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        優(yōu)化前后置全模型迭代重建技術(shù)低劑量腹部CT掃描

        2018-04-20 08:41:02呂培杰張麗英王會霞高劍波
        中國醫(yī)學影像技術(shù) 2018年4期
        關(guān)鍵詞:后置門靜脈前置

        李 瑩,呂培杰,郭 英,張麗英,王會霞,高劍波*

        (1.鄭州大學第一附屬醫(yī)院放射科,河南 鄭州 450052;2.GE中國CT影像研究中心,廣東 廣州 510623)

        DOI:10.13929/j.1003-3289.201708094

        CT所帶來的輻射劑量已成為業(yè)界關(guān)注熱點[1]。全模型實時迭代重建技術(shù)(adaptive statistical iterative reconstruction Veo, ASiR-V)既可通過前置迭代調(diào)節(jié)管電流直接降低輻射劑量[2-3],又可通過后置迭代降低圖像噪聲而間接降低輻射劑量[4-5]。本研究觀察腹部CT掃描中ASiR-V對圖像質(zhì)量和輻射劑量的影響,探討前、后置ASiR-V的最優(yōu)組合方式。

        1 資料與方法

        1.1 一般資料 收集2016年12月—2017年5月本院160例接受上腹部CT掃描的患者,隨機分為試驗組或?qū)φ战M,各80例。試驗組男43例,女37例,年齡31~78歲,平均(56.9±13.0)歲,體質(zhì)量指數(shù)(body mass index, BMI)為(23.91±4.08)kg/m2;對照組男48例,女32例,年齡30~80歲,平均(57.5±12.3)歲,BMI為(22.87±3.59)kg/m2。本研究通過本院倫理委員會批準,所有患者均簽署知情同意書。

        1.2 儀器與方法 采用GE Revolution CT掃描儀,管電壓120 kVp,自動管電流(200~500 mA),探測器寬度80 mm,轉(zhuǎn)速0.5 s/r,螺距0.992∶1,掃描層厚、層間距均為5 mm。對比劑(450 mgI/kg體質(zhì)量)注射總量根據(jù)患者體質(zhì)量計算獲得,注射流率根據(jù)對比劑總量設(shè)定;分別于對比劑注射30 s、60 s及90 s后行動脈期、門靜脈期和延遲期掃描[6]。

        圖像重建層厚、層間距均為1.25 mm。試驗組CT平掃圖像采用ASiR-V前置20%分別聯(lián)合后置20%、40%、60%和80%進行重建(SP20、SP40、SP60和SP80圖像);動脈期圖像采用前置40%分別聯(lián)合后置40%、60%和80%進行重建(SA40、SA60、SA80圖像);門靜脈期圖像采用前置60%分別聯(lián)合后置60%和80%進行重建(SV60、SV80圖像);延遲期圖像采用前置80%聯(lián)合后置80%進行重建(SD80圖像)。對照組CT平掃及增強各期圖像前置ASiR-V均設(shè)置為0,采用濾波反投影法(filtered back projection, FBP)重建后,獲得平掃、動脈期、門靜脈期和延遲期FBP圖像(CPF、CAF、CVF和CDF圖像);采用ASiR-V技術(shù)進行圖像重建,平掃、動脈期、門靜脈期和延遲期的重建百分比分別為20%、40%、60%和80%,獲得各期ASiR-V圖像(CP20、CA40、CV60和CD80圖像)。

        1.3 圖像分析

        1.3.1 客觀評價 采用GE AW 4.6工作站,將ROI分別置于各期圖像肝臟、胰腺、背部肌肉及動脈期腹主動脈、靜脈期門靜脈及延遲期下腔靜脈,測量CT值;將ROI放置于腹壁皮下脂肪,其像素平均值標準差(standard deviation, SD)為圖像噪聲值;ROI大小、形狀和位置盡量保持一致,并避開偽影及病變區(qū)域。在連續(xù)3個相鄰層面中測量數(shù)據(jù),每層測量3次,取平均值。計算各臟器及血管的CNR,CNR=(臟器或血管CT值-背部肌肉CT值)/SD。記錄各組圖像CT劑量指數(shù)(CT dose index, CTDI)和劑量長度乘積(dose length product, DLP),并計算有效劑量(effective dose, ED)。

        1.3.2 主觀評價 由2名分別具有3年和5年工作經(jīng)驗的放射科醫(yī)師以5分法(表1)[6]對圖像質(zhì)量進行評分,意見不一致時經(jīng)協(xié)商達成統(tǒng)一。

        表1 腹部CT圖像質(zhì)量評分標準

        1.4 統(tǒng)計學分析 采用SPSS 17.0統(tǒng)計分析軟件。符合正態(tài)分布的計量資料用±s表示,兩組間比較采用獨立樣本t檢驗;多組間比較采用單因素方差分析,兩兩比較采用SNK檢驗。計數(shù)資料用頻數(shù)表示,組間比較采用χ2檢驗。各組間圖像質(zhì)量評分比較采用Mann-WhitneyU檢驗,P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

