劉婧娟，潘衛(wèi)東，薛華丹，李 斌，王 萱，孫 昊，王 沄，劉 煒，金征宇

中國醫(yī)學科學院 北京協和醫(yī)學院 北京協和醫(yī)院放射科，北京 100730

·Force CT專欄 論著·

第3代雙源CT低管電壓70 kV聯合高級模擬迭代重建在結腸CT成像中的應用

劉婧娟，潘衛(wèi)東，薛華丹，李 斌，王 萱，孫 昊，王 沄，劉 煒，金征宇

中國醫(yī)學科學院 北京協和醫(yī)學院 北京協和醫(yī)院放射科，北京 100730

目的探討第3代雙源CT低管電壓70 kV聯合高級模擬迭代重建技術(ADMIRE)在降低結腸CT輻射劑量方面的可行性。方法前瞻性連續(xù)入組53例患者行結腸CT檢查，仰臥位為120 kV標準低劑量掃描，采用濾波反投影法進行圖像重建；俯臥位為70 kV掃描，然后采用ADMIRE進行圖像重建，掃描范圍一致；比較兩者輻射劑量、圖像質量等方面的差異。結果70 kV的CT容積劑量指數、劑量長度乘積和有效劑量分別為(1.47±0.23)mGy、(68.85±13.82)mGy·cm和(1.03±0.21)mSv，明顯低于120 kV的(2.96±0.61)mGy(t=25.356，P=0.000)、(136.97±32.77)mGy·cm(t=22.246，P=0.000)和(2.05±0.49)mSv(t=22.293，P=0.000)。70 kV聯合ADMIRE的信噪比為3.60±0.58，明顯高于120 kV的2.34±0.47(t=-18.036，P=0.000)；噪聲為(11.81±1.93)HU，明顯低于120 kV的(14.39±2.57)HU(t=7.856，P=0.000)。兩位放射科醫(yī)師主觀評分總體κ值為0.843(P=0.000)。二維圖像結果顯示，70 kV聯合ADMIRE的噪聲明顯低于120 kV(Z=325.000，P=0.000)、圖像總體質量評分明顯高于120 kV(Z=78.000，P=0.001)，兩者的銳利度差異無統計學意義(Z=12.000，P=0.180)，所有評分均為4～5分。三維虛擬內鏡圖像結果顯示，70 kV聯合ADMIRE和120 kV在圖像總體質量方面差異無統計學意義(Z=4.000，P=0.059)，所有評分均在4～5分。結論第3代雙源CT低管電壓70 kV聯合ADMIRE較120 kV常規(guī)掃描，可在保證結腸CT圖像質量的同時，顯著降低輻射劑量。

結腸CT；低管電壓；高級模擬迭代重建；輻射劑量；圖像質量

ActaAcadMedSin，2017,39(1)：95-100

結腸CT是一項無創(chuàng)結腸癌檢查的影像技術，對具有臨床意義的腺瘤樣息肉及隱匿結直腸癌的檢出率可與光學結腸鏡媲美[1- 2]，同時具備無創(chuàng)、操作簡便、檢查相關并發(fā)癥少等優(yōu)勢。此外，對于已確診結腸癌且腸鏡無法通過梗阻節(jié)段的患者，結腸CT在評估梗阻近端腸道方面具有無可替代的優(yōu)勢[3]。但是，由結腸CT檢查帶來的輻射暴露以及相關健康問題仍為大眾擔憂[4]。近期投入市場的第3代雙源CT在硬件及軟件上均有較大提升，如針對70 kV低管電壓掃描提供更廣的電流調配范圍、高級模擬迭代重建技術(advanced modeled iterative reconstruction,ADMIRE)可進一步降低圖像噪聲等，在降低輻射劑量的同時保證圖像了質量。本研究比較了第3代雙源CT低管電壓70 kV結腸CT掃描聯合ADMIRE與常規(guī)120 kV結腸CT掃描在圖像質量和輻射劑量等方面的差異，探討了其臨床應用的可行性。

