wu.

Department of Radiology,National Cancer Center/Cancer Hospital,Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College,Beijing 100021,China

Objective:The purpose of the present study was to investigate the image quality of low radiation dose abdominal CT scan using gemstone spectral imaging (GSI) and adaptive statistical iterative reconstruction technique (ASIR).Methods:90 patients were enrolled and underwent both plain and dual-phase enhanced abdominal CT scan using GE Discovery 750HD 64-row CT scanner.In experiment group A (30 cases),GSI (60keV and 50% ASIR) with 450mg I/kg contrast material was administrated;in experiment group B (30 cases),conventional scan mode (120kVp) with 300mg I/kg contrast material was used;in control group C (30 cases),conventional scan mode (120kVp) with 450mg I/kg contrast material was dministrated.In each group,CT values of 26 ROIs including abdominal vessels [arterial-phase (AP) or portal-phase (PP)] and organs,muscles and fat tissue (in three phases) were obtained.The corresponding signal-to-noise ratios (SNRs) were calculated and image quality were subjectively evaluated using five point Likert scale.Results:There were no significant differences in age,height,weight and BMI among the three groups (P>0.05).The CT values of 26 ROIs in group A were higher than those in group C.Statistical differences were existed in the CT values of 23 ROIs between the two groups (P<0.05) except three ROIs of liver on plain and AP images and muscles on plain images.The CT value of each ROI in group B was less than that in group C,but no significant difference was showed (P<0.05).The SNRs of 25 ROIs (except SMA) in group A were higher than those in group C,no statistical difference was showed only in the SNRs of left portal vein,liver and spleen in AP,pancreas in plain and PP (P<0.05);and the SNRs in group B were less than those in group C but with no significant difference (P>0.05).As for subjective evaluation, there was no significant difference of image quality scores among the three groups (P>0.05).The dose-length product (DLP) in group A was less than that in group C with significant difference (P<0.001),and the contrast medium dose in group B was less than that in group C with significant difference (P<0.001).Conclusion:With the help of ASIR and GSI,abdominal CT scan using low tube voltage can get high quality images.

Tomography，X-ray computed； Gemstone spectral imaging； Adaptive statistical iterative reconstruction； Low radiation dose； Abdomen； Image quality

100021 北京，国家癌症中心/中国医学科学院北京协和医学院肿瘤医院影像诊断科

朱正(1981-)，女，北京人，硕士，主治医师，主要从事腹部影像诊断工作。

周纯武，E-mail：cjr.zhouchunwu@vip.163.com

北京协和医学院2015年研究生创新基金(2015-1002-01-26)

R814.42； R572； R575； R543

A

1000-0313(2017)04-0418-05

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.04.026

2017-01-22

2017-04-01)