迭代重建技術在兒童胸部低劑量CT掃描中的應用

徐雷，熊山，程建敏，鄭利，徐昕

（1.溫州醫科大學附屬第二醫院 放射科，浙江 溫州 325027；2.荊州市中心醫院 放射科，湖北 荊州 434020；3.荊州市中心醫院 新生兒科，湖北 荊州 434020）

迭代重建技術在兒童胸部低劑量CT掃描中的應用

徐雷1，熊山2，程建敏1，鄭利3，徐昕1

（1.溫州醫科大學附屬第二醫院 放射科，浙江 溫州 325027；2.荊州市中心醫院 放射科，湖北 荊州 434020；3.荊州市中心醫院 新生兒科，湖北 荊州 434020）

目的：探討低管電流聯合iDose4迭代重建技術應用于兒童胸部低劑量CT掃描的可行性。方法：連續88例行胸部CT平掃患兒隨機分為2組，分別采用常規劑量（50 mAs）和低劑量（25 mAs）掃描。常規劑量組行濾波反投影（FBP）重建，記為A組；低劑量組分別行FBP、iDose4-1、iDose4-3、iDose4-5迭代重建（IR），依此記為B、C、D、E組。測量并計算每組圖像的CT值、噪聲、信噪比以評價圖像客觀質量；由2名副主任醫師職稱的放射診斷醫師按5級評分法對圖像進行主觀質量評價；記錄CT掃描儀劑量報告中提供的容積CT劑量指數（CTDIVOL）和劑量長度乘積（DLP），并計算有效劑量（ED）。對圖像主客觀質量及輻射劑量進行統計學分析。結果：低劑量組ED較常規劑量組降低52%，25 mAs聯合FBP重建組圖像主客觀質量較常規劑量組降低且為低劑量組中最低（P＜0.05）；25 mAs聯合iDose4-1迭代重建組圖像主客觀質量不及常規劑量組（P＜0.05）；25 mAs聯合iDose4-3迭代重建組圖像主客觀質量與常規劑量組間差異無統計學意義（P＞0.05）；25 mAs聯合iDose4-5迭代重建組圖像主客觀質量優于常規劑量組（P＜0.05）。結論：兒童胸部低劑量CT掃描時，采用25 mAs聯合iDose4-3迭代重建技術，可獲得與常規劑量組相當的圖像質量，同時使輻射劑量降低52%。

兒童；肺；體層攝影術，X線計算機；輻射劑量

CT對兒童胸部感染、外傷和先天發育異常等疾患具有重要診斷價值，隨著多層螺旋CT在我國的快速普及，兒童胸部CT掃描的數量和頻率快速增長，CT輻射劑量對兒童受檢者所致潛在危害及患癌風險現已受到廣泛關注[1]。iDose4屬于第四代迭代重建技術，其能有效降低圖像噪聲和低劑量偽影，改善圖像質量，進而降低輻射劑量[2]。本研究進行兒童胸部CT掃描時，采用低管電流（25 mAs）聯合iDose4迭代重建并與常規劑量（50 mAs）濾波反投影（filtered back projection，FBP）重建進行比較，探討iDose4迭代重建技術在兒童胸部低劑量CT掃描中的應用價值。

1 對象和方法

1.1 研究對象 溫州醫科大學附屬第二醫院2015年3月至6月連續88例行胸部CT平掃的患兒，其中男26例，女52例，年齡2～9歲，平均（5.84±2.34）歲。本研究通過溫州醫科大學附屬第二醫院倫理委員會批準，經患兒監護人同意并簽署知情同意書。

1.2 儀器和方法

1.2.1 儀器：采用Philips 256層iCT掃描機，按檢查號隨機分為常規劑量（50 mAs）組和低劑量（25 mAs）組，2組其他掃描參數相同。掃描范圍自肺尖至肺底，管電壓120 kV，準直徑128mm×0.625mm，螺距0.66，轉速0.5 s/周，層厚3mm，重建層厚3mm。

