自适应统计迭代重建技术对PET/CT全身扫描CT图像质量的影响

李艳霞， 唐勇进， 徐浩

暨南大学附属第一医院核医学科(广东广州 510630)

PET/CT有PET功能代谢显像的优势，同时结合CT解剖结构信息，在临床诊疗中发挥了极大的价值。其中，CT扫描图像不仅用于PET图像的衰减校正，还为疾病的诊断提供重要的参考依据。通常，患者在做PET/CT全身扫描检查时要接受来自放射性药物18F-FDG产生的γ射线以及CT扫描中X射线的双重辐射，其中CT扫描的辐射剂量占PET/CT全身检查辐射剂量的大部分[1]。降低CT扫描剂量是降低患者辐射剂量的主要手段，但CT剂量的减低不可避免的会导致图像质量下降。近年来，自适应统计迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction，ASIR)技术开始应用于CT检查，其图像重建速度与传统的滤波反投影(filtered back projection，FBP)相近，同时可以在保证图像质量的情况下，较大程度地降低CT扫描辐射剂量及CT图像噪声[2-9]。但是有关ASIR技术应用于PET/CT全身检查的CT图像质量影响的研究，国内外文献报道不多。本研究采用ASIR技术与FBP对患者PET/CT全身扫描的CT图像进行重建，探究ASIR技术对PET/CT全身扫描CT图像质量的影响。

1 资料与方法

1.1 一般资料 随机选取2018年10月18—29日在我院PET/CT中心检查的30例受检者作为研究对象。其中男16例，女14例，年龄(56.8±12.2)岁。25例患者经临床确诊，包括胆管癌1例，鼻咽癌4例，肺癌7例，宫颈癌2例，结肠癌1例，卵巢癌1例，膀胱癌1例，前列腺癌2例，乳腺癌2例，子宫内膜癌2例，舌癌1例，脑梗死1例。另外，5例为高危肿瘤筛查者。

1.2 CT模型扫描 CT模型产自美国GE公司，包括水模和性能模型两部分，水模呈圆柱形，内充满水，用于测量CT值得准确度和噪声。性能模型浸入水模中。使用美国GE公司的PET/CT Discovery 690(配128 层CT)对两个模型进行CT扫描，扫描条件包括：140 kV、120 mA 和140 kV、250 mA，两种条件各扫描一次，扫描参数尽量与人体CT扫描接近。模型CT图像分别用30% ASIR、FBP进行3.75 mm层厚重建。

1.3 受检者PET/CT全身扫描 受检者均进食6 h，禁止静脉补液4 h，测量身高、体重、血糖后安静休息，按剂量3.70 MBq/kg注射 18F-FDG(广州市原子高科同位素医药有限公司提供，放化纯度>95%)，安静休息60 min后行PET/CT扫描。PET扫描范围从颅顶到大腿中段。PET扫描条件：1.5 min/床位，共7～8个床位；CT扫描条件：140 kV，采用自动曝光控制技术(40～230 mA)，噪声指数(noise index，NI)25。PET图像均用GE公司三维采集技术、飞行时间和点扩展函数技术重建，受检者全身CT图像分别用30% ASIR、FBP对原始数据进行3.75 mm层厚重建。

1.4 图像分析 所有重建图像均传至AW 4.5工作站。测量各器官正常组织(脑、纵膈、肺、肝脏、腰椎、膀胱、脂肪)及病灶组织(脑、纵膈、肺、肝脏、腰椎)的CT值、CT值标准差，以测得CT值的标准差(SD)表示噪声[10]。脑窗窗宽100 HU、窗位35 HU，肺窗窗宽1 000 HU、窗位-700 HU，骨窗窗宽2 000 HU、窗位350 HU，其余部位及模型图像CT值测量均采用标准窗宽400 HU、窗位100 HU。测量ROI为48.7 mm2的圆形，用Compare软件保证3种不同重建方式的测量在同层面同一位置进行。计算SD减低率，公式如下：SD减低率=[SD(FBP)-SD(ASIR)]/SD(FBP)

1.5 统计学方法 采用SPSS 16.0统计软件，3组不同重建方式图像的CT值、噪声值均采用配对t检验，以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 CT模型图像重建结果 水模实验结果显示：采用140 kV、120 mA、30%ASIR获得的图像噪音与140 kV、250 mA、FBP重建方法获得的图像噪声大小基本一致(图1)；在扫描剂量相同的条件下， 采用30%ASIR获得的模型CT图像噪声较FBP重建方法降低了28.6%。性能模型结果显示：30%ASIR技术对图像进行重建，图像噪声明显降低，图像分辨率无明显改变。见图2。

A：FBP重建的低剂量CT图像；B：30% ASIR重建的低剂量CT图像；C：FBP重建的常规剂量CT图像

图2 不同扫描条件及重建方法获得的性能模型图像

2.2 患者图像重建结果 共30例受检者，共29个病灶(脑病灶5个、纵膈病灶10个、肺病灶7个、肝病灶3个、腰椎病灶4个，见表1和图3。30%ASIR重建CT图像正常组织(脑、纵膈、肺、肝脏、腰椎、膀胱、脂肪)及病灶组织(脑、纵膈、肺、肝脏、腰椎)的噪声较FBP重建图像均有不同程度的降低，30% ASIR、FBP重建图像上正常组织(脑、纵膈、肺、肝脏、腰椎、膀胱、脂肪)及病灶组织(脑、纵膈、肺、肝脏、腰椎)的噪声差异有统计学意义(P<0.05)。表2结果显示，30% ASIR和FBP图像中测得的正常组织(脑、纵膈、肺、肝脏、腰椎、膀胱、脂肪)、病灶组织(脑、纵膈、肺、肝脏、腰椎)CT值差异无统计学意义(P>0.05)。

