基于全模型迭代重組算法（IMR）在頭頸聯合動脈CTA雙低掃描中的應用

高思喆，張斌，趙福新，郭文力

（中國醫科大學附屬盛京醫院放射科，遼寧沈陽110004）

?影像技術學?

基于全模型迭代重組算法（IMR）在頭頸聯合動脈CTA雙低掃描中的應用

高思喆，張斌，趙福新，郭文力

（中國醫科大學附屬盛京醫院放射科，遼寧沈陽110004）

目的：探討256層螺旋CT在頭頸聯合動脈CTA成像中，應用低kV、低注射速率及全模型迭代重組（IMR）技術對頭頸部動脈疾病診斷中的應用價值。方法：擬行頭頸動脈CTA檢查患者60例按照同期隨機原則分為2組，每組30例。A組（對照組）采用常規劑量掃描及高級混合迭代重組（iDose4），B組（雙低組）采用低kV、低注射速率，并采用IMR技術重組。采用t檢驗分別比較頸總動脈起始部、頸總動脈遠端及顱內動脈各組客觀評價指標（噪聲、對比噪聲比）及輻射劑量（CT劑量指數、CT劑量長度乘積、有效輻射劑量）的差異。采用χ2檢驗比較主觀圖像質量評分（對比度、銳利度、主觀噪聲）。結果：B組噪聲（17.4±1.8，8.3±0.8，10.0±0.8）低于A組（25.5±3.2，9.0±0.6，11.9±1.2），差異有統計學意義（t=12.08，3.83，3.80，P均＜0.01）。B組對比噪聲比（30.7±4.7，67.6±8.0，37.7±5.8）高于A組（19.0±3.7，58.0±7.3，37.7±5.8），差異有統計學意義（t=10.71，4.86，7.37，P均＜0.01）。B組顯示了很好的主觀圖像質量，各部分主觀評分在對比度及主觀噪聲方面均優于A組，而在銳利度方面略差于A組，但差異無統計學意義（χ2=0.27，0.07，0.61，P=0.64，0.81.0.49，P均＞0.05）。B組有效輻射劑量值為（0.84±0.03）mSv，較A組劑量（1.43±0.06）mSv降低約41%。結論：新型全模型迭代重組算法（IMR）較高級混合迭代重組算法（iDose4）可以進一步降低噪聲，而圖像質量可滿足診斷需求。

體層攝影術，螺旋計算機

隨著MSCT技術的發展，頭頸聯合CTA以較高的敏感度、特異度成為頭頸部動脈疾病的重要篩查手段。與此同時，人們對其輻射劑量的關注也與日俱增。降低頭頸聯合CTA劑量的主要方式包括：降低管電壓、管電流、縮短掃描長度、縮小FOV，管電流調制技術等。近年來，迭代重組（IR）算法開始應用于低劑量CT成像中[1]。早期應用于頭頸聯合CTA的研究結果顯示，采用IR可以在保證動脈腔內強化程度不變的同時明顯降低圖像噪聲，改善圖像質量[2-4]。在不同機型的頭頸聯合CTA檢查中，應用不同類型的迭代重組可以使輻射劑量大幅降低[5-6]，因而，本研究擬通過常規輻射劑量組高級混合迭代算法（i-Dose4）重組圖像與雙低劑量組IMR重組圖像的比較，探討新型全模型迭代重組（IMR）技術較iDose4技術在降低頭頸聯合CTA的輻射劑量及對比劑的注射速率同時，能否保證圖像質量達到診斷要求。

1 資料與方法

1.1 病例選擇

2015年11—12月擬行頭頸部動脈CTA檢查者。排除標準：體質量指數（BMI）＜20kg/m2或＞30kg/m2；嚴重的腎功能不全（肌苷清除率≤120μmol/L）、懷孕、已知碘對比劑過敏、心功能Ⅲ級以下等。共收集符合上述標準患者60例，其中男36例，女24例；年齡29～79歲，平均（53±10）歲；BMI 21.9～30.0 kg/m2，平均（25.4±2.8）kg/m2。受檢者按照同期隨機原則分入2組，每組30例。A組采用120 kV、150mAs掃描，B組為雙低組，采用管電壓100 kV，150mAs。該實驗經倫理委員會批準，所有患者均簽署知情同意書。