對象和方法

對象2016年5月18日至2016年6月29日在北京協和醫(yī)院就診、由臨床醫(yī)師開具結腸CT檢查的患者53例，其中，男20例，女33例，平均年齡(59.4±15.5)歲(30～90歲)；體質量指數(body mass index，BMI)過低(BMI<18.5 kg/m2)1例(1.9%)，正常(BMI=18.5～23.9 kg/m2)33例(62.3%)，超重(BMI=24.0～27.9 kg/m2)14例(26.4%)，肥胖(BMI>28 kg/m2)5例(9.4%)。本研究經北京協和醫(yī)院倫理委員會批準，所有患者均簽署知情同意書。

CT掃描技術所有患者在檢查前2 d開始清淡飲食，檢查前1 d口服50%硫酸鎂溶液50 ml及清水1.5～2.0L，檢查當日使用開塞露50 ml，充分清潔腸道。掃描開始前，由1名放射科醫(yī)生經其肛門插管注入空氣，定位像確認結腸充分擴張后掃描。CT掃描采用第3代雙源CT(SOMATOM Definition Force;Siemens Healthcare，Forchheim，Germany)，首先取仰臥位，頭先進，掃描范圍從膈肌至恥骨聯合下緣，掃描參數為管電壓120 kV，開啟實時動態(tài)曝光劑量調節(jié)CARE Dose 4D，參考標準為120 kV，50 mA。隨后選取俯臥位，頭先進，掃描范圍同前，掃描參數為管電壓70 kV，開啟實時動態(tài)曝光劑量調節(jié)CARE Dose 4D，參考標準為70 kV，150 mA。CT掃描設備自動生成CT容積劑量指數(CT dose index volume，CTDIvol)和劑量長度乘積(dose-length product，DLP)數值，根據公式計算有效劑量[effective dose，ED=DLP×轉換系數(0.015)][4]，代表受檢者本次實際吸收輻射劑量。

CT圖像后處理仰臥位120 kV重建算法為濾波反投影(filtered back projection，FBP)，Kernal值Br36，層厚1 mm，層間距0.7 mm。俯臥位70 kV重建算法為ADMIRE(水平5)，Kernal值Br36，層厚1 mm，層間距0.7 mm。所有圖像隱去掃描條件等信息，導入Syngo Via工作站CT Colon軟件進行后處理，由2名經驗豐富的腹部影像診斷醫(yī)師盲法、獨立閱片(分別具有12年及2年結腸CT診斷經驗)。

CT圖像評價方法客觀圖像質量評價方法，所有圖像均選取4個標準位置(雙側腰大肌、結腸腸腔內空氣×2處)，繪制圓形感興趣區(qū)(region of interest，ROI)(約1cm2)，測量CT值及標準差(standard deviation，SD)。計算噪聲為2處腸腔空氣SD的平均值[noise=(SDair1+SDair2)/2)]，信噪比(signal to noise ratio，SNR)為雙側腰大肌SNR的平均值[SNRpsoas=(SNRpsoasL+SNRpsoasR)/2，SNRpsoasL/R=CTpsoasL/R/SDpsoasL/R]。

主觀圖像質量采取5分制進行評估，2D圖像設置為結腸窗進行觀察(窗寬1500 HU、窗位100 HU)，包括圖像噪聲(1：噪聲很大；2：噪聲較大；3：中等噪聲；4：噪聲較?。?：基本無噪聲)、銳利度(1：無法勾勒邊緣；2：銳利度差，影響診斷；3：銳利度中等；4：銳利度較好，邊緣略模糊；5：銳利度好)及整體圖像質量(1：無法診斷；2：診斷受限；3：可基本滿足診斷；4：診斷效能很好；5：診斷效能出色)。虛擬內鏡選取4個部位(包括乙狀結腸、降結腸、橫結腸及升結腸)分別評價，包括圖像噪聲即腸壁顆粒感(1分：無法診斷；2分：腸壁大量顆粒，影響較大病變檢出；3分：存在小顆粒，影響小病變檢出；4分：存在細微顆粒；5分：黏膜光滑)及圖像整體質量(1分：無法診斷；2分：診斷受限，只能診斷直徑1cm以上病變；3分：可滿足診斷，存在偽影，但不影響診斷直徑為6 mm及以上病變；4分：很好，僅存在很小偽影；5分：診斷效能出色)。

