ASIR技術(shù)在膀胱腫瘤模型低劑量CT掃描中的應(yīng)用研究

趙亞波，王　波，武興杰，馬立恒，曾文彥，莊娘妥，楊清華，劉衛(wèi)軍，王永豪，杜　森

（1.廣東藥學(xué)院附屬第一醫(yī)院影像科，廣東 廣州　510080；2.桂林醫(yī)學(xué)院人體解剖學(xué)教研室，廣西 桂林　541000）

ASIR技術(shù)在膀胱腫瘤模型低劑量CT掃描中的應(yīng)用研究

趙亞波1，王波1，武興杰1，馬立恒1，曾文彥1，莊娘妥1，楊清華1，劉衛(wèi)軍1，王永豪1，杜森2

（1.廣東藥學(xué)院附屬第一醫(yī)院影像科，廣東 廣州510080；2.桂林醫(yī)學(xué)院人體解剖學(xué)教研室，廣西 桂林541000）

目的：通過對膀胱腫瘤模型行多排螺旋CT不同劑量下掃描，對獲得圖像行自適應(yīng)統(tǒng)計迭代重建（Adaptive statistical iterative reconstruction，ASIR）及CT仿真膀胱鏡成像（CTVC），比較各種不同劑量條件下所得圖像的質(zhì)量，分析ASIR技術(shù)在膀胱腫瘤低劑量CT檢查中的應(yīng)用價值。方法：選用一新鮮正常豬膀胱，在其黏膜表面通過結(jié)扎法獲得20枚1～10 mm（≤5 mm 13枚，＞5 mm 7枚）連續(xù)的模擬腫瘤，運(yùn)用高分辨CT（GE optima CT660）在不同劑量（120 kVp，20、40、60、80、100、120、140、160、180、200 mA）下掃描，并分別應(yīng)用11種不同ASIR水平（0、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%及100%）進(jìn)行數(shù)據(jù)重建，獲得CTVC圖像，對不同采集條件、不同ASIR水平的圖像進(jìn)行客觀和主觀評價，測量并比較平均噪聲、平均信噪比（SNR）、平均對比噪聲比（CNR）及CTVC圖像的腫瘤檢出率。結(jié)果：在管電流一定情況下，各組圖像經(jīng)80%水平ASIR重建后，其噪聲呈較明顯下降（P＜0.05）。在相同管電流下，隨著ASIR水平的增高，圖像的SNR值逐漸升高（P＜0.05）。在相同管電流下，隨著ASIR水平的增高，圖像的CNR值逐漸升高（P＜0.05）。CTVC圖像對膀胱腫瘤的檢出率在管電流一定的情況下，各病灶的檢出率隨ASIR水平的升高并無明顯提高（P＞0.05）。結(jié)論：ASIR技術(shù)可以提高膀胱低劑量CT圖像的質(zhì)量，降低患者所接受的輻射劑量，但是，ASIR技術(shù)提高膀胱CTVC圖像病灶檢出率的能力有限，需要更多的實驗進(jìn)行深入研究。

膀胱腫瘤；輻射劑量；體層攝影術(shù)，螺旋計算機(jī)

自1972年Hounsfield發(fā)明了世界第一臺CT以來，CT檢查已經(jīng)被人們用于了全身各部位疾病的診斷，顯示了其對疾病診斷的巨大價值。然而，在巨大診斷價值的背后，電離輻射的危害已經(jīng)逐漸被人們所重視，在保證圖像質(zhì)量的前提下降低輻射劑量已經(jīng)成為CT研究和應(yīng)用的重要課題。近幾年來，迭代算法在多層螺旋CT中的應(yīng)用越來越普遍，它可以降低圖像噪聲、抑制偽影，從而提高圖像質(zhì)量，使低劑量CT在臨床的普及成為一種可能。為了評價多層螺旋CT應(yīng)用自適應(yīng)統(tǒng)計迭代重建（Adaptive sta-tistical iterative reconstruction，ASIR）技術(shù)進(jìn)行膀胱低劑量CT檢查時提高圖像質(zhì)量的有效性，筆者建立離體豬膀胱腫瘤模型并進(jìn)行膀胱低劑量CT檢查，評價ASIR技術(shù)對所得圖像質(zhì)量及CT仿真膀胱鏡成像（CT virtual cystoscopy，CTVC）腫瘤檢出率的影響。

