艾娜娜，宋振，翟艷慧，楊晨曉，耿華，賈守強(qiáng)

能譜CT因其多功能、多參數(shù)成像，在臨床中應(yīng)用廣泛。以往能譜CT的輻射劑量較常規(guī)CT略高[1]，如何在滿足臨床診斷需求的同時盡量降低輻射劑量是目前的研究熱點(diǎn)之一。CT能譜智能匹配技術(shù)(GSI assist)可智能匹配患者掃描的最佳參數(shù)，產(chǎn)生與常規(guī)掃描相當(dāng)?shù)妮椛鋭┝?，避免了一部分患者接受過量輻射，實(shí)現(xiàn)了個體化能譜成像[2,3]。大螺距掃描是降低輻射劑量的有效途徑，還可縮短掃描時間，但不可避免地會造成一定程度的圖像質(zhì)量的降低[4-6]。應(yīng)用多模型自適應(yīng)迭代重建技術(shù)(adaptive statistical iterative reconstruction Veo，ASIR-V)可以彌補(bǔ)噪聲升高導(dǎo)致的圖像質(zhì)量下降[7-9]。本研究基于能譜智能匹配技術(shù)，將大螺距結(jié)合不同權(quán)重ASIR-V技術(shù)與常規(guī)螺距結(jié)合濾波反投影(filtered back projection，F(xiàn)BP)法進(jìn)行比較，旨在探討在胸部能譜掃描中進(jìn)一步降低輻射劑量的可行性，同時探求大螺距能譜單能量成像的最佳ASIR-V權(quán)重。

材料與方法

1.檢查方法

采用Revolution CT(Revolution CT,GE Healthcare,Milwaukee,WI,USA)對仿真成年男性胸部體模(Multipurpose Chest Phantom N1"LUNGMAN")進(jìn)行掃描，該體模由胸壁、縱隔、肺和椎體組成，以組織等效材料制成，各部位幾何尺寸及X線衰減性能與人體組織等效(圖1)。掃描參數(shù)：80 kVp和140 kVp瞬時切換，探測器寬度8 cm，機(jī)架旋轉(zhuǎn)時間0.5 s，噪聲指數(shù)(noise index，NI)12，層厚5 mm，掃描視野40 cm×40 cm，掃描范圍自胸廓入口至雙側(cè)肋膈角下緣，開啟GSI assist。試驗(yàn)組(A組)：采用大螺距1.531，掃描完成后采用ASIR-V技術(shù)(0%～100%，間隔10%)重建70 keV能譜單能量圖像；對照組(B組)：采用常規(guī)螺距0.992，掃描完成后采用FBP方法(即0%ASIR-V)重建70 keV能譜單能量圖像。肺窗圖像采用骨算法進(jìn)行重建，縱隔窗圖像采用標(biāo)準(zhǔn)算法進(jìn)行重建，重建層厚均為5 mm。每組各重復(fù)掃描三次。

2.圖像分析

客觀評價(jià)：采用Advanced Workstation 4.6 GE Healthcare工作站，分別在肺窗肺組織[10]及縱隔窗心臟[11]設(shè)置圓形興趣區(qū)(region of interest,ROI)，面積為40 mm2，在上下6個層面各勾畫一個ROI(各組圖像的ROI位置、大小、形狀完全一致)，測量其SD值并求得平均值，分別以此值作為肺窗及縱隔窗圖像的背景噪聲值。