        2 結(jié)果

        2.1 輻射劑量 平掃及增強各期,試驗組CTDI、DLP及ED均小于對照組(P均<0.001,表2),其平掃、動脈期、門靜脈期和延遲期ED較對照組分別下降25.39%、43.17%、51.60%和47.91%。試驗組門靜脈期ED與延遲期差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05);隨前置ASiR-V增加,ED逐漸減低(P均<0.05)。

        表2 試驗組與對照組輻射劑量比較(±s)

        表2 試驗組與對照組輻射劑量比較(±s)

        組別CTDI(mGy)平掃動脈期門靜脈期延遲期試驗組10.31±3.108.03±1.926.85±0.176.80±0.00對照組12.80±2.9513.05±2.7013.06±2.6712.45±3.02t值4.7411.2115.6212.55P值<0.001<0.001<0.001<0.001組別DLP(mGy·cm)平掃動脈期門靜脈期延遲期試驗組290.14±126.67224.91±90.67191.45±32.52190.50±32.46對照組388.45±156.44395.03±152.78395.46±151.99366.59±146.83t值3.686.738.877.92P值<0.001<0.001<0.001<0.001組別ED(mSv)平掃動脈期門靜脈期延遲期試驗組4.35±1.903.37±1.362.87±0.492.86±0.49對照組5.83±2.355.93±2.295.93±2.285.49±2.20t值3.686.738.877.92P值<0.001<0.001<0.001<0.001

        2.2 客觀評價 相同期相內(nèi),隨著后置ASiR-V比例增加,試驗組各臟器及血管CNR無變化或增大,SD值逐漸減小,兩兩比較差異均有統(tǒng)計學意義(P均<0.01)。對照組中,CP20與CPF圖像各臟器及血管CNR、CA40與CAF肝臟CNR差異均無統(tǒng)計學意義,余ASiR-V組各臟器及血管CNR均高于、SD值均低于相同掃描期相FBP組圖像(P均<0.01)。見表3~6。

        試驗組與對照組ASiR-V圖像比較:在相同期相內(nèi),除SP20、SP40、SA80和SV80部分CNR與對照組ASiR-V圖像相應(yīng)部位CNR差異無統(tǒng)計學意義(P均>0.05)外,試驗組SP60、SP80、SA80及SV80圖像各組織及器官CNR均高于對照組ASiR-V圖像(P均<0.05)。相同期相內(nèi),除SA60與CA40 SD比較差異無統(tǒng)計學意義(t=1.64,P=0.10)外,其余試驗組與對照組相應(yīng)圖像SD值差異均有統(tǒng)計學意義(P均<0.05);SP20、SA40、SV60、SD80圖像SD值大于相應(yīng)對照組圖像,其余試驗組圖像SD值均小于對照組ASiR-V圖像。見表3~6。

        2.3 主觀評價 對照組ASiR-V圖像中,CP20、CA40、CV60圖像評分隨后置ASiR-V百分率(20%~60%)增加而增加,且均>3分,CD80圖像評分低于3分。相同期相內(nèi),試驗組圖像中SP40與SP60評分差異無統(tǒng)計學意義,其余隨后置ASiR-V(20%~60%)增高,圖像主觀評分增加,ASiR-V為80%時圖像質(zhì)量較差,其中SD80圖像評分低于3分,無法滿足臨床診斷需求。相同期相內(nèi),除SP40、SP60與CP20,SA60與CA40圖像評分差異無統(tǒng)計學意義(P均>0.05)外,余試驗組圖像質(zhì)量評分均小于對照組ASiR-V圖像(P均<0.05,圖1~3)。

        表3 試驗組與對照組平掃圖像CNR及SD值比較(±s)

        表3 試驗組與對照組平掃圖像CNR及SD值比較(±s)

        組別肝臟CNR胰腺CNR腹主動脈CNR門靜脈CNR下腔靜脈CNRSD(HU)試驗組 SP200.86±0.610.59±0.580.73±0.410.76±0.540.84±0.5313.77±3.50* SP401.08±0.750.74±0.670.90±0.49*0.94±0.671.03±0.61*11.00±2.44* SP601.41±1.01*0.96±0.88*1.17±0.64*1.21±0.84*1.33±0.78*8.55±2.18* SP801.98±1.49*1.33±1.22*1.60±0.89*1.65±1.13*1.83±1.07*6.33±1.99*F值13.648.0320.9313.1018.4489.31P值<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001<0.01對照組 CPF0.71±0.650.51±0.430.56±0.310.70±0.370.63±0.3814.69±2.09* CP200.84±0.820.57±0.530.65±0.400.75±0.490.71±0.4812.35±1.79t值-0.84-0.54-1.18-0.62-0.915.65P值0.4020.5920.2410.5360.368<0.001

        注:*:與對照組CP20比較,P<0.05

        表4 試驗組與對照組動脈期圖像CNR及SD值比較(±s)

        表4 試驗組與對照組動脈期圖像CNR及SD值比較(±s)