1　材料與方法

材料：新鮮豬膀胱一個；造影劑；魚線；容器。

方法：取一新鮮離體正常豬膀胱，通過尿道口將壁外翻，于黏膜面鉗夾大小不等黏膜組織，用魚絲線結(jié)扎其根部形成模擬腫瘤，模擬腫瘤以一定間隔連續(xù)線性排列，直徑大小為1～10 mm，共20枚；然后將黏膜翻入恢復(fù)原結(jié)構(gòu)，再注入濃度為5%造影劑（歐乃派克，中國上海通用電氣藥業(yè)）使之充分膨脹后結(jié)扎兩邊輸尿管，將膀胱模型放在塑料容器（無金屬偽影）內(nèi)并使其固定，將腫瘤模型及塑料容器置于CT掃描視野內(nèi)，采用不同管電流進(jìn)行掃描。

采用美國GE 128層螺旋Optima CT660掃描膀胱腫瘤模型。掃描參數(shù)：機(jī)架轉(zhuǎn)速0.6 s/rot，準(zhǔn)直寬度0.625×64，層厚0.625 mm，層間距0.625 mm，螺距0.984，標(biāo)準(zhǔn)軟組織算法重建。掃描管電壓120 kV，管電流設(shè)定為 20、40、60、80、100、120、140、160、180、200 mA重復(fù)掃描。重建方法：ASIR（0、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%），將重建后的數(shù)據(jù)傳至AW4.5工作站 （美國通用電氣公司）進(jìn)行圖像后處理，獲得CTVC圖像。

記錄并比較在不同劑量條件下的平均信噪比（SNR）及病灶檢出率。噪聲測量時選取容器周圍空氣內(nèi)大小為100 mm2的圓形感興趣區(qū)的CT值，計算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，以標(biāo)準(zhǔn)差代替客觀噪聲；SNR指腫塊的CT值與噪聲比值，對比噪聲比（CNR）指腫塊與空氣的CT值之差與噪聲的比值。

使用PASW Statistics 17.0（SPSS 17.0）進(jìn)行統(tǒng)計分析，對各組之間噪聲、SNR、CNR組間差異釆用單因素方差分析，CTVC圖像腫瘤檢出率采用析因設(shè)計方差分析，各組測量指標(biāo)均數(shù)之間兩兩比較采用LSD-t檢驗或Bonferonni校正檢驗；對各組CT劑量指數(shù)（CTDIvol）、劑量長度乘積（DLP）、有效劑量（ED）測量數(shù)據(jù)指標(biāo)差異采用單因素方差分析。P＜0.05為有統(tǒng)計學(xué)差異。

2　結(jié)果

2.1ASIR技術(shù)對圖像噪聲、SNR和CNR的影響

在管電流一定的情況下，80%ASIR的圖像噪聲低于FBP圖像，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）；當(dāng)ASIR水平逐漸升高，圖像SNR及CNR具有逐漸升高的趨勢（表1），差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），100 mA組經(jīng)80%ASIR重建后，其噪聲值明顯低于FBP重建圖像的噪聲值，差異有統(tǒng)計學(xué)意義 （P＜0.05）；經(jīng)90%ASIR重建后，噪聲值與常規(guī)劑量掃描的噪聲無統(tǒng)計學(xué)差異（P＞0.05），也就是說經(jīng)ASIR重建后，噪聲值與常規(guī)劑量相當(dāng)?shù)淖畹凸茈娏鳛?00mA，輻射劑量降低約50%。

2.2不同ASIR水平圖像的目測觀察結(jié)果

隨著ASIR水平升高偽影逐漸減少或消失；圖像中腫瘤與黏膜皺襞顯示情況也隨ASIR水平升高而逐漸清晰光滑 （圖1）；相同的ASIR水平，隨著mA的升高，病灶及黏膜顯示情況也出現(xiàn)相同效果（圖2）。

表1　120 kVp不同管電流應(yīng)用0～100%ASIR水平重建圖像的噪聲、SNR和CNR（部分）

2.3＞5 mm膀胱腫瘤的檢出結(jié)果

當(dāng)管電流為20 mA時，在任何水平的ASIR，CTVC均無法清晰顯示病灶。當(dāng)管電流為40 mA，ASIR水平為0、50%、100%時腫瘤檢出率CTVC分別為29%、29%、57%。當(dāng)管電流為60 mA，ASIR水平為50%時腫瘤CTVC檢出率為57%；當(dāng)ASIR水平達(dá)到≥60%時CTVC的病灶檢出率均為100%，因此60 mA時目測腫瘤檢出率達(dá)100%時的最低ASIR水平為60%。80 mA及以上各項檢出率均為100%。

