自动协议选取能谱联合自适应迭代计算法重建技术降低腹部增强及血管成像辐射剂量及对比剂剂量的可行性

殷小平，左紫薇，徐英进，王佳宁，刘怀军，郭 宁

(1.河北大学附属医院CT/MRI诊断室，河北 保定 071030；2.河北医科大学第二医院医学影像科，河北 石家庄 051005；3.GE中国CT影像研究中心，北京 100176)

影像技术学

自动协议选取能谱联合自适应迭代计算法重建技术降低腹部增强及血管成像辐射剂量及对比剂剂量的可行性

殷小平1，左紫薇1，徐英进1，王佳宁1，刘怀军2*，郭 宁3

(1.河北大学附属医院CT/MRI诊断室，河北 保定 071030；2.河北医科大学第二医院医学影像科，河北 石家庄 051005；3.GE中国CT影像研究中心，北京 100176)

目的 探讨利用自动协议选取能谱(ASIS)扫描模式联合自适应迭代算法重建(ASiR)技术降低腹部增强及血管成像辐射剂量及对比剂剂量的可行性。方法 将64例接受腹部增强患者随机分为两组：试验组32例，采用ASIS扫描模式，应用30%ASiR和50%ASiR重建算法；对照组32例，采用120 kVp管电压，FBP重建。比较两组扫描方法辐射剂量及对比剂剂量；比较70 keV+30%ASiR图像与对照组动脉期及门静脉期肝脏及胰腺噪声、竖脊肌噪声(SMN)、肝脏CNR、胰腺CNR；对55 keV+50%ASiR图像与对照组动脉期腹主动脉及各主要分支血管CNR及门静脉期门静脉CNR以及血管图像主观评分进行统计学分析。结果 试验组动脉期及门静脉期的CTDIvol、DLP较对照组下降23.68%、23.57%和25.59%、18.45%，对比剂注射总量试验组较对照组减少16.86%。70 keV+30%ASiR动脉期及门静脉期肝脏、胰腺和竖脊肌的噪声均低于对照组(P均<0.05)。试验组55 keV+50%ASiR动脉期腹主动脉、肠系膜上动脉、腹腔干的CNR均高于对照组(P均<0.05)；静脉期门静脉的CNR和血管评分与对照组比较差异无统计学意义(P>0.05)。结论 采用ASIS扫描模式联合ASiR技术，70 keV+30%ASiR及55 keV+50%ASiR图像显示腹部脏器及腹部血管图像质量均优于传统120 kVp扫描模式的图像质量，且降低了辐射剂量及对比剂剂量。

腹部；体层摄影术，X线计算机；血管造影术；图像处理，计算机辅助；自适应迭代算法重建；辐射剂量

随着腹部多期增强CT及腹部CTA在临床的广泛应用，辐射危害和对比剂肾病越来越被关注。在美国CT扫描可导致1.5%～2.0%的肿瘤发生[1]，肿瘤发生率的增加直接与CT辐射有关[2]。因此在增强CT检查中，如何既降低辐射剂量，又降低对比剂总量一直是放射学界研究的热点。自适应迭代算法重建(adaptive statiatical iterative reconstruction, ASiR)技术在不降低图像质量的前提下可大幅度降低辐射剂量[3-4]。基于单源瞬时kVp切换技术的CT能谱成像可在0.5 ms内使用高低球管电压(80、140 kVp)瞬时切换实现两组数据同时采样，在40～140 keV范围内实现任意单能量图像重建，获得101个单能量图像。利用最佳CNR曲线获得血管与周围组织最佳单能图像，可提高组织噪声比，在较低对比剂总量下优化血管图像质量[5-6]。笔者发现70 keV+30%ASiR及55 keV+50%ASiR图像分别是优化腹部图像质量及血管成像的最优组合。自动协议选取能谱(automatic spectral imaging protocol selection, ASIS)扫描模式可根据患者体型选择最优化的扫描参数，使患者辐射剂量个体化[7]。本研究旨在采用ASIS联合ASiR技术，探讨70 keV+30%ASiR及55 keV+50%ASiR降低腹部增强扫描及腹部血管成像的辐射剂量及对比剂剂量的可行性。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取2016年1月—2月在本院接受能谱CT进行腹部增强检查的患者64例，其中男36例，女28例，年龄41～71岁，平均(56.5±8.9)岁，体质量指数(body mass index, BMI)22.31～26.42 kg/m2，平均(24.03±1.74)kg/m2。其中肝血管瘤19例，胆总管癌2例，肝囊肿17例，肝脓肿2例，肾癌3例，胆囊癌6例，胆囊炎6例，肾上腺腺瘤4例，胰腺炎5例。本研究经本院伦理委员会批准，所有患者签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用GE Discovery 750 HD能谱CT扫描仪。将64例患者随机分为两组：试验组，32例，采用ASIS扫描模式(商品名GSI assist)，管电压80 kVp/140 kVp瞬时切换(周期0.5 ms)，噪声指数为12，层厚和层间距均为5 mm，重建层厚1.25 mm，根据患者噪声指数决定的容积CT剂量指数(CT dose index volume, CTDIvol)自动选择与之对应的GSI扫描方案，FOV 50 cm×50 cm，30%ASiR及50%ASiR重建；对照组：32例，采用传统扫描模式，管电压120 kVp，自动管电流，噪声指数为10，FBP重建。扫描范围为膈肌至髂前上嵴水平。采用EZEM双筒高压注射器，经肘前静脉团注对比剂(碘佛醇，320 mgI/ml)，注射流率3.5 ml/s。试验组对比剂注射总量0.9 ml/kg体质量，对照组对比剂注射总量1.2 ml/kg体质量；注射对比剂后追加30 ml生理盐水。动脉期扫描开始时间采用腹腔干水平腹主动脉内CT值监测(Smart Prep技术)触发扫描，监测阈值 120 HU，达到阈值后延迟5～8 s开始扫描，门静脉期、平衡期开始扫描时间为动脉期结束后30 s、120 s。试验组动脉期及门静脉期分别采用30%ASiR及50%ASiR重建图像。