        組別肝臟CNR胰腺CNR腹主動脈CNRSD(HU)試驗組 SA401.14±0.723.01±1.45*16.38±5.9113.47±3.82* SA601.49±0.963.89±1.9020.97±6.50*10.16±1.89 SA802.05±1.335.36±2.75*29.06±9.85*7.45±1.66*F值11.8018.8641.8676.69P值<0.001<0.001<0.001<0.001對照組 CAF1.12±0.912.62±1.14*12.44±4.78*15.56±2.61* CA401.56±1.383.71±1.8118.01±7.6610.81±2.16t值-1.78-3.45-4.199.29P值0.0790.001<0.001<0.001 注:*:與對照組CA40比較,P<0.05

        表5 試驗組與對照組門靜脈期圖像CNR及SD值比較(±s)

        表5 試驗組與對照組門靜脈期圖像CNR及SD值比較(±s)

        組別肝臟CNR胰腺CNR門靜脈CNRSD(HU)試驗組 SV604.71±1.592.80±1.36*8.73±2.37*10.84±1.74* SV806.58±2.28*3.87±1.9312.26±3.64*7.89±1.95*t值-5.17-3.91-6.258.47P值<0.001<0.001<0.001<0.001對照組 CVF3.11±1.27*2.05±0.94*5.73±1.82*15.95±3.04* CV605.33±2.273.55±1.659.99±3.728.68±1.88t值-5.82-5.33-7.0213.52P值<0.001<0.001<0.001<0.001 注:*:與對照組CV60比較,P<0.05

        表6 試驗組與對照組延遲期圖像CNR及SD值比較(±s)

        表6 試驗組與對照組延遲期圖像CNR及SD值比較(±s)

        組別肝臟CNR胰腺CNR下腔靜脈CNRSD(HU)試驗組 SD804.40±1.672.32±1.395.82±1.89*8.06±1.50*對照組 CDF2.02±0.90*1.12±0.72*2.85±1.11*16.30±3.07* CD804.69±2.252.67±1.656.81±3.106.50±1.81t值-7.54-5.88-8.1918.24P值<0.001<0.001<0.001<0.001 注:*:與對照組CD80比較,P<0.05

        圖1 對照組ASiR-V組和試驗組不同期相迭代百分比主觀評分

        3 討論

        FBP是傳統(tǒng)CT圖像重建方式,因便捷等優(yōu)點廣泛應(yīng)用于臨床,但其圖像噪聲較大,輻射劑量相對較高[7-8]。傳統(tǒng)迭代重建算法,如目前常用的自適應(yīng)統(tǒng)計迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction,ASiR)[9-10]僅能在圖像重建時進行降噪處理,而無法在掃描時對圖像質(zhì)量和輻射劑量進行干預(yù)。而ASiR-V不僅可通過后置技術(shù)降低重建圖像噪聲、從而降低輻射劑量、提高圖像質(zhì)量,還可通過前置技術(shù)于掃描時調(diào)整管電流,進而降低掃描的輻射劑量。

        本研究結(jié)果顯示,與對照組前置ASiR-V 0%相比,試驗組(前置ASiR-V為20%、40%、60%和80%)ED降低(P均<0.001),且隨前置ASiR-V在20%~60%間變化,圖像ED逐漸減低。前置比例一定時,隨后置ASiR-V比例增高,圖像噪聲逐漸減低,臟器及血管CNR呈增加趨勢;后置ASiR-V在20%~60%間變化時,圖像主觀評分無明顯改變或增加,而后置ASiR-V增加至80%時,圖像主觀評分下降,甚至出現(xiàn)蠟狀偽影而影響診斷,與既往研究[11-12]結(jié)果一致。研究[13]發(fā)現(xiàn),后置ASiR-V降低圖像噪聲的效果較ASiR更顯著,但過高比例的ASiR及ASiR-V可影響圖像的主觀評分,產(chǎn)生水墨畫感,可能與軟組織或腹腔內(nèi)病變噪聲值過低、導(dǎo)致圖像細微結(jié)構(gòu)顯示不清有關(guān)。目前ASiR 40%被作為常規(guī)參數(shù)[14],而本研究顯示后置ASiR-V 60%圖像質(zhì)量較好,推薦臨床使用。

        本研究試驗組前置20%聯(lián)合后置40%或60%圖像與對照組后置20%圖像、前置40%聯(lián)合后置60%圖像與對照組后置40%圖像質(zhì)量評分差異無統(tǒng)計學意義(P均>0.05),其余試驗組圖像質(zhì)量評分均小于對照組ASiR-V圖像(P均<0.05),提示ASiR-V前置40%聯(lián)合后置60%既能保證圖像主觀質(zhì)量,又可降低輻射劑量,推薦臨床應(yīng)用。

        圖2 患者女,53歲,對照組CT圖像 A.CP20; B.CA40 圖3 患者男,51歲,試驗組CT圖像 A.SP40; B.SA60

        本研究樣本量較小,且未評估對腹部疾病的檢出率和診斷能力,有待今后深入研究。

        [

        ]

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