圖1　圖1a～1f為60 mA的條件下不同水平的ASIR（0%、20%、40%、60%、80%、100%）重建圖，隨著ASIR水平的提高圖像越顯柔和。Figure 1.Figure 1a～1f are ASIR reconstructed images under 60 mA，and the levels are 0%，20%，40%，60%，80%，100%.With the increase of ASIR level，the images are softer.

圖2　圖2a～2d為分別為20 mA、40 mA、60 mA、80 mA條件下，ASIR水平均為60%的重建圖，相同的ASIR水平，隨著mA的提高圖像逐漸清晰。Figure 2．Figure 2a～2d are ASIR reconstructed images under 20mA，40mA，60 mA，80 mA，and the level is 60%. With the same level of ASIR，the images are clearer gradually with the increase of mA.

對息肉目測檢出率進(jìn)行析因設(shè)計方差分析，得出不同管電流及ASIR對息肉檢出率無交互作用（F=0.024，P＞0.05），再行各組間方差分析得出：①20、40、60 mA低劑量掃描時，＞5 mm病灶的檢出率隨ASIR水平的升高而提高，但差異無明顯統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）；②隨著劑量的增加（不同mA），病灶檢出率不斷提高，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）（表2）。

表2　不同劑量、不同ASIR水平下＞5 mm病灶MPR及CTVC檢出數(shù)（共7個）

2.4≤5 mm膀胱腫瘤的檢出結(jié)果

在管電流為20mA時均不能發(fā)現(xiàn)病灶；在40 mA時，CTVC檢出率由ASIR水平為0時的15%增加至應(yīng)用ASIR水平為100%時的31%；在60、80、100及200 mA時，ASIR水平為100%時CTVC檢出率分別為15%、23%、31%、38%，檢出率無顯著提高。隨著掃描劑量的增加小病灶檢出率明顯提高，其中CTVC最高檢出率由20 mA時的0升高至200 mA的38%（表3）。

對病灶目測檢出率進(jìn)行析因設(shè)計方差分析，得出不同管電流與ASIR對膀胱腫瘤檢出無交互作用（F=0.045，P＞0.05），方差分析結(jié)果顯示：①隨著管電流的升高，≤5 mm膀胱腫瘤檢出率明顯升高，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）；②各劑量下隨著ASIR水平升高，病灶檢出率之間差異無統(tǒng)計學(xué)意義 （P＞0.05）。因此，≤5 mm膀胱腫瘤檢出率與劑量呈正相關(guān)，而與ASIR水平無關(guān)。

2.5輻射劑量

根據(jù)CT劑量報告，當(dāng)管電壓為120 kVp，管電流分別為20、40、60、80、100、120、140、160、180、200 mA時，CTDIvol分別為1.15、2.31、3.46、4.61、5.77、6.36、7.43、8.49、9.55、10.61，DLP分 別為17.38、34.91、52.30、69.68、87.21、96.23、112.27、128.30、144.34、160.38，其對應(yīng)的 ED分別為 0.33、0.66、0.99、1.32、1.66、1.83、2.13、2.44、2.74、3.05，差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。

表3　不同劑量、不同ASIR水平下≤5 mm病灶MPR及CTVC檢出數(shù)（共13個）

3　討論

3.1ASIR技術(shù)的原理和優(yōu)勢技術(shù)

為了降低CT輻射所致的危害，眾多技術(shù)研發(fā)人員及臨床操作人員為降低CT輻射劑量做出了不懈的努力，在硬件的性能及軟件的研發(fā)方面均取得了不錯的成果，如自動曝光控制技術(shù)（Automatic exposure control，AEC），但該方法仍采用了FBP重建，以致其在降低輻射劑量方面能力有限，因此改變重建算法成為降低劑量的最佳選擇，迭代算法的應(yīng)用成為研究的熱點。