1.2.2 圖像重建：由2名資深放射科醫師完成掃描過程，常規劑量組行FBP重建，記為A組；低劑量組分別行FBP、iDose4-1、iDose4-3、iDose4-5迭代重建，依此記為B、C、D、E組。其中iDose4有iDose4-1至iDose4-7 7個級別，不同級別代表不同的降噪能力。

1.2.3 圖像質量客觀評價：所有圖像均傳至工作站。由1名具有5年以上胸部CT閱片經驗的放射科醫師采用感興趣區（region of interest，ROI）方法測量降主動脈的CT值和標準差（standard deviation，SD），SD即為噪聲，并計算信噪比。縱隔窗橫斷位氣管隆突水平為降主動脈測量部位，面積為10mm2。信噪比（signal noise ratio，SNR）=CT值/ SD。

1.2.4 圖像質量主觀評價：由2名副主任醫師職稱的放射科醫師對4組圖像進行評價，意見不一致時協商后決定。對受檢者的肺窗和縱隔窗圖像質量分別進行評估（肺窗1 400 HU、-450 HU，縱隔窗400 HU、 60 HU）。肺窗圖像觀察中心肺血管支氣管、周圍肺血管支氣管、主氣管、肺裂（其中周圍肺血管支氣管定義為距離臟層胸膜面2 cm以內肺實質內的血管支氣管）；縱隔窗圖像觀察主動脈、胸壁骨和肌肉邊緣的銳利程度及縱隔內結構（包括血管、氣管、食管等）。上述結構分5個等級：5分為邊緣清晰，無偽影；4分為邊緣略模糊，無偽影；3分為邊緣略模糊，有少量偽影；2分為邊緣模糊，中等量偽影；1分為大量偽影，正常結構中斷；0分為不能顯示正常結構[3]。

1.3 輻射劑量評估 記錄CT掃描儀劑量報告中的

CT劑量容積指數（CT dose index volume，CTDIVOL）、 掃描長度（length，L）和劑量長度乘積（dose length product，DLP），并計算出有效劑量（effective dose，ED）。ED=DLP×K，K值為小兒胸部CT的轉換系數；根據兒童年齡：1～2歲、3～6歲、7～14歲，K值分別取0.026、0.018、0.013 mSv·mGy-1·cm-1[4]。

1.4 統計學處理方法 采用SPSS17.0統計軟件進行分析。性別用x2檢驗，年齡和體質量用兩獨立樣本t檢驗，客觀質量低劑量組內比較用完全隨機設計資料的方差分析，客觀質量低劑量組與對照組間多重比較用Dunnett-t檢驗，主觀質量比較采用Mann-Whitney檢驗，輻射劑量用兩獨立樣本t檢驗。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 各組受檢者一般資料比較 常規組男16例，女28例；低劑量組男20例，女24例。2組受試者性別構成的差異無統計學意義（P＞0.05）。2組受檢者年齡、體質量差異無統計學意義（P＞0.05），見表1。

表1 各組受檢者一般資料比較（n=44，±s）

2.2 各組圖像客觀質量比較 各組降主動脈CT值差異無統計學意義（P＞0.05）；各組降主動脈SD差異有統計學意義（P＜0.05）；B組、C組、D組、E組SD依次降低，差異有統計學意義（P＜0.05）；B組、C組SD較A組增高，差異有統計學意義（P＜0.05）；D組SD與A組比較，差異無統計學意義（P＞0.05）；E組SD較A組降低，差異有統計學意義（P＜0.05）。各組間SNR差異有統計學意義（P＜0.05）；B組、C組、D組、E組SNR依次增高，差異有統計學意義（P＜0.05）；B組、C組SNR較A組降低，差異有統計學意義 （P＜0.05）；D組SNR與A組比較，差異無統計學意義 （P＞0.05）；E組SNR較A組增高，差異有統計學意義 （P＜0.05）。見表2。

表2 各組圖像客觀質量比較（n=44，±s）

表2 各組圖像客觀質量比較（n=44，±s）

組別降主動脈CT值（HU）降主動脈SD（HU）SNR A組45.50±6.7814.17±4.063.43±0.94 B組44.90±6.0118.31±3.402.54±0.62 C組46.57±6.3816.42±3.112.93±0.68 D組46.96±6.4212.91±2.563.79±1.01 E組46.97±6.0810.65±2.154.58±1.10 F 0.9540.1034.47 P 0.44 0.00 0.00

