迭代模型重建技术参数设置对肝脏低剂量增强CT扫描图像质量的影响

樊荣荣，施晓雷，张天然，钱 懿，陈如谭，范 丽，萧 毅

(第二军医大学长征医院影像科，上海 200003)

迭代模型重建技术参数设置对肝脏低剂量增强CT扫描图像质量的影响

樊荣荣，施晓雷，张天然，钱 懿*，陈如谭，范 丽，萧 毅

(第二军医大学长征医院影像科，上海 200003)

目的探讨全模型迭代重建(IMR)技术不同参数设置对肝脏低剂量增强CT扫描图像质量的影响。方法收集需要接受肝脏增强CT检查的患者40例，分别行上腹部平扫和3期动态增强扫描，其中延迟期采用低剂量扫描，管电压80 kV，管电流150 mAs。对原始数据进行滤波反投射(FBP)重建和IMR技术重建，IMR采用不同参数，以获得不同水平(Level 1～3)的常规和软组织重建图像，分别记为R1、R2、R3亚组和S1、S2、S3亚组。对各组图像进行主观和客观评价并比较，主观评价包括低对比分辨率(LCD)、图像失真(ID)和诊断信心(DC)评分，客观评价包括肝脏噪声、信噪比(SNR)和对比噪声比(CNR)。结果不同参数组图像的LCD、ID和DC评分差异均有统计学意义(P均<0.01)。不同参数组图像间噪声、SNR及CNR差异均有统计学意义(P均<0.01)；除S1与R2亚组、S2与R3亚组3项指标(P均>0.05)外，余两两比较差异均有统计学意义(P均<0.01)。结论全迭代重建IMR技术可提高肝脏低剂量增强CT扫描的图像质量，推荐参数为软组织重建、Level 1或常规重建、Level 2。

肝脏；体层摄影术，X线计算机；图像质量

CT增强扫描是诊断肝脏疾病的主要方法之一，但其辐射剂量较大[1]，对人体健康存在潜在威胁。因此，在不影响图像质量及诊断准确率的前提下，降低CT扫描的辐射剂量，已成为放射学界关注的热点。研究[2-4]表明，与传统滤波反投影算法(filtered back projection， FBP)相比，迭代重建算法能够在保持图像质量的前提下，大幅度降低辐射剂量。目前已在临床应用的迭代重建算法有自适应统计迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction， ASIR；重建时间<1 min)、基于模型的迭代重建(model based iterative reconstruction， MBIR；重建时间<30～50 min)、iDOSE(重建时间<1 min)、自适应模型迭代重建(adaptive model iterative reconstruction， ADMIRE；重建时间<1 min)、正旋图迭代重建(sinogram affirmed iterative reconstruction， SAFIRE；重建时间<1 min)等，这些迭代重建除MBIR外，均为部分迭代重建，其降低辐射剂量的程度有限。MBIR虽然是全迭代重建，但重建时间较长，临床推广困难[5]。全模型迭代重建(knowledge-based iterative model reconstruction， IMR)是FDA认证的新型的全迭代重建技术，其降低辐射剂量的能力在胸部CT及冠状动脉CTA中已经得到证实[5-7]。IMR有三种图像重建方式，分别是体部常规重建、体部软组织重建、体部锐利重建，前两种对软组织显示最佳，最常用于腹部成像，最后一种可增加解剖结构的清晰度，主要用于骨骼及肺部病变的检出。根据降噪水平不同，每种重建方式下有3种设置(Level 1～3)[8]。本研究旨在探讨全迭代重建IMR技术的不同参数设置对肝脏低剂量增强CT扫描图像质量的影响，以期找出最佳参数设置。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2016年5月—8月在我院就诊、需接受上腹部增强CT检查的患者40例，其中男20例，女20例，年龄18～88岁，平均(56.7±13.7)岁。排除标准：①严重心、肾功能不全患者；②碘过敏患者；③运动或金属伪影较重，影响观察者；④肝脏术后或介入治疗后患者；⑤体质量指数(body mass index，BMI)>28 kg/m2者。本研究经我院伦理委员会批准，所有入选者检查前均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法

1.2.1 仪器 采用Philips iCT 256层CT扫描仪行上腹部平扫和肝脏3期增强扫描。患者取仰卧位行屏气扫描，范围从膈顶至肝下缘。扫描参数：所有患者上腹部平扫、动脉期和门静脉期增强扫描均为常规剂量扫描，管电压120 kV，管电流根据患者BMI自动生成；延迟期采用低剂量扫描，管电压80 kV，管电流150 mAs；准直128×0.625 mm，螺距0.914，机架旋转时间0.4 s/rot，矩阵512×512，FOV 32 cm×32 cm，重建层厚和间隔均为1 mm。增强扫描采用高压注射器经前臂静脉以3 ml/s的流率注射对比剂(350 mgI/ml)80 ml，注射后30、60、100 s分别行动脉期、门静脉期和延迟期扫描。