1.3 图像评价 将动脉期及门静脉期的30%ASiR及50%ASiR重建图像分别传至GE ADW 4.6工作站，使用GSI软件进行分析。将所有图像行腹部动脉及门静脉VR、MIP及MPR重建。

1.3.1 客观评价 在GSI模块中，选取ROI为15～20 mm2，测量70 keV+30%ASiR及对照组动脉期、门静脉期肝实质及胰腺实质CT值及其标准差(噪声)，55 keV单能量图像(因测定腹部动脉及门静脉最佳单能量位于53～59之间，平均55 keV)+50%ASiR及对照组动脉期、门静脉期腹主动脉及分支动脉、门静脉的CT值及其标准差(噪声)。测量肝及胰腺实质时，ROI避开血管，测量血管时尽量将ROI置于血管断面，减少测量误差，用同样大小ROI测量同层竖脊肌的CT值和噪声(SDn)，ROI避开肌肉邻近血管及脂肪，各数值均测量3次，取平均值；计算CNR；CNR=(肝脏、胰腺实质或血管CT值-同层面的竖脊肌CT值)/SDn。

1.3.2 主观评价 由2名有8年以上腹部诊断经验的放射科医师阅片，意见不统一时，共同复阅协商决定。参考CT图像质量标准[8]及文献[9]的主观评分指标和评分标准，血管评分标准采用5分法，分别对腹主动脉及分支、门静脉质量进行评分。血管VR、MIP及MPR图像在相同窗宽、窗位、FOV及重建角度下，观察腹部动脉、门静脉边缘锐利度、血管分支显示情况和肝脏血管—肝实质对比度。

1.4 辐射剂量 记录患者动脉期及门静脉期的 CTDIvol和剂量长度乘积(dose length product, DLP)。

1.5 统计学分析 采用SPSS 22.0统计分析软件。对计量资料进行正态性检验，符合正态分布的计量资料以±s表示。两组年龄、BMI、辐射剂量比较采用独立样本t检验。试验组(70 keV+30%ASiR、55 keV+50%ASiR)与对照组的肝脏、胰腺、竖脊肌噪声，肝脏、胰腺CNR，腹主动脉、腹腔干、肠系膜上动脉、右肾动脉、左肾动脉和门静脉的CNR比较采用独立样本t检验；血管图像质量评分采用秩和检验。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2组年龄和BMI差异均无统计学意义(P均>0.05)；试验组动脉期及门静脉期的CTDIvol、DLP较对照组下降23.68%、23.57%和25.59%、18.45%，试验组对比剂注射总量较对照组减少16.86%，差异均有统计学意义(P均<0.05)；见表1。

试验组70 keV+30%ASiR动脉期及门静脉期肝脏、胰腺和竖脊肌的噪声均低于对照组(P均<0.05)；肝脏、胰腺的CNR比较差异无统计学意义(P>0.05)，见表2和图1A、1B、2A、2B。

试验组55 keV+50%ASiR中动脉期腹主动脉、肠系膜上动脉、腹腔干的CNR均高于对照组(P均<0.05)，两组右肾动脉、左肾动脉和门静脉的CNR和各血管评分差异无统计学意义(P均>0.05)，见表3和图1C、1D、2C、2D。门静脉期两组门静脉的CNR和门静脉评分比较差异均无统计学意义。

表1 2组临床资料、辐射剂量、对比剂总量比较(±s，n=32)