統計學處理采用SPSS 19.0統計學軟件，連續(xù)變量以均數±標準差表示，主觀評分變量以中位數和四分位數間距表示；仰臥位120 kV-FBP與俯臥位70 kV-ADMIRE 5間的CTDIvol、DLP、ED及客觀圖像質量噪聲、SNR的比較采用配對t檢驗，主觀質量評分比較采用Wilcoxon秩和檢驗，兩名放射科醫(yī)師對圖像質量主觀評分一致性檢驗采用kappa(κ)值；BMI<24 kg/m2和BMI≥24 kg/m2患者間的客觀及主觀圖像質量比較分別采用t檢驗及Mann-WhitneyU檢驗；P<0.05為差異有統計學意義。

結 果

輻射劑量的比較70 kV的有效毫安秒為162.43±27.00，明顯高于120 kV的44.08±9.06(t=-42.751，P=0.000)；CTDIvol、DLP和ED分別為(1.47±0.23)mGy、(68.85±13.82)mGy·cm和(1.03±0.21)mSv，明顯低于120 kV的(2.96±0.61)mGy(t=25.356，P=0.000)、(136.97±32.77)mGy·cm(t=22.246，P=0.000)和(2.05±0.49)mSv(t=22.293，P=0.000)。

客觀圖像質量的比較70 kV聯合ADMIRE的腰大肌CT平均值和SNR分別為(56.76±5.47)HU和3.60±0.58，均明顯高于120 kV的(54.04±5.01)HU(t=-3.757，P=0.000)和2.34±0.47(t=-18.036，P=0.000)；噪聲為(11.81±1.93)HU，明顯低于120 kV的(14.39±2.57)HU(t=7.856，P=0.000)。

BMI<24 kg/m2的患者70 kV聯合ADMIRE與120 kV在腰大肌CT值[(57.09±6.17)HU比(54.07±5.38)HU；t=-2.897，P=0.007]、噪聲[(11.48±1.84)HU比(14.15±2.35)HU；t=8.374，P=0.000]和SNR[3.65±0.58比2.45±0.48；t=-12.635，P=-12.635]方面差異均有統計學意義；BMI≥24 kg/m2的患者70 kV聯合ADMIRE與120 kV在腰大肌CT值[(56.18±4.02)HU比(54.00±4.43)HU；t=-2.735，P=0.014]、噪聲[(12.39±2.00)HU比(14.82±2.95)HU；t=3.318，P=0.004]和SNR[3.50±0.59比2.13±0.39；t=-14.623，P=0.000]方面差異也有統計學意義。

BMI<24 kg/m2與BMI≥24 kg/m2的患者在70 kV聯合ADMIRE及120 kV的腰大肌CT值(t=3.277，P=0.076；t=0.002，P=0.964)、噪聲(t=1.020，P=0.317；t=2.488，P=0.124)和SNR方面(t=0.002，P=0.965；t=0.357，P=0.862)差異均無統計學意義。

