趙君祿　劉沖　鄭立冬　任慶云　王猛

作者單位: 050031石家莊市，河北醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院放射科

迭代重建技術(shù)與自動毫安控制相結(jié)合降低肝臟平掃輻射劑量的效果研究

趙君祿劉沖鄭立冬任慶云王猛

作者單位: 050031石家莊市，河北醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院放射科

【摘要】目的研究IRIS迭代重建技術(shù)與CARE dose 4D自動毫安控制相結(jié)合在肝臟平掃中對提高圖像質(zhì)量、降低輻射劑量的影響。方法(1)尸體標(biāo)本研究:采用130 kV，mAs為250～30(每次遞減20)的掃描參數(shù)對尸體標(biāo)本上腹部進(jìn)行掃描，對掃描后的原始數(shù)據(jù)分別進(jìn)行IRIS與FBP重建，經(jīng)測量分析后選擇低劑量掃描IRIS重建后圖像的噪聲與常規(guī)劑量掃描FBP重建噪聲相等的掃描條件進(jìn)行臨床研究。(2)臨床研究:120例進(jìn)行肝臟CT平掃的患者隨機(jī)分為A、B 2組，每組60例。A組采用130 kV、圖像質(zhì)量控制參考毫安秒150 mAs自動毫安控制進(jìn)行掃描，分別進(jìn)行IRIS與FBP重建; B組采用130 kV、250 mAs進(jìn)行掃描，分別進(jìn)行IRIS與FBP重建。記錄2組患者CT容積劑量指數(shù)(CTDIvol)及劑量長度乘積(DLP)。由3名醫(yī)師采用盲法對4組圖像進(jìn)行噪聲測量、對比噪聲計算等客觀評價及主觀圖像質(zhì)量評價。結(jié)果尸體標(biāo)本研究得到規(guī)律:低劑量掃描IRIS重建后圖像的噪聲與常規(guī)劑量掃描FBP重建噪聲相等時mAs可降低至150 mAs。將其應(yīng)用到臨床，臨床研究掃描劑量為: A組CTDIvol為2.35～16.3 mGy; DLP為63.4～287.5 mGycm。B組CTDIvol為25.7 mGy; DLP為523.8～586.6 mGycm。A組較B組降低了50%～70%。A1、B1、B2 3組圖像質(zhì)量均滿足臨床診斷要求。B1圖像質(zhì)量高于B2圖像質(zhì)量，A1圖像質(zhì)量與B2差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P ＞0.05)，A2圖像質(zhì)量最差，不能滿足診斷需要。結(jié)論迭代技術(shù)與自動毫安控制相結(jié)合相同劑量條件下可以提高圖像質(zhì)量，在保證圖像質(zhì)量條件下可以降低肝臟平掃的輻射劑量，值得臨床推廣。

【關(guān)鍵詞】計算機(jī)體層攝影;圖像域迭代重建;自動毫安控制;輻射劑量;肝臟平掃;個性化

項(xiàng)目來源:河北省醫(yī)學(xué)科學(xué)研究重點(diǎn)課題(編號: ZD20140296)

E-mail: Renqingyun@163.com

近年來，隨著多排CT的普及，CT的應(yīng)用越來越廣泛，CT所帶來的輻射問題也越來越引起人們的關(guān)注。雖然CT檢查在所有X線檢查中只占一小部分，但CT檢查的輻射劑量卻占到了每年X線檢查的一半［1］。如何在保證圖像質(zhì)量的前提下降低CT檢查患者的輻射劑量成了人們關(guān)注的熱點(diǎn)和臨床研究的方向［2，3］。迭代技術(shù)便是其中之一。IRIS(iterative reconstruction in image space)是西門子公司開發(fā)的迭代重建技術(shù)，它可在不增加輻射劑量的同時明顯優(yōu)化圖像質(zhì)量，在保證圖像質(zhì)量的同時降低輻射劑量。本研究采用emotion 16層螺旋CT自動毫安控制(CARE dose 4D)與IRIS相結(jié)合，研究其降低肝臟平掃輻射劑量的可行性。