表1 2组临床资料、辐射剂量、对比剂总量比较(±s，n=32)

组别年龄(岁)BMI(kg/m2)动脉期CTDIvol(mGy)DLP(mGy·cm)静脉期CTDIvol(mGy)DLP(mGy·cm)对比剂总量(ml)试验组57.3±9.223.49±2.3110.86±2.71337.15±92.8510.86±2.71337.15±92.8564.38±9.41对照组55.3±14.224.54±1.1814.23±3.34453.09±106.8314.21±3.31413.45±95.9377.44±10.07t值0.6911.8704.4324.6344.4303.2335.360P值0.4920.067<0.001<0.001<0.0010.002<0.001

表2 试验组70 keV+30%ASiR与对照组动脉期和门静脉期图像质量参数比较(±s，n=32)

表2 试验组70 keV+30%ASiR与对照组动脉期和门静脉期图像质量参数比较(±s，n=32)

组别动脉期肝脏噪声肝脏CNR胰腺噪声胰腺CNR竖脊肌噪声70keV+30%ASiR16.19±5.330.60±0.6516.94±4.412.12±0.7317.90±5.37对照组23.95±5.900.55±0.2426.43±7.541.52±0.9024.39±7.39t值3.4460.3104.2082.0062.751P值0.0010.759<0.0010.0550.010组别门静脉期肝脏噪声肝脏CNR胰腺噪声胰腺CNR竖脊肌噪声70keV+30%ASiR19.64±5.041.86±0.5619.55±4.421.26±0.5020.45±4.06对照组25.83±10.202.05±1.1527.47±7.231.29±0.7825.83±7.94t值2.1080.5913.6180.1252.337P值0.0440.5590.0010.9020.027

表3 试验组55 keV+30%ASiR与对照组动脉期和门静脉期各血管CNR和评分比较(±s)

表3 试验组55 keV+30%ASiR与对照组动脉期和门静脉期各血管CNR和评分比较(±s)

组别CNR腹主动脉肠系膜上动脉右肾动脉腹腔干左肾动脉门静脉评分腹主动脉及分支门静脉55keV+50%ASiR14.61±3.7613.75±3.6613.06±3.8413.88±3.7213.35±3.595.62±1.424.64±0.174.35±0.19对照组11.36±4.3810.33±4.6910.40±3.7510.75±4.0510.68±4.045.50±0.934.45±0.134.22±0.18Z/t值2.1782.2241.9062.1981.9140.9040.058*1.823P值0.0380.0340.0660.0360.0660.3740.9550.073

注：*为Z值

图1 患者男，48岁，采用传统120 kVp扫描模式FBP重建算法

3 讨论

CT扫描辐射剂量一直是放射学界广泛关注的问题[10]，在发达国家CT扫描已经成为医源性辐射主要原因[11]。腹部疾病CT检查时需要多期增强扫描，同时为获得高的图像质量往往需要增加辐射剂量，但不符合CT检查应遵循的“合理使用低剂量”(as low as reasonably achiveable, ALARA)原则。本研究采用ASIS技术，在能谱成像中，预设不同的GSI扫描协议，同时对应不同的固定管电流预设值和相应的辐射剂量。在传统的非能谱成像模式中，自动管电流技术通过NI设置，决定所需的辐射剂量(CTDIvol)。ASIS扫描模式通过NI设置，根据患者体型决定所需的辐射剂量及所采用的GSI扫描协议。本研究选择BMI为22.31～26.42 kg/m2且年龄差异无统计学意义的两组人群采用两种扫描模式，试验组动脉期及门静脉期的CTDIvol较对照组下降23.68 %、23.57%，DLP较对照组分别降低25.59%、18.45%，同时总的对比剂注射总量较对照组减少16.86%。

ASiR技术的应用可进一步降低图像噪声，提高图像质量。ASiR值表示用于重建原始数据中有ASiR算法重建的数据比例，通常为10%～100%，随着百分比增高，图像噪声降低幅度增加，同时空间分辨率下降，导致图像“模糊”效应。在常规腹部CT增强扫描中，噪声对图像质量影响最大。本研究显示采用70 keV+30%ASiR动脉期及门静脉期肝实质、胰腺实质及竖脊肌噪声均较对照组降低(P均<0.05)；肝脏、胰腺CNR较对照组组略有降低，但差异无统计学意义，提示70 keV+30%ASiR与传统120 kVp扫描模式相比，图像质量并未降低。