主觀圖像質量兩位放射科醫(yī)師主觀評分總體κ值為0.843(P=0.000)。二維圖像結果顯示，70 kV聯合ADMIRE的噪聲明顯低于120 kV(Z=325.000，P=0.000)、圖像總體質量評分明顯高于120 kV(Z=78.000，P=0.001)，兩者的銳利度差異無統計學意義(Z=12.000，P=0.180)，所有評分均為4～5分。三維虛擬內鏡圖像結果顯示，70 kV聯合ADMIRE和120 kV在圖像總體質量方面差異無統計學意義(Z=4.000，P=0.059)，所有評分均在4～5分(圖1)。在4個部位噪聲評分中，70 kV聯合ADMIRE的乙狀結腸噪聲明顯低于120 kV[(4.75±0.43)分(5分，4～5分)比(4.96±0.19)分(5分，5～5分)；Z=16.000，P=0.005]，而降結腸(Z=5.000，P=1.000)、橫結腸(Z=2.5000，P=0.317)和升結腸(Z=0.000，P=0.157)差異均無統計學意義(表1)；其中，除乙狀結腸有2例70 kV和120 kV評分為3分，其余均在4～5分。BMI<24 kg/m2與BMI≥24 kg/m2患者相比，70 kV聯合ADMIRE及120 kV的二維圖像評分(U=285.000，P=0.124；U=316.000，P=0.870)和120 kV的三維虛擬內鏡圖像評分(U=306.000，P=0.181)差異均無統計學意義。BMI<24 kg/m2患者的70 kV聯合ADMIRE虛擬內鏡圖像質量評分為(4.97±0.17)分(5分，5～5分)，明顯高于BMI≥24 kg/m2患者的(4.74±0.45)分(5分，4～5分)(U=247.500，P=0.011)。

討 論

結直腸癌在中國人中的發(fā)病率及致死率日益增高，根據最近的腫瘤疾病流行病學調查顯示，我國男性和女性結直腸癌發(fā)病率分別位于惡性腫瘤第5位和第4位，致死率均位于第5位[5]。在過去十幾年中，結腸CT越來越多的應用于結腸癌篩查及手術計劃制定的臨床實踐中，但是由于其電離輻射造成的健康危害仍為大眾所關注。大量學者致力于在保證圖像質量前提下，進一步降低結腸CT的輻射劑量的研究，具體方法有降低管電流、自動劑量調節(jié)技術、降低管電壓、采用迭代重建技術、優(yōu)化掃描長度等[4]。以往研究多采用降低管電流的方法降低輻射劑量[6]，但是管電流與輻射劑量成線性關系，而管電壓與輻射劑量則成指數關系，因此通過降低管電壓在降低輻射劑量方面效率更高。Chang等[7]及Yamamura等[8]將結腸掃描管電壓降低至100 kV，分別使CTDIvol分別降低了20%和27%，證明100 kV低電壓結腸CT掃描的可行性。

FBP：濾波反投影；ADMIRE：高級模擬迭代重建

FBP：filtered back projection；ADMIRE：advanced modeled iterative reconstructionA～D：70 kV并ADMIRE，所有客觀及主觀圖像評分均為5分；E～H：120 kV并FBP重建，所有客觀及主觀圖像評分均為5分

A-D：70 kV with ADMIRE，all of the objective and subjective image scores were 5；E-H：120 kV with FBP，all of the objective and subjective image scores were 5

圖1 患者，女，體質量指數為20.18 kg/m2，結腸CT 70 kV及120 kV虛擬內鏡及二維圖像

Fig 1 Virtual endoscopy and multiple planar reconstructionimage of 70 kV-ADMIRE5 and 120 kV-FBP in a female patient with a body mass index of 20.18 kg/m2

表1 結腸CT 70 kV及120 kV主觀質量比較(分)Table 1 Subjective image quality for 70 kV and 120 kV of CT colonography(scores)

FBP：濾波反投影；ADMIRE：高級模擬迭代重建；2D：二維；VE：虛擬內鏡；變量描述為均數±標準差(中位數，四分位數間距)

FBP：filtered back projection；ADMIRE：advanced modeled iterative reconstruction；2D：two dimension；VE：virtual endoscopy；variables were expressed as mean±standard deviation (median，interquartile range)