主觀評分：不顯示掃描參數(shù)，由兩位工作年限超過6年的影像診斷醫(yī)師分別對A、B兩組的肺窗及縱隔窗圖像進(jìn)行評分，總體圖像質(zhì)量評分采用5分制法，肺窗圖像評分標(biāo)準(zhǔn)如下：肺紋理及支氣管等解剖細(xì)節(jié)顯示清晰，無明顯噪聲和偽影為5分(優(yōu)異)；肺紋理及支氣管等解剖細(xì)節(jié)顯示較清晰，噪聲和偽影稍增加為4分(良好)；肺紋理及支氣管等解剖細(xì)節(jié)欠清晰，噪聲和偽影較明顯但可接受為3分(中等)；肺紋理及支氣管等解剖細(xì)節(jié)辨識困難，噪聲和偽影很明顯為2分(較差)；肺紋理及支氣管等解剖細(xì)節(jié)無法辨識，噪聲和偽影極明顯為1分(極差)?？v隔窗圖像評分標(biāo)準(zhǔn)如下：圖像解剖細(xì)節(jié)清晰，邊緣銳利，無明顯噪聲和偽影為5分(優(yōu)異)；圖像解剖細(xì)節(jié)顯示尚清晰，噪聲和偽影稍增加為4分(良好)；圖像大部分解剖細(xì)節(jié)可滿足診斷要求，噪聲和偽影較明顯但可接受為3分(中等)；圖像解剖細(xì)節(jié)模糊，辨識困難，噪聲和偽影明顯為2分(較差)；圖像不能診斷，噪聲和偽影極明顯為1分(極差)。3分及以上評分可滿足臨床診斷需求。

表1 大螺距A組不同ASIR-V比例與常規(guī)螺距B組FBP法重建圖像的噪聲比較 (HU)

表2 大螺距A組不同ASIR-V比例與常規(guī)螺距B組FBP法重建圖像的主觀評分 (分)

3.掃描劑量

記錄試驗(yàn)組和對照組能譜掃描的CT容積劑量指數(shù)(CT dose index volume，CTDIvol)和劑量長度乘積(dose length product,DLP)，并計(jì)算有效輻射劑量(effective dose,ED)，計(jì)算公式為ED(mSv)=DLP(mGy·cm)×k，k為轉(zhuǎn)換系數(shù)，胸部掃描時k=0.014 mSv/(mGy·cm)。

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

結(jié) 果

1.圖像質(zhì)量評價(jià)

A、B兩組圖像中，肺窗肺組織噪聲兩兩間差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均>0.05)。A組中縱隔窗心臟噪聲兩兩間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均<0.05)，噪聲隨ASIR-V升高而降低；B組縱隔窗心臟噪聲低于A組0%ASIR-V，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；B組縱隔窗心臟噪聲高于A組20%～100% ASIR-V，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均<0.05，表1、圖2、3)；B組縱隔窗心臟噪聲與A組10%ASIR-V差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

兩位醫(yī)師間的主觀評分一致性適中(K=0.747)，A、B兩組的主觀評分見表2。A、B兩組肺窗圖像主觀評分均為5分。A組10%～60%ASIR-V與B組的縱隔窗圖像主觀評分均為5分，A組圖像中ASIR-V權(quán)重超過60%后，隨ASIR-V權(quán)重升高縱隔窗圖像的主觀評分逐漸降低。綜合主客觀評價(jià)，60%為大螺距70 keV能譜單能量成像(A組)的最佳ASIR-V權(quán)重。

2.輻射劑量

大螺距A組CTDIvol 值為379.29 mGy·cm，ED值為5.31 mSv；常規(guī)螺距B組CTDIvol值為488.57 mGy·cm，ED值為6.84 mSv，大螺距A組與常規(guī)螺距B組比較，ED值降低了22.37%。

討 論

能譜CT代表了目前CT發(fā)展的趨勢，可以提供多種定量分析方法、多參數(shù)成像，如基物質(zhì)圖像、單能量圖像、能譜曲線等，為影像診斷提供多重助力，為疾病的早期發(fā)現(xiàn)及診斷、定量及定性評估提供可靠依據(jù)，有很高的臨床應(yīng)用價(jià)值[12]，已經(jīng)在全身各系統(tǒng)病變的診斷中得到了廣泛應(yīng)用。能譜CT目前在胸部中的應(yīng)用主要包括：胸部腫瘤的診斷及鑒別診斷、慢阻肺或肺移植疾病的肺功能評價(jià)、心臟及大血管成像、肺動脈栓塞的檢出和肺實(shí)質(zhì)血流灌注的評估、脊椎及小血管成像、肺癌治療后療效評價(jià)、食管癌或乳腺癌的診斷及分期評估等。

