齊天白，侯珺琳

湖州市第三人民醫(yī)院 設(shè)備科，浙江湖州 313000

最佳ASIR權(quán)重結(jié)合低劑量掃描方法在頭頸聯(lián)合CTA中的應(yīng)用

齊天白，侯珺琳

湖州市第三人民醫(yī)院 設(shè)備科，浙江湖州 313000

目的探討最佳權(quán)重自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代重建（Adaptive Statistical Iterative Reconstruction，ASIR）技術(shù)結(jié)合低劑量掃描在頭頸聯(lián)合CT血管造影（Computed Tomographic Angiography，CTA）成像的臨床應(yīng)用研究。方法 選取我院頭頸CTA聯(lián)合檢查的患者100例，隨機(jī)分為5組，每組20例。年齡、體質(zhì)指數(shù)差異不明顯。應(yīng)用寶石能譜CT設(shè)置管電壓100 kVp，使用濃度270 mgI/mL對比劑，其余掃描參數(shù)一致。5組患者分別使用20%、40%、60%、80%和100%的ASIR對上述得到圖像進(jìn)行重建并進(jìn)行信噪比（SNR）、對比度噪聲比（CNR）及圖像質(zhì)量主觀評分，優(yōu)選出最佳圖像質(zhì)量的ASIR重建權(quán)重比為60%。隨后依此結(jié)論為基礎(chǔ)，在我院進(jìn)行頭頸CTA聯(lián)合檢查的患者中選取60例，隨機(jī)分為雙低組和雙高組各30例。雙低組采用管電壓100 kVp管電壓，對比劑270 mgI/mL，使用最優(yōu)權(quán)重比60%ASIR技術(shù)重建圖像；雙高組采用120 kVp管電壓，對比劑350 mgI/mL，采用濾波反射投影技術(shù)（Filtered Back Projection，F(xiàn)BP）重建圖像進(jìn)行頭頸CTA檢查，其他掃描參數(shù)一致。對所得的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。結(jié)果雙低組的CNR和SNR顯著高于雙高組（P＜0.05）；兩組患者的圖像質(zhì)量評分、頸動(dòng)脈CT值、圖像噪聲值比較差異不顯著（P＞0.05）；雙低組的輻射劑量值顯著低于雙高組（P＜0.05）；雙低組人均碘攝入劑量顯著低于雙高組（P＜0.05）。結(jié)論寶石能譜CT采用ASIR技術(shù)結(jié)合低劑量低濃度對比劑掃描方法，相比較采用傳統(tǒng)高管電壓、高濃度對比劑、使用FBP重建方式進(jìn)行頭頸部CTA檢查；對比劑的攝入量顯著降低、輻射劑量顯著降低、圖像質(zhì)量差異不顯著。

寶石能譜CT；權(quán)重比；雙低劑量；頭頸聯(lián)合血管成像；圖像質(zhì)量；輻射劑量；腦血管疾病

引言

腦血管疾病是腦局部急性血液供應(yīng)障礙引發(fā)相應(yīng)的腦功能損傷的癥狀。WHO-MONICA研究報(bào)告[1]顯示，我國腦卒中事件發(fā)病率和死亡率高于國際平均水平，盡早對腦血管疾病進(jìn)行防治十分重要。目前頭頸聯(lián)合部CT血管造 影（Computed Tomographic Angiography，CTA） 技 術(shù)已廣泛用于臨床對腦血管結(jié)構(gòu)的檢查，其具有無創(chuàng)和操作簡便的特點(diǎn)[2]。本實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容就是在寶石CT下，首先探討選取自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代重建（Adaptive Statistical Iterative Reconstruction，ASIR）和濾波反射投影技術(shù)（Filtered Back Projection，F(xiàn)BP）技術(shù)的最優(yōu)化融合權(quán)重比（以下簡稱ASIR權(quán)重比）在頭頸聯(lián)合部CTA獲得最佳成像圖像的實(shí)驗(yàn)。然后將得到的ASIR最佳成像權(quán)重比結(jié)合低劑量掃描獲得的頭頸聯(lián)合部血管造影數(shù)據(jù)同使用傳統(tǒng)的頭頸聯(lián)合部CTA掃描技術(shù)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。通過對分組患者進(jìn)行一系列的比對，從而進(jìn)一步將得出的結(jié)論帶到日常的檢查中，為患者降低檢查風(fēng)險(xiǎn)。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

