全迭代重建技术在双上肢无法上举患者胸部CT检查中的价值

刘水连，尹 伟，李 帅，华 磊，方 亮，张 叶（通信作者）

（海军军医大学第一附属医院放射诊断科 上海 200433）

CT检查技术由于其快速、便捷、无创以及适用范围广等特点，被广泛应用于临床。在胸腹部CT检查中，部分受检者由于无法配合检查或因检查有特殊要求等[1-2]，导致双手无法上举[3]，采用常规滤波反投影法（filtered back projection，FBP）重建会产生较大的噪声，进而影响图像质量[4]。优化双上肢体位以及提高CT扫描参数是以往改善图像质量的常用办法。调整双上肢体位对图像质量的影响最大，但难度也最高，如骨折或年纪较大患者不便于调整体位，而由调整体位所带来的时间成本也大幅提升。而采用加大CT扫描参数的方法也可以提高图像质量，但由此带来的辐射剂量问题备受行业关注。随着CT技术的进步，迭代重建算法在提高图像质量以及降低辐射剂量方面有着优异的表现，特别是全模型迭代重建（iterative model reconstruction，IMR）技术[5]，相较于混合迭代重建（hybrid iterative reconstruction，IR）算法，IMR技术降噪能力更强，图像质量更优。该技术在双上肢无法上举患者胸腹部CT成像中的应用鲜有报道。本研究旨在探讨IMR技术在双上肢无法上举患者胸腹部CT成像中的价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2022年1月1日—3月1日在海军军医大学第一附属医院急诊行胸腹部CT检查且双上肢无法上举的患者20例，其中男11例，女9例，平均年龄（69.9±17.9） 岁，平均体重（66.1±11.9）kg，平均体质量指数（body mass index，BMI）为（23.9±3.4）kg/m2。

1.2 方法

所有检查均采用256层螺旋CT（Brilliance iCT FHD Elite）完成，患者取仰卧位，在自由呼吸状态下成像。扫描范围从肺尖扫描至肝脏下缘。扫描参数：管电压120 kV，采用自动管电流技术，限制最高毫安秒为180 mAs，准直器宽度=128×0.625 mm，机架旋转速度为0.33 s/r，螺距=0.7630，重建参数：层厚1 mm，层间距1 mm，FOV 350 mm×350 mm，矩阵 512×512，窗宽/窗位=250/25。其中，A组采用FBP算法重建，B组采用iDose4（L4）算法重建，C组采用IMR（L1）算法重建。将重建完的图像上传至飞利浦星云工作站（ISP）上进行后处理及图像分析。

1.3 图像质量评估

客观评价：选择肝脏伪影较大层面进行数据测量，将感兴趣区（region of interest，ROI）（直径约为20 mm）分别置于正常肝脏区域以及伪影最大区域，测量肝脏右前叶、肝脏右后叶以及伪影最大区域的CT值（CTliver与CTartifact）与SD值（SDliver与SDartifact），并测量相同层面的腹壁肌肉SD值（SDbackground）。三组图像测量的ROI一致，ROI大小为100 mm2，避开相邻血管。计算正常肝脏区域与伪影区域SNR。SNRliver=CTliver/SDliver，SNRartifact=CTartifact/SDartifact。

主观评价：由两位有经验的放射科医生采用双盲法对所有图像进行评价，采用五分制对图像质量进行主观评分[6]：5分，严重伪影，解剖结构无法显示，图像不能用于诊断；4分，伪影明显，解剖结构显示不清，严重影响诊断；3分，伪影较明显，伪影区解剖结构能显示，轻度影响诊断；3分，轻度伪影，解剖结构显示清晰，不影响诊断；2分，无伪影，图像中未见伪影。对结果有分歧的图像由第3名评价医师协商一致后确定，伪影严重和较重的图像不能用于诊断。

1.4 统计学方法

采用SPSS 26.0统计软件进行数据分析，计量资料以均数±标准差（）表示，行t检验；计数资料以频数（n）、百分比（%）表示，行χ2检验；使用Friedman检验比较图像客观指标（SNRliver、SNRartifact、SDbackground)的差异。2名医师对图像主观评分的一致性分析采用Kappa分析：当Kappa值≥0.75时表示检测结果的一致性良好；Kappa值在0.4～＜0.75时表示检测结果的一致性一般；Kappa值＜0.4时则表示检测结果的一致性较差。图像主观评分的比较采用Kruskal-Wallis H检验，两两比较采用Boniferroni检验。P＜0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 图像客观指标

图像客观指标（SNRliver、SNRartifact、SDbackground）对比见表1，三组图像在正常肝脏区域与伪影最大区域的SNR差异具有统计学意义（P＜0.05），C组与A、B组间差异均具有统计学意义（P＜0.05），A组与B组间差异具有统计学意义（P＜0.05）；三组图像SDbackground差异具有统计学意义（P＜0.05），采用Bonferroni法两两比较差异均具有统计学意义（P＜0.05）。