1.2 掃描方法

頭頸聯合CTA檢查采用256層CT（Philips Brilliance iCT）。掃描范圍從胸骨角水平至顱頂。采用對比劑跟蹤觸發技術，感興趣區設于胸骨角水平升主動脈內，觸發閾值為150HU。達閾值后開始掃描。采用Ulrich REF XD 2051雙筒高壓注射器，18g套管針，置于前臂靜脈，注射對比劑碘海醇（350mgI/mL）。A組對比劑注射量為50mL，注射速率為5.0mL/s，隨后相同流率注入生理鹽水30mL。A組掃描參數：管電壓120 kV，150mAs。B組對比劑注射量為40mL，注射射速率為4.0mL/s，隨后相同流率注入生理鹽水30mL。掃描參數：管電壓100 kV，150mAs。準直器寬度為128×0.625mm，FOV 220mm×220mm，掃描長度287.4～383.4mm，平均（343.6±14.9）mm。重組層厚1mm，重組間隔0.8mm。

1.3 圖像處理及分析

A組原始數據采用iDose4Level 3重組。B組采用IMR Level 1重組。各序列均采用相同卷積函數。

1.3.1 圖像質量主觀評價

將圖像的各組橫斷面數據傳至ISP工作站（IntelliSpace Portal，Philips Healthcare）進行分析。采用橫斷面、CPR及VR圖像對受檢者的頸總動脈、頸內動脈、頸外動脈及顱內各動脈進行圖像質量的綜合評估，內容包括：血管和周圍結構的對比度、管腔邊緣的銳利度、主觀噪聲。上述主觀指標均按照3分法評定，3分：血管顯示連續，遠近端同等強化，邊緣銳利；2分：血管顯示連續，遠端強化較差，邊緣少量偽影，不影響管腔評價；1分：血管顯示連續，血管整體強化較差，管腔模糊，難于評價。由2位不知掃描條件及患者臨床資料的有經驗的放射科醫師（從事CT診斷5年以上）對圖像質量進行評價，二者意見不一致時，由第3名放射科醫師評定，取相同評分作為最終結論。

1.3.2 圖像質量客觀評價

①在胸骨角水平的升主動脈根部內設定2 cm2感興趣區，測定其CT值，并以其標準差作為圖像噪聲。測定同層面前胸壁皮下脂肪CT值作為背景，其感興趣區大小取不包含血管、肌肉及腺體組織的最大面積值。按照公式：對比噪聲比（CNR）=（CT主動脈-CT脂肪）/圖像噪聲主動脈，計算CNR。②在頸總動脈遠端中心設定0.2 cm2感興趣區，測定其CT值，并以其標準差作為圖像噪聲。測定同層面頸部皮下脂肪CT值作為背景。按照公式：對比噪聲比（CNR）=（CT頸總動脈-CT脂肪）/圖像噪聲頸總動脈，計算CNR。③在顱內基底動脈中心設定5mm2感興趣區，測定其CT值，并以其標準差作為圖像噪聲。測定同層面鞍上池內腦脊液CT值作為背景，按照公式：對比噪聲比（CNR）=（CT基底動脈-CT脊液）/圖像噪聲基底動脈，計算CNR。如圖1～3。

1.3.3 輻射劑量測量

采用CT劑量指數（CTDI），CT劑量長度乘積（DLP）及有效輻射劑量（ED）評價患者的輻射劑量。記錄掃描過程中CTDI及DLP值。采用公式：ED=DLP×k計算患者有效輻射劑量（k=0.003 1 mSv/（mGy·cm））。

圖1 ～3分別測定感興趣區A、C、E內CT值及圖像噪聲，分別測定感興趣區B、D、F內CT值作為背景。Figure 1～3.To determine the CT value and image noise in ROI A,C and E and to determine the CT value in ROI B,D and F as background.

