賈永軍，于楠，楊創(chuàng)勃，張喜榮，段海峰，賀太平，于勇

陜西中醫(yī)藥大學附屬醫(yī)院醫(yī)學影像科，陜西咸陽 712000； *通訊作者 于勇 22434158@qq.com

CT已廣泛應用于診斷肺部疾病。目前，多排螺旋CT（MDCT）各向同性使得基于影像醫(yī)學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和可重復性，增加了肺部疾病的診斷效能，促進了影像定量診斷模式的轉換[1]；但圖像噪聲、運動偽影與部分容積效應等所致肺氣管內灰度分布不均勻，將導致遠端局部管壁斷裂和分割細支氣管時擴散到肺實質中造成泄漏[2]。因此，更薄層、更清晰的影像圖像需要更高輻射劑量來實現(xiàn)。本研究擬比較基于模型的迭代重建（modelbased iterative reconstruction，MBIR）和自適應迭代重建（adaptive statistical iterative reconstruction，ASiR）對低劑量肺部CT條件下CAD氣道分析性能的影響，探索采用MBIR降低胸部MDCT輻射劑量，并保持或提高圖像質量的可行性。

1 資料與方法

1.1 研究對象 收集2016年7－10月于陜西中醫(yī)藥大學附屬醫(yī)院1個月內接受2次胸部CT平掃受檢者共45例。其中男28例，女17例；年齡33～91歲，平均（61.84±16.31）歲；體重39～113kg，平均（58.29±13.57）kg；體重指數17.78～37.32 kg/m2，平均（22.97±4.28）kg/m2。排除胸部術后復查、肺部滲出實變、腫塊結節(jié)或胸腔積液變化明顯等影響CAD診斷與量化評估支氣管的情況。所有患者低劑量復查前均簽署知情同意書。復查CT擬診為肺結節(jié)或腫塊27例，慢性肺炎10例，支氣管擴張2例，外傷4例，肺不張1例，肺結核1例。

1.2 掃描及重建方法 使用Discovery CT 750 HD寶石能譜CT機?；颊呷⊙雠P位，雙手上舉，采取吸氣末單次屏氣掃描，范圍從胸廓至后肋隔角尖端水平。掃描條件：層厚、層間距5.0 mm；X線管旋轉時間0.6 s/轉；螺距1.375︰1；準直器寬度為0.625×64；電壓120 kVp；采用自動曝光控制技術（AutomA，GE Healthcare）預設噪聲指數（noise index，NI）控制管電流。初次采用常規(guī)輻射劑量（NI=14）掃描，ASiR重建。復查采用低輻射劑量方案（NI=28）掃描，分別采用肺窗重建和標準窗重建，重建層厚0.625 mm的圖像。

1.3 定量CT氣道分析及主觀支氣管樹圖像質量評價2次掃描各重建算法DICOM格式CT影像序列信息應用已通過驗證的自動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進行定量CT氣道分析[3-4]。本研究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1名具有7年診斷經驗的放射科主治醫(yī)師和1名具有11年診斷經驗的放射科副主任醫(yī)師以常規(guī)劑量ASiR重建為基礎，對低劑量條件下ASiR和MBIR重建圖像經CAD自動提取的支氣管樹結構在曲面多平面重組（curved multi-planner reformation，CMPR）、CT仿真內鏡（CT virtual endoscopy，CTVE）和容積再現(xiàn)（volume rendering，VR）上圖像主觀噪聲、支氣管壁連續(xù)性與完整度、支氣管末梢顯示盲法5分半定量目測評分[5]。0分為圖像質量與常規(guī)劑量ASiR重建相近，±1為略好或略差于常規(guī)劑量ASiR重建，±2為明顯好或明顯差于常規(guī)劑量ASiR重建。

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，軟件自動默認最遠路徑并得到隆突至顯示氣道終端長度并得到支氣管長度（cm）

1.4 統(tǒng)計學方法 采用SPSS 20.0軟件，計量資料以±s表示，不同算法重建圖像的右肺中葉支氣管顯示長度行單因素方差分析，組間兩兩比較采用LSD法；支氣管樹結構連續(xù)性、清晰度評分采用評分頻率表示，Wilcoxon符號等級檢驗。P＜0.05表示差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 射線輻射劑量比較 根據劑量報告并采用有效劑量權重因子k=0.014。初檢CT容積劑量指數（CT dose index volume，CTDIvol）=（6.37±4.05）mGy，劑量長度乘積（dose-length product，DLP）=（215.34±115.30）mGy·cm，有效劑量（E）=（3.01±1.89）mSv；復查CTDIvol=（1.73±1.62）mGy，DLP=（63.16±59.19）mGy·cm，E=（0.88±0.83）mSv。復查結果較初檢下降約70%。

