基于迭代重建算法對胸部CT行低劑量掃描圖像質量及輻射劑量的影響

陳金國，陳冠亞，祁 冬

(1.杭州市余杭區星橋街道社區衛生服務中心放射科，浙江 杭州 310000；2.蚌埠市第一人民醫院醫學影像科，安徽 蚌埠 233000)

近年來，隨著CT設備技術的快速發展，其較X線平片能夠提供更多的影像信息，已被臨床廣泛應用。但是其電離輻射所帶來的危害也明顯高于普通X線胸片，研究表明，CT輻射劑量大小與患者患癌概率及掃描圖像質量呈正相關性[1]。因此，在不影響圖像質量前提下如何最大限度地降低輻射劑量，是目前CT檢查的重點[2]。已有學者研究結果表明，采用迭代重建算法(SAFIRE)在低劑量CT掃描中能夠明顯降低輻射劑量，而圖像質量不受影響，已在心腦血管成像及普通增強檢查中應用，且被臨床認可[3-4]。本研究旨在探討基于SAFIRE算法對胸部CT行低劑量掃描圖像質量及輻射劑量的影響。

1 資料與方法

1.1一般資料：收集2019年1月～2020年12月臨床懷疑胸部疾病在我院行胸部CT檢查患者60例，隨機分為三組，每組20例。A組男11例,女9例;年齡 29～55 歲,平均(42.16±2.25)歲;體重指數(BMI)20～ 23 kg/m2,平均 (19.05±1.02) kg/m2。B組男8例,女12例；年齡28～61 歲，平均(40.89±2.11)歲;BMI 為22 ～25 kg/m2,平均(21.93±2.35)kg/m2。C組男13例,女7例;年齡 30～65歲,平均(42.37±1.46)歲;BMI 為23～26 kg/m2,平均(20.41±1.93)kg/m2。所有患者及家屬均簽署檢查知情同意書，本研究經本院醫學倫理委員會批準。

1.2方法：采用德國西門子 SOMATOM Definition AS 64排128層CT掃描儀，采用仰臥位頭先進，深吸口氣屏氣掃描，掃描范圍自肺尖至肋膈角下2 cm。主要掃描參數：A組常規劑量組(120 kV,300 mA)，采用FBP；B組和C組均為低劑量組(80 kV,300 mA)，分別采用FBP和SAFIRE重建。其余掃描參數均一致：探測器寬度64×0.625 mm，轉速0.7 r/s，螺距0.984，掃描層厚及層間距5.0 mm，重建層厚及層間距0.625 mm。肺窗：窗寬1 200 Hu，窗位—600 Hu;縱隔窗：窗寬350 Hu,窗位：45 Hu。

1.3圖像質量評價

1.3.1主觀評價：由2名中級職稱以上的放射診斷醫生采用雙盲法對圖像質量進行主觀評分?？v隔窗及肺窗均采用4分制評分標準[5]：4分，圖像質量優秀，肺窗示肺紋理顯示清晰，無偽影，縱隔窗內血管、氣管及心臟結構顯示清晰可辨；3分，圖像質量良好，肺窗示肺紋理輕微模糊，有輕微偽影，縱隔窗血管、氣管及心臟結構顯示欠清晰；2分，圖像質量一般，肺窗示肺紋理中度偽影，縱隔窗示血管、氣管及心臟結構模糊不清；1分，圖像質量較差，偽影較重，無法診斷?！?分方可滿足診斷要求。

1.3.2客觀評價：在氣管分叉處層面，將感興趣(ROI)分別置于胸主動脈、肺動脈主干和豎脊肌測量CT值及標準差(SD)，將血管CT值作為信號強度，標準差作為噪聲強度，豎脊肌的CT值作為背景信號強度，標準差作為背景噪聲，計算信噪比(SNR)=CT血管/SD血管，對比噪聲比(CNR)=(CT血管-CT豎脊肌)/SD豎脊肌[6]。

1.4輻射劑量記錄：分別記錄三組患者的容積CT劑量指數(CTDIvol)、劑量長度乘積(DLP)，計算有效劑量(ED)，ED=DLP×k，k取值0.014 mSv/(mGy·cm)[7]。

