Karl迭代重建联合低电压和自动管电流调节技术在外伤性肋骨骨折中的应用研究

陈尚冀，翟笃昌，蔡 武，杨君琳，朱 璇，吴 彬，张 博，范国华，沈钧康，钱铭辉

（1.江苏省江阴市中医骨伤医院放射科，江苏 江阴 214422；2.苏州大学附属第二医院影像科，江苏 苏州 215004）

胸部外伤在临床上较为常见，且极易引起肋骨骨折[1-2]，常规X线平片虽便捷，但诊断能力远不及CT，而常规CT的辐射剂量又是X线平片的数十倍乃至百倍，成为了CT检查的绊脚石[3]。近些年来，低剂量CT研究即在不降低图像质量的基础上最大限度地降低辐射剂量受到高度关注。目前实现低剂量CT的方法多种多样，笔者前期通过降低管电压联合自动管电流调节（automatic tube current modulation, ATCM）和迭代重建技术在保证图像质量的前提下明显降低了头颈部CT血管成像的辐射剂量[4]。本研究旨在基于上海联影uCT 510 16层螺旋CT，探讨Karl迭代重建联合低电压和ATCM技术用于外伤性肋骨骨折的可行性。

1 资料与方法

1.1 临床资料 2020年4月—2021年4月因胸部外伤至本院行胸部CT检查的50 例患者纳入研究。排除标准：(1)非外伤性肋骨骨折；(2)既往有肋骨手术病史；(3)有明显运动伪影影响图像观察者。所有患者按随机数字表法分为A、B组，每组各25例。A组为常规组：男14 例，女11 例，平均年龄(50.3±10.2)岁。B组为低剂量组：男13 例，女12例，平均年龄(50.9±8.9)岁。CT检查前患者自愿签署了知情同意书，且本研究经医院伦理委员会审查批准。

1.2 CT检查技术 检查前测量患者身高、体重，计算体质量指数（body mass index, BMI），去除扫描范围内穿戴的金属物体，嘱患者仰卧位，双臂上举抱头，吸气后屏气进行扫描，扫描范围自胸廓入口至肋膈角水平。采用上海联影uCT 510 16层螺旋CT进行扫描。A组管电压120 kV，管电流140 mAs，采用滤波反投影（ filtered back projection, FBP）重建。B组管电压100 kV，采用uDose（4级，平均管电流90 mAs）智能毫安调节技术及Karl 3D（5级）迭代重建。其余参数2组一致，螺距1.5，旋转速度0.5 s/r，层厚及层间距5 mm。

1.3 图像分析与评估 选取肺动脉分叉层面，分别对升主动脉、降主动脉和竖脊肌放置感兴趣区（region of interest, ROI），大小约100 mm2，测量主动脉CT值（CT主动脉）及标准差（standard deviation, SD主动脉）并取平均值，测量同层面竖脊肌CT值作为背景噪声（CT竖脊肌）。计算图像信噪比（signal to noise ratio, SNR）和对比噪声比（contrast to noise ratio, CNR），SNR＝CT主动脉/SD主动脉，CNR＝(CT主动脉-CT竖脊肌)/SD主动脉。所有横断面图像均采用骨窗进行观察（窗宽2 500～3 000 HU，窗位250～300 HU），并将图像传至工作站（uWs-CT，R004）。由 2 名高年资放射科医师采用双盲法对图像质量及有无肋骨骨折进行评估和判断，并根据需要对肋骨进行多平面重建和曲面重建。图像诊断接受率评分标准采用Kalra等[5]的5级评分法：5 分为优，能满足诊断要求，图像质量优良；4 分为良好，能满足诊断要求；3 分为一般，能满足诊断要求；2 分为较差，不能满足诊断要求；1 分为不合格，完全不能满足诊断要求。≥3 分的图像被认为可以用于临床诊断。图像主观噪声评分标准[3,6]：5分为非常少的噪声；4 分为较少的噪声；3 分为可以接受的噪声；2 分为超过接受程度的噪声；1 分为太多的噪声。可接受的噪声定义为骨皮质、细微骨折病变及相应椎体骨小梁显示满意且与周围软组织界限清楚[6]。根据诊断经验及过往的报道[3,6]，本研究采用以下肋骨骨折分度标准：3度，见明显的骨折线或骨痂形成，且有明显的错位或畸形愈合；2度，见骨折线或骨痂形成，但无错位；1度，仅有局限性的骨皮质扭曲、毛糙、不连续或骨质密度增高。

1.4 辐射剂量记录和计算 详细记录CT扫描自动生成的X线剂量参数，包括扫描长度、平均管电流、CT容积剂量指数（volume CT dose index, CTDIvol）和剂量长度乘积（dose length product, DLP），并计算有效剂量（effective dose, ED）＝DLP×k。其中k为转换系数，在胸部扫描时k值为0.014。

1.5 统计分析 应用统计软件SPSS 26.0进行统计分析。2组患者性别构成的比较采用χ2检验，年龄、BMI、扫描长度、CT值和SNR的比较采用两独立样本t检验，平均管电流、CTDIvol、DLP、ED、SD、CNR、图像诊断接受率、主观图像噪声评分、骨折分度的比较采用非参数Mann-WhitneyU检验。采用Kappa检验分析观察者间评分的一致性，Kappa值＜0.40，一致性差；0.40≤Kappa值＜0.75，一致性一般；≥0.75，一致性好。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 患者一般资料的比较 2组患者性别构成比、年龄、BMI和扫描长度的差异均无统计学意义（P＞0.05），2组患者间具有可比性。（表1）