2.2 客觀評價 CAD檢測支氣管長度重建算法和輻射劑量影響肺部CT條件下CAD檢測右肺中葉支氣管長度。低劑量ASiR較常規(guī)劑量ASiR圖像自動提取的支氣管短，差異有統(tǒng)計學意義[（19.45±2.64）cm比（21.48±2.75）cm，P＜0.001]；但低劑量MBIR[（21.79±3.18）cm]較常規(guī)劑量ASiR算法圖像自動提取的支氣管長，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。2次掃描各重建算法檢測右肺中葉支氣管長度比較見圖2。

圖2 男，60歲，雙肺多發(fā)小斑片狀實變影。2次掃描不同重建算法（A：常規(guī)劑量ASiR重建；B：低劑量ASiR重建；C：低劑量MBIR重建）CPR、支氣管樹骨架圖、CTVE圖像，經CAD軟件自動提取測量隆突至顯示氣道終端長度，得到A、C提取右肺中葉長度明顯大于B

2.3 主觀評價 CAD提取支氣管樹圖像質量重建算法影響低劑量肺部CT條件下CAD自動提取支氣管樹的主觀噪聲、支氣管壁連續(xù)性與完整度、支氣管末梢顯示。低劑量ASiR重建圖像質量低于常規(guī)劑量ASiR，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），但低劑量MBIR重建圖像優(yōu)于常規(guī)劑量ASiR，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。見圖3。

圖3 與圖2為同一患者，2次掃描不同重建算法（A：常規(guī)劑量ASiR重建；B：低劑量ASiR重建；C：低劑量MBIR重建）支氣管樹骨架圖，不同代支氣管用不同顏色表示，B支氣管樹與A比較分支減少（箭頭），支氣管連續(xù)性、清晰度（箭）均較差，B主觀評分為-1/-2（甲/乙）；C支氣管樹與A比較分支無減少，支氣管連續(xù)性、清晰度明顯改善，C主觀評分為2/2（甲/乙）

3 討論

CT以其優(yōu)越的時間、空間以及密度分辨率在現(xiàn)代影像學的研究與應用中發(fā)揮著重要作用，并廣泛應用于診斷胸部疾病。同時在保證圖像質量的前提下，盡可能地降低患者X線吸收劑量已成為放射醫(yī)學相關領域的研究重點[6-7]。本研究復查CT掃描平均輻射劑量小于1 mSv，符合低劑量螺旋CT肺癌篩查專家共識的要求[8]。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[1]。目前，一方面CAD可輔助影像學醫(yī)師對可疑病變區(qū)域進行檢測，輔助醫(yī)師對病變區(qū)域進行量化分析以判別其性質[9]；另一方面，支氣管自動檢測要解決的關鍵問題是如何檢測到更準確地適合于氣管形態(tài)參數量化的支氣管體素信息，要求薄層重建和足夠曝光條件采集容積CT數據信息。低劑量CT通過降低管電流、管電壓和增大螺距等方法降低輻射劑量，繼而增加圖像噪聲，其氣道重建圖像與常規(guī)劑量比較能否提供足夠的診斷信息對其可行性具有重要意義。既往文獻一般采用比較客觀的圖像噪聲和主觀評分的方法評價低劑量CT圖像質量，存在一定的人為因素干擾[10-11]。本研究比較重建算法對低劑量肺部CT條件下CAD氣道分析性能的影響，探討MBIR在胸部MDCT降低輻射劑量中的應用價值。

ASiR在降低輻射劑量方面發(fā)揮著重要作用并已得到普遍認可[12-14]。權重設定在40%～60%時得到的圖像質量噪聲及對比噪聲比較高[15]。故本研究未選用常規(guī)劑量FBP而選用40% ASiR重建作為基礎。本研究降低約70%的輻射劑量掃描時，MBIR較ASiR算法圖像質量更佳，甚至優(yōu)于常規(guī)劑量的ASiR重建圖像質量，其原因為MBIR僅在投影數據空間實現(xiàn)全迭代重建，除建立系統(tǒng)統(tǒng)計模型外，還建立了系統(tǒng)光學模型，對體素、X射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射線從投射到信號采集的全過程，能夠進一步明顯降低圖像噪聲和提高空間分辨力[5]，與Chen等[16]主、客觀評價肺結節(jié)圖像質量的結論相似。Neroladaki等[17]研究表明，應用MBIR的超低劑量CT可在胸部X線正側位平片輻射水平條件下檢測肺結節(jié)。本研究通過CAD檢測和定量分析支氣管樹反映重建算法對圖像質量的影響，避免了人為因素在評價胸部CT圖像中的影響。

本研究具有一定的局限性：①MBIR較FBP和ASiR重建時間長。②對于ASiR，本研究參考文獻推薦的40%混合因子一個迭代強度的圖像進行比較，但更高的ASiR百分比可進一步降低圖像噪聲。③為統(tǒng)一和簡捷，本研究對于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。④本研究納入樣本量較少，MBIR技術尚有進一步減少輻射劑量的潛力，今后將擴大樣本量進一步經CAD驗證MBIR在更低劑量條件下提高圖像質量的價值。

總之，MBIR可以通過改善圖像質量提高CAD系統(tǒng)氣道分析性能，進而減少輻射劑量，這為胸部MDCT降低輻射劑量提供一種新的途徑。