孫杰，馬俊麗，楊建平，沈云，倪亞博，田兆榮，石曉萌，陳泳，王志軍*

1.寧夏醫(yī)科大學總醫(yī)院，寧夏 銀川 750000；2.石嘴山市第一人民醫(yī)院放射科，寧夏 石嘴山 753299；3.寧夏醫(yī)科大學，寧夏 銀川 750000；4.GE（中國）CT 影像研究中心，上海 200000；*通信作者 王志軍 wangzhijun2056@163.com

CT檢查的輻射劑量與癌癥的發(fā)生相關(guān)，傳統(tǒng)方法多通過降低管電流和管電壓降低輻射劑量，但往往會降低圖像質(zhì)量[1-3]。目前主要通過低劑量掃描降低輻射劑量，并利用迭代重建在后圖處理時對圖像質(zhì)量進行補償[4]，從而平衡輻射劑量和圖像質(zhì)量。自適應(yīng)統(tǒng)計迭代重建算法（adaptive statistical iterative reconstruction V，ASiR-V）作為第三代迭代重建算法，其降低輻射劑量、改善圖像質(zhì)量的效果均優(yōu)于其他迭代重建算法，為解決高輻射劑量的危害提供了新途徑[5]。目前研究主要集中在使用迭代重建的不同權(quán)重在圖像后處理時提高圖像質(zhì)量方面，并且主要圍繞非能譜掃描進行[6-7]。本研究對QSP Phantom體模進行能譜掃描，分析不同權(quán)重前置ASiR-V對檢查輻射劑量及圖像質(zhì)量的影響，可同時用于能譜和非能譜掃描，為能譜CT成像技術(shù)聯(lián)合迭代重建算法有效應(yīng)用于臨床提供經(jīng)驗及指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 研究對象及掃描方法 使用300 mg/ml碘海醇將目標溶液按照1∶124、1∶59、1∶29、1∶14配制為不同碘濃度溶液，采用普通加碘食鹽（2 250 mg/100 g）、無碘食鹽及純凈水配制其他溶液。采用QSP Phantom體模作為研究對象，體模內(nèi)放置9支試管，碘濃度分別為2.5、5.0、10.0 mg/ml各1支，20.0 mg/ml 3支、未加碘鹽、加碘鹽及水各1支，碘濃度為20.0 mg/ml的3支試管置于體模中間一排，其余試管依次排列于體模周邊。純凈水試管模擬圖像的平掃圖像，不同碘濃度試管模擬圖像的不同增強時像（圖1）。

采用GE Revolution CT掃描儀，80/140 kVp瞬時切換能譜掃描，自動管電流（200～500 mA），固定噪聲指數(shù)5，探測器寬度80 mm，螺距0.922∶1、轉(zhuǎn)速0.6 s/rot，層厚與層間距均為1.25 mm。Zhu等[8]認為同時使用前后置ASiR-V可以降低檢查輻射劑量，但只有后置ASiR-V等于或大于前置ASiR-V時圖像質(zhì)量才能改善，因此本研究中掃描條件預(yù)設(shè)前置ASiR-V權(quán)重為10%～50%（間隔10%）及傳統(tǒng)濾波反投影（tradiyional filter back projection，F(xiàn)BP），并重建與前置一致的后置ASiR-V，保證圖像質(zhì)量。

1.2 圖像質(zhì)量評價 將各組圖像原始數(shù)據(jù)傳至GE ADW 4.7后處理工作站，隱藏掃描及重建條件，選取試管中間11層勾畫感興趣區(qū)（面積為試管截面1/2）并測量CT值及SD值。選取2.5、5.0、10.0、20.0 mg/ml試管作為目標試管，規(guī)定純凈水的SD值作為背景噪聲，按照信噪比（SNR）=CTIodine/SDIodine，對比噪聲比（CNR）=（CTIodine-CTWater）/SDWater計算各支試管的SNR、CNR。記錄每次能譜CT掃描的容積CT劑量指數(shù)（volume CT dose index，CTDIvol）和劑量長度乘積（dose length product，DLP），計算有效劑量（effective dose，ED）：ED（mSv）=DLP（mGy/cm）×κ，其中κ為換算因子，因為本研究的主要對象為腹部，故采用歐洲CT質(zhì)量標準[9]提出的腹部平均值κ=0.015 mSv/（mGy·cm）。

1.3 統(tǒng)計學分析 采用SPSS 21.0軟件，計量資料采用±s表示，采用單因素方差分析比較不同權(quán)重前CNR），置ASiR-V客觀指標（CT值、SD值、SNR及組間兩兩比較采用Bonferroni法進行。采用配對t檢驗分析FBP與不同權(quán)重前置ASiR-V組間差異。對ED隨前置ASiR-V權(quán)重變化而改變的規(guī)律采用線性擬合，以r2值作為統(tǒng)計量。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 圖像質(zhì)量客觀評價 各目標試管的客觀指標CT值、SD值、SNR、CNR在FBP與不同權(quán)重前置ASiR-V兩兩比較差異均無統(tǒng)計學意義（P均＞0.05）；各客觀指標在不同權(quán)重前置ASiR-V組間比較差異均無統(tǒng)計學意義（P均＞0.05），見表1、2、圖2。