圖2 肺窗大螺距不同ASIR-V及常規(guī)螺距FBP 70KeV能譜單能量圖像。a)大螺距0%ASIR-V圖像; b)大螺距10%ASIR-V圖像; c)大螺距60%ASIR-V圖像; d)大螺距100%ASIR-V圖像; e)常規(guī)螺距FBP圖像。 圖3 縱隔窗大螺距不同

如何在保證圖像質(zhì)量的同時盡量降低CT掃描的輻射劑量是目前的關(guān)注熱點(diǎn)。CT輻射劑量主要與管電壓、管電流、管球旋轉(zhuǎn)或曝光時間、掃描層厚和螺距等掃描參數(shù)有關(guān)，CT圖像噪聲與掃描參數(shù)和重建算法都有密切關(guān)系。能譜CT所具備的能譜智能匹配技術(shù)參考常規(guī)掃描的噪聲指數(shù)，基于患者體型及所設(shè)定的掃描參數(shù)，智能匹配最佳掃描參數(shù)，獲得與常規(guī)掃描相當(dāng)?shù)妮椛鋭┝?，使得能譜掃描可以常規(guī)化、個體化應(yīng)用，避免了部分患者接受過多輻射劑量[1,2]。此外，能譜CT掃描可以通過適當(dāng)加大NI指數(shù)設(shè)定或適當(dāng)增加螺距，同時選擇合適權(quán)重的ASIR-V后重建技術(shù)來達(dá)到保持一定圖像質(zhì)量的前提下降低輻射劑量的目的，這也是目前的研究熱點(diǎn)之一。

本研究結(jié)果顯示，當(dāng)NI固定為12，在能譜智能匹配技術(shù)下，螺距由0.992增加到1.531，輻射劑量ED值降低了22.37%，其對肺窗圖像質(zhì)量無顯著影響，分析原因可能是由于肺組織主要由大量氣體組成，對X線吸收非常少，一定范圍內(nèi)掃描參數(shù)的調(diào)整導(dǎo)致的肺組織噪聲值變化不明顯；ASIR-V后重建技術(shù)對肺窗肺組織圖像質(zhì)量也無顯著影響。螺距由0.992增加到1.531，縱隔窗圖像噪聲略有升高，主觀評分仍較高，沒有明顯影響圖像質(zhì)量的偽影存在，可滿足診斷要求；大螺距組縱隔窗圖像噪聲隨ASIR-V權(quán)重升高逐漸降低，當(dāng)ASIR-V權(quán)重過高(超過60%)時，縱隔窗圖像開始出現(xiàn)蠟像樣偽影，且隨ASIR-V權(quán)重增加，蠟像樣偽影逐漸加重，主觀評分逐漸降低，這與張卓璐等[13]及Ren等[14]的研究結(jié)果基本相符。綜合評估結(jié)果顯示，在能譜智能匹配技術(shù)下，大螺距組70keV單能量成像無論采用FBP(即0%ASIR-V)算法還是10%～60%ASIR-V后重建技術(shù)，圖像質(zhì)量都很好，都能滿足臨床診斷需求；采用ASIR-V后重建技術(shù)可進(jìn)一步提高圖像質(zhì)量，60%ASIR-V效果最佳。

本研究全部數(shù)據(jù)來自胸部模型，性能模型不能完全模擬人體的多樣性和復(fù)雜性，需要進(jìn)一步進(jìn)行臨床研究。

綜上所述，在能譜CT智能匹配技術(shù)下，大螺距能譜成像較常規(guī)螺距能譜成像的輻射劑量降低；聯(lián)合10%～60%ASIR-V后重建技術(shù)，可以降低大螺距能譜單能量圖像的噪聲，提高綜合成像質(zhì)量，獲得與常規(guī)螺距FBP相當(dāng)或更優(yōu)的圖像；60%為大螺距能譜單能量成像的最佳ASIR-V權(quán)重。