迭代模型重建技术在低剂量胸部CT双期增强扫描中的可行性

周丹静，许建铭*，姜 彦，钱伟亮，丰 川，张继斌，王 宏

(1.南京医科大学附属苏州医院影像科，江苏 苏州 215002；2.飞利浦医疗保健临床科研部，上海 201100)

迭代模型重建技术在低剂量胸部CT双期增强扫描中的可行性

周丹静1，许建铭1*，姜 彦2，钱伟亮1，丰 川1，张继斌1，王 宏1

(1.南京医科大学附属苏州医院影像科，江苏 苏州 215002；2.飞利浦医疗保健临床科研部，上海 201100)

目的 探讨低剂量扫描联合迭代模型重建技术在胸部CT双期增强检查中的可行性。方法 130例拟诊为肺部占位的患者接受胸部双期增强扫描，随机分为A组和B组，每组65例。A组扫描采用管电压100 kV，自动管电流调制技术，图像质量指数10；B组管电压80 kV，自动管电流调制技术，图像质量指数8。A组图像采用混合迭代重建技术(iDose4)重建，B组图像采用迭代模型重建技术(IMR)重建。比较两组图像肺动脉(PA)期及支气管动脉(BA)期的客观图像质量、主观图像质量和血管显示优良率并计算辐射剂量。结果 A组有效辐射剂量为(3.30±0.89)mSv，B组为(1.27±0.19)mSv，B组较A组下降61.52%(P<0.001)。PA期和BA期，B组图像噪声显著低于A组，CNR显著高于A组(P均<0.001)；两组肺窗和纵隔窗主观图像质量均达到较高评分，双期血管显示优良率均较高，差异无统计学意义(P均>0.05)。结论 采用迭代模型重建技术，低剂量胸部双期增强扫描可在较常规剂量降低61.52%的条件下，保证图像质量并满足诊断要求。

辐射剂量；迭代模型重建；胸部；体层摄影术，X线计算机

胸部CT是诊断肺部疾病的重要影像学方法，胸部双期增强扫描对鉴别诊断肺部良恶性病变及评估疗效具有重要的价值[1-2]。但双期扫描的辐射剂量和对比剂用量均较大，使其临床推广受限。优化扫描方案如降低管电压、管电流可降低辐射剂量，且有助于提高血管对比度从而降低对比剂用量[3]。但受限于CT传统的FBP技术，单纯优化扫描方案导致图像噪声增加，进而影响图像质量。研究[4]报道，采用迭代重建(iterative reconstruction, IR)技术可在低辐射剂量条件下保证图像质量，但目前多数IR技术属于混合迭代重建(hybrid iterative reconstruction, HIR)，噪声降低程度有限[5]。而迭代模型重建(iterative model reconstruction, IMR)技术是一种全迭代重建技术，相较于HIR，可进一步降低图像噪声并提高图像质量[6]，有助于低管电压方案的实施。本研究采用低剂量方案联合IMR技术进行胸部双期增强扫描，并探讨该方案的可行性。

1 资料与方法

1.1一般资料 2015年8月—2016年3月于我院就诊的疑似肺部占位的患者130例，均行胸部CT双期增强扫描。随机分为A组和B组，每组65例。A组男29例，女36例，年龄32～83岁，平均(60.0±14.0)岁，体质量指数(body mass index, BMI)为21.5～24.7 kg/m2，平均(23.07±1.13)kg/m2。B组男31例，女34例，年龄28～82岁，平均(58.9±12.2)岁，BMI为21.6～24.9 kg/m2，平均(23.24±0.97)kg/m2。排除严重心肾功能不全、妊娠或哺乳期妇女、碘对比剂过敏、有明显运动伪影者。本研究经医院伦理委员会审核批准，所有患者签署知情同意书。

1.2仪器与方法 采用Philips Brilliance iCT 256层CT机，患者取仰卧位，屏气状态扫描，扫描范围自肺尖至侧肋膈角。平扫后采用高压注射器经肘正中静脉注入碘普胺(优维显，370 mgI/ml)40 ml，注射速率 5 ml/s，再以相同速率注射50 ml生理盐水。采用对比剂示踪技术(Bolus Tracking)启动增强扫描，触发监测点为肺动脉主干，阈值设定为60 HU，触发后延迟5、12 s分别进行肺动脉(pulmonary arterial, PA)期及支气管动脉(bronchial artery, BA)期扫描。扫描方案：A组管电压100 kV，自动管电流调制技术(DoseRight, Philips Healthcare)，图像质量指数设为10；B组管电压80 kV，自动管电流调制技术，图像质量指数8。余扫描参数两组一致：准直器128×0.625 mm，球管旋转1周时间0.5 s，螺距0.992，矩阵512×512，FOV 350 mm，重建层厚1.0 mm，增量0.5 mm。

1.3图像处理 A组采用混合迭代重建技术(iDose4, Philips Healthcare)重建，B组采用迭代模型重建技术(IMR, Philips Healthcare)重建。将所得轴位图像传入Philips IntelliSpace工作站，采用MIP、曲面重建(curved planar reformations, CPR)和VR技术进行图像后处理。