表1 不同權(quán)重ASiR-V體模圖像的CT值及SD值比較（±s）

表1 不同權(quán)重ASiR-V體模圖像的CT值及SD值比較（±s）

注：a為10%～50%權(quán)重前置ASiR-V組間比較，P＞0.05；b為10%～50%權(quán)重前置ASiR-V與FBP進行兩兩比較，P＞0.05

指標FBP（ASiR-V 0%）ASiR-V 10%ASiR-V 20%ASiR-V 30%ASiR-V 40%ASiR-V 50%F值SD值20.0 mg/ml 13.48±1.03 13.16±1.01b 13.08±1.01b 13.10±1.04b 12.87±1.45b 13.52±1.88b 0.344a 10.0 mg/ml 10.57±0.88 10.80±0.83b 11.14±1.14b 10.38±0.84b 10.26±1.11b 11.37±1.32b 1.687a 5.0 mg/ml 10.68±0.71 10.88±0.46b 10.46±0.76b 11.22±0.65b 10.24±1.12b 10.83±1.32b 1.936a 2.5 mg/ml 10.73±0.79 11.07±1.07b 11.35±0.92b 10.80±0.95b 10.82±0.95b 11.81±0.84b 2.431a 2.498a CT值SDwater 10.80±0.81 10.65±0.70b 10.62±0.50b 11.43±0.77b 11.00±0.98b 11.19±0.60b 20.0 mg/ml 435.24±1.91 435.14±0.98b 434.51±1.23b 435.25±1.05b 436.271±1.26b 434.59±1.92b 2.114a 10.0 mg/ml 216.49±1.20 216.16±0.59b 216.29±1.27b 216.54±1.29b 217.05±1.43b 215.55±1.96b 1.169a 5.0 mg/ml 111.30±1.04 110.33±1.40b 110.99±1.09b 111.97±1.36b 111.55±0.84b 110.46±2.18b 2.279a 2.5 mg/ml 55.77±0.96 55.56±0.76b 56.05±0.76b 55.51±1.33b 55.69±1.14b 55.30±0.92b 0.738a

表2 不同權(quán)重ASiR-V體模與臨床圖像的SNR及CNR比較（±s）

表2 不同權(quán)重ASiR-V體模與臨床圖像的SNR及CNR比較（±s）

注：a為10%～50%權(quán)重前置ASiR-V組間比較，P＞0.05；b為10%～50%權(quán)重前置ASiR-V與FBP進行兩兩比較，P＞0.05

指標FBP（ASiR-V 0%）ASiR-V 10%ASiR-V 20%ASiR-V 30%ASiR-V 40%ASiR-V 50%F值SNR 20.0 mg/ml 32.36±2.64 33.23±2.52b 33.32±2.53b 33.41±2.59b 34.28±3.83b 32.98±4.45b 0.251a 10.0 mg/ml 20.60±1.71 18.34±5.54b 19.62±2.21b 20.08±1.52b 21.35±2.09b 19.19±2.30b 1.441a 5.0 mg/ml 10.46±0.71 10.16±0.45b 10.65±0.77b 10.00±0.61b 10.48±0.78b 10.00±0.66b 2.426a 1.923a CNR 2.5 mg/ml 5.22±0.42 4.98±0.51b 4.57±1.41b 5.18±0.28b 5.19±0.48b 4.59±0.26b 20.0 mg/ml 39.38±2.96 41.28±2.66b 40.12±2.33b 39.07±2.04b 38.94±3.36b 38.43±2.08b 2.205a 10.0 mg/ml 19.15±1.39 18.44±5.81b 19.44±1.16b 18.00±1.36b 18.89±1.64b 18.49±1.12b 0.395a 5.0 mg/ml 9.36±0.65 9.73±0.61b 9.42±0.51b 9.11±0.55b 9.24±0.82b 9.07±0.51b 2.144a 2.5 mg/ml 4.19±0.80 4.32±6.28b 3.76±1.50b 3.84±0.43b 4.12±0.31b 4.01±0.20b 1.028a

2.2 檢查輻射劑量評價 隨著能譜掃描中前置ASiR-V權(quán)重增加，ED呈線性降低，其曲線擬合模型為Y=-0.35X+2.912（r2=0.984，P＜0.05）。FBP算法與不同權(quán)重前置ASiR-V（10%、20%、30%、40%、50%）的ED均值分別為2.89、2.64、2.13、1.87、1.62、1.11 mSv，與FBP相比不同權(quán)重前置ASiR-V的ED依次降低8.7%、26.2%、35.1%、43.9%、61.4%，各組間差異有統(tǒng)計學意義；此外，能譜圖像的管電流隨著ASiR-V的迭代強度增加而自動調(diào)節(jié)減低，前置增加至50%時，毫安秒達到能譜掃描的最低200 mA，ED也隨著毫安秒降低而降至最低，若繼續(xù)加強ASiR-V的迭代水平，對能譜掃描無意義（表3）。