2.3 各組圖像主觀質量比較 B組、C組、D組、E組主觀圖像質量依次增高，差異有統計學意義（P＜0.05）；B組、C組主觀圖像質量較A組降低，差異有統計學意義（P＜0.05）；D組主觀圖像質量與A組比較差異無統計學意義（P＞0.05）；E組主觀圖像質量較A組增高，差異有統計學意義（P＜0.05）。見表3和圖1。

表3 各組主觀圖像質量比較（n=44，例）

2.4 2組輻射劑量比較 2組L差異無統計學意義 （P＞0.05）；低劑量組CTDIVOL、DLP、ED均較常規組降低52%，差異有統計學意義（P＜0.05）。見表4。

圖1 不同劑量和迭代重建的肺窗及縱隔窗橫斷面圖

表4 2組輻射劑量比較（n=44，±s）

表4 2組輻射劑量比較（n=44，±s）

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3 討論

輻射劑量與管電流成線性關系，故降低管電流可有效降低輻射劑量[5]。但通過降低管電流降低輻射劑量的同時會使圖像SD增高，圖像SNR降低，圖像質量變差。傳統的FBP重建算法快捷且可靠，但不能分辨采集數據的基本成分，忽略了采集過程中量子噪聲和電子噪聲對投影數據的污染，當輻射劑量較小時，會導致圖像SD增大，圖像SNR和對比信噪比較低，圖像質量較差。iDose4重建算法是Philips公司推出一種基于雙空間多模型全新第四代迭代重建技術，其能有效提升圖像空間分辨力及密度分辨力，去除噪聲并抑制低劑量偽影，并通過頻率噪聲譜保持結構信息，維持CT圖像的真實性，從而間接降低輻射劑量[6]。當我們將低管電流與iDose4迭代重建技術聯合應用時，一方面，低管電流技術能降低輻射劑量；另一方面，iDose4迭代重建技術能抵消低管電流技術所致圖像SD的增高，并抑制低劑量偽影，提高圖像質量。因此，低管電流與iDose4迭代重建技術聯合應用是降低輻射劑量的一種有效方法。

Yoon等[7]在1個月～17歲的正常體質量及超重病例行胸部CT增強檢查時，80 kVp管電壓聯合自適應統計迭代重建，同時采用自動管電流調節技術，將輻射劑量降低約正常對照組的57%，圖像質量仍然滿足診斷需要。劉琴等[8]采用小豬模擬0～3歲小兒，應用80 kVp管電壓，sureExposure 3D技術聯合AIDR 3D迭代重建，噪聲指數取為17.5，行640層CT胸部容積掃描，獲得與常規劑量組相當的圖像質量，同時使輻射劑量降低59%。本研究采用類似的研究思路，在行兒童胸部低劑量CT掃描時，利用本院Philips 256層iCT掃描機及其后處理平臺，采用低管電流（25 mAs）分別聯合FBP、iDose4-1、iDose4-3、 iDose4-5重建所得圖像，與常規劑量（50 mAs）FBP重建所得圖像的主客觀質量進行比較，結果顯示：采用低管電流（25 mAs）聯合iDose4-3或iDose4-5重建，即可獲得與常規劑量組主客觀質量相當或更優的圖像，同時有效劑量降低50%左右。本研究的不足在于沒有根據受檢者的不同年齡或體質量進行細致分組研究，這需要在將來的研究中進一步完善。

綜上所述，在行兒童胸部低劑量CT掃描時，采用25 mAs聯合iDose4-3或iDose4-5迭代重建技術，即可獲得與常規劑量組相當或更優的圖像質量，同時使輻射劑量降低50%左右。在此基礎上，如何利用迭代重建技術進一步降低兒童胸部CT掃描的輻射劑量是今后研究的重點。

[1] PEARCE M S, SALOTTI J A, LITTLE M P, et al. Radiation exposure from CT scans in childhood and subsequent risk of leukaemia and brain tumours： a retrospective cohort study [J]. Lancet, 2012, 380 (9840)： 499-505.