近期進入市場的第3代雙源CT在硬件及軟件具有突破性革新，對于提升圖像質量、降低輻射劑量、縮短掃描時間等方面具有出色表現。其中值得一提的是，第3代雙源CT系統配備了2個120 kV的X線管球，可產生高達1300 mA的峰值電流，因此為70 kV低管電壓掃描提供了足夠大的電流調配空間，使其臨床應用常規(guī)化成為可能。Meinel等[9]采用第3代雙源CT對肥胖患者冠狀動脈模型行70 kV低電壓CT血管成像掃描研究，結果顯示，70 kV掃描較第2代雙源CT的120 kV掃描輻射劑量降低68%，對比噪聲比(contrast to noise ratio，CNR)顯著升高。Hell等[10]針對成人冠狀動脈以及Rompel等[11]針對嬰幼兒胸部血管行70 kV管電壓CT血管成像掃描，均證實其在體掃描的可行性，并實現輻射劑量的顯著降低。但以上均見于70 kV血管成像，而未見70 kV應用于平掃研究。本研究將70 kV應用于結腸CT掃描基于如下考慮，結腸CT通過對腸腔內充氣，使腸壁與腸腔具有較高的天然對比，類似肺部CT成像，使低電壓掃描具有潛在可能性。此外，2D與3D圖像中腸壁黏膜與空氣界面對噪聲增加并不敏感，因此結腸CT低劑量掃描方案可獲得比其他腹部低劑量掃描如泌尿系結石篩查等更低的輻射劑量。本研究結果顯示，70 kV掃描較120 kV輻射劑量降低約50%，ED約為(1.03±0.21)mSv，是一種有效降低輻射劑量的方法。

但是降低管電壓往往會造成硬化束偽影加重以及噪聲增加，Change等[7]采用100 kV低電壓掃描在降低輻射劑量的同時損失了圖像質量，目前多位研究者通過選用不同的迭代重建算法，如全模型迭代重建技術(iterative model reconstruction，IMR)、自適應統計迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction，ASIR)、基于模型迭代重建(model-based iterative reconstruction，MBIR)、采用三維后處理的自適應迭代劑量減低技術(adaptive iterative dose reduction using three dimensional processing，AIDR3D)等[8，12- 13]來彌補由劑量降低帶來的圖像質量下降。ADMIRE是與第3代雙源CT同時推出的最新算法，它融合了原始數據模塊的統計數據建模和圖像模塊模擬噪聲檢測，共分1～5個強度等級，Gordic等[14]將ADMIRE算法應用于腹部CT平掃，結果發(fā)現較FBP可大幅度降低腹部實質臟器，如肝臟、脾臟、腎臟等噪聲，同時保證其衰減值不降低，且隨著重建強度等級增高，圖像質量提升顯著，該研究顯示強度等級5獲得圖像噪聲較FBP降低53%。考慮到結腸CT包括虛擬內鏡需觀察結腸內壁，因此本研究在指南和以往文獻的基礎上，直接選用了光滑的Kernal值及最高強度等級的迭代重建算法，結果顯示在二維圖像中，70 kV聯合ADMIRE算法具有更低的噪聲、更高的SNR及更好的主觀圖像質量，此外，在虛擬內鏡整體質量主觀評分中，兩者并無顯著性差異，進一步證明了ADMIRE是低電壓低劑量結腸CT掃描的有力工具。

本研究針對結腸4個部位分別進行噪聲評分，結果顯示70 kV聯合ADMIRE中乙狀結腸噪聲較120 kV明顯增高，而降腸、橫結腸及升結腸無顯著差異，提示直腸及乙狀結腸位于盆腔內，低電壓難以穿透較多的骨性結構，造成噪聲的增加，但評分均在3分以上，不影響6 mm及以上小息肉的檢出，可基本滿足腫瘤篩查的目標。