表3 不同權(quán)重ASiR-V體模的輻射劑量比較（±s）

表3 不同權(quán)重ASiR-V體模的輻射劑量比較（±s）

前置ASiR-V 毫安CTDIvol（mGy）DLP（mGy·cm）ED（mSv）后置ASiR-V 0% 485 12.25 192.46 2.89 0%10%20% 365 9.03 141.93 2.13 20%10%445 11.18 175.67 2.64 30%40% 280 6.87 108.03 1.62 40%30%320 7.95 124.93 1.87 50%200 4.73 74.29 1.11 50%

3 討論

輻射劑量和圖像質(zhì)量的平衡一直是放射學者密切關(guān)注的問題[1-3,10]。迭代算法可以降低圖像噪聲、偽影并提高圖像對比度，如FBP、AsiR 均能夠得到良好的圖像質(zhì)量，但在低劑量掃描或者高權(quán)重迭代重建時，F(xiàn)BP 圖像易受到噪聲、偽影污染和ASiR 圖像出現(xiàn)人工紋理、斑點狀外觀等改變，從而降低診斷的可信度和準確度[11-12]。ASiR-V 是GE 公司發(fā)布的一種紅外技術(shù)，括噪聲、物理、物體3 種模型的迭代重建算法，能比FBP、ASiR 更有效地改善圖像質(zhì)量，低輻射劑量CT 成像方法，甚至可以提高診斷準確度[11,13-14]。

3.1 能譜掃描聯(lián)合ASiR-V對圖像質(zhì)量的影響 本研究評價圖像質(zhì)量的客觀指標在FBP圖像與前置ASiR-V圖像間、不同權(quán)重前置ASiR-V組間未見明顯改變，表明前置ASiR-V展現(xiàn)出與高輻射劑量（FBP圖像）相當?shù)膱D像質(zhì)量，且圖像質(zhì)量不會隨前置ASiR-V權(quán)重的升高而降低，主要是通過設(shè)定的噪聲聯(lián)合前置ASiRV比例維持圖像質(zhì)量[15]。而在非能譜掃描聯(lián)合前置ASiR-V方案中過高的迭代等級會改變噪聲紋理，極大地降低診斷細小病變的能力[16]，主要原因是非能譜成像的自動毫安技術(shù)根據(jù)患者體型變化調(diào)節(jié)每層的曝光量（mA），使每層圖像噪聲水平保持在預(yù)設(shè)值，從而獲取預(yù)期的圖像，降低輻射劑量[17]；而到達較高迭代強度，可導(dǎo)致曝光毫安秒過低，使圖像質(zhì)量降低出現(xiàn)“蠟樣偽影”，大量相關(guān)研究已經(jīng)證實這一結(jié)論[1,7,15,17-18]。本研究中ASiR-V聯(lián)合能譜掃描能夠維持圖像質(zhì)量，是因為前置ASiR-V的權(quán)重為50%時達到能譜掃描的最低毫安秒200 mA，此水平毫安秒不會引起圖像紋理改變，故不存在“蠟樣偽影”。

3.2 能譜掃描聯(lián)合ASiR-V對輻射劑量的影響 本研究中隨著前置ASiR-V權(quán)重增加，ED呈線性降低，而且各組有效毫安秒隨著前置ASiR-V權(quán)重增加，實際曝光毫安秒逐漸降低，表明前置ASiR-V降低輻射劑量的原理。既往研究顯示寶石能譜CT檢查輻射劑量比非能譜掃描高。Li等[6]研究表明獲得相同圖像質(zhì)量的同時，顱腦能譜檢查的輻射劑量比常規(guī)掃描高22%，體部檢查中高14%。輻射劑量高是限制能譜成像在各部位應(yīng)用的重要因素之一，呂培杰等[19]和翟艷慧等[20]研究發(fā)現(xiàn)GSI assist掃描模式的輻射劑量與常規(guī)120 kVp相當，提示能譜掃描可能會成為臨床應(yīng)用中的常規(guī)檢查，并可進行定量分析，為臨床提供更多信息，同時聯(lián)合前置ASiR-V降低檢查輻射劑量可將臨床效益最大化。

本研究為體模實驗，對方法的可行性進行驗證，其優(yōu)勢在于：①可實現(xiàn)重復(fù)掃描及多方位觀察；②試管內(nèi)物質(zhì)濃度可控、重復(fù)性好。不足之處為：①本研究僅從實驗研究的角度對圖像質(zhì)量及輻射劑量進行客觀評價，而體模與人體存在差異，將在進一步的臨床研究中增加圖像主觀評分標準；②本研究僅對ASiR-V聯(lián)合能譜掃描進行評價，未來研究中將進一步比較常規(guī)掃描聯(lián)合ASiR-V在圖像質(zhì)量及輻射劑量方面的差異。

總之，通過對體模的研究，增加ASiR-V權(quán)重的百分比能明顯降低輻射劑量，但不會降低圖像質(zhì)量。與能譜掃描聯(lián)合可低劑量下的能譜定量分析，為臨床提供更多幫助。