ASIR是諸多迭代算法中的典型代表，它可在數(shù)據(jù)不完全和較低掃描劑量下成像［1］，其中的ASIR百分比反映了原始FBP圖像與本質(zhì)上完全通過數(shù)學(xué)模型建立的無噪聲圖像的混合比例，它可以在0～100%間隔10%的范圍內(nèi)自由選擇［2］，0%ASIR即為FBP圖像，50%ASIR指ASIR圖像中混合了約一半的FBP圖像，100%ASIR則可以認(rèn)為是無噪聲圖像［3］。另外，在重建所需時間方面，ASIR重建（約10幅圖像/s）所需的平均時間僅比標(biāo)準(zhǔn)FBP重建（約15幅圖像/s）延長50%左右，也就是說所消耗的時間并不太長，比較符合我國的國情，并且能較FBP重建明顯提高圖像質(zhì)量。

3.2ASIR技術(shù)在低劑量膀胱CT檢查中的應(yīng)用價值

膀胱腫瘤是泌尿系統(tǒng)最常見的腫瘤，也是全身比較常見的腫瘤之一，隨著生活節(jié)奏的加快，其發(fā)病率有逐漸上升的趨勢，其中最常見的為膀胱癌，其次為內(nèi)翻性乳頭狀瘤、息肉等。CT檢查在判斷膀胱腫瘤的有無、腫瘤的性質(zhì)、分期以及治療方法的選擇方面均有重要的意義，同時CTVC成像可以更加形象、直觀地觀察腫瘤的情況，但是這些都是以犧牲患者的健康為代價的，為保護(hù)病人生殖腺功能，避免輻射引起局部腫瘤性疾病，低劑量掃描勢在必行，而ASIR技術(shù)的應(yīng)用是保證圖像質(zhì)量的堅強(qiáng)后盾。

本研究表明，80%水平的ASIR相對于FBP重建圖像可以有效降低圖像噪聲，而且隨著ASIR水平的升高，SNR及CNR也隨之增高；ASIR技術(shù)可以使CTVC圖像中病灶邊緣逐漸圓滑，圖像質(zhì)量得到提高。因此，ASIR技術(shù)可以有效提高低劑量膀胱CT圖像質(zhì)量，但對于CTVC圖像病灶檢出率的提高不明顯，這可能與本例腫瘤模型數(shù)較少有關(guān)，需要進(jìn)一步進(jìn)行大樣本實驗。

在以往的研究中，關(guān)于ASIR技術(shù)在膀胱低劑量CT檢查中的應(yīng)用較少，而在腸道中的應(yīng)用較廣泛，二者有許多類似之處。Flicek等［4］分別用50 mAs-FBP重建及25 mAs-40%ASIR重建的條件行CT仿真結(jié)腸鏡成像，通過主觀評估認(rèn)為二者圖像并沒有顯著差異，因此40%ASIR的圖像可以減低約一半的劑量，雖然與本研究的CTVC略有不同，但都證明了ASIR技術(shù)對提高CT仿真內(nèi)窺鏡圖像的較高價值。Kaza等［5］對133例小腸CT進(jìn)行造影研究，結(jié)果顯示，與120 kV掃描的FBP重建相比，80 kV掃描的30%ASIR重建在圖像質(zhì)量和病灶診斷并無明顯差異，而輻射劑量較前下降了約71%。筆者通過體外模型研究發(fā)現(xiàn)，對＞5 mm病灶滿足100%檢出率的CTVC最低劑量掃描方案為千伏電壓峰值120 kVp、管電流60 mA，其對應(yīng)的理論CTDIvol已降低至3.46 mGy。

本研究仍有很多局限性：第一，離體腫瘤模型研究與臨床研究相比是理想化的研究，未考慮膀胱內(nèi)尿液流動對觀察病灶造成的影響；第二，該研究中模型僅包括20枚模擬息肉，樣本數(shù)相對較小，而且所制作的腫瘤模型形態(tài)單一，而臨床上的部分病灶為微小病灶，而且形態(tài)不一，有時與黏膜皺襞局部突起不易進(jìn)行鑒別，因此與臨床病例相比，腫瘤檢出率會出現(xiàn)一定偏差；第三，雖然本研究在主觀評價方面采取了統(tǒng)一的觀察標(biāo)準(zhǔn)，但對不同圖像的主觀評價還是帶有一定主觀性的，觀察者之間的差異是客觀存在的。因此，本研究通過對膀胱腫瘤模研究所得到的結(jié)論還需要進(jìn)一步在臨床上得到證實，更多的相關(guān)研究需要在大范圍的病例中進(jìn)行統(tǒng)計，得出更為準(zhǔn)確的結(jié)論。

