能谱CT迭代重建算法在腹部增强扫描中降低辐射剂量与改善图像质量的可行性研究

李 原，张 剑，马俊丽,李建文,王志军，陈 兵

宁夏地区上腹部CT平扫和增强扫描的平均CT有效辐射剂量均明显高于其他国家，迫切需要对腹部CT扫描方案进行优化[1]。 迭代重建技术(ASiR-V)能在有效降低剂量的同时也保证图像的高对比信噪比，近年来已在临床工作中广泛应用[2-3]。ASiR-V具有前置和后置两种模式，前置ASiR-V可根据噪声指数(NI)调整mAs降低辐射剂量，后置ASiR-V可通过不同重建权重水平降低所得的图像噪声、改善图像质量。目前国内外已有大量关于应用ASiR-V技术在不同年龄段和身体质量指数行腹部CT检查的研究，但选择最佳的前后置ASiR-V配比的研究仍较少[3-4]。本研究旨在探讨Revolution 256排宽体探测器能谱CT联合不同前置和后置ASiR-V权重水平在腹部检查中降低辐射剂量和优化图像质量的价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料：收集我院2020年1月至2020年2月拟行腹部增强检查患者50例，其中男37例，女13例，平均年龄(60.5±15.86)岁。所有患者均采用前置30% ASiR-V水平行动脉期增强扫描，50% ASiR-V水平行门静脉期扫描，40% ASiR-V水平行延迟期扫描。3组再按后置0%ASiR-V、30%ASiR-V、40%ASiR-V、50%ASiR-V、60%ASiR-V、90%ASiR-V权重水平获得重建图像。本研究患者均无碘过敏史，无妊娠患者及儿童，能正常配合呼吸、屏气。本研究通过本院伦理委员会审核批准，所有患者均签署知情同意书。

1.2 设备与方法：选用美国GE Revolution 256 宽体探测器螺旋CT，三期增强扫描采用能谱(GSI)扫描模式。管电压80～140 kV瞬时自动切换，管电流ASSIST自动mA，Pitch 0.992∶1，球管转速0.5 s/转，探测器宽度80 mm，层厚5 mm，层间距5 mm，矩阵512×512，重建层厚和层间距均为1.25 mm。造影剂选用碘比醇(350 mgI/mL)，采用Empower公司的双筒高压注射器经右肘中静脉团注，注射总量1.5～2 mL/kg，注射速率3.0～3.5 mL/s，注射后30 mL生理盐水冲管，分别于动脉期30～35 s、门脉期60～65 s、延迟期120～150 s扫描。

1.3 图像评价：①客观评价。测量主动脉、肝脏、胰腺、脾脏、竖脊肌、皮下脂肪的噪声、信噪比(SNR)和对比度噪声比(CNR)，肝脏、脾脏的测量区(ROI)面积为100 mm2。胰腺、主动脉、竖脊肌、皮下脂肪的ROI为40～70 mm2，测量时避开血管及病变，每个 ROI测量3次取其平均值。肝脏、胰腺、脾脏各ROI的CT值标准差的平均值为其噪声,皮下脂肪3个ROI的CT值标准差的平均值为背景噪声,采用公式 SNR=ROIn/SDn、CNR=(ROIn-ROIm)/SD背景计算各ROI的SNR 及CNR，其中ROIn、SDn代表感兴趣区域CT值的平均值、标准差，ROIm为竖脊肌CT值的平均值，SD背景为皮下脂肪CT值标准差[1]。②主观评价。由两位具有5年以上工作经验的放射科医师对各组图像进行图像质量主观评估,采用5分法评定，即：5分，解剖结构及细节清晰，没有明显的噪声，无明显蜡像感伪影，能明确评价；4分，解剖结构和细节不太清晰， 噪声和伪影增加，有蜡像感伪影；3分，大部分解剖结构清晰，细节不太清晰，噪声和伪影很明显，有蜡像感伪影，但基本能满足诊断要求；2分，解剖结构不清晰，很难识别细节，噪声和伪影非常明显；1分，解剖结构模糊，细节无法识别，噪声和伪影非常明显。

1.4 辐射剂量：记录患者剂量报告中的容积CT剂量指数(CTDIvol)、剂量长度乘积(DLP)。根据公式ED =DLP×k[k=0.015 mSv/(mGy·cm)]，计算有效辐射剂量(ED)。

2 结果

2.1 前置ASiR-V组图像评价及辐射剂量比较：①客观评分，增强三期扫描竖脊肌SD值、皮下脂肪SD 3组间差异无统计学意义(P>0.05。②主观评分，三期图像主观评分均为5分，3组间差异无统计学意义(P>0.05)。③辐射剂量分析，三期扫描辐射剂量50% ASiR-V静脉组辐射剂量最低，3组间差异有统计学意义(P<0.05)，见表1。