[2] KORDOLAIMI S D, ARGENTOS S, STATHIS G, et al. Radiation dose and image noise evaluation in coronary computed tomography angiography (CCTA) using an iterative reconstruction algorithm[J]. Hellenic J Cardiol, 2014, 55(3)：184-190.

[3] LEIPSIC J, NGUYEN G, BROWN J, et a1. A prospective evaluation of dose reduction and image quality in chest CT using adaptive statistical iterative reconstruction[J]. AM J Roentgenol, 2010, 195(5)： 1095-1099.

[4] THOMAS K E, WANG B. Age-specific effective doses for pediatric MSCT examinations at a large children’s hospital using DLP conversion coefficients： a simple estimation method[J]. Pediatr Radiol, 2008, 38(6)： 645-656.

[5] PAOLICCHI F, FAGGIONI L, BASTIANI L, et al. Optimizing the balance between radiation dose and image quality in pediatric head CT： findings before and after intensive radiologic staff training[J]. Am J Roentgenol, 2014, 202(6)：1309-1315.

[6] WILLEMINK M J, DE JONG P A, LEINER T, et al. Iterative reconstruction techniques for computed tomography Part 1： technical principles[J]. Eur Radiol, 2013, 23(6)：1623-1631.

[7] YOON H, KIM M J, YOON C S, et al. Radiation dose and image quality in pediatric chest CT： effects of iterative reconstruction in normal weight and overweight children[J]. Pediatr Radiol, 2015, 45(3)： 337-344.

[8] 劉琴, 侯陽, 趙鵬飛, 等. 迭代重建技術在小豬胸部容積CT掃描中的應用及最佳劑量研究[J]. 中華放射學雜志, 2014, 48(4): 328-332.

（本文編輯：吳彬）

Applied research of iterative reconstruction technique in the low-dose chest CT scans of children

XU Lei1, XIONG Shan2, CHENG Jianmin1, ZHENG Li3, XU Xin1. 1.Department of Radiology, the Sceond Affiliated Hospital of Wenzhou Medical University, Wenzhou, 325027； 2.Department of Radiology, Jingzhou Central Hospital, Jingzhou, 434020； 3.Department of Neonatology, Jingzhou Central Hospital, Jingzhou, 434020

Objective: To explore the feasibility of low tube current combined with iDose4iterative reconstruction technique in the low-dose chest CT scans of children. Methods: Eight-eight children continuously underwent routine chest CT scan were divided into two groups using conventional dose (50 mAs) and low dose (25 mAs) scan, respectively. Routine dose group underwent filtered back projection (FBP) reconstruction, record as group A, low dose group was performed FBP, iDose4-1, iDose4-3, iDose4-5 iteration reconstruction (IR), and so referred to as group B, C, D, E. Measured and calculated CT value, noise, signal to noise ratio of each group images in order to evaluate the quality of the images objectively； quality of images was assessed according to five levels rating method by two diagnostic radiology physicians of deputy chief physician title； recorded volume CT dose index (CTDIVOL) and dose length product (DLP) provided by CT scanner dose reports, and calculated the effective dose (ED). Subjective and objective images quality and radiation dose were statistically analyzed. Results: Compared with routine dose group, effective dose (ED) of low dose group decreased by 52%. Subjective and objective quality of images of group B, the worst quality of low dose groups, was less than that of routine dose group (P＜0.05), subjective and objective quality of images of group C was less than that of routine dose group (P＜0.05), no significant statistical difference was existed between group D and group A in subjective and objective quality of images (P＞0.05), subjective and objective quality of images of group E was better than that of group A (P＜0.05). Conclusion: When low-dose chest CT scans of children are taking, 25 mAs tube current combined with iDose4-3 iterative reconstruction technique can obtain the same quality of images as routine dose group, while the radiation dose is reduced by 52%.

child； lung； tomography, X-ray computed； radiation dose

R814.42

A

10.3969/j.issn.2095-9400.2016.10.003

2015-11-04

衛生部國家臨床重點專科開放課題（20130204）。

徐雷（1982-），男，浙江溫州人，主管技師。

程建敏，主任醫師，Email：chengjm@wzhealth.com。