（1）實(shí)驗(yàn)一。將100例病人按照年齡和體質(zhì)量指數(shù)（Body Mass Index，BMI）平均分為A、B、C、D、E5組，每組20人。A組平均年齡（60.2±7.1）歲，體質(zhì)量指數(shù)（24.1±3.1）kg/m2；B組平均年齡（58.1±6.1）歲，體質(zhì)量指數(shù)（23.1±4.2）kg/m2；C組平均年齡（62.3±4.2）歲，體質(zhì)量指數(shù)（25.1±4.2）kg/m2；D組平均年齡（61.2±4.1）歲，體質(zhì)量指數(shù)（25.3±3.5）kg/m2；E組平均年齡（59.2±6.9）歲，體質(zhì)量指數(shù)（23.9±3.3）kg/m2。5組患者資料比較差異不顯著（P＞0.05）。均以寶石能譜CT進(jìn)行頭頸CTA檢查。

（2）實(shí)驗(yàn)二。選取我院2014年1月～2014年6月于我院進(jìn)行頭頸CTA聯(lián)合檢查的患者60例，分為雙低組：30例，其中男性18例、女性12例，年齡48～71歲，平均年齡（57.9±6.7）歲，BMI（23.5±2.2）kg/m2；雙高組：30例，其中男性20例、女性10例，年齡44～70歲，平均年齡（56.2±8.1）歲，BMI（23.2±2.0）kg/m2。兩組患者資料差異不顯著（P＜0.05）。排除標(biāo)準(zhǔn)：腎功能障礙、對碘對比劑過敏反應(yīng)者。

1.2 檢查方法

（1）實(shí)驗(yàn)一?；颊邫z查前4 h禁食、充分飲水。在掃描參數(shù)里將管電壓設(shè)置為100 kVp，分別于肘靜脈以4.5 mL/s速度注射60～80 mL對比劑（威視派克）270 mgI/mL，采用寶石CT（Discovery 750 HD，GE Health care，USA）進(jìn)行掃描，具體參數(shù)為管電流250 mA，噪聲控制指數(shù)12，準(zhǔn)直寬度40 mm，機(jī)架轉(zhuǎn)速0.4 s/r，螺距0.984∶1，直接進(jìn)行增強(qiáng)掃描，所不同的是5組圖像重建算法所使用的ASIR權(quán)重比分別為20%、40%、60%、80%和100%[3]。

（2）實(shí)驗(yàn)二。60例患者檢查前4 h禁食，檢查前后充分飲水?；颊哳^尾向掃描，避免顱內(nèi)靜脈大量回流及鎖骨下靜脈注射偽影[5]。

雙低組注射方法：雙速率對比劑注射法[6]，先以4.5 mL/s流率注射對比劑270 mgI/mL威視派克40 mL，隨后將注射速度減為3.5 mL/s，注射相同濃度威視派克20 mL，再注射30 mL生理鹽水。自動(dòng)激發(fā)追蹤對比劑，頭頸動(dòng)脈起始部設(shè)置為感興趣區(qū)域，閾值為200 HU，延時(shí)5 s；掃描過程：在寶石CT下進(jìn)行掃描，管電壓設(shè)置為100 kVp，自動(dòng)調(diào)制管電流100～600 mA，噪聲指數(shù)11，準(zhǔn)直寬度40 mm，機(jī)架轉(zhuǎn)速0.5 s/r，螺距0.985：1；重建方法：采用實(shí)驗(yàn)一結(jié)論頭頸聯(lián)合部CTA最優(yōu)化權(quán)重比60%ASIR進(jìn)行圖像重建。

雙高組注射方法：于肘靜脈4.5 mL/s速度注射60～80 mL對比劑（歐乃派克350 mgI/mL）；掃描過程：在寶石CT下雙高組管電壓設(shè)置為120 kVp，其他掃描參數(shù)同雙低組完全相同；重建方法：采用FBP技術(shù)對圖像進(jìn)行重建。

1.3 圖像質(zhì)量分析

（1）實(shí)驗(yàn)一。將所有試驗(yàn)的圖像傳至AW4.5工作站，分別以曲面重建（CRP）、容積再現(xiàn)（VR）、多平面重組（MPR）顯示。記錄最佳噪聲對比和信噪比采用水平頸總動(dòng)脈與頸部軟組織作為記錄，通過客觀獲得信噪比（SNR勁動(dòng)脈=CT水平勁總動(dòng)脈/SD同層頸部軟組織)、對比噪聲比（CNR勁動(dòng)脈=CT水平勁總動(dòng)脈-CT同層頸部軟組織/SD同層頸部軟組織）結(jié)合主觀評價(jià)法對圖像質(zhì)量作出評分。主觀評價(jià)法由我院兩位5年以上放射經(jīng)驗(yàn)的主治醫(yī)師采用4分制進(jìn)行評估[4]，標(biāo)準(zhǔn)：CT值350～500 HU、圖像清晰無陰影、血管分支4級以上，全程血管強(qiáng)化均勻。具體如下：4分。完全符合診斷要求，圖像細(xì)膩，血管密度高、邊緣平滑，血管顯示4級以上分支；3分?；痉显\斷要求，圖像清晰，血管密度較高、邊緣平滑，血管顯示3級以上分支；2分?？梢栽\斷但是較困難，血管密度較淡、邊緣較平滑，主干可顯示，血管顯示3級分支；1分。不能達(dá)到診斷要求，血管密度淡 、邊緣毛糙，血管顯示3級以下分支。