2.2 前置50% ASiR-V组不同权重水平再重建图像比较：后置0%ASiR-V、30%ASiR-V、40%ASiR-V、50%ASiR-V、60%ASiR-V、90%ASiR-V组的图像客观评价中，随着ASiR-V升高，图像噪声SD值逐渐降低，SNR和CNR值逐渐升高，各组间差异有统计学意义(P<0.05)。主观评价中，后置60%ASiR-V组的评分[(4.52±0.37)]分最高，各组间差异有统计学意义(P<0.05)，见表2与图1(封二)。

3 讨论

随着CT技术的不断发展和其在临床中的广泛应用，CT辐射剂量带来的潜在危害受到临床越来越多的关注。以往研究表明，5～100 mSv的X射线吸收量与癌症发生具有直接相关性[5]。也有文献指出，1.5%～2.0%的癌症与CT检查的电离辐射相关[6]。腹部CT增强扫描已是临床中不可缺少的辅助检查方法，多期增强扫描对腹腔内炎症性、外伤性及肿瘤性病变的诊断及鉴别诊断具有很高的价值，然而多期扫描会进一步增加患者的辐射剂量。因此，优化腹部增强扫描方案是目前亟待解决的问题。根据X射线强度公式I= KiZU2(I:X射线强度；K:比例系数；i:管电流； Z:阳极靶材料的原子序数；U:管电压)可知，X射线强度与X射线管的管电压平方以及管电流呈正相关性。以往较多研究，通过降低管电压、降低管电流或增加螺距以降低辐射剂量，但其亦会影响图像质量[7]。近年来，迭代重建技术迅速发展，已经逐步取代传统的滤波反投影(FBP)技术[8]。ASiR-V是一种新型多模型迭代重建技术，较ASIR降低噪声、降低辐射剂量和提高对比度分辨率的能力更强，同时还能消除伪影、提高空间分辨率[2,4]。

3.1 辐射剂量：本研究中前置50% ASiR-V组的CTDIvol(6.30±0.80)mGy、DLP(197.41±29.76) mGy/cm和ED(2.96±0.45)mSv较前置30% ASiR-V和40% ASiR-V组为最低，这与以往的研究结果相似[9]。本组研究中前置40% ASiR-V、50% ASiR-V的 DLP分别较前置30% ASiR-V的DLP下降了21%和38%。柴亚如等[9]研究认为前置ASiR-V可以降低辐射剂量，能谱GSI模式下管电压80～140 kV瞬时自动切换，管电流ASSIST自动mA，随着前置ASiR-V比例升高，相对应的毫安值随之降低，辐射剂量也按相应比例降低，其中 50% ASiR-V 辐射剂量较0% ASiR-V时辐射剂量下降61.9%。

3.2 图像质量：本研究中随着后置ASiR-V升高，图像噪声SD值逐渐降低，SNR和CNR值逐渐升高，这与以往的研究结果相似[10-12]。MARIN等[10]研究显示，噪声水平随ASiR-V权重的增加而减小。后置ASiR-V迭代目的在于降低图像噪声，提高密度分辨率及空间分辨率，从而提高图像质量，并给辐射剂量的降低提供空间。ASiR-V的混合迭代重建技术是由迭代图像与FBP 图像按一定比例混合而成的[8]。理论上ASiR-V权重为100%时，图像的噪声最小，显示最为光滑细腻。但本研究中后置60%ASiR-V组的主观评分最高，可见并非后重建ASiR-V权重越高图像质量就越好。随着ASiR-V权重的增加，蜡像感伪影也逐渐增加，油画感随之增加。本研究中后置90%ASiR-V权重时图像蜡像感最显著，图像过于润滑，犹如“美颜”过度一般，组织间对比度及锐利度下降，不利发现微小病灶。GOODENBERGER等[13]研究结果显示，在腹部增强扫描中后置60%ASiR-V重建在降低噪声的同时图像不失真，与本研究结果相似。在临床实际工作中ASiR-V权重在50%～70% 时图像质量主观评价最高，可能是ASiR-V权重高于70% 时，各组织之间的对比度降低，变的显示能力也有下降，从而影响诊断效果[11-12]。ASiR-V保留了系统噪声、被扫描物体及物理3个模型[8]。迭代算法较传统的FBP图像具有显著降噪作用，以前FBP的重建算法限制了管电流的降低，而且降低扫描条件时，由于腹部实质脏器对比度较差，会导致CT图像噪声增加，图像质量下降，影响临床诊断结果[14]。

本研究存在一定局限性，首先，样本量较小并且未涉及病灶的检出率及诊断效能，有待后续扩大样本量进一步研究。其次，并未对不同身体质量指数的患者进行分层分析，研究结果具有一定的偏移。

综上所述，ASiR-V具有前置和后置两种模式，能谱CT在腹部增强扫描中联合前置50% ASiR-V和后置60%ASiR-V在保证图像质量的前提下，可明显地降低患者的辐射剂量。