1　資料與方法

1.1一般資料

1.1.1掃描尸體標(biāo)本:采用解剖實(shí)驗(yàn)室租借甲醛浸泡過的尸體標(biāo)本，上腹部完整。

1.1.2臨床研究:選擇2013年12月至2014年3月行西門子emotion 16層螺旋CT肝臟平掃檢查的120例患者，年齡34～82歲，平均年齡(53±4)歲;身高155～185 cm，體重45～85 kg，體重指數(shù)(BMI) 17.38～26.52 kg/m2。將患者按就診順序隨機(jī)分為A、B組，每組60例。2組身高、體重及BMI差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)，具有可比性。

1.2檢查方法

1.2.1尸體標(biāo)本掃描:采用西門子emotion 16層螺旋CT，管電壓采用130 kV;螺距0.6;旋轉(zhuǎn)時間0.6 s/圈;重建層厚5 mm;探測器: 16×1.2 mm。分別采用250 mAs、230 mAs、210 mAs、190 mAs、170 mAs、150 mAs、130 mAs、110 mAs、90 mAs、70 mAs、50 mAs、30 mAs掃描劑量對尸體標(biāo)本上腹部進(jìn)行掃描。

1.2.2臨床掃描:采用西門子emotion 16層螺旋CT進(jìn)行掃描。掃描前囑患者飲500～800 ml清水以充盈胃及十二指腸形成陰性對比、去除上腹部金屬異物并進(jìn)行呼吸訓(xùn)練?；颊哐雠P位，上肢舉過頭頂，平靜呼吸下呼氣相進(jìn)行掃描。掃描范圍從膈頂至肝臟下緣。A組采用自動毫安控制技術(shù)(CARE dose 4D)，B組采用固定毫安進(jìn)行掃描;管電壓采用130 kV;螺距0.6;旋轉(zhuǎn)時間0.6 s/圈;重建層厚5 mm;探測器: 16× 1.2 mm。A組預(yù)設(shè)圖像質(zhì)量參考150 mAs，B組采用250 mAs。

1.3圖像重建

1.3.1尸體標(biāo)本掃描重建:采用IRIS與FBP分別對掃描后的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行重建。

1.3.2臨床掃描圖像重建: A、B組均分別采用IRIS 與FBP重建。圖像分為4組(IRIS重建組分別記為A1組、B1組; FBP重建組分別記為A2組、B2組)。

1.4圖像質(zhì)量客觀評價(SD測定及CNR計算)

1.4.1尸體標(biāo)本掃描圖像客觀評價:分別對重建后的圖像進(jìn)行SD測量。

1.4.2臨床掃描圖像客觀評價: 4組圖像均選擇肝門部位進(jìn)行測量，分別測量肝實(shí)質(zhì)、右側(cè)豎脊肌以及前腹壁皮下脂肪中心區(qū)域的CT值及其標(biāo)準(zhǔn)差(SD) ; ROI面積為0.45 cm2。以肝實(shí)質(zhì)CT值的SD為圖像噪聲計算CNR: CNR=(ROI肝臟－ROI肌肉)/SD背景［4］。其中ROI肝臟為肝實(shí)質(zhì)CT值均值; ROI肌肉為右側(cè)豎脊肌CT值均值; SD背景為前腹壁皮下脂肪SD平均值。

1.5圖像質(zhì)量主觀評價由3位放射科醫(yī)師隱藏掃描參數(shù)后分別對4組圖像進(jìn)行評價。采用PACS顯示器，同時顯示4組圖像(A1、A2; B1、B2)，窗寬180 Hu，窗位55 Hu。評價內(nèi)容包括上腹部組織結(jié)構(gòu)顯示情況、病變的顯示率、圖像主觀噪聲及圖像的總體質(zhì)量，分別分為5個等級，以5分制對圖像質(zhì)量進(jìn)行評分: 1 分(差) :圖像噪聲較大，偽影較重，上腹部組織結(jié)構(gòu)顯示不清，完全不能滿足診斷要求; 2分(較差) :圖像噪聲較大，上腹部組織結(jié)構(gòu)顯示不清，不能滿足診斷要求; 3分(一般) :圖像噪聲較大，上腹部部分組織結(jié)構(gòu)顯示欠佳，但基本能滿足診斷要求; 4分(良好) :圖像噪聲尚可，上腹部組織結(jié)構(gòu)顯示清楚，完全能滿足診斷要求; 5分(優(yōu)秀) :圖像噪聲小，上腹部組織結(jié)構(gòu)顯示清晰，對比良好，完全能滿足診斷要求。

