賈永軍，于 楠，賀太平，于 勇，段海峰，楊創(chuàng)博，郭佑民

（1.陜西中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，陜西 咸陽 712000；2.西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，陜西 西安 710061）

當(dāng)前，CT已廣泛應(yīng)用于肺部疾病的診斷與鑒別中，一方面，MSCT各向同性使得基于影像醫(yī)學(xué)的肺部疾病計算機輔助檢測（computer-aided detection，CAD）成為可能，提高了影像診斷的客觀性、可重復(fù)性及診斷效能，促進了影像定量診斷模式的轉(zhuǎn)換［1］，但圖像噪聲、運動偽影與部分容積效應(yīng)等引起的支氣管內(nèi)灰度分布不均勻，將導(dǎo)致遠(yuǎn)端局部管壁顯示斷裂［2］。另一方面，層厚更薄、更清晰的影像圖像需更高的輻射劑量來實現(xiàn)?；谀Ｐ偷牡亟ǎ╩odel-based iterative reconstruction，MBIR）能在顯著降低噪聲的同時提高空間分辨力，在保證圖像質(zhì)量的前提下明顯降低輻射劑量［3-4］。本研究比較MBIR和自適應(yīng)迭代重建（adaptive statistical iterative reconstruction，ASIR）對CAD氣道分析性能的影響，探討MBIR對提高胸部MSCT圖像質(zhì)量的價值及降低輻射劑量的潛能。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性隨機收集陜西中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院2016年8月行常規(guī)胸部CT平掃者30例，排除右肺中葉病變，年齡33～91，平均（58.50±15.06）歲；體質(zhì)量 40～113 kg，平均（61.06±13.71）kg，體質(zhì)量指數(shù) 17.78～37.32 kg/m2，平均（22.97±4.28）kg/m2。CT擬診為：肺結(jié)節(jié)或腫塊17例、肺炎8例、支氣管擴張2例、外傷2例、肺不張1例。

1.2 儀器與方法 使用寶石能譜CT（Discovery CT750HD）?；颊呷⊙雠P位，雙手上舉，單次屏氣吸氣末掃描，掃描范圍從胸廓至后肋膈角尖端水平。掃描參數(shù)：120 kV，自動管電流調(diào)制技術(shù)（automatic tube current modulation，ATCM），層厚、層距均為5mm，X線球管旋轉(zhuǎn)時間0.6 s/r，螺距1.375，準(zhǔn)直器寬度0.625mm×64，噪聲指數(shù)（noise index，NI）14。分別采用肺算法ASIR40（40%ASIR與濾波反投影FBP混合）、MBIR重建層厚0.625mm的圖像。

1.3 定量CT氣道分析及主觀支氣管樹圖像質(zhì)量評價 應(yīng)用自動CT定量軟件（Dexin-FACT）分析重建圖像、分析測量氣管，采用骨架提取算法自動提取支氣管骨架和支氣管樹并進行定量CT氣道分析［5-6］。選取走行平直且分叉較少的右肺中葉支氣管測量隆突至顯示氣道終端長度（圖1）。由2位放射科醫(yī)師（分別有7年和15年診斷經(jīng)驗）以ASIR為基礎(chǔ)，對MBIR圖像經(jīng)CAD自動提取的支氣管樹的圖像偽影、氣管壁連續(xù)性、氣管軟骨環(huán)清晰度進行盲法5分半定量目測評分［7］：-2分，圖像質(zhì)量明顯差于常規(guī)劑量ASIR；-1分，略差于常規(guī)劑量ASIR；0分，與常規(guī)劑量ASIR相近；1分，略好于常規(guī)劑量ASIR；2分，明顯好于常規(guī)劑量ASIR。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法 采用SPSS 20.0統(tǒng)計軟件，對不同算法重建圖像顯示的右肺中葉支氣管長度行配對t檢驗；支氣管樹結(jié)構(gòu)連續(xù)性、清晰度評分行Wilcoxon符號等級檢驗。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 客觀評價CAD檢測支氣管長度 MBIR算法圖像自動提取的右肺中葉支氣管長度為（21.33±2.87）mm，較 ASIR 算法圖像的（20.70±2.81）mm 長（t=-6.059，P＜ 0.05）（圖2a，2b）。

2.2 主觀評價CAD提取支氣管樹圖像質(zhì)量（表1）MBIR算法自動提取支氣管樹的連續(xù)性、清晰度優(yōu)于ASIR 算法（P＜0.05）（圖2c，2d）。

