全模型迭代重组低辐射剂量在肾脏计算机体层摄影中的应用

曹裕海，卢 洋，刘 杨，周方鹏

(1.大连医科大学附属二院放射科，辽宁 大连 116000；2.大连市友谊医院放射科，辽宁 大连 116000)

近年来,随着CT技术的飞速发展使其应用数量急剧增加,X线辐射对被照射人群具有潜在危害[1]。有研究显示,具有10 mSv有效剂量的成人CT腹部检查会增加致癌风险1/2 000[2]。优化管电流、管电压等扫描参数可降低辐射剂量,但仍有较大的局限性[3-4]。CT图像迭代重组技术(如iDose)和传统的滤波反投影法重组(filtered back projection,FBP)相比,在降低辐射剂量的同时仍能保证图像的质量。但是,在进行图像重组时未能考虑部分入射X线的光子特征和系统硬件对图像的影响。因此,CT图像迭代重组技术降低辐射剂量的程度有限,为部分迭代重组技术[5-6]。迭代模型重组技术(knowledge based iterative reconstruction technique,IMR)作为全迭代重组算法可以进一步减低图像噪声并提高图像质量[7]。本研究中笔者将对低管电压结合全模型迭代重组技术的扫描方法在肾脏平扫CT中的应用进行评价和研究。

1 资料与方法

1.1一般资料：研究为前瞻性设计,收集2015年10月～2016年3月因病情需要来我院飞利浦256层CT进行肾脏平扫检查,且体质量指数BMI在21～25 kg/m2的患者纳入研究。检查前告知患者检查内容及注意事项，并签署知情同意书，本研究获得所在医院伦理委员会批准。排除标准:①有明显运动伪影影响图像质量；②腹腔有内置物产生伪影；③妊娠或哺乳期妇女。71例患者纳入研究,男42例，女29例,年龄35～76岁,平均(49.3±10.5)岁。将患者分为两组:实验A组(80 kV/IMR重建)36例,男25例,女11例，年龄35～69岁,平均(50.2±10.2)岁;常规B组(100 kV/IDose重建)35例,男17例,女18例，年龄45～76岁,平均(48.6±11.1)岁。

1.2方法：患者检查前尽可能食用少渣饮食,检查当日禁食4～6 h,检查前口服300 ml清水。采用荷兰飞利浦Philips Brilliance iCT 256层CT,Phulips EBW工作站。实验A组采用80 kV、自动管电流、IMR重建;常规B组采用100 kV、自动管电流、iDose重建。其余参数一致:准直128×0.625 mm，矩阵512×512,螺距0.91,层厚5 mm，层距5 mm,X线管球旋转速度0.50 s/周,扫描范围自肾上腺区开始扫至肾下极下缘。

1.3图像分析：图像的分析与测量均在Philips EBW 工作站进行客观及主管评价,并记录辐射剂量。客观评价:由一名具有6年以上腹部CT阅片经验且不知图像重组方法的放射科医师进行评价,选取右侧第一肾门层面,分别测量右侧肾实质的CT肾值及其标准差(SD肾)、同层面前腹壁皮下脂肪的CT值及标准差SD。见图1、2。测量时,ROI区域尽量选取密度均匀,伪影少并且避开血管的均匀区域,ROI面积为30 mm,每个ROI测量3次,取平均值。以肾实质CT值的SD作为图像噪声(SD肾),以前腹壁皮下脂肪的标准差SD值作为背景(SD脂肪),计算信噪比(signal noise ratio,SNR)和对比噪声比(contrast noise tatio,CNR),根据公式:SNR=CT肾/SD脂肪,CNR=(CT肾-CT脂肪)/SD脂肪。

图1 实验A组(80KV/IMR重建),女性78岁,肾脏SD=4.2HU,SNR=6.87,CNR=31.87

图2 常规B组(100K/IDose重建),男性63岁,肾脏SD=11.7HU,SNR=5.37,CNR=19.44

主观评价:由2名具有10年以上阅片经验的专业腹组放射科医师用双盲法对两组图像进行评分。主要评价图像的锐利度,伪影及图像噪声等。采用5分制评分标准:1分,组织结构显示不清,伪影严重,噪声很大,完全无法满足诊断要求;2分,组织结构显示不清,伪影较多,噪声较大,不能诊断;3分,能显示大部分组织结构,伪影较多,噪声较大,基本满足诊断要求;4分,组织结构显示较为清晰,伪影较少,噪声较小,满足诊断要求;5分,组织结构显示清晰,伪影少,噪声小,完全满足诊断要求。评分>3分满足诊断要求。