（2）實(shí)驗(yàn)二。使用GE AW4.5工作站，將采集的頭頸聯(lián)合CTA數(shù)據(jù)上傳，分別以曲面重建（CRP）、容積再現(xiàn)（VR）、多平面重組（MPR）顯示，記錄最佳CNR采用C4水平頸總動(dòng)脈與頸部軟組織作為記錄。圖像質(zhì)量評估標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)驗(yàn)1相同；各分值具體要求也與實(shí)驗(yàn)1相同。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

所有100例收集數(shù)據(jù)錄入Excel 2003，采用 SPSS 10.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件對上述數(shù)據(jù)進(jìn)行雙因素方差分析，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

（1）實(shí)驗(yàn)一。實(shí)驗(yàn)中不同ASIR權(quán)重重建下各圖像參數(shù)值，見表1。通過表1可以得到結(jié)論即使在相同掃描條件下但是通過不同的ASIR權(quán)重比重建獲得的圖像：SNR、CNR具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。并結(jié)合主觀評分值可以得到以下結(jié)果：在管電壓100 kV的掃描條件下配合對比劑濃度為270 mgI/mL進(jìn)行頭頸CTA檢查。最優(yōu)化ASIR權(quán)重比為60%。

（2）實(shí)驗(yàn)二。得到結(jié)果：兩組病人在年齡，BMI，性別分布無明顯差異的前提下。雙低組的CNR顯著高于雙高組（P＜0.05）；兩組患者的頸動(dòng)脈CT值、圖像噪聲值比較差異不顯著（P＞0.05）。圖像質(zhì)量參數(shù)比較，見表2。

表2 圖像質(zhì)量參數(shù)比較表 (mean±SD)

兩組患者的圖像質(zhì)量評分分別為雙低組為（3.61± 0.51）、雙高組為（3.62±0.49），無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。我們再從兩組中隨機(jī)選取一個(gè)患者，對兩人在相同部位用不同檢查方法得到的圖像進(jìn)行對比，見圖1。這樣對比主要是展示這兩組圖像的質(zhì)量，更直觀看出雙低組和雙高組圖像質(zhì)量和噪聲值差異不顯著，頭頸部動(dòng)脈段清晰銳利，與周圍組織具有良好的對比性、無偽影、血管邊緣平滑、圖像細(xì)膩。綜上所述，兩組患者的圖像質(zhì)量無顯著差異。

圖1 雙低組與雙高組劑量圖像對比

3 討論

頭頸聯(lián)合CTA現(xiàn)在臨床上使用十分普遍，CT輻射以及對比劑給人體帶來的傷害也是早已為大家熟知的。隨著新技術(shù)的發(fā)展，低輻射劑量掃描已成為可能[7]。本次實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)二采用的寶石能譜CT（GE Discovery 750HD）配置了自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代ASIR平臺[8]，目前該算法在國內(nèi)外有著廣泛應(yīng)用。它通過建立噪聲性質(zhì)和被掃物體的模型，引入統(tǒng)計(jì)信息，在噪聲強(qiáng)度一致的情況下盡可能降低掃描強(qiáng)度[9]。在ASIR出現(xiàn)之前臨床上主流的算法是濾波反投影FBP技術(shù)[10]。但其對原始數(shù)據(jù)處理設(shè)計(jì)過于簡單：FBP接受從任意角度投影的X光子數(shù)據(jù)來進(jìn)行圖像噪聲計(jì)算[11]，并認(rèn)為其有效，忽略了掃描中的量子噪聲及電子噪聲對圖像的影響，噪聲值增加，影響了圖像質(zhì)量。而ASIR建立在FBP的基礎(chǔ)上，使用FBP重建得到的信息作為初始重建模塊，通過噪聲抑制模型，利用系統(tǒng)光學(xué)原理將合成后的投影數(shù)據(jù)和實(shí)際測量的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)和修正來獲得一個(gè)新圖像，并不斷往復(fù)迭代。當(dāng)重建圖像和原始投影數(shù)據(jù)一致時(shí)，迭代中止。經(jīng)過多次迭代和校正更新就會(huì)重建出較高質(zhì)量、低噪聲的圖像。ASIR反復(fù)迭代的計(jì)算量是FBP 的100倍以上。而ASIR在使用時(shí)是可以進(jìn)行權(quán)重比選擇的：將ASIR和FBP加權(quán)融合在一起進(jìn)行圖像重建。當(dāng)ASIR權(quán)重選擇0%時(shí)，就是FBP重建。選取不同的ASIR權(quán)重比，對圖像噪聲的抑制水平也各不相同。有研究表明[12]，針對上腹部進(jìn)行不同參數(shù)增強(qiáng)掃描，在圖像質(zhì)量不受影響的情況下，輻射劑量相比ASIR要低40%～60%，而且噪聲更小。所以說，ASIR的應(yīng)用彌補(bǔ)了FBP的缺陷，在保持圖像質(zhì)量的前提下，使降低輻射劑量變成了可能[13]。