表1 2组患者一般资料的比较

2.2 图像客观评价指标的比较 2组患者的图像CT值、噪声、SNR和CNR的差异均无统计学意义（P＞0.05），表明2组图像的客观评价无显著差异。（表2）

表2 2组患者图像客观评价指标的比较（±s，n＝25）

组别 CT值（HU） 噪声（HU） SNR CNR A组 49.7±6.5 90.0±16.5 0.60±0.15 0.23±0.21 B组 46.2±10.3 81.4±9.6 0.60±0.17 0.31±0.22检验值 1.449 -1.892 0.123 -1.340 P值 0.154 0.058 0.903 0.180

2.3 图像诊断接受率和主观图像噪声评分及骨折分度的比较 2组患者图像质量均能满足临床诊断的要求，图像诊断接受率和主观图像噪声评分及骨折分度的差异均无统计学意义（P＞0.05），并且2 名医师评价结果一致性很好，表明2组图像的主观评价无显著差异。（图1～图6，表3）

图1 ，图2 A组（图1）和B组（图2）扫描的肋骨骨窗图像，均为3度骨折，图像诊断接受率均为5 分，主观图像噪声均为5分；图3，图4 A组（图3）和B组（图4）扫描的肋骨骨窗图像，均为2度骨折，A组图像诊断接受率和主观图像噪声均为5分，B组图像诊断接受率和主观图像噪声均为4 分；图5，图6 A组（图5）和B组（图6）扫描的肋骨骨窗图像，均为1度骨折，图像诊断接受率均为5 分，主观图像噪声均为5 分（箭头所示为肋骨骨折）。

表3 2组患者图像诊断接受率和主观图像噪声评分及骨折分度的比较（±s，n＝25）

表3 2组患者图像诊断接受率和主观图像噪声评分及骨折分度的比较（±s，n＝25）

组别 诊断接受率（分） 主观图像噪声（分） 骨折诊断（度）A组 4.60±0.50 4.44±0.51 1.88±0.78 B组 4.52±0.51 4.40±0.50 1.92±0.81检验值 -0.564 -0.284 -0.165 P值 0.573 0.777 0.869 Kappa值 0.839 0.793 0.876

2.4 平均管电流及CT辐射剂量的比较 2组患者平均管电流、CTDIvol、DLP和ED的差异均有统计学意义（P＜0.01），其中B组ED为(1.65±0.62)mSv，较A组(5.67±1.65)mSv降低约70.9%。（表4）

表4 2组患者平均管电流及CT辐射剂量的比较（±s，n＝25）

表4 2组患者平均管电流及CT辐射剂量的比较（±s，n＝25）

组别 平均管电流（mAs） CTDIvol（mGy） DLP（mGy·cm） ED（mSv）A组 133.5±13.9 10.96±2.18 404.8±117.9 5.67±1.65 B组 63.4±20.9 3.18±1.39 117.5±44.0 1.65±0.62检验值 -5.929 -5.977 -5.579 -5.560 P值 0.000 0.000 0.000 0.000

3 讨论

胸部外伤易发生肋骨骨折，但常规X线平片检查容易漏诊，而随着CT的普及及其成像和后处理技术的飞速发展，CT检查在诊断肋骨骨折数量、类型方面具有独特的优势，但与之相关的CT辐射剂量问题也逐渐被公众所重视。因此，如何在保证图像质量的同时实现辐射剂量的减低，成为近年来研究的热点[7]。

既往降低CT辐射剂量的主要直接方法有：降低管电压、降低管电流、采用ATCM技术和加大螺距等[4,7]，此外，也可通过改变图像重建方式（如采用迭代重建算法）、后处理方法等来间接降低辐射剂量。与传统的FBP相比，迭代重建可以明显降低图像噪声，提高图像质量，因此其降低辐射剂量的效能将更显著。而本研究采用的Karl迭代重建技术，是通过投影域迭代重建算法对不理想的扫描数据进行补偿，保证了图像域CT值的准确性，降低了图像的噪声水平，从而达到提升图像质量的目的[8]。以往的研究[6,9]报道多采用上述单一或者联合其中两种方法来降低辐射剂量，故降低辐射剂量程度有限。本研究采用Karl迭代重建联合低电压和ATCM技术来降低肋骨骨折患者的辐射剂量尚未见相关报道，一方面基于辐射剂量与管电压的平方呈正比，与管电流呈线性正相关；其次是基于ATCM根据扫描中的解剖结构和密度信息智能化地降低管电流[4]，因此将其联合迭代重建技术来降低辐射剂量效果更为显著。本研究结果表明，B组图像质量均能满足临床诊断需求，且ED降至(1.65±0.62)mSv，较A组降低约70.9%，其明显大于朱莉和周慧[8]采用Karl迭代重建联合低管电流的47.47%，但与文献[3,6,10]报道的采用64层螺旋CT通过预设噪声指数值来自动调节管电流的方法相比，其降低的辐射剂量的百分比基本一致；而且本研究2组图像诊断接受率和主观图像噪声评分及骨折分度的差异均无统计学意义（P＞0.05）。这就表明，采用Karl迭代重建联合100 kV和ATCM技术在降低辐射剂量的同时，也保证了图像质量，从而实现了扫描技术的优化。

但是本研究尚存在以下不足：样本量偏小，有待于后续进一步积累病例并开展多中心研究，在将来可以进一步探讨更低辐射剂量（如Karl迭代重建联合80 kV和更低mAs）扫描方案的可行性。

综上所述，Karl迭代重建联合100 kV和ATCM技术在保证外伤性肋骨骨折诊断图像质量的前提下，显著降低了辐射剂量。既满足了临床诊断的需求，也降低了对病人的辐射损害，值得临床去推广及应用。