常 蕊，楊琰昭，孔德艷，徐嘉旭，曹琪琪，楊文潔，嚴(yán)福華，董海鵬

（上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院放射科，上海 200025）

新型冠狀病毒具有較高的傳染性，且可導(dǎo)致多數(shù)感染患者發(fā)生新型冠狀病毒肺炎（簡稱新冠肺炎）。新冠肺炎患者的胸部CT 表現(xiàn)具有一定特征性，影像學(xué)檢查和診斷尤其是胸部CT 檢查是新冠肺炎診療中的重要一環(huán)[1-2]。然而，頻繁進(jìn)行CT檢查會增加X 線輻射劑量，因此在圖像滿足診斷要求的前提下，如何使受檢者接受盡可能低的輻射劑量，是CT 設(shè)備改進(jìn)和臨床探求的目標(biāo)之一。

降低胸部CT 檢查輻射劑量的技術(shù)多種多樣，包括降低管電壓、自動管電流調(diào)制、減小掃描范圍等，但降低管電壓、管電流會增加圖像的噪聲，降低圖像質(zhì)量，從而影響臨床診斷[3]。與傳統(tǒng)的濾波反投影（filtered back projection，F(xiàn)BP）重建算法相比，迭代重建可以進(jìn)一步降低圖像噪聲，優(yōu)化低劑量胸部CT 的圖像質(zhì)量。KARL 迭代重建是一個(gè)基于統(tǒng)計(jì)模型的雙域迭代降噪聲算法，既在原始數(shù)據(jù)域降噪聲，亦在圖像域迭代降噪聲。本研究探討采用胸部CT 篩查新冠肺炎過程中，在保證圖像質(zhì)量的前提下，用不同管電壓-管電流掃描方案聯(lián)合KARL 迭代重建來降低受檢者所接受輻射劑量的可行性。

資料與方法

一、資料

前瞻性收集2020 年2 月10 日至2020 年2 月15 日期間在我院發(fā)熱門診因新冠肺炎篩查需要行胸部CT 平掃的受檢者，隨機(jī)分為A、B、C、D 4 組，按照不同掃描方案進(jìn)行胸部CT 檢查。排除呼吸運(yùn)動偽影等導(dǎo)致圖像質(zhì)量差的不能用于分析的受檢者，最終共有120例受檢者被納入本研究。本組男性56例，女性64例；年齡為15～84歲，平均年齡為（44±17）歲；體重為43～90 kg，平均體重為（63±11） kg。1例患者后經(jīng)核酸檢測確診為新冠肺炎，36例為其他類型的肺部感染，41例存在肺占位、肺氣腫、肺結(jié)節(jié)等其他陽性發(fā)現(xiàn)，42例受檢者的胸部CT 檢查結(jié)果無陽性發(fā)現(xiàn)（見表1）。

二、分組及CT 掃描方案

采用國產(chǎn)聯(lián)影40 排CT uCT528 進(jìn)行圖像采集。掃描方案如下，A 組掃描時(shí)的管電壓為120 kV，有效管電流為60 mAs，激活管電流為自動調(diào)制；B 組掃描時(shí)的管電壓為120 kV，固定管電流為30 mA；C 組掃描時(shí)的管電壓為100 kV，有效管電流為60 mAs，激活管電流為自動調(diào)制；D 組掃描時(shí)的管電壓為100 kV，固定管電流30 mA。準(zhǔn)直器參數(shù)均為20 排×1.1 mm，螺距均為1.15。掃描完成后，對各組均進(jìn)行傳統(tǒng)的FBP 算法和KARL 迭代重建2 種方法的圖像重建，重建層厚1.5 mm，層間距1.5 mm，均采用肺窗重建。

三、圖像分析

將所有圖像以DICOM 格式上傳至本院醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一分析。

表1 不同掃描方案組的輻射劑量及一般資料

1.圖像噪聲測定： 由1名觀察者對A、B、C、D 4 組不同掃描方案以及2 種圖像重建方法所得的8 種胸部CT 圖像進(jìn)行圖像噪聲測定，以主動脈根部感興趣區(qū)（面積約200 mm2）CT 值的標(biāo)準(zhǔn)差為圖像噪聲值。感興趣區(qū)放置于管腔中央，避開血管壁及鈣化灶。