1.2.2 图像后处理方法 将延迟期原始数据进行FBP(FBP组)和IMR(IMR组)重建，IMR组根据不同参数，得到不同水平的(Level 1～3)的常规(分别记为R1、R2、R3亚组)和软组织重建图像(分别记为S1、S2、S3亚组)。

1.3 图像分析 采用Philips星云工作站对图像质量进行主观、客观评价。

1.3.1 主观评价 由从事腹部CT诊断工作的1名主治医师和1名住院医师首先采用盲法对图像进行评分；再由2名医师共同评分，意见不一致时邀请第3名医师共同讨论，以得到一致意见。评价过程中可适当调节窗宽、窗位。评分标准：①低对比分辨率(low contrast detectability， LCD)，1分，很差或较差；2分，可接受；3分，显示较好；4分，显示很好；②图像失真(image distortion， ID)，1分，失真严重，无法诊断；2分，失真较严重，影响主要器官观察，但仍能诊断；3分，轻度失真；4分，无失真；③诊断信心(diagnosis confidence， DC)，1分，完全不能诊断；2分，仅提示病变；3分，可诊断；4分，有信心。

1.3.2 客观评价 由1名从事腹部CT诊断的主治医师在门静脉主干水平层面，避开血管、胆管及病灶，于肝左叶及肝右叶后段、前段分别放置ROI(面积200 mm2)，并在同层面前腹壁中央区域空气及右侧竖脊肌内放置相同大小的ROI，记录各ROI的平均CT值及其标准差(standard deviation， SD)，以肝实质平均CT值的SD肝脏作为图像噪声。计算信噪比(signal noise ratio， SNR)和对比噪声比(contrast noise ratio， CNR)：SNR=CT肝脏/SD空气，CNR=(CT肝脏-CT肌肉)/SD空气。其中CT肝脏为3处肝实质CT值的平均值，CT肌肉为右侧竖脊肌CT值，SD空气为前腹壁中央区域空气标准差。

1.4 统计学分析 采用SPSS 21.0统计分析软件。2名观察者对图像质量主观评分的一致性采用Kappa检验，其中Kappa值≤0.4为一致性差，0.4

2 结果

2.1 主观评价 2名医师对图像质量主观评分的一致性均好，2名医师对7组图像进行LCD、ID和DC评分的Kappa值范围分别为0.66～0.92、0.66～0.91和0.66～0.93。S3亚组LCD评分最高，中位数为4分，FBP组最低，中位数为2分；ID评分FBP组最高，中位数为4分，S3亚组最低，中位数为2分；DC评分S1亚组及R2亚组最高，中位数均为4分，FBP组最低，中位数为2分，见表1、图1。

表1 肝脏低剂量延迟期扫描不同迭代模型重组参数图像的主观评分比较(中位数，分)

2.2 客观评价 与FBP组比较，IMR组各亚组噪声均明显降低(P均<0.01)，SNR及CNR均明显增高(P均<0.01)。S1～S3、R1～R3噪声依次降低，SNR及CNR依次增高，两两比较，S1与R2亚组、S2与R3亚组间3项指标差异无统计学意义(P均>0.05)，其余组间两两比较3项指标差异均有统计学意义(P均<0.01)。见表2。

表2 肝脏低剂量延迟期扫描不同迭代模型重建参数图像的客观评价比较(±s)

表2 肝脏低剂量延迟期扫描不同迭代模型重建参数图像的客观评价比较(±s)

组别SD肝脏(HU)SNRCNRIMR组 S1亚组11.67±1.8521.43±4.2010.32±3.18 S2亚组8.72±1.5131.34±6.5915.29±4.84 S3亚组6.48±1.3251.23±12.8424.99±8.68 R1亚组15.93±2.9714.67±3.177.12±1.95 R2亚组11.89±2.2320.46±4.589.93±2.81 R3亚组8.65±1.8231.43±7.3915.30±4.69FBP组69.82±17.255.90±1.182.82±0.93F值74.8957.4141.15P值<0.01<0.01<0.01

3 讨论

3.1 IMR技术在肝脏低剂量增强扫描中的意义 肝脏增强检查常需要动脉期、门静脉期及延迟期增强扫描才能诊断，这将导致辐射剂量提高，因此降低肝脏扫描剂量很有必要，尤其对于需长期随访的患者。多数腹部病变需采用薄层图像观察，但层厚越薄，噪声越大，密度分辨力会降低[9]，特别是采用以往的算法进行低剂量扫描时薄层图像质量较差。延迟期肝脏实质强化较均匀，故本研究以延迟期为代表，探讨IMR技术对低剂量肝脏增强CT的影响，结果表明采用IMR技术重建的各组图像较FBP组均可有效降低噪声，并较大程度地提升CNR及SNR，提高图像质量，与Patino等[10]的研究结论相符。故可将IMR技术应用于肝脏增强其他期相扫描，进而降低肝脏增强扫描时的辐射剂量。

Suzuki等[11]将管电压、管电流分别降至120 kV、203 mAs；潘丹等[12-13]将管电压、管电流分别调至80 kV、500 mAs，并与常规剂量比较，得出IMR能够在低剂量扫描时图像质量不受影响的结论。本研究将管电压、管电流分别降80 kV、150 mAs，平均有效剂量为(1.25±0.01)mSv，较以往研究采用的剂量更低，并且采用1 mm的层厚，获得了良好的薄层图像质量。