低电压联合ASiR可有效增加血管对比度，在保证图像质量的前提下，降低辐射剂量及对比剂用量，但对高BMI或肥胖患者有相应限制[12-13]。能谱CT中低keV可提高对比剂的强化效能，腹部CTA最佳单能量图像多为50～60 keV[14-16]，而低keV必然会引起图像噪声的增加，尤其对于肥胖患者[17]。联合ASiR在不改变空间分辨率的前提下可有效降低噪声[18]。有研究[6,19]采用单能量图像联合ASiR应用于门静脉及腹部动脉，其中单能量水平仅能选择在60 keV以上水平，而不能选择更低的keV。本研究采用最佳单能量成像(55 keV)联合50%ASiR，明显增加了腹部血管的对比强度，因此相应CNR增高。本研究中，动脉期腹部动脉除肾动脉CNR外，其他动脉CNR均高于对照组。门静脉期门静脉CNR略高于对照组，但差异无统计学意义。ASIS技术联合ASiR扫描模式与传统120 kVp联合FBP重建算法相比，其腹部血管图像的客观指标及主观评分均无下降，均可获得最佳的诊断效果。

本研究的局限性：样本量小，可能影响统计结果，尚需扩大样本量；未比较常规120 kVp联合ASiR在腹部血管及腹部图像的质量；本研究对中等体型BMI组进行了比较，尚未对大/小BMI的人群进一步研究；未纳入肝硬化患者及其他影响肝脏循环疾病患者。将在之后工作中进一步完善。

总之，在ASIS模式下，采用70 keV+30%ASiR及55 keV+50%ASiR重建算法可获得优质的腹部增强图像及较高的腹部血管图像质量。与常规扫描模式相比，其辐射剂量CTDIvol、DLP和对比剂总量均降低。采用ASIS联合最佳ASiR扫描模式，在进一步优化图像质量的同时，可实现降低辐射剂量及对比剂总量的目的，从而使患者在能谱扫描中实现个体化剂量。

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Feasibility of automatic spectral imaging protocol selection and adaptive statistical iterative reconstruction in reducing radiation and iodine contrast dose in abdominal CTA

YINXiaoping1,ZUOZiwei1,XUYingjin1,WANGJianing1,LIUHuaijun2*,GUONing3

(1.CT/MRIDivision,AffiliatedHospitalofHebeiUniversity,Baoding071030,China; 2.DepartmentofMedicalImaging,theSecondHospitalofHeibeiMedicalUniversity,Shijiazhuang051005,China; 3.GECTResearchCentre,Beijing100176,China)

Objective To investigate the feasibility of automatic spectral imaging protocol selection (ASIS) and adaptive statiatical iterative reconstruction (ASiR) technique to reduce radiation dose and dose of contrast agent. Methods Sixty-four patients underwent routine abdominal examination were randomly divided into two groups. The test group used ASIS technique, with 30% ASiR and 50% ASiR reconstruction algorithm. The control group used 120 kVp tube voltage, FBP reconstruction method. The noise of liver, pancreas, sacrospinal muscle, CNR of liver and pancreas, subjective image score in arterial phase and portal venous phase were compared between the image of 70 keV+30% ASIR and control group. CNR of abdominal aorta and its branchs, CNR of portal vein, and subjective image score were statistically analyzed between image 55 keV+50% ASiR and control group in the arterial phase and portal venous phase. Results Compared with control group, CT dose index volume for arterial phase and portal venous phase in test group decreased by 23.68%, 23.57% and dose length product decreased by 25.61%, 18.45%, total contrast injection decreased 16.86%, the noise of liver, pancreas and sacrospinal muscle in 70 keV+30% ASiR were lower than those of control group in abdominal arterial and portal phase (allP<0.05). CNR of abdominal aorta, superior mesenteric artery, celiac axis and score in 55 keV+50% ASiR were higher than those of control group in abdominal arterial phase (allP<0.05), CNR of portal vein and score in portal phase had no statistically difference (allP>0.05). Conclusion Combining of ASIS and ASiR including 70 keV+30% ASiR and 55 keV+50% ASiR, images are superior to that of the conventional 120 kVp+FBP scan mode for abdominal CT image and vessel image quality, which can reduce the radiation dose and the dose of contrast agent.

Abdomen; Tomography, X-ray computed; Angiography; Image processing, computer-assisted; Adaptive statiatical iterative reconstruction; Radiation dosage

2014年河北省医学科学研究重点课题计划(ZD20140443)、2015年河北省科技计划项目(15277740D)、2015年河北省财政厅政府资助临床医学优秀人才培养项目计划(361007)、2015年河北大学肿瘤医院基金项目(2015Q001)。

殷小平(1978—)，河北徐水人，在读博士，副教授。研究方向：腹部疾病的影像学诊断。E-mail: yinxiaoping78@sina.com

刘怀军，河北医科大学第二医院医学影像科，051005。E-mail: hebeiliu@outlook.com

2016-08-16

2016-12-09

10.13929/j.1003-3289.201608071

R814.42

A

1003-3289(2017)04-0603-05