1.6統(tǒng)計學(xué)分析應(yīng)用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件，采用隨機(jī)分組設(shè)計的方差分析比較4組圖像噪聲及CNR;采用秩和檢驗(yàn)比較4組圖像肝臟組織對比度、病變的顯示率、圖像主觀噪聲及圖像的總體質(zhì)量的差異，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2　結(jié)果

2.1尸體標(biāo)本掃描結(jié)果以130 kV、250 mAs FBP重建圖像作為對照，比較不同掃描劑量條件對肝臟圖像質(zhì)量的影響。得出IRIS迭代重建后圖像的噪聲與常規(guī)劑量掃描FBP重建噪聲相等時mAs可降低至150 mAs。見圖1。

圖1　尸體標(biāo)本掃描結(jié)果

2.2臨床掃描結(jié)果120例患者均順利完成檢查。2組共檢查出肝內(nèi)結(jié)節(jié)性病變16例、巨大肝內(nèi)腫塊6例，檢查出肝囊腫25例。A、B組在檢出病變數(shù)量方面差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)。

2.2.1輻射劑量分析:以CT劑量容積指數(shù)(CTDIvol)及劑量長度乘積(DLP)評價輻射劑量。A組CTDIvol為2.35～16.3 mGY。DLP為63.4～287.5 mGYcm。B組CTDIvol為4.87～25.7 mGY。DLP為110.3～586.6 mGYcm。A組較B組降低了50%～70%，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)。

2.2.2客觀圖像質(zhì)量(噪聲及CNR)分析:圖像噪聲客觀評價常規(guī)劑量IRIS重建(B1)組的噪聲最小;低劑量FBP重建(A2)組的噪聲最大，低劑量IRIS重建(A1)組與常規(guī)劑量FBP重建(B2)組比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)。B1組CNR最高; A2組CNR最低，A1組與B2組比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)。見表1。

表1　4組圖像噪聲及CNR　n=60，±s

表1　4組圖像噪聲及CNR　n=60，±s

注:與A1組比較，*P＜0.05;與B2組比較，#P＜0.05

組別　噪聲CNR A1組6.57±1.21　1.66±0.67 A2組　9.79±1.20*　1.30±0.70*B1組　4.57±0.77　2.77±1.90 B2組　7.31±1.01#　1.70±0.98#

2.2.3主觀圖像質(zhì)量分析:主觀評價時B1組圖像評分與B2組比較有提高，證明在相同劑量條件下IRIS重建可以提高肝臟平掃的圖像質(zhì)量。A1圖像評分明顯高于A2圖像，且與B2圖像質(zhì)量差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)，證明在低劑量條件下，IRIS重建優(yōu)勢更明顯，IRIS重建可以在輻射劑量降低50%～70%的條件下得到與常規(guī)劑量掃描FBP重建相同圖像質(zhì)量的圖像。見表2，圖1～4。

表2　4組圖像的主觀評價比較　n=60，±s

表2　4組圖像的主觀評價比較　n=60，±s

注:與A1組比較，*P＜0.05;與B1組比較，#P＜0.05

組別　圖像主觀噪聲評分　肝臟組織結(jié)構(gòu)顯示評分　圖像總體質(zhì)量評分A1組4.29±0.24　4.28±0.25　4.29±0.23 A2組　2.56±0.37*　2.57±0.35*　2.56±0.34*B1組　4.5±0.36　4.49±0.32　4.49±0.34 B2組　4.3±0.21#　4.29±0.36#　4.29±0.32#

