噪聲指數結合多模型自適應迭代重建在學齡前兒童上腹部CT掃描中的應用價值

魏偉安，楊吉錢，熊勝，易婷，金科

CT因具有快速、精確、經濟等諸多優勢，成為臨床不可或缺的一種重要檢查手段,然而對于射線異常敏感的低齡兒童，如何做到最大程度降低輻射劑量的同時又不影響圖像質量，這一難題一直困擾著放射科醫生。多模型迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction Veo,ASIR-V)作為一種新型自適應性迭代重建技術，在低劑量掃描下保證了圖像質量并且明顯降低圖像噪聲，在體模及成人CT檢查中已得到證實[1-2]，然而針對兒童的研究相對較少。因此，本研究旨在探討100 kV低管電壓條件下，不同的噪聲指數(noise index，NI)結合ASIR-V重建技術在學齡前兒童上腹CT檢查中的應用價值，并探尋不影響圖像質量的最佳掃描方案。

材料與方法

1.病例資料

連續搜集2020年1～3月因腹腔腫物、外傷等在我院行上腹部CT平掃或增強檢查的患兒61例，年齡范圍2～8歲。病例排除標準：①圖像運動偽影較大；②肝內有占位性病變或明顯影響數據測量。最終將符合要求的50例患兒納入本研究，其中男30例，女20例，平均年齡(5.75±1.46)歲，根據NI值不同(NI值分別設為9、11、13、15、17)將50例患兒分為5組，每組10例。

2.檢查方法

CT檢查采用 GE Revolution CT機，掃描范圍為膈頂至雙腎下緣，選擇Pediatric body模式，NI值分別設為9、11、13、15、17。采用低管電壓100 kV，自動管電流50～350 mA，轉速0.5 s/r，螺距0.992:1，準直器寬度80 mm，掃描層厚和層間距均為2.5 mm，采用濾波反投影(filtered back-projection,FBP)模式重建。所得原始圖像均行ASIR-V(0%～100%，間隔20%,共6個亞組)，圖像重組層厚和層間距均為2.5 mm。

3.圖像分析

客觀評價：將圖像傳至AW4.7后處理工作站上進行分析，所有數據測量均由同1位放射科技師完成。選取顯示肝門的3個連續層面測量肝實質和左側豎脊肌的CT值和標準差(SD)值，ROI面積為(60.24±3.81)mm2并采用compare功能，選取3組數據的平均值作為最終測量數據。分別計算各組圖像的信噪比(signal to noise ratio,SNR)和對比信噪比(contrast noise ratio,CNR)，計算公式：肝臟SNR=肝臟CT值/圖像SD值,肝臟CNR=(肝臟CT值-肌肉CT值)/圖像SD值，以左側豎脊肌SD值作為圖像背景噪聲；同時計算各組圖像質量系數(figure of merit,FOM)，FOM=肝臟CNR2/ED[3]。

主觀評分：圖像(W200，L40)由2位兒科影像醫師(8年以上工作經驗)采用5分法進行評分：1分，圖像質量極差，噪聲大，空間分辨率低，解剖結構顯示不全且無法作出診斷；2分，圖像質量較差，噪聲較多，空間分辨率較低，解剖結構部分模糊，仍不能滿足診斷要求；3分，圖像質量一般，噪聲中等，解剖結構可以分辨，尚能作出診斷；4分，圖像質量良好，噪聲較少，空間分辨率較高，解剖結構細節顯示較好；5分，圖像質量極好，無噪聲，空間分辨率高，解剖結構顯示清晰。

記錄每例患兒的CT容積劑量指數(volume CT dose index,CTDIvol )和劑量長度乘積(does length product,DLP)，并計算有效輻射劑量(effective dose，ED)，ED =DLP×k，其中k為組織權重因子，k值取0.020 mSv/mGy ·cm。

4.統計學分析

結 果

1.患兒一般資料

各組患兒的年齡和身體質量指數(body mass index,BMI)差異均無統計學意義(P>0.05)，各組的CTDIvol、DLP、ED值隨著NI值的降低而逐漸減低，差異均有統計學意義(P<0.05，表1)。

2.圖像質量評估

客觀評價：不同噪聲指數NI組相比，隨著NI值的增高，肝實質和肌肉的CT值差異無統計學意義(P>0.05)，而隨著圖像背景噪聲逐漸增高，肝實質的SNR和CNR值呈大體減低趨勢，差異有統計學意義(P<0.05)，NI為9的圖像質量系數最優，其余四組FOM差異無統計學意義(P>0.05，表1)；同一NI值內的各亞組相比，隨著迭代ASIR-V權重的升高，圖像背景噪聲逐漸減低，肝實質的SNR和CNR值逐漸升高，差異均具有統計學意義(P<0.05，表2)。

表1 不同NI圖像的各項指標和輻射劑量結果比較

主觀評分：2位放射科醫師各主觀評分的一致性良好，kappa系數k值為0.768。隨著噪聲指數NI的增高，圖像主觀評分逐漸降低。同一NI組內，在ASIR-V為0～40%時，主觀評分隨著迭代權重的增高呈略微升高的趨勢且在ASIR-V為40%時達到最高，而NI為17組的主觀評分則在ASIR-V為60%時達到最高。在ASIR-V為40%～100%時，主觀評分隨著迭代權重的增高而呈逐漸降低趨勢。各組ASIR-V為40%的圖像主觀評分均優于ASIR-V為0%(FBP)的圖像,差異有統計學意義(P<0.05)，ASIR-V為40%與60%兩組之間的圖像主觀評分差異無統計學意義(P>0.05，圖1、2)。NI為11和13組的ASIR-V100%圖像、NI為15組的ASIR-V0%、20%、80%和100%圖像、NI為17組的ASIR-V0 100%圖像的主觀評分低于3分(表2)。