本研究存在以下局限性：(1)未參照光學結腸鏡對結腸病變檢出率進行分析，一方面由于部分患者無法完成結腸鏡檢查，難以獲取參考標準；另一方面由于本研究著眼于比較70 kV聯合ADMIRE與120 kV常規(guī)掃描圖像質量的差異，其臨床診斷效能需進一步驗證。(2)本研究圖像質量評估并未納入120 kV聯合迭代重建作為對照組，主要是考慮到迭代重建作為一種降低噪聲、提高圖像質量的方法已被廣泛驗證，本文旨在評估其在低電壓低劑量掃描中進一步提升圖像質量的可能性。(3)本研究受試者為亞洲人，BMI多數偏低或正常，結腸CT采用70 kV低電壓掃描可獲得不錯的圖像質量，但對于較大體格的患者，本研究顯示低電壓掃描可能會增加噪聲、降低虛擬內鏡主觀圖像質量，因此可能需要采取標準120 kV掃描聯合迭代重建，或低電壓掃描方案中進一步提高管電流時間乘積。

綜上，第3代雙源CT 70 kV低管電壓聯合ADMIRE技術可在保證圖像質量不受損的情況下，進一步減低患者的輻射劑量，具有廣泛而重要的臨床應用價值。

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Application of Low Tube Voltage 70 kV and Advanced Modeled Iterative Reconstruction in the Third-generation Dual-source CT to CT Colonography

LIU Jingjuan，PAN Weidong，XUE Huadan，LI Bin，WANG Xuan，SUN Hao，WANG Yun，LIU Wei，JIN Zhengyu

Department of Radiology，PUMC Hospital，CAMS and PUMC，Beijing 100730，China

LIU Wei Tel：010- 69159576，E-mail：lwpumch@163.com

Objective To explore the feasibility of reducing radiation dose of CT colonography (CTC) while preserving image quality using the third-generation dual-source CT at 70 kV tube voltage with advanced modeled iterative reconstruction (ADMIRE). Methods This prospective study consecutively included 53 patients. All patients underwent CTC at 120 kV in supine position with filtered back projection reconstruction and at 70 kV in prone position with ADMIRE with the same scan range. Radiation dose and image quality were compared between these two protocols. Results CT dose index volume，dose-length product，and effective dose of 70 kV were (1.47±0.23)mGy，(68.85±13.82)mGy·cm，and (1.03±0.21)mSv，respectively，which were significantly lower than 120 kV mode [(2.96±0.61)mGy (t=25.356，P=0.000)，(136.97±32.77)mGy·cm (t=22.246，P=0.000)，and (2.05±0.49)mSv (t=22.293，P=0.000)]. Signal to noise ratio of 70 kV with ADMIRE was 3.60±0.58，which was obviously higher than that of 120 kV as 2.34±0.47 (t=-18.036，P=0.000). Noise of 70 kV with ADMIRE was (11.81±1.93)HU，which was obviously lower than that of 120 kV as (14.39±2.57)HU (t=7.856，P=0.000). Theκvalue of two radiologists’ overall subjective image score was 0.843 (P=0.000). For 2D images，the noise score of 70 kV with ADMIRE was significantly lower (Z=325.000，P=0.000) and the overall image quality was significantly higher (Z=78.000，P=0.001) compared with 120 kV；however，the sharpness had no significant difference. All scores ranged from 4 to 5. For 3D virtual endoscopy，the overall image quality of 70 kV with ADMIRE and 120 kV was not significantly different (Z=4.000，P=0.059)，and all scores ranged from 4 to 5. Conclusion CTC at 70 kV tube voltage combined with ADMIRE can remarkably reduce the radiation dose while maintaining imaging quality than 120 kV at third-generation dual-source CT.

CT colonography;low tube voltage;advanced modeled iterative reconstruction;radiation dose;image quality

國家臨床重點?？平ㄔO項目(2014)和衛(wèi)生公益性行業(yè)科研專項項目(201402019)Supported by the National Key Clinical Specialist Construction Programs of China(2014)and the Health Industry Special Scientific Research Project (201402019)

劉 煒 電話：010- 69159576，電子郵件：lwpumch@163.com

R814.42

A

1000- 503X(2017)01- 0095- 06

10.3881/j.issn.1000- 503X.2017.01.016

2016- 07- 22)