圖1　常規(guī)劑量掃描FBP重建圖像

圖2　常規(guī)劑量掃描IRIS重建圖像。

圖3　常規(guī)劑量掃描FBP重建圖像

圖4　低劑量掃描IRIS重建圖像。

3　討論

肝癌是最常見的肝臟惡性腫瘤，早期診斷早期治療是肝癌的最佳治療方法，有專家統(tǒng)計早期肝癌的生存率顯著高于進(jìn)展期肝癌的生存率［5］。CT檢查對于早期診斷肝癌起了重要作用。但是隨著CT的廣泛應(yīng)用，其輻射引起的危害也逐漸引起人們的關(guān)注［6，7］。如何降低輻射劑量，減少輻射造成的危害日益受到放射學(xué)工作者和CT設(shè)備制造商的重視。郝佳等［8］研究表明，基于原始數(shù)據(jù)的迭代重建技術(shù)能通過降低噪聲、減少偽影等有效降低輻射劑量，而且可以在一定程度上提高圖像質(zhì)量。IRIS迭代重建算法是西門子公司推出的迭代重建算法，其原理是將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行一次重建后，在圖像空間內(nèi)進(jìn)行迭代，減少頻繁的重建和反重建的運(yùn)算量，可以在不失圖像銳利度的情況下降低噪聲，兼顧了處理時間和圖像質(zhì)量［9，10］。Winklehner等［11］通過IRIS和ASIR在腹部掃描上的應(yīng)用進(jìn)行比較，證明了IRIS比ASIR具有更高降低輻射劑量的能力。

本研究采用先進(jìn)行尸體掃描找到IRIS迭代重建技術(shù)在保證肝臟圖像質(zhì)量前提下降低輻射劑量的規(guī)律，再將其應(yīng)用于臨床。既減少了臨床研究中患者所受的輻射劑量又保證了圖像質(zhì)量。采用自動毫安控制(CARE dose 4D)個體化的降低患者的輻射劑量保證每個患者的圖像質(zhì)量。自動毫安控制(CARE dose 4D)比單純的根據(jù)患者體重指數(shù)(BMI)調(diào)節(jié)kV及mAs肝臟CT圖像質(zhì)量更有保證。因?yàn)榧词够颊叩腂MI相同，腹部所占全身的比重也不相同;即使腹部所占全身比重相同，腹部組織成分的不同也將導(dǎo)致腹部吸收劑量的不同，此時如果單純依靠BMI來調(diào)節(jié)mAs則會導(dǎo)致肝臟圖像質(zhì)量受到影響，腹部占全身比重小或腹部組成成分以脂肪為主的患者所受的輻射劑量將會增大而腹部占全身比重大或腹部組成成分以肌肉為主的患者將會因輻射劑量不足而影響肝臟的圖像質(zhì)量。CARE dose 4D則完美的解決了這個問題，其基于單個前后位或側(cè)位定位像即可以確定患者各個層面適當(dāng)?shù)膍As水平，根據(jù)這些球管電流的值，在每次球管旋轉(zhuǎn)過程中，CARE Dose 4D就會根據(jù)患者不同角度的衰減分布圖自動調(diào)整球管電流。這樣就可以獲得患者長軸以及各個照射角度的最佳劑量分布。利用自動毫安控制技術(shù)可以個性化降低患者的輻射劑量。