圖1 患兒，男，4.5歲。圖a～e分別顯示NI=9、11、13、15、17的圖像，隨著噪聲指數的升高，圖像背景噪聲逐漸增高，圖像顆粒感越發明顯，銳利度逐漸降低。a)NI=9圖像；b)NI=11圖像；c)NI=13圖像；d)NI=15圖像；e)NI=17圖像。

表2 不同NI結合ASIR-V的圖像質量結果比較

討 論

生長發育階段的兒童對輻射損傷尤為敏感，如何降低輻射劑量，從而達到“合理可實現的最低水平”成為關注的熱點。常規降低管電壓、管電流等掃描方案，雖然能明顯降低輻射劑量，但傳統重建技術FBP中的高噪聲將會導致圖像伴有條紋偽影并明顯降低對比度。近年來，自適應性迭代重建(iterative reconstruction,IR)的降噪能力得以證實，并逐步替代FBP。最近，多模型迭代重建技術(ASIR-V)在迭代重建的基礎上增加了物理模型，摒棄了復雜的光學模型，圖像重建時間大幅縮短，同時又提高了降噪能力[4]，因此能在更低的輻射劑量條件下獲取同等質量的CT圖像，具備了更高的應用潛力[5-7]。

目前，降低管電壓和管電流仍然是降低輻射劑量的最有效手段。肺部因由大量含氣的組織構成，具有天然的對比度，因而能在超低管電壓下進行檢查[8]。而腹部擁有大量實質臟器，管電壓的減低將會導致射線的穿透能力下降，從而嚴重影響圖像質量。當檢查對象個體較小時，光子穿透所需的能量較少，較低的管電壓可提供足夠的能量穿透，從而可以在較低的輻射劑量下保持圖像質量[9]。Sun等[10]通過對患兒的隨訪CT增強資料進行對比研究，認為80 kV管電壓在體重小于28 kg患兒的增強掃描中可以得到較好的圖像質量，而大于28 kg則選擇100～120 kV。本研究僅針對學齡前兒童的上腹部CT平掃，因此選擇100 kV，采用Z軸自動管電流調節技術，將初始的噪聲指數(NI)設為9，這是我科以往經FBP重建的圖像噪聲設置條件。以2為單位逐漸遞增NI值，并采用ASIR-V進行圖像后重建，重建間隔為20%。多項體模研究顯示，通過設置高NI值聯合ASIR-V后重建可在優化圖像的同時降低輻射劑量，但超過一定的NI值后圖像質量則無法滿足臨床診斷要求[1,11]。對于NI指數大于13的患兒，筆者選取了檢查項目為腹部CT增強的平掃作為研究序列，增強掃描采用能譜模式，并利用虛擬平掃結合平掃圖像用于臨床診斷，避免了因圖像質量下降而導致重復掃描的情況發生。

隨著NI值的增高，圖像背景噪聲逐漸增高，客觀指標和主觀評分逐漸降低，雖然隨著ASIR-V權重增高，各項客觀指標均逐漸改善且明顯優于FBP模式，但當達到一定權重時，主觀評分開始下降，當權重大于80%時圖像會出現模糊，當達到100%權重時圖像失真導致主觀評分反而低于FBP模式圖像。圖1分別顯示NI=9、11、13、15、17時患兒的肝門層面FBP圖像，隨著NI指數升高，管電流降低導致圖像趨于模糊，當NI=15時圖像的評分低于3分。圖2顯示NI=15時5歲兒童肝門層面的ASIR-V0-100%(間隔20%)圖像，隨著迭代權重的升高，肝內血管與肝實質的界限越發模糊，40%和60%權重的圖像顯示效果最佳，這與以往的研究結論相似[2,12]。Singh等[13]研究發現隨著管電流降低，需提高迭代權重以獲取滿足臨床診斷要求的圖像，本研究中NI=17時，管電流可低至60 mA，因此迭代權重達到60%時圖像顯示最優，但仍無法滿足臨床診斷要求，與王新蓮等[11]的體模低劑量CT掃描研究結論相同。因此，筆者認為NI=15結合ASIR-V40%的圖像可作為學齡前兒童的最佳上腹部低劑量掃描方案，相對于NI=9時CTDIvol和DLP分別下降了約55.5%和54.4%。

圖2 患兒，男，5歲，NI=15肝門層面CT圖像，圖a-f分別表示ASIR-V0～100%(間隔20%)圖像，隨著權重的升高，圖像背景噪聲降低，權重40%～60%圖像顯示效果最佳，權重>80%肝實質出現“蠟質”紋理并圖像逐漸失真。a)ASIR-V為0圖像；b)ASIR-V為20%圖像；c)ASIR-V為40%圖像；d)ASIR-V為60%圖像；e)ASIR-V為80%圖像；f)ASIR-V為100%圖像。

本研究不足之處：①樣本量偏小，年齡跨度較小；②ASIR-V后重建間隔較大，需進一步細分；③未按不同的年齡段進行劃分，以研究不同年齡段的CT最佳低劑量掃描方案；④需進一步開展CT增強掃描研究，探索不同增強期相的最佳低劑量掃描方案。

綜上所述，學齡前兒童上腹部100kV結合NI=15與ASIR-V40%的CT掃描方案，可在明顯降低輻射劑量的同時得到臨床可接受的圖像。