1.4辐射剂量：记录两组扫描的容积CT剂量指数[CTDIvol(mGy)],用CTDIvol×SL(扫描长度)得出剂量长度乘积[DLP(mGy/cm)]。有效剂量[ED(mSV)]=DLP×K,其中K为转换系数,腹部扫描K取值为0.015 mSv/(mGy·cm)[8]。

1.5统计学分析：采用SPSS 20统计学软件,利用独立样本t检验图像噪声SD、SNR、CNR、扫描长度SL、图像质量主观评价及ED。P<0.05为差异具有统计学意义。两名观察医师的评分一致性采用Kappa检验,规定Kappa≥0.75为一致性好;0.4

2 结果

2.1客观评价指标：实验A组的肾脏的SD值为(4.92±0.73)HU,常规B组的肾脏SD值为(10.30±1.37)HU,差异具有统计学意义(t=-7.96,P<0.05),实验A组相比常规B组噪声明显降低,降幅为52.23%。实验A组的SNR值9.29±2.84,常规B组的SNR值为3.97±1.78,差异具有统计学意义(t=3.547,P<0.05),实验A组相比常规B组SNR值明显提高,增幅为57.26%。实验A组的CNR值43.38±11.52,常规B组的CNR值为16.36±7.94,差异具有统计学意义(t=4.352,P<0.05),实验A组相比常规B组CNR值明显提高,增幅为62.28%。详见表1。

2.2主观评价：两位医师对两组图像的主观评分均能满足诊断要求,评分标准一致性良好,以两位评分者的平均值进行统计学分析。实验A组图像质量主观评分均值为4.30±0.16,常规B组图像质量主观评分均值为4.22±0.53。差异无统计学意义(t=3.239,P>0.05)(见表2)。

组别例数噪声(HU)SNRCNR实验A组36492±073929±2844338±1152常规B组351030±137397±1781636±794t值-79635474352P值000080002

注：两组间比较，P<0.05

项目实验A组常规B组t值P值均值430±016422±0533239012Kappa07460735

2.3辐射剂量：实验A组的CTDIvol为(3.9)mGy,常规B组的CTDIvol为(7.64±1.674)mGy。两组扫描长度无统计学意义(t=0.356,P>0.05),分别为(11.5±1.12)cm、(11.3±0.57)cm。实验A组ED为(0.673±0.066)mSv,常规B组ED为(1.314±0.298)mSv,差异有统计学意义(t=-4.698,P<0.05)。实验A组的有效剂量明显低于常规B组,降幅为48.7%。见表3。

项目实验A组常规B组t值P值SL(cm)115±112113±05703560731ED(mSv)0673±00661314±0298-46980002

3 讨论

3.1CT作为一种常规的影像学检查方法，但其高辐射剂量所致潜在的随机癌症风险越来越受到人们关注。辐射剂量与管电压的平方成正比,所以低管电压扫描可以有效地降低辐射剂量[9]。由于低管电压X线穿透力较低,图像噪声较高,从而影响了图像质量,随着低剂量CT的深入研发,业内研究的重点从前期单纯的降低扫描条件向近几年的图像重建算法的改进,并取得了一定的效果。如飞利浦的iDose,IMR技术,其核心就是对原始数据进行迭代重建,以求在更低的剂量下获得理想的图像。由于IMR技术与iDose技术重组基础不同,iDose技术降低噪声建立统计模型是在数据空间和图像空间分别进行,而IMR技术是全面的在数据空间和图像空间上通过不断对数据统计模型、图像统计模型以及系统模型进行最优化而达到降噪的目的。本研究显示,利用低管电压结合IMR重组技术(其中管电压由100 kV改为80 kV,重建技术由iDose改为IMR),降低了图像噪声(降幅为52.23%),提高了图像的SNR及CNR(增幅分别为57.26%、62.28%),并且大幅度降低了有效辐射剂量(降幅为48.7%)。IMR可在更低辐射剂量条件下重建出满足临床诊断需要的图像，并明显降低图像噪声，显著提升图像的空间、密度及软组织分辨率[10]。Suzuki等研究表明，腹部CT扫描IMR算法较iDose可明显降低图像噪声、提升低对比分辨率，并改善图像边缘锐利度，特别是在1 mm薄层图像优势更明显[11]。因此，对于BMI为21～25 kg/m2的患者，256层螺旋CT80kVp低剂量联合IMR肾脏CT可常规应用于临床，实现对于BMI指数正常患者低辐射剂量扫描。

3.2本研究的局限性：①样本量较小,结果还需更大的样本量来研究。②未进行迭代重组IMR各级别间图像质量的比较。③只选取了21≤BMI≤25 kg/m2,其余有待深入研究。

综上所述,低管电压(80 kV)结合IMR重组技术在肾脏CT平扫客观和主观图像质量综合评价中优于常规iDose图像,并且明显降低患者所受辐射剂量,具有很好的应用价值和前景。

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