圖4 ～6為120 kV造影劑，注射速率5mL/s，iDose4重建。圖7～9為100 kV造影劑，注射速率4mL/s，IMR重建。Figure 4～6.120 kV,injection rate:5 mL/s,iDose4re construction.Figure7～9.100kV,injection rate:4 mL/s.IMR reconstruction.

1.4 統計學分析

2 結果

所有受檢者均順利通過檢查,無不良反應發生。

2.1 圖像質量評價與比較

2.1.1 主觀評價結果

2名放射科醫師對2組圖像的主觀評分顯示了較好的組間一致性。Kappa值為0.77，二者不一致的病例經第3名放射科醫師評閱，取一致評分作為該病例的最終評分值（表1）。

B組顯示了等同于A組的主觀圖像質量，且對比度及主觀噪聲均優于A組，但與A組比較差異無統計學意義（P＞0.05）。

表1 兩組圖像主觀評分比較

2.1.2 圖像客觀指標的比較

B組的噪聲值較A組噪聲更低，差異有統計學意義（P＜0.01）。在CNR方面，B組均高于A組，差異有統計學意義（P＜0.01，表2～4）。

表2 兩組頸動脈起始部圖像客觀評分比較（±s）

表2 兩組頸動脈起始部圖像客觀評分比較（±s）

組別主動脈CT值噪聲CNR A組365.7±56.2（231.7～531.9）25.5±3.2（16.3～32.3）19.0±3.7（12.5～28.0）B組406.2±49.1（316.8～564.8）17.4±1.8（14.0～23.1）30.7±4.7（19.0～43.4）t值2.97 12.08 10.71 P值＜0.05＜0.01＜0.01

表3 兩組頸總動脈遠端圖像客觀評分比較（±s）

表3 兩組頸總動脈遠端圖像客觀評分比較（±s）

組別頸總動脈CT值噪聲CNR A組413.6±65.3（263.9～579.6）9.0±0.6（7.0～11.8）58.0±7.3（40.0～79.7）B組438.4±61.9（322.1～566.2）8.3±0.8（5.9～10.6）67.6±8.0（44.7～85.9）t值1.51 3.83 4.86 P值＞0.05＜0.01＜0.01

表4 兩組顱內基底動脈圖像客觀評分比較（±s）

表4 兩組顱內基底動脈圖像客觀評分比較（±s）

組別基底動脈CT值噪聲CNR A組336.8±45.1（232.2～450.9）11.9±1.2（9.2～14.8）28.3±3.9（20.2～35.3）B組374.8±54.6（273.3～491.2）10.0±0.8（8.8～12.7）37.7±5.8（26.9～52.4）t值2.94 3.80 7.37 P值＜0.01＜0.01＜0.01

表5 兩組輻射劑量比較

2.2 輻射劑量的比較

各組CTDI，DLP及ED比較見表5。各組輻射劑量差異均存在統計學意義。A組ED值為（1.43±0.06）mSv，而主觀圖像質量，客觀噪聲、CNR更佳的B組的ED值為（0.84±0.03）mSv，較A組劑量降低約41%。

3 討論

目前，Philips Brilliance iCT應用于臨床的迭代重組技術主要是高級混合迭代重組（iDose4）技術和全模型迭代重組（IMR）技術。以往的研究結果顯示iDose4較濾波反投影技術（FBP）可以顯著地降低噪聲，改善對比噪聲比及信噪比[7-8]。本研究采用的IMR是最新的迭代重組技術，與既往的部分模型或者非模型混合性迭代重組技術不同，IMR是基于微平板探測器和硬件平臺的非線性全模型迭代重組技術，該技術以結構化知識模型為基礎，可在重組過程中準確建立數據統計模型以及圖像統計模型，并且通過反復減少掃描模型與采集數據之間的差異來逼近最真最優的圖像顯示[9]。其圖像顯著特點是較FBP和以往迭代重組算法比較，可以保持較低的圖像噪聲水平，并同時提高圖像的對比度，這樣在進一步降低輻射劑量的條件下，仍能獲得滿意的圖像質量，或提升圖像質量而增加診斷信心，在新近的相關研究中已得到臨床和體模實驗的驗證[10-12]。