2.圖像主觀質(zhì)量評分：由2名具有3 年以上放射診斷經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)師基于以下標(biāo)準(zhǔn)分別基于圖像噪聲、圖像偽影及總體圖像質(zhì)量進(jìn)行主觀評分，以2名醫(yī)師協(xié)商一致的最終結(jié)果用于統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。①圖像噪聲被定義為肺實(shí)質(zhì)的顆粒和斑點(diǎn)，并被分為5個(gè)等級，1 級為噪聲最低；2 級為低于平均噪聲；3 級為可接受的圖像平均噪聲；4 級為高于平均噪聲；5 級則為不能接受的圖像噪聲。②圖像偽影包括線束硬化偽影、斑點(diǎn)像素化表現(xiàn)，并分為4個(gè)等級，1 級為無偽影；2 級為不影響診斷的輕微偽影；3 級為影響結(jié)構(gòu)顯示但不影響診斷的明顯偽影；4 級為影響診斷的嚴(yán)重偽影。③圖像總體質(zhì)量亦被分為5個(gè)等級，1 級為肺野不清晰，肺紋理顯示模糊，無法用于圖像診斷；2 級為肺野欠清晰，肺紋理顯示稍模糊，圖像質(zhì)量較差，醫(yī)師診斷信心較低；3 級為肺野顯示尚可，肺紋理結(jié)構(gòu)顯示尚可，恰能滿足診斷要求的圖像質(zhì)量；4 級為肺野顯示清晰，肺紋理結(jié)構(gòu)清晰，圖像質(zhì)量較好，醫(yī)師診斷信心較強(qiáng)；5 級為肺野顯示清晰，肺紋理結(jié)構(gòu)清晰，為極佳的圖像質(zhì)量。

3.輻射有效劑量（effective dose，ED）：記錄受檢者胸部CT 掃描完成后設(shè)備自動生成的掃描劑量長度乘積（dose-length product，DLP），計(jì)算掃描平均輻射ED，公式為ED=DLP×k，其中k 為胸部轉(zhuǎn)換系數(shù)，取0.014 mSv·mGy-1·cm-1。

四、統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用SPSS 22.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。Kolmogorov-Smirnov 檢驗(yàn)計(jì)量資料是否符合正態(tài)分布，符合正態(tài)分布的計(jì)量資料用表示，偏態(tài)分布數(shù)據(jù)及等級資料用中位數(shù)（四分位間距）表示。采用單因素方差分析對A、B、C、D 4 組受檢者間的一般資料、同一圖像重建方法所得圖像噪聲值及輻射ED進(jìn)行比較分析，采用Bonferroni 法進(jìn)行組內(nèi)兩兩比較。采用配對t 檢驗(yàn)對同組不同圖像重建方法所得圖像噪聲值進(jìn)行比較分析；采用Kruskal-Wallis 檢驗(yàn)對不同組同一圖像重建方法所得圖像的主觀質(zhì)量評分進(jìn)行比較分析；采用Wilcoxon 檢驗(yàn)對同組不同圖像重建方法所得圖像的主觀質(zhì)量評分進(jìn)行比較分析。

結(jié)果

一、圖像噪聲測量

A、B、C、D 4 組CT 掃描方案以及2 種圖像重建方法所得的8 種圖像噪聲測量值見表2。同一掃描方案下，KARL 迭代重建組的圖像噪聲均明顯低于FBP 重建圖像（P＜0.001）。KARL 迭代重建方法中，除A 組與B 組（P=0.154）間、C 組與D 組（P=1.000）間圖像噪聲差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義外，其余組間兩兩比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）（見圖1）。

二、圖像主觀質(zhì)量評分

A、B、C、D 4 組CT 掃描方案以及2 種圖像重建方法所得的8 種圖像主觀質(zhì)量評分見表3。同一掃描方案下，KARL 迭代重建圖像噪聲、偽影、圖像總體質(zhì)量主觀評分均優(yōu)于FBP 重建圖像 （P 均＜0.01）。KARL 迭代重建方法中的圖像噪聲、圖像偽影及圖像總體質(zhì)量主觀評分，A 組均優(yōu)于D 組（P均＜0.05），A 組與B 組間、B 組與C 組間差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

三、輻射ED

在A、B、C、D 組的CT 掃描方案下，胸部CT 輻射ED 分別為（2.5±0.4） mSv、（1.2±0.1） mSv、（1.6±0.2） mSv 及（0.8±0.1） mSv。胸部CT 掃描通過降低管電壓和管電流均能顯著降低受檢者在檢查中所接受的輻射劑量 （F=256.316，P＜0.001）（見表1）。

表2 不同掃描方案及圖像重建方法圖像噪聲值

圖1 不同掃描方案及圖像重建方法的主動脈根部層面肺窗圖像

表3 不同掃描方案及重建方法的圖像噪聲、偽影及圖像總體質(zhì)量主觀評分

討論

放射學(xué)檢查和診斷尤其是胸部CT 檢查，是新冠肺炎診療中的重要一環(huán)。在獲得滿足診斷要求的圖像的前提下，使受檢者接受盡可能低的輻射劑量，對于受檢者的安全防護(hù)具有重要意義。