從實(shí)驗(yàn)一中可以看出，并非權(quán)重比越高，圖像質(zhì)量就越好。因?yàn)锳SIR權(quán)重過高會(huì)過分改變圖像噪聲結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)“塑料樣偽影”[14]，影響臨床診斷。因此，針對人體不同部位，需要通過臨床實(shí)驗(yàn)而得到最適宜的ASIR權(quán)重值[15]。國外已有研究表明[16]，權(quán)重比選取50%～60%ASIR所取得圖像質(zhì)量最佳。這也符合我們本次實(shí)驗(yàn)一的結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)二中雙低組采用實(shí)驗(yàn)一得出的最優(yōu)ASIR權(quán)重比60%來重建圖像，而隨著權(quán)重比的升高，噪聲水平隨著下降，SNR和CNR隨著上升，圖像質(zhì)量有所提升，因此即使掃描劑量從120 kV降到了100 kV。但是隨著ASIR權(quán)重的上升，圖像質(zhì)量并沒有下降。而實(shí)驗(yàn)二中雙低組使用的管電壓為100 kVp遠(yuǎn)低于雙高組患者的管電壓120 kVp，則大大降低了輻射劑量。

4 結(jié)論

綜上所述，在寶石CT下進(jìn)行頭頸聯(lián)合CTA中使用管電壓100 kV結(jié)合濃度為270 mgI/mL對比劑進(jìn)行雙低劑量掃描并結(jié)合該掃描條件下的最佳ASIR權(quán)重比60%進(jìn)行重建后得到的圖像與傳統(tǒng)CT雙高劑量掃描方式得到的圖像質(zhì)量無明顯差異，因此該方法具有臨床意義。

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本文編輯 聶孝楠

Application of the Best Weight Adaptive Statistical Iterative Reconstruction Algorithm and Low Radiation Dose in Head and Neck CT Angiography

QI Tian-bai, HOU Jun-lin

Department of Equipment, HuZhou 3thMunicipal Hospital, Huzhou Zhejiang 313000, China

ObjectiveTo investigate and find out the best weight Adaptive Statistical Iterative Reconstruction (ASIR) algorithm and low radiation dose in head and neck CT angiography. Methods 100 patients were selected to have head and neck CT angiography combining examination, and randomly divided them into 5 groups with 20 cases in each group. These patients’ ages and body mass index are almost the same. These 100 patients were scanned by gem energy spectrum CT, with tube voltage of 100 kVp, contrast medium 270 mgI/mL. We keep the other scanning parameters consistent. The images were reconstructed to form signal noise ratio, carrier noise ratio evaluation by adaptive iterative reconstruction technique. But the weight in this technique is different. Percentages are 20%, 40%, 60%, 80% and 100% perspectively. By evaluating the best image quality, doctors choose the best weight ratio of ASIR is 60%. And based on this conclusion, 60 patients in this study were selected in our hospital to conduct CT angiography combining examination, and they were randomly assigned to double low group and double high group with 30 patients in each group. With the other scanning parameters consistent, the double low team uses a tube voltage of 100 kVp, contrast medium 270 mgI/mL, and 60% ASIR technique to reconstruct the image; double high group uses tube voltage of 120 kVp, contrast medium 350 mgI/mL, and filtered back projection to reconstruct image. Finally, the resulting data was statistically analyzed.ResultsContrasting noise ratio and signal noise ratio of double low group are significantly higher than those in double high group (P＜0.05); the image quality score, carotid artery CT number, image noise number are not significantly different in two group (P＞0.05). The radiation dose of double low group is significantly lower than that of the double high group (P＜0.05). The average iodine intake dose in double low group is significantly lower than that of the double high group (P＜0.05).ConclusionThegem energy spectrum CT adopts the technology of ASIR combining with a scanning method of low dose low concentration contrast medium. Compared with the traditional head and neck CT angiography examination with high tube voltage, high concentration of contrast medium and filtered back projection reconstruction method, the contrast medium intake and radiation dose of this method is significantly reduced and there has no significant difference in image quality.

gem energy spectrum CT; weight ratio; double low dose; head and neck CT angiography; image quality; radiation dose; cerebral vascular disease

TP391.41；R743

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2017.01.017

1674-1633(2017)01-0067-04

2016-04-05

2016-06-01

作者郵箱：156027686@qq.com