2 結果

2.1三組患者一般資料與有效輻射劑量對比：A組有效輻射劑量(2.89±0.37)mSv,B組和C組有效輻射劑量分別為(0.51±0.26)mSv及(0.48±0.14)mSv，與A組比較差異有統計學意義(P<0.05)；三組患者年齡及BMI兩兩比較差異均無統計學意義(P>0.05)，資料具有可比性。見表1。

表1 三組年齡、BMI及有效輻射劑量結果比較

2.2圖像質量主觀評價：C組肺窗及縱隔窗圖像質量評分與A組比較差異均無統計學意義(P>0.05)，而與B組比較差異均有統計學意義(P<0.05)，且2名醫生對圖像質量主觀評價的一致性較好(肺窗Kappa=0.862，縱隔窗Kappa=0.841)。見表2。

2.3圖像質量客觀評價：C組SD較B組降低45.62%，差異有統計學意義(P<0.05)；SNR和CNR較B組分別增加39.57%和28.64%，差異均有統計學意義(P<0.05)；而與A組比較SD、SNR及CNR相差不大，差異均無統計學意義(P>0.05)。見表3。

表2 三組肺窗及縱隔窗圖像質量主觀評分結果比較(n，n=20)

表3 三組圖像質量客觀評價指標結果比較

3 討論

隨著人們周圍生活環境的變化，胸部疾病發病率越來越高，而CT是臨床上診斷胸部疾病的主要檢查手段，但是CT所產生的電離輻射危害也受到了人們的重視。根據輻射防護最優化原則，應在滿足圖像質量的條件下，將有效輻射劑量降到最低范圍內，來減少患者輻射劑量，獲得最大診斷效益[8]。目前降低輻射劑量的方法主要通過降低管電壓、管電流及增大螺距等方法來實現[9]。

本研究通過采用降低管電壓方法來達到降低輻射劑量的目的，但是當管電壓下降時，圖像噪聲會顯著增大，信噪比降低，導致圖像質量下降。以往CT所采用的濾波反投影算法(FBP)是一種解析重建算法，其優點是算法簡單、重建速度快，一直被廣泛應用，但FBP所需數據量大，無法剔除量子噪聲和電子噪聲對數據的影響，因此對噪聲和偽影都很敏感，限制了輻射劑量的降低[10]。而迭代重建算法是一種新型降噪方法，通過使用系統噪聲模型對CT信號的物理特點進行系統分析，通過反復迭代校正得到統計學模型，來辨別電子噪聲和量子噪聲，進而達到降噪效果，獲得清晰的圖像，以提高圖像質量[11]。已有學者研究報道[12]，在胸部疾病中行CT低劑量掃描，通過采用迭代重建算法可顯著降低圖像噪聲，并提高圖像密度分辨率。由此可見，迭代重建算法是在低劑量掃描中解決圖像噪聲問題的有效方法。

本研究中C組采用80 kV聯合SAFIRE重建算法較B組采用FBP算法可明顯降低圖像噪聲，提高SNR，其重建后SNR和CNR與常規劑量組比較無明顯差異，這與SAFIRE的降噪能力密切相關，而C組平均有效輻射劑量僅為(0.48±0.14)mSv，較A組降低82.35%。C組肺窗及縱隔窗圖像質量主觀評分均能滿足診斷要求，且與A組比較無明顯差異，特別是縱隔窗圖像質量依靠于SAFIRE的降噪技術得到明顯改善，使圖像分辨率得到提高，而采用FBP重建低劑量B組圖像質量與其他兩組比較差異均有統計學意義，這說明只通過降低掃描條件而不改進重建算法無法得到滿足診斷要求的圖像，與賈永軍等[13]學者研究結果相符。葉凱等[14]學者通過采用自適應統計迭代重建技術在胸部超低劑量研究中表明，輻射劑量比FBP降低90.2%時而圖像質量不會下降。本研究尚存在不足之處：首先，研究樣本量較少；其次，沒有對迭代權重級別進行分組研究，因此仍需擴大樣本量進一步研究尋找最佳權重級別。

綜上所述，在輻射劑量相同條件下，應用SAFIRE算法對胸部CT行低劑量掃描，可以在保證圖像質量的前提下顯著降低輻射劑量，具有較高的臨床應用價值。