一、迭代重建在低劑量胸部CT 檢查中的應(yīng)用

降低胸部CT 檢查輻射ED 的技術(shù)多種多樣，包括降低管電壓、管電流自動調(diào)制、減少掃描范圍等。但降低管電壓、管電流會增加圖像的噪聲，降低圖像質(zhì)量，從而影響臨床診斷[3]。迭代重建與傳統(tǒng)的FBP算法相比，可以進(jìn)一步降低圖像噪聲，優(yōu)化低劑量胸部CT 的圖像質(zhì)量。KARL 迭代重建是一個(gè)基于統(tǒng)計(jì)模型的雙域迭代降噪聲算法,其首先是在原始數(shù)據(jù)域上進(jìn)行迭代降噪，大大降低了各個(gè)方向上數(shù)據(jù)的噪聲不均勻性，使得偽影及整體噪聲大幅度降低，而在偽影及整體噪聲被修正以后，數(shù)據(jù)則被放到圖像域進(jìn)行迭代降噪聲。KARL 迭代重建在降噪聲的同時(shí)，在圖像中解剖結(jié)構(gòu)邊緣等高分辨率位置做了有效的保持，所以經(jīng)KARL 迭代重建后的圖像，可以保持其空間分辨率，這對于肺部病變的診斷相當(dāng)重要。與既往研究結(jié)果相仿[7]，本研究結(jié)果顯示，與傳統(tǒng)FBP 重建圖像比較，相應(yīng)的掃描方案中KARL迭代重建的圖像噪聲值更低，圖像噪聲、偽影及圖像總體質(zhì)量主觀評分更優(yōu)。

二、不同管電壓、管電流掃描方案在低劑量胸部CT 中的應(yīng)用

盡管使用低劑量胸部CT 來進(jìn)行肺部疾病篩查越來越普遍，但目前仍沒有公認(rèn)的技術(shù)參數(shù)，包括管電壓和管電流。本研究一方面采用120 kV 和100 kV 2 種掃描管電壓，120 kV 是日常工作中常規(guī)胸部掃描所采用的管電壓，采用100 kV 的目的是以降低管電壓的方式來降低輻射ED；另一方面，將管電流設(shè)為固定30 mA 和預(yù)設(shè)有效管電流60 mAs 并開啟管電流自動調(diào)制技術(shù)。管電流自動調(diào)制技術(shù)，即在掃描前設(shè)定一個(gè)有效的毫安秒，掃描時(shí)以此毫安秒為標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)受檢者的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，取代固定管電流，該方法也有助于有效地降低輻射ED[8-9]。本研究以管電流固定30 mA為對照，較預(yù)設(shè)有效管電流60 mAs 并開啟管電流自動調(diào)制技術(shù)，管電流進(jìn)一步降低，可大幅降低輻射ED。

采用KARL 迭代重建時(shí)，B 組（管電壓120 kV、管電流固定30 mA）的圖像噪聲值及圖像主觀質(zhì)量評分與A 組（管電壓120 kV、管電流自動調(diào)制技術(shù)）間的差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但受檢者所接受的輻射有效劑量為（1.2±0.1） mSv，較A 組掃描方案輻射ED 為（2.5±0.4） mSv 減少52%，且低于目前報(bào)道的低劑量胸部CT 輻射ED（1.4～1.5） mSv[10-11]。A 組圖像噪聲值及圖像主觀質(zhì)量評分優(yōu)于C 組 （管電壓100 kV、管電流自動調(diào)制技術(shù)），且輻射ED 低于C 組掃描方案[（1.6±0.2） mSv]。在KARL 迭代重建下，D 組（管電壓100 kV、管電流固定30 mA）圖像噪聲值及圖像主觀質(zhì)量評分低于A 組、B 組，但D 組圖像噪聲主觀評分為2.0（四份位間距1.0），圖像偽影主觀評分為2.0（四份位間距1.0），總體圖像質(zhì)量評分為4.0（四份位間距0），均能滿足肺炎篩查影像學(xué)診斷要求，而D 組的輻射ED 僅為（0.8±0.1） mSv，較A 組減少了68%。4 組不同CT 掃描方案下，胸部CT 掃描圖像在臨床案例中應(yīng)用如圖2 所示，4 組圖像分別顯示不同類型肺炎胸部CT 中肺磨玻璃影、肺組織實(shí)變、肺結(jié)節(jié)、肺氣腫等影像學(xué)改變，且圖像噪聲、偽影均不影響征象識別，能夠滿足不同類型肺炎影像學(xué)診斷要求。

三、本研究的局限性和展望

本研究還有一定的局限性。第一，本研究主要針對新冠肺炎疫情期間胸部CT 篩查圖像，只對肺窗圖像進(jìn)行了分析，未對縱隔窗圖像進(jìn)行分析。第二，本研究未納入病變征象評估內(nèi)容，有待進(jìn)一步完善探討。

總之，與傳統(tǒng)FBP 重建相比，KARL 迭代重建技術(shù)能夠降低胸部CT 圖像噪聲，提高圖像質(zhì)量。在管電壓為120 kV、管電流固定在30 mA 下，KARL迭代重建能夠提供優(yōu)質(zhì)的圖像，并能有效減低受檢者所接受的輻射ED；而管電壓100 kV、管電流固定30 mA 聯(lián)合KARL 迭代重建，能夠提供滿足肺炎篩查影像學(xué)診斷要求的圖像，并進(jìn)一步減低受檢者所接受的輻射ED，推薦在新冠肺炎胸部CT 篩查中使用。

圖2 A、B、C、D 4 種掃描方案聯(lián)合KARL 迭代重建的臨床應(yīng)用案例圖像