綜上所述，本離體模型研究結(jié)果表明在膀胱低劑量CT檢查中，ASIR技術(shù)可以提高圖像質(zhì)量，使CTVC圖像更加柔和，在保證圖像質(zhì)量的同時，可以降低約50%的掃描劑量，減少病人的輻射損傷，值得臨床推廣；但ASIR技術(shù)對提高CTVC膀胱腫瘤檢出率的能力有限，有待進(jìn)一步深入研究。

［1］張超，李小虎，丁倩蕓，等.迭代重建技術(shù)在臨床低劑量腹部CT掃描中的應(yīng)用進(jìn)展 ［J］.中國臨床醫(yī)學(xué)影像雜志，2014，25（2）：117-119.

［2］楊尚文，何健，楊獻(xiàn)峰，等.ASIR算法結(jié)合自動管電流調(diào)制技術(shù)在胸部低劑量CT中的應(yīng)用研究［J］.醫(yī)學(xué)影像雜志，2012，22（1）：58-61.

［3］于曉坤，孫浩然，李又潔，等.ASIR提高低劑量CT結(jié)腸成像息肉檢出率有效性的體模研究 ［J］.臨床放射學(xué)雜志，2011，30（10）：1536-1540.

［4］Flicek KT，Hara AK，Silva AC，et al.Reducing the radiation dose for CT colonography using adaptive statistical iterative reconstruction：A pilot study［J］.Am J Roentgenol，2010，195（1）：126-131.

［5］Kaza RK，Platt JF，Al-Hawary MM，et al.CT enterography at 80 kVp with adaptive statistical iterative reconstruction versus at 120 kVp with standerd reconstruction：image quality，diagnostic adequacy，and dose reduction［J］.Am J Roentgenol，2012，198（5）：1084-1092.

An application study of ASIR technique in bladder tumor model with low-dose CT scanning

ZHAO Ya-bo1，WANG Bo1，WU Xing-jie1，MA Li-heng1，ZENG Wen-yan1，ZHUANG Niang-tuo1，YANG Qing-hua1，LIU Wei-jun1，WANG Yong-hao1，DU Sen2
（1.Medical Imaging Department，the First Affiliated Hospital of Guangdong Pharmaceutical University，Guangzhou 510080，China；2.Department of Human Anatomy，Guilin Medical College，Guilin Guangxi 541000，China）

Objective：To compare the quality and lesion conspicuity of images of bladder tumor model acquired on CT by standard-dose and low-dose with adaptive statistical iterative reconstruction（ASIR）and CT virtual cystoscopy（CTVC）imaging，and to evaluate the application of ASIR technique for low dose CT scanning of bladder tumors.Methods：A fresh porcine bladder was adopted and ligated 20 lumps（1～10 mm，≤5 mm 13 lumps，＞5 mm 7 lumps）to simulate bladder tumors. High resolution CT（GE optima CT660）with different doses（120 kVp，20，40，60，80，100，120，140，160，180，200 mA）scanning was used，and 11 different levels of ASIR（0，10%，20%，30%，40%，50%，60%，70%，80%，90%and 100%）for data reconstruction were performed to get CTVC images.After objective and subjective evaluation of images collected in different conditions of different ASIR levels，the average noise，signal-to-noise ratio（SNR），contrast to noise ratio（CNR）and tumor detection rate were compared and analyzed.Results：Under the same tube current，the noise of images decreased obviously with ASIR level of 80%（P＜0.05）.Under the same tube current，image SNR increased gradually with the increase of ASIR levels（P＜0.05）.Under the same tube current，image CNR increased gradually with the increase of ASIR levels（P＜0.05）.Under a constant tube current，the lesion detection rate did not increase obviously with the increase of ASIR levels（P＞0.05）.Conclusion：ASIR technique can improve the quality of low-dose CT images of the bladder with reduction of radiation dose.ASIR technique cannot obviously improve the lesion detection rate of the bladder CTVC images.

Bladder neoplasms；Radiation dosage；Tomography，spiral computed

R737.14；R814.42

A

1008-1062（2015）10-0716-04

2015-04-03

趙亞波（1989-），男，河南清豐人，碩士研究生?，F(xiàn)工作單位為河南省濮陽市人民醫(yī)院放射科。

王波，廣東藥學(xué)院附屬第一醫(yī)院影像科，510080。