IMR重組技術在iCT胸部超低輻射劑量掃描中的應用

王棟，曹麗娜，石明國，李劍，石磊

1. 空軍軍醫大學西京醫院 a. 放射科；b. 骨科，陜西 西安 710032；2. 陜西中醫藥大學附屬醫院 放射科，陜西 咸陽 712000

引言

據不完全統計，CT檢查的輻射劑量占X線總劑量的34%[1]，一次普通胸部CT的輻射劑量是X線平片檢查的50～70倍[2]，為將CT檢查的輻射劑量及與之相關的致病風險降到最低，國外學者提出了最低合理可行性原則（As Low As Reasonably Achievable，ALARA），即在不影響診斷的前提下盡可能地降低劑量[3-4]，傳統濾波反投影（Filtered Back Projection，FBP）算法，由于受統計波動影響大且對噪聲和偽影敏感而限制了劑量的降低，在降低掃描劑量后，圖像噪聲明顯增加，影像圖像質量[5]。應用迭代算法實現劑量的進一步減低而不影響圖像質量己成為近年來的研究熱點[6-7]。迭代算法的原理是，通過建立系統統計模型和系統光學模型，精確分析光子的統計波動特征，并與正確的統計分布進行反復的比較、檢驗和修正，直到圖像信息誤差降到最低、質量達到最優[8]。全模型迭代重建（Iterative Model Reconstruction，IMR）技術是一種新的基于完整模型的高級迭代重建算法，代表了CT重建領域的最新進展，以實現進一步降低輻射劑量和圖像質量的改善[9-10]。本次研究通過采用超低管電流降低輻射劑量，通過IMR重組圖像，與常規掃描比較其圖像質量。

1 材料與方法

1.1 一般資料

選取我院臨床排除肺內病變患者60例，其中發熱患者18例，咳痰咳血患者16例，慢性肺疾病患者16例，乳腺癌術后患者10例。隨機分為A，B兩組，A組患者年齡18～76歲，平均年齡47歲，BMI指數18.9～22.4 kg/m2，平均BMI指數20.67 kg/m2。B組患者年齡20～73歲，平均年齡49歲，BMI指數 19.1～21.2 kg/m2，平均 BMI指數 20.16 kg/m2。

1.2 CT掃描及圖像重組方法

60例患者均采用Philips 256層ICT進行胸部掃描，掃描范圍由胸廓入口至肺底，A組管電壓120 kV，管電流70 mAs，圖像重組采用FBP中Standard (B)重組縱膈窗（C：40；W：400），Lung Enhanced （L）重組肺窗（C：-600；W：1200）。B組管電壓100 kV，管電流25 mAs，圖像重組采用全模型迭代（IMR 3）技術中Soft Tissue重組縱膈窗（C：40；W：400），SharpPlus重組肺窗（C：-600；W：1200）。其余掃描參數均保持一致，圖像重組層厚5 mm。

1.3 圖像質量分析

1.3.1 客觀圖像質量分析

圖像處理統一在設備后處理工作站進行，分別測量兩組圖像縱膈窗氣管分叉處升主動脈（A）、鎖骨層面胸大肌（M）及肩胛骨下角層面胸背部脂肪（F）的平均噪聲值SD，以SD值表示客觀圖像質量，SD值越小圖像質量越高。同層面測量的感興趣區（ROI）大小相同（圖1）。

圖1 FBP重組（左側豎列）及IMR3重組（右側豎列）縱膈窗圖像

1.3.2 主觀圖像質量分析

由兩名經驗豐富的放射科副主任醫師（P1，P2）雙盲法對兩組肺窗及縱隔窗的圖像質量進行評分，其結果行一致性檢驗。然后，對判斷結果有分歧的圖像，兩位醫師進行再次協商達成一致意見，其結果用于組間差異的統計學分析。采用3分主觀評分，肺窗（圖2），通過對外周支氣管血管束（胸膜下2 cm以內）進行評價：1分表明噪聲大，外周支氣管血管束顯示不清；2分表明有噪聲，外周支氣管血管束顯示模糊，但可分辨；3分表明噪聲小，周圍肺血管、支氣管清晰顯示，邊緣銳利。縱隔窗（圖1），通過觀察縱隔大血管、食管等邊緣銳利程度以及胸壁肌肉間隙的顯示程度進行評價：1分表示圖像噪聲大，血管和食管邊緣模糊，胸壁肌肉顯示不清；2分表示圖像噪聲較大，血管和食管邊緣較模糊，胸壁肌肉間隙顯欠清；3分表示圖像噪聲小，血管和食管邊緣清楚，胸壁肌肉間隙顯示清楚，邊緣銳利。

圖2 FBP重組（左側豎列）及IMR3重組（右側豎列）肺窗圖像

1.4 輻射劑量

在病人掃描結束后自動生成的劑量報告中，記錄每個被檢者的CT劑量長度乘積DLP，并根據公式計算有效劑量ED(mSv)=DLP (mGy·cm)×k，胸部掃描時 k=0.014 mSv/(mGy·cm)。