1.4图像评价

1.4.1 客观评价 由1名放射科主治医师于标准纵隔窗(窗宽350 HU，窗位40 HU)进行测量。分别在双期肺动脉主干及其同层面降主动脉放置ROI(约100 mm2)，测量3个连续层面的CT值及其标准差(SD)，取其平均值。以主动脉SD值为噪声值，计算CNR，CNR=|肺动脉干CT值-主动脉CT值|/图像噪声。

1.4.2 主观评价 由2名放射科副主任医师采用盲法独立对图像评分。采用4分法对肺窗和纵隔窗图像质量分别进行评定[7]：1分，不可接受；2分，较差，解剖结构轮廓及分界显示欠清，较多伪影和噪声干扰；3分，一般，解剖结构轮廓分界显示尚清，伪影和噪声存在但不影响主要结构显示；4分，优良，解剖结构轮廓分界清晰，伪影和噪声轻微或不存在。

1.4.3 血管图像质量评价 PA期评价标准[8]：1级(优)，肺动脉干CT值>300 HU，肺动脉与主动脉CT值绝对差值>150 HU，肺动脉显示达亚段水平；2级(良)，肺动脉干CT值>300 HU，肺动脉与主动脉CT值绝对差值为100～150 HU，肺动脉显示达亚段水平；3级(中)，肺动脉干CT值150～300 HU，或肺动脉与主动脉CT值绝对差值<100 HU；4级(差)，肺动脉干CT值<150 HU，不能用于诊断。

BA期评价标准[9]：1级(优)，支气管动脉显示非常清晰，周围血管(肺动脉、上腔静脉)显影淡，对支气管动脉无影响；2级(良)，支气管动脉显影清晰，周围血管显影，对支气管动脉显示影响小；3级(中)，支气管动脉显示，周围血管显影，对其显示有影响；4级(差)，支气管动脉未见显示或显示不清，周围血管影响重。

1.5辐射剂量 记录双期增强扫描的总剂量长度乘积(dose length product, DLP)，并计算有效辐射剂量(effective dose, ED)：ED=DLP×k，k=0.014 mSv/(mGy·cm)[10]。

1.6统计学分析 采用SPSS 20.0统计分析软件，2组年龄、客观图像质量和辐射剂量等计量资料的比较采用两独立样本t检验，主观图像质量比较采用Mann-WhitneyU检验，性别、血管优良率比较采用χ2检验。2名医师对图像质量的评分一致性采用Kappa检验。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2组年龄(t=0.19，P>0.05)、性别(χ2=0.12，P>0.05)及BMI(t=0.67，P>0.05)差异均无统计学意义。A组ED为(3.30±0.89)mSv，B组为(1.27±0.19)mSv，B组显著低于A组(t=13.90，P<0.001)，降幅为61.52%。

2.1客观评价 PA期肺动脉干CT值、BA期主动脉CT值B组均高于A组，差异有统计学意义(P均<0.001)，而PA期主动脉CT值、BA期肺动脉干CT值2组差异无统计学意义(P均>0.05)。PA期及BA期B组图像噪声显著低于A组，CNR显著高于A组，差异均有统计学意义(P均<0.001)，见表1和图1、2。

2.2主观评价 2名医师间图像评分一致性较好(Kappa=0.65～0.89，P均<0.05)。2组图像在肺窗和纵隔窗均获得较高评分，差异无统计学意义(P均>0.05)，见表2。

2.3血管图像质量评价 PA期A组血管质量达到优良等级(1级和2级)63例，B组65例，差异无统计学意义(χ2=2.031，P=0.248)；BA期A组62例达优良等级，B组65例，差异无统计学意义(χ2=3.071，P=0.122)，见表3。

3 讨论

IMR技术是一种基于完整模型的IR技术，通过前向后向重建在投影数据域及图像数据域进行迭代运算，并采用统计学模型及CT系统模型进行对比校正，最终获得低噪声高分辨力的CT图像[6]。有研究[11]报道相较于HIR技术，IMR可进一步降低图像噪声及伪影，并提高图像低对比分辨力，有助于胸部CT扫描。

表1 2组图像质量客观评价±s)

表2 2组图像质量主观评分结果(分，±s)

表3 2组血管图像质量比较[例(%)]

图1 A组病例，女，61岁，左肺下叶后基底段占位 A.PA期肺窗图像，图像质量4分； B.PA期纵隔窗图像，肺动脉主干CT值为577.9 HU，主动脉CT值83.1 HU，图像质量4分，血管显示优良率1级； C.BA期肺窗图像，图像质量4分； D.BA期纵隔窗图像，肺动脉主干CT值为140.7 HU，主动脉CT值449.2 HU，图像质量3分，血管显示优良率1级

图2 B组病例，男，57岁，左肺上叶胸膜下结节灶 A.PA期肺窗图像，图像质量4分； B.PA期纵隔窗图像，肺动脉主干CT值为814.6 HU，主动脉CT值为80.5 HU，图像质量4分，血管显示优良率1级； C.BA期肺窗图像，图像质量4分； D.BA期纵隔窗图像，肺动脉主干CT值为102.6 HU，主动脉CT值为669.6 HU，图像质量4分，血管显示优良率1级