常規(guī)劑量組掃描中，通過IRIS重建的肝臟CT圖像(B1組)在客觀參數(shù)及主觀圖像質(zhì)量方面都優(yōu)于FBP重建圖像(B2組)，此結(jié)果證明在相同劑量條件下迭代重建可以提高肝臟平掃的圖像質(zhì)量。Hur等［12］進(jìn)行模體研究也證明了IRIS可以有效的降低圖像噪聲，與FBP重建相比在相同管電壓條件下IRIS可以提高CNR 29%。通過低劑量掃描IRIS重建圖像(A1 組)與常規(guī)劑量掃描FBP圖像(B2組)比較可以發(fā)現(xiàn)，在保證圖像質(zhì)量的前提下，IRIS迭代重建與CARE dose 4D自動毫安控制相結(jié)合可以降低輻射劑量的50%～70%。這與May等［13］的研究一致，IRIS技術(shù)可在輻射劑量降低50%的情況下，圖像質(zhì)量、銳利度和診斷可接受性與常規(guī)FBP法無顯著差異。本研究采用的對比圖像是《X射線計算機(jī)斷層攝影放射防護(hù)要求》(中華人民共和國國家職業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，GBZ165-2012)規(guī)定的輻射劑量進(jìn)行掃描FBP重建圖像。本文認(rèn)為降低輻射劑量不能損害圖像質(zhì)量;不能影響臨床CT診斷;所有的降低輻射劑量的行為必須在保證圖像質(zhì)量的前提下進(jìn)行。所進(jìn)行的臨床研究中CT圖像質(zhì)量分析必須包括客觀參數(shù)與主觀圖像質(zhì)量兩個方面。最終的CT診斷還是主要靠診斷大夫主觀判斷，所以主觀圖像質(zhì)量是不可缺少的因素。通過本研究發(fā)現(xiàn)，低劑量掃描FBP重建組(A2)基本無法完成CT診斷。此研究證明在進(jìn)行肝臟平掃時，如僅降低掃描劑量而不改進(jìn)算法，存在診斷信息丟失的風(fēng)險，可能無法得到滿足臨床診斷的圖像［14］。在眾多的CT低劑量技術(shù)中，放射科醫(yī)師應(yīng)該針對不同的受檢者條件和檢查的臨床目的，結(jié)合所使用的CT軟硬件技術(shù)特點(diǎn)，制定出個性化的，符合ALARA原則的低劑量掃描方案［15］。

IRIS迭代重建技術(shù)與CARE dose 4D自動毫安控制相結(jié)合在相同輻射劑量條件下可以提高肝臟掃描的圖像質(zhì)量，在保證圖像質(zhì)量前提下可以降低肝臟掃描的輻射劑量，能夠較好地滿足臨床診斷需求，值得臨床推廣。

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Effect of iterative reconstruction algorithm combined with CARE dose 4D on reducing radiation dose in liver CT

ZHAO Junlu，LIU Chong，ZHENG Lidong，et al.
Department of Radiology，The First Hospital of Hebei Medical University，Shijiazhuang 050031，China

【Abstract】Objective To investigate the influence of iterative reconstruction algorithm (IRIS) combined with CARE dose 4D on reducing radiation dose and improving image quality in liver CT.Methods (1) Human cadaver study : human cadaver was scanned for twelve times by emotion 16-slice CT scanner with same tube voltage 130kV and different tube currents from 30mAs to 250mAs with increment of 20mAs.The images were reconstructed with IRIS and FBP respectively，and the data were analyzed before clinical study.(2) Clinical study:120 patients were randomly divided into two groups，group A and group B，with 60 patients in each group.The patients in group A received liver CT (130kV，CARE dose 4D and reference mAs of 150)，and images were reconstructed with IRIS and FBP，redpectively.The patients in group B were scanned by CT (130kV，reference mAs of 250)，and images were reconstructed with IRIS and FBP respectively.CT dose index volumes(CTDIvol)，dose length product (DLP) were recorded.The image quality was evaluated by three radiologists blindly with objective methods (noise measurement and CNR calculating etc) as well as subjective methods.ResultsCTDIvol and DLP were 2.35～16.3mGy and 63.4～287.5mGycm，respectively，in group A，however，which were 25.7mGy and 523.8～586.6mGycm in group B，respectively，which in group A were decreased by 50%～70%.Image quality in both group A1，group B1，group B2 met diagnostic requirements.The image quality in group B1 was better than that of group B2，however，there was no significant difference in image quality between group A1 and group B2 (P＞0.05).The image quality in group A2 was the worst，which could not meet diagnostic requirements.Conclusion IRIS combined CARE dose 4D can improve the image quality under the condition of the same dose，which can reduce the radiation dose of liver CT under the condition of guaranteeing the image quality，so it is worthy of clinical spreading application.

【Key words】computer tomography; IRIS; CARE dose 4D; radiation dose; liver scanning; individuation

(收稿日期:2014－07－07)

通訊作者:任慶云，050031石家莊市，河北醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院放射科;

doi:10.3969/j.issn.1002－7386.2015.07.002

【文章編號】1002－7386(2015) 07－0968－04

【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【中圖分類號】R 814.42