1.5 統計學分析

應用SPSS 19.0軟件，采用兩組獨立樣本t檢驗比較常規劑量組和超低劑量組的有效劑量。縱隔窗圖像的噪聲值，滿足正態分布，但不滿足方差齊性，采用Kruskal-walks秩和檢驗。采用Kruskal-walks秩和檢驗比較各組圖像的正常解剖結構的評分。數值變量用均值士標準差表示，P＜0.05認為有統計學意義。采用Kappa分析評估2名觀察者之間的一致性，非常好（Kappa值 ＞0.8），好（0.6＜Kappa值 ＜0.8），中等（0.4＜Kappa值 ＜0.6），一般（0.2 ＜Kappa值≤ 0.4），差（Kappa值＜0.2）。

2 結果

超低劑量組較常規劑量組有效輻射劑量減少了約75%，具體見表1。客觀測量兩組圖像噪聲值，B組圖像噪聲遠小于A組，具體見表2。主觀圖像評分肺窗觀察外周支氣管血管束和縱隔窗觀察縱隔及胸壁解剖結構的觀察者間Kappa檢驗結果，見表3，兩名觀察者之間的一致性均在好以上（Kappa值＞0.6）。兩組間評分無明顯差異性。

表1 兩組輻射劑量對比（

表1 兩組輻射劑量對比（

images/BZ_29_236_519_1200_567.png常規劑量 2.45±0.09 75%超低劑量 0.54±0.03 P值 ＜0.05

表2 兩組圖像客觀測量對比（s）

表2 兩組圖像客觀測量對比（s）

升主動脈SD 鎖骨處胸大肌SD 胸背部脂肪劑量 10.6±1.82 16.6±2.32 12.6±1.4項目SD常規5超低劑量 4.2±0.32 7.3±0.52 5.8±0.42 P值 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05

表3 兩組圖像解剖結構主觀評分比較（

表3 兩組圖像解剖結構主觀評分比較（

注：采用Kruskal-wallis秩和檢驗，整體檢驗水準為0.05。

觀察者 常規劑量 超低劑量 P值肺窗P1 2.69±0.47 2.74±0.57 P2 2.72±0.43 2.75±0.47 Kappa 0.75 0.79一致評分 2.71±0.56 2.75±0.52 ＜0.05 P1 2.73±0.48 2.70±0.53 P2 2.72±0.51 2.68±0.61 Kappa 0.74 0.69一致評分 2.71±0.58 2.69±0.58 ＜0.05縱膈窗

3 討論

胸部是低劑量CT掃描研究最早涉及的領域[11]。隨著低劑量CT研究的深入進展發現，低千伏CT成像的FBP的噪聲大，圖像質量差，它的噪聲必須通過增加輻射劑量來彌補[12]。今年來圖像質量的改善由改變掃描條件逐步過渡到了應用新的迭代重建算法[8]。既往多項研究表明，迭代重建技術具有良好的降噪能力，可以在降低輻射劑量的條件下維持圖像質量的可診斷性。IMR是CT圖像重建領域的最新一代迭代重組技術[13]，是基于完整模型的迭代重組技術，其通過更多的迭代次數、更為復雜的迭代運算，采用更加完整、全面的系統模型進行對比校正，最終得到更低噪聲、更高分辨率的CT圖像[14]。IMR可在更低輻射劑量條件下重建出滿足臨床診斷需要的圖像，并明顯降低圖像噪聲，顯著提升圖像的空間、密度及軟組織分辨率[15]。Suzuki等[16]研究表明，腹部CT掃描IMR算法較FBP和iDose4可明顯降低圖像噪聲、提升低對比分辨率，并改善圖像邊緣銳利度。Hur等[17]使用常規劑量、低劑量及超低劑量聯合IMR技術評價泌尿系結石的CT診斷效能，在相同掃描條件下，IMR技術較FBP和iDose4能獲得更低的圖像噪聲及更好的主觀圖像質量。Lee等[18]研究表明，80 kVp掃描聯合IMR技術的圖像噪聲和質量與100 kVp掃描聯合HIR（高級混合迭代重建）技術的重建圖像相當。

本研究中，ROI的劃定主要包括了升主動脈、肌肉及胸背部脂肪，其總和的均值總體上能夠較為客觀地反映胸部CT圖像的噪聲水平。研究中，常規劑量組的輻射劑量為（2.45±0.09）mSv，超低劑量組輻射劑量為（0.54±0.03）mSv，較常規組降低了約75%，圖像噪聲也大大的降低了，圖像質量明顯提高。Khawaja等[19]進行了類似的IMR應用于胸部CT掃描試驗，亞mSv組較常規劑量掃描平均劑量降低了69%。說明IMR可以實現掃描劑量的大幅度降低。本實驗的不足之處在于未對病變檢出率進行對比統計，將在下次研究中解決此類問題。

本次研究主要是針對大幅度降低輻射劑量后采用IMR技術重組圖像，觀察對圖像質量的主觀和客觀影響，結果表明在超低輻射劑量聯合應用IMR重組技術可以獲得符合臨床診斷要求的低噪聲圖像。