表1 图像质量客观指标对比（）

表1 图像质量客观指标对比（）

组别 SNRliver SNRartifact SDbackground A 组 3.30±1.24 2.19±1.31 19.32±7.34 B 组 4.10±1.33 3.01±1.75 14.54±5.01 C 组 8.20±2.37 5.99±3.66 9.33±4.19 F 34.900 40.000 40.000 P 0.000 0.000 0.000

2.2 图像主观评价

三组图像质量主观评分的对比见表2，对肝脏伪影最大层面进行评分，两位观察者对图像质量主观评分的一致性为良好（Kappa=0.841）。三组图像质量主观评分比较差异有统计学意义（P＜0.05），采用Bonferroni法进行两两比较发现，C组与A、B组间差异均具有统计学意义（P＜0.05）。图1为双手无法上举患者采用三种重建算法获得的冠状位对比图像。

表2 图像质量主观评分比较 单位：例

图1 冠状位对比图像

3 讨论

迭代重建算法是目前CT发展最为迅速、应用最为广泛的一样技术。iDsoe4作为第四代重建算法，它混合了FBP及迭代重建两种算法，与标准的FBP算法相比，在头颅、肺、腹部上的应用上，可在降低辐射剂量的同时，保持图像质量，有重建速度快、降噪水平高等特点，但由于iDsoe4在重建过程中加入了FBP算法，导致图像在低光子量的条件下产生大量噪声，信噪比加大，改善图像质量的能力有限。IMR是新一代迭代重建算法，该算法在硬件上采用弧形微平板探测器，软件上采用基于知识的多模型重建算法，在重建过程中利用数据统计模型和图像统计模型，不包含FBP算法，属于完全迭代重建算法[7]。与混合迭代相比，IMR算法降噪能力更为突出，在保证图像质量的同时，可以进一步降低辐射剂量，现已逐步应用于全身各项检查中[3,8-11]。

本研究对双上肢无法上举患者进行胸部CT扫描时，由于上肢骨头的影响，X线无法完全穿透人体，导致X线达到探测器的光子量不足，在双上肢与脊柱连线上噪声加大，从而降低了CT图像质量。而穿透双上肢与脊柱的X线由于平均能量的增加，出现射线硬化现象，使得双上肢与脊柱连线上的肝脏区域CT值降低，在可视化显示上表现为黑色条纹状伪影。X线光子量不足的情况可通过使用高级迭代算法来改善，而射线硬化伪影则无法消除。IMR重建技术可以在较低X线光子量的条件下减少噪声，并重建出较好的图像质量。这也是IMR重建技术应用于低剂量检查中的理论基础。最常见的低剂量扫描方案是低管电流联合高级迭代算法以及低管电压联合高级迭代算法。本研究伪影的原因是X线无法有效穿透身体导致的X线光子量不足，所以采用高kV条件更为合适，本研究所有检查均采用120 kV条件扫描，并使用IMR重建技术来改善图像质量。除了管电压，管电流也是影响图像质量的重要因素，由于双手置于身体两侧时，自动mAs技术会自动加大双上肢覆盖区域的管电流，在以往的研究中，采用自动mAs技术会导致双上肢覆盖区域的管电流增加的幅度很大，随着带来辐射剂量过高的问题。本研究采用自动mAs技术，并将mAs的最大值设定为180 mAs,可根据患者体型自动调整扫描参数，并有效控制辐射剂量过大的问题。结果显示，采用IMR重建技术，可显著降低双上肢与脊柱连线上的噪声，提高图像的SNR，最终改善了CT图像质量，所有图像均在可诊断范围内。

根据先前的研究[12]，辅助举起手臂可降低图像噪声，有效消除伪影并减少辐射剂量。但对于意识不清患者或外伤患者会花费大量的时间成本，并可能导致二次伤害。有一项研究报告称，一名手臂复位患者采用双手上举检查出现了关节脱位和进一步神经丛损伤的情况[13]。对于双手无法自主上举，且不便于调整体位的患者，如何在不影响诊断的前提下快速完成检查是临床关注的重点，从本研究的结果看，对于双手均无法上举患者的成像，使用IMR重建技术也可有效改善图像质量。

本研究有一些局限性，采用的是回顾性评估，受试者人数较少，且患者体位并没有按照唯一的标准摆放；其次，由于体位的特殊性以及患者存在阳性病变的可能性较高，本研究未采用低剂量扫描模式，扫描参数较常规胸腹部CT检查剂量偏高；此外，本研究只评估了一个CT供应商，其他厂家的高级迭代算法效并未比较。

综上所述，本研究对双手无法上举患者胸腹部CT三种重建算法图像进行了比较，IMR重建算法表现出强大的去噪能力，在图像的可视化评估方面，有着更高的评分。在急诊中遇到双手无法上举患者时，推荐作为常规使用。