对于胸部双期增强扫描，80 kV相较于100 kV、100 kV相较于120 kV直接降低了辐射剂量，又因其发射的X线平均能量更接近于碘物质K峰，提高了血管内碘对比剂的增强效应，从而提高血管对比度[12-13]，因此，本研究2组均采用低管电压方案。由于HIR临床应用较为成熟，既往较多研究[11,14-15]表明100 kV联合HIR可获得较 120 kV联合FBP更高质的图像质量，因此，本研究A组采用100 kV联合HIR重建技术，可保证不低于甚至高于常规扫描方案的图像质量；B组采用80 kV联合IMR重建技术，同时辅以低管电流，以期尽可能降低辐射剂量；结果表明B组辐射剂量仅为 (1.27±0.19)mSv，较A组降低61.52%，与低剂量常规单期增强扫描相当[14]。此外，本研究2组采用相同的对比剂注射方案，对比剂总量仅40 ml，远低于同类扫描方案，而生理盐水用量50 ml，相对同类扫描方案较高[1-2]，即受试者血管内对比剂浓度相对较低，但受益于低管电压方案的实施，2组均取得满意的图像质量及较高的血管显示优良率。

本研究中客观图像质量B组显著优于A组，具有更低的图像噪声和更高的CNR，与IMR显著的降噪能力相关。此外，PA期肺动脉干CT值B组高于A组，但2组主动脉CT值无差异，而BA期主动脉CT值B组高于A组，而2组肺动脉干CT值无差异，提示双期扫描B组肺动脉干和主动脉CT值之差较大，且在B组的扫描条件下，对比剂用量有进一步降低的潜力。

2组肺窗和纵隔窗主观图像质量均达较高评分且组间无明显差异，而B组在低剂量条件下可保持较高的主观图像质量，尤其是纵隔窗图像质量，有赖于IMR对噪音伪影的抑制以及低对比分辨力的提高。同时，2组血管显示优良率均较高，B组在双期均达100%，组间差异无统计学意义(P均>0.05)。由于胸部双期增强扫描较常规增强扫描可提供更多的诊断信息，通过观察病灶不同期相的强化特征，进而分析病灶血供特点，因此保证扫描期相的准确是后续病灶分析的重要前提。

本研究的局限性：①B组未进行进一步对比剂方案优化；②因病灶阳性率较低，本研究未对病灶的双期强化方式及特点行对照研究。

综上所述，联合IMR技术，低剂量胸部双期增强扫描可在低对比剂用量的条件下取得满意的图像质量和血管显示优良率，可用于肺部病灶血供分析，值得进一步研究与推广。

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Feasibility of iterative model reconstruction technique in low dose dual phase contrast-enhanced chest CT

ZHOUDanjing1,XUJianming1*,JIANGYan2,QIANWeiliang1,FENGChuan1,ZHANGJibin1,WANGHong1

(1.DepartmentofRadiology,NanjingMedicalUniversityAffiliatedSuzhouHospital,Suzhou215002,China; 2.ClinicalSciencePhilipsHealthcare,Shanghai201100,China)

Objective To investigate the feasibility of low dose dual phase contrast-enhanced chest CT with iterative model reconstruction (IMR) technique. Methods Totally 130 patients with suspected pulmonary occupying lesions underwent dual phase contrast-enhanced chest CT, who were randomly assigned into 2 groups (group A and group B, eachn=65). Patients in group A were scanned with 100 kV, DoseRight technique with dose right index 10, and images were reconstructed with the hybrid iterative reconstruction (iDose4). While patients in group B were scanned with 80 kV, DoseRight technique with dose right index 8, and images were reconstructed with iterative model reconstruction (IMR). The objective image quality, subjective image scores and the excellence rate of vascular visualization were compared in both pulmonary artery (PA) and bronchial artery (BA) phases. The radiation dose was also calculated. Results The effective dose was (3.30±0.89)mSv in group A and (1.27±0.19)mSv in group B. Compared to group A, the effective dose reduced 61.52% in group B (P<0.001). Lower image noise and greater CNR were obtained in group B compared to group A in both PA and BA phases (allP<0.001). No significant difference was found in subjective image scores of lung and mediastinal setting and the excellence rate of vascular visualization in both groups (allP>0.05). Conclusion Using IMR, dual phase contrast-enhanced chest CT allows for a radiation dose reduction up to 61.52%, meanwhile, ensures the image quality and meets the diagnostic requirements.

Radiation dosage; Iterative model reconstruction; Chest; Tomography, X-ray computed

周丹静(1991—)，女，江苏昆山人，在读硕士。研究方向：胸部疾病的影像诊断。E-mail: 980162616@qq.com

许建铭，南京医科大学附属苏州医院影像科，215002。E-mail: jmxu86@163.com

2016-09-28

2017-02-12

10.13929/j.1003-3289.201609137

R814.42

A

1003-3289(2017)05-0768-05