3.2 IMR参数设置的意义 腹部IMR参数设置分为软组织、常规模式，Level 1～3水平。每个模式中，随着Level 1～3水平递增，LCD增高，噪声降低，CNR及SNR均提高。相同Level水平时，软组织模式较常规模式LCD增高，噪声降低，CNR及SNR均提高。

图1患者男，43岁，低剂量延迟期扫描图像 A.FBP算法得到的图像LCD评分为1分、ID评分为4分，DC评分为1分； B～D.IMR算法软组织设置Level 1～3各亚组图像，S1亚组LCD评分为3分，ID评分为3分，DC评分为4分，S2组LCD评分为3分，ID评分为3分，DC评分为3分，S3组LCD评分为4分，ID评分为3分，DC评分为3分； E～G.IMR算法常规设置的Level 1～3各亚组图像，R1亚组LCD评分为3分，ID评分为2分，DC评分为3分，R2亚组LCD评分为3分，ID评分为3分，DC评分为3分，R3亚组LCD评分为3分，ID评分为3分，DC评分为3分

当降噪程度提高时，图像会出现失真情况。Yuki等[6]研究表明，迭代重建算法在大幅度降低图像噪声的同时，CT 图像会形成“蜡样”失真感，从而影响图像的观察。本研究表明，对于噪声水平最低的S3组，其图像失真最重，虽然降低噪声能力较高，但也会影响图像质量。

本研究目的是选择最优化的设置，使降噪和失真达到平衡，最终获得最好的图像质量。Singh等[14]认为CT图像诊断信心是衡量图像质量的综合标准，用于图像质量的整体评价，其不仅取决于图像固有噪声、病灶低密度对比度，还受病灶边缘、图像失真感等因素影响。本研究表明，S1及R2亚组图像噪声较FBP组明显减低，CNR及SNR较FBP组明显提高，同时两者的诊断信心是最高的，能够在低剂量CT前提下，保证图像质量及诊断准确率。因此，综合主观评价和客观评价得出S1及R2图像整体质量最好。

总之，全迭代重建IMR技术在肝脏低剂量增强CT扫描时可以在客观上明显降低图像噪声、提高 SNR、CNR，并且在主观上能够提高低对比分辨率，加之合理选择参数可避免过大的图像失真，最终提高诊断信心。故本研究认为在肝脏低剂量增强CT扫描中IMR推荐参数为软组织重建、Level 1或常规重建、Level 2。

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Impactofreconstructionparametersettingsofknowledge-basediterativemodeltechniqueonimagequalityoflow-dosehepaticcontrast-enhancedCT

FANRongrong,SHIXiaolei,ZHANGTianran,QIANYi*,CHENRutan,FANLi,XIAOYi

(DepartmentofRadiology，ChangzhengHospital,SecondMilitaryMedicalUniversity,Shanghai200003,China)

ObjectiveTo evaluate the impact of different reconstruction parameter setting of knowledge-based iterative model reconstruction (IMR) technique on image quality of low-dose hepatic contrast-enhanced CT.MethodsForty patients underwent hepatic contrast-enhanced CT scanning were enrolled. Plain CT and triphasic contrast-enhanced CT scans, including hepatic arterial phase, portal-venous phase and delayed phase were performed. Low-dose scan was used in delayed phase, with tube voltage of 80 kV and tube current of 150 mAs. Images of delayed phase were reconstructed with both filtered back projection (FBP) and IMR techniques．Parameter setting applied in IMR reconstructions consisted of body routine and body soft tissue modes with three 1evels (Level 1—3), so 6 subgroups (R1, R2, R3, S1, S2, S3) were included. Subjective and objective evaluations of image quality were compared among those groups. Subjective evaluations included the scores of low contrast detectability (LCD), image distortion (ID) and diagnostic confidence (DC). Objective evaluations included image noise， signal to noise ratio (SNR) and contrast to noise ratio (CNR)．ResultsThere were statistical differences of scores in LCD, ID and DC among all the reconstruction parameter setting groups (allP<0.01). The noise, SNR and CNR among different parameter setting groups had statistically significant differences (allP<0.01). Except for subgroup S1 and subgroup R2, subgroup S2 and subgroup R3 (allP>0.05), the other multiple comparisons showed significant differences (allP<0.01).ConclusionIMR can improve image quality of low-dose hepatic contrast-enhanced CT. IMR reconstruction parameter setting of S1 and R2 are optimal for low-dose hepatic contrast-enhanced CT protocal.

Liver; Tomography, X-ray computed; Image quality

樊荣荣(1992—)，女，安徽阜阳人，在读硕士，医师。研究方向：腹部放射学。E-mail: fanrongrong0715@163.com

钱懿，第二军医大学附属长征医院影像科，200003。E-mail： ufopeanut@163.com

2017-05-08

2017-07-26

R575; R814.42

A

1003-3289(2017)11-1711-05

10.13929/j.1003-3289.201705046