表1 2位醫(yī)師對2種重建算法檢測支氣管樹主觀評分分布的比較

3 討論

CT以其高的時間分辨力、空間分辨力及密度分辨力在胸部疾病診斷和鑒別中廣泛使用，但X線劑量安全已成為業(yè)界關(guān)注的焦點。相較于FBP較高的噪聲、明顯的條紋偽影和較差的空間分辨力［8-9］，多種迭代重建（iterative reconstruction，IR）通過改進和優(yōu)化數(shù)據(jù)處理可在輻射劑量減少的同時保持圖像質(zhì)量，為進一步降低輻射劑量提供了新途徑［10］。與此同時，有望作為影像醫(yī)師“第二雙眼”的CAD也已成為研究熱點之一［1］。當(dāng)前，一方面，CAD可輔助影像醫(yī)師對可疑病變區(qū)域進行量化分析以判別其性質(zhì)［11］；另一方面，CAD的關(guān)鍵是檢測到更準(zhǔn)確適合于氣管形態(tài)參數(shù)量化的支氣管體素信息，這要求薄層重建和足夠曝光條件采集容積CT數(shù)據(jù)信息以得到高清CT圖像，也將導(dǎo)致輻射劑量無法大幅度降低。既往研究［12-13］一般通過測量圖像噪聲來評價IR對圖像質(zhì)量的影響，具有一定人為因素干擾。

近年來，GE公司先后推出基于系統(tǒng)統(tǒng)計模型的ASIR和僅在投影數(shù)據(jù)空間實現(xiàn)的全迭代重建的MBIR。ASIR通過反復(fù)迭代的方法在投影數(shù)據(jù)空間和圖像數(shù)據(jù)空間之間進行反復(fù)比對，不斷把噪聲從得到的圖像中去除，最大限度地保留圖像的真實組織信號，最終得到更清晰、準(zhǔn)確的圖像。相比FBP，ASIR可在較低輻射劑量條件下得到較好的圖像質(zhì)量。MBIR僅在投影數(shù)據(jù)空間實現(xiàn)全迭代重建，除了建立系統(tǒng)統(tǒng)計模型之外，還建立了系統(tǒng)光學(xué)模型，對體素、X線光子初始位置和探測器幾何因素均通過模型進行模擬，真實還原了X線從投射到信號采集的全過程，能夠進一步明顯降低影像噪聲和提高空間分辨力［7］。與ASIR相比，MBIR可顯著提高圖像噪聲、減少硬化偽影，且減少輻射劑量時對圖像質(zhì)量影響不明顯［14］。本研究表明，MBIR可提高CAD檢測肺部CT自動提取支氣管樹的性能，客觀反映MBIR在提高胸部CT圖像質(zhì)量中的應(yīng)用價值，與Hata等［15］研究結(jié)果相同。

本研究尚存在以下不足：①MBIR重建時間較長，遠(yuǎn)慢于FBP和ASIR［16］，后 2種基本能實現(xiàn)實時顯示圖像，但相信隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，該問題可得到解決。②對于ASIR，本文采用參考文獻［17］推薦的40%混合因子一個迭代強度的圖像進行比較，更高的ASIR混合因子可能有利于降低圖像噪聲及稍提高CAD自動提取支氣管樹的性能。③本研究客觀評價僅選用右肺中葉支氣管長度代表CAD對支氣管樹末梢長度的檢測能力，且未對各方面主觀評分進行獨立比較。今后將通過擴大樣本量及細(xì)化分析進一步通過CAD驗證MBIR設(shè)置在常規(guī)劑量、低劑量條件下提高圖像質(zhì)量的價值。

總之，與ASIR算法相比，MBIR可通過改善圖像質(zhì)量提高CAD氣道分析性能，可為降低胸部MSCT輻射劑量提供一種新的途徑。

圖1 自動CT定量軟件（Dexin-FACT）對氣管進行分析測量，采用骨架提取算法自動提取支氣管骨架和支氣管樹，在支氣管樹上選取右肺中葉，軟件自動默認(rèn)最遠(yuǎn)路徑并得到隆突至顯示氣道終端長度

圖2 男，42歲，左肺上葉小結(jié)節(jié) 圖2a，2b 分別為自適應(yīng)迭代重建（ASIR）和基于模型的迭代重建（MBIR）獲得的CPR、支氣管樹骨架圖、CTVE及三維圖像。經(jīng)計算機輔助檢測系統(tǒng)（CAD）自動提取測量隆突至顯示氣道終端長度，MBIR提取右肺中葉長度明顯大于ASIR 圖2c，2d 分別為ASIR和MBIR獲得的支氣管樹骨架圖，不同級支氣管用不同顏色表示。ASIR顯示支氣管連續(xù)性、清晰度均差于MBIR，主觀評分為1分/2分（醫(yī)師甲/醫(yī)師乙）