A：FBP重建轴位图；B：FBP重建冠位图；C：30% ASIR重建轴位图；D：30% ASIR重建冠位图

检测部位例数FBP30%AISR30%AISR减低率(%)t值P值脑3010.98±1.949.01±1.6217.9426.4100.000纵膈3010.49±1.818.61±1.4817.9228.1230.000肺3020.03±4.9318.99±5.085.1910.9560.000肝脏3018.13±3.2514.93±2.6617.6527.8250.000腰椎3031.28±6.1827.43±5.7512.3127.9700.000膀胱3022.51±4.7818.37±4.0618.3926.8730.000脂肪3010.29±2.358.57±2.0016.7223.6340.000全身病灶2920.39±15.7818.42±15.639.6614.4550.000

检测部位例数FBP30%AISRt值P值脑3041.40±4.4441.40±4.390.0790.938纵膈3040.57±6.4540.63±6.48-1.5820.125肺30-804.25±45.00-804.23±45.000.5040.618肝脏3059.15±8.3759.12±8.300.6250.537腰椎30120.58±45.47120.60±45.39-0.3800.707膀胱308.58±6.578.63±6.63-0.9930.329脂肪30-108.06±10.60-108.04±10.610.7960.433全身病灶2976.00±133.8669.37±137.431.0150.319

3 讨论

解析重建与迭代重建是两种基本的CT图像重建方法。FBP是一种解析重建算法，其重建速度快，在临床仍广泛应用，但它忽略了焦点、体素、探测器的实际大小以及采集过程中X线光子统计学波动，重建出的图像噪声较高。ASIR是GE公司推出的一款重建算法，先对投影数据进行FBP重建，将焦点、体素、探测器的大小、X线光子统计学波动纳入考虑，经多次迭代重建对噪声加以校正和抑制，可以获得更加清晰的图像[4, 11]。将ASIR数据与FBP数据按不同比例加权融合，可以达到不同的降噪效果。ASIR技术从2009年底开始应用于临床，诸多研究表明ASIR技术可以大幅降低受检者的辐射剂量，同时获得高质量低噪声图像，能充分满足临床诊断需求。Barca等[9]、McCollough等[12]的研究指出ASIR技术实质上是起着非线性的低通滤波作用，它可以改变噪声纹理，影响空间分辨率，尤其是对于低对比度、低剂量的CT图像，ASIR重建图像的颗粒感较FBP重建图像颗粒感更强，MTF值亦较低，且MTF值随着ASIR所占成分的升高而降低。兼顾图像质量与扫描剂量的理想的ASIR水平需要进一步的研究并结合图像质量的主观评估。

目前临床上ASIR技术应用于PET/CT的报道尚不多见。Brady 等[2]的ASIR应用于儿童超低剂量PET/CT检查的模型研究，显示出ASIR技术用于改善PET/CT图像质量的价值。Barca等[9]的PET/CT模型研究显示，随着ASIR所占比例的增高，虽然图像信噪比逐渐增高，但空间分辨率却会受损。Hussain等[13]基于PET/CT模型的研究，分析10%～100%不同水平ASIR重建图像，发现大物体(频率<7l p/cm)在小剂量(130 mAs)50% ASIR水平尚能获得可接受的图像质量，ASIR技术会降低小物体的对比分辨率，对于小物体(频率>6 lp/cm)应采用FBP或低于30%的ASIR重建图像。Miéville等[7]的研究提出，体重低于90 kg的患者采用30%水平的ASIR技术重建可以获得优质图像；根据前人研究结果，笔者选择以30% ASIR与FBP对比，探究ASIR技术对患者PET/CT全身扫描CT图像质量的影响。

本研究使用30% ASIR技术和FBP对同一组患者PET/CT全身扫描原始CT数据进行重建，结果显示，在相同剂量的条件下，30% ASIR重建算法能显著降低图像的噪声，正常组织(脑、纵膈、肺、肝脏、腰椎、膀胱、脂肪)及病灶组织(脑、纵膈、肺、肝脏、腰椎)的噪声均有不同程度的降低。30% ASIR、FBP重建CT图像中测得的正常组织(脑、纵膈、肺、肝脏、腰椎、膀胱、脂肪)及病灶组织(脑、纵膈、肺、肝脏、腰椎)的CT值无明显差异，这说明ASIR重建算法对正常组织及病灶组织CT值的测量结果无明显影响。

该研究结果显示30% ASIR技术能显著降低PET/CT全身扫描低剂量CT图像的噪声，较传统FBP重建法能获得更优质的符合临床诊断要求的PET/CT全身扫描CT图像，与辛军等[14]的研究结果相符。但不足的是，此两项研究均缺乏图像质量的主观评估，并且忽略了患者的体型等影响因素，且临床PET/CT检查有别于普通CT检查，须兼顾全身综合分析。因此，究竟何种比例的ASIR技术能获得最优质的PET/CT全身扫描CT图像，能最大程度地满足临床诊断需求，尚有待进一步研究论证。