目前，雙低（低輻射劑量、低對比劑劑量）技術在頭頸聯合CTA中應用的可行性已有大量研究[13-14]。IMR技術在低管電壓腹部CTA以及低管電壓和低對比劑在腹部動態增強掃描中作用已在新近的研究結果中得到肯定，但在雙低頭頸聯合CTA中尚未見報道[15-16]。本研究將雙低結合IMR技術應用于頭頸聯合CTA成像，結果顯示，采用IMR重建，可以有效的降低圖像的噪聲，提高圖像的對比度及對比噪聲比等客觀指標，從而得到優于常規輻射劑量iDose4重組的圖像質量。

本研究的優勢：①IMR重組較iDose4重組能進一步降低輻射劑量，而測得圖像的客觀數據均優于iDose4重組圖像。②實驗B組采用低注射速率的對比劑注射方法（A組注射速率為5.0mL/s，B組注射速率為4.0mL/s），在相同的注射時間內所需對比劑的量較A組減少20%，減少了對比劑對人體的毒性。③由于采用相對的低注射速率，在注射對比劑時，降低了對血管承受能力的要求。

本研究的局限性：①每組病例數偏少，有待進一步擴大樣本量。②受檢者的BMI在20～30 kg/m2，因而本研究結論僅適用于中等體型的受檢者，肥胖及瘦小患者的低劑量條件尚待進一步研究。③IMR重組能否客觀真實地反映斑塊的形態特征，及其診斷血管狹窄的準確性尚待進一步研究。

綜上，新型全模型迭代重組技術IMR可以顯著降低噪聲，在256層CT頭頸聯合CTA中應用此項技術，可使中等體型個體的有效輻射劑量降至0.84mSv。在劑量降低41%的條件下仍可得到優于常規劑量iDose4重組的圖像質量。若要得到相當于常規劑量iDose4重組的圖像質量，輻射劑量仍有進一步下探的可能。

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Application in head-neck CTA based on IMR w ith low tube voltage and low rate injection of contrast medium

GAO Si-zhe,ZHANG Bin,ZHAO Fu-xin,GUO Wen-li
(Department of Radiology,Shengjing Hospital of China Medical University,Shenyang 110004,China)

Objective:To investigate the clinical use of 256-slice spiral CT in the diagnosis of head and neck artery disease in CTA combined with low-tube-voltage and low rate injection of contrast medium by IMR reconstruction.M ethods:Sixty patients who would perform head-neck CTA were enrolled and divided into two groups random ly.CTA was performed in group A using normal tube voltage(120 kV)and normal injection rate of contrast medium(5mL/s)by iDose4reconstruction.Group B

CTA by low-tube-voltage(100 kV)and low injection rate of contrast medium(4mL/s)with IMR reconstruction.Quantitative measurements of CT value,image noise and contrast-to-noise ratio(CNR)were measured in either group.The t-test was used to compare objective evaluation indices(noise,CNR)and radiation dosage between the two groups.χ2-test was used to compare subjective evaluation of image quality(contrast,sharpness and subjective noise)between the two groups.A level of P＜0.05 was considered statistically significant.Results:There were significant differences in objective noise and CNR between the two groups(P＜0.01).Group B showed better subjective image quality.Compared to group A,group B showed better subjective scores of contrast and noise,and slightly worse score of sharpness with no significence(P＞0.05).The effective dose(ED)of group B((0.84±0.03)mSv)was 41%lower compared to group A((1.43±0.06)mSv).Conclusion:Compared with i-Dose4,iterative model reconstruction technique can provide 41%ED reduction in head-neck CTA by 256 MSCT with satisfactory image quality.

Tomography,spiral computed

R816.1；R814.42；R814.43

A

1008-1062（2017）01-0064-04

2016-04-28；

2016-06-21

高思喆（1982-），男，遼寧撫順人，技師。E-mail：18940254598@189.cn

郭文力，中國醫科大學附屬盛京醫院放射科，110004。E-mail：guo_wl68@163.com