王詩鳴 金 瑞 何 諧 陸云峰

CT技術(shù)自誕生以來，一直呈現(xiàn)飛速發(fā)展的趨勢，特別是在醫(yī)學應用方向表現(xiàn)突出。CT技術(shù)在各種疾病診療過程中應用的不斷增多以及臨床新要求的不斷提出，更進一步助推其技術(shù)的更新?lián)Q代，而其中圖像重建新算法的引入是一個重要的發(fā)展方向。

無論是患者還是臨床醫(yī)技人員，關(guān)注最多的是CT圖像重建新算法所帶來的圖像質(zhì)量和輻射劑量的變化。近年來，不斷有新的CT圖像重建算法陸續(xù)出現(xiàn)，如迭代重建（sinogram affirmed iterative reconstruction，SAFIRE）［1-2］、交互降金屬偽 影（iterative metal artifact reduction，IMAR）［3-5］、像素閃爍（pixel shine，PS）［6-7］等，與其相關(guān)的臨床研究也緊隨而至，但主要是集中在新算法對圖像質(zhì)量中的噪聲、信噪比、CT值的影響和在低劑量掃描中的應用方面［1-7］，而有關(guān)其對密度分辨率（低對比度分辨率）和空間分辨率（高對比度分辨率）這2個CT圖像質(zhì)量評價的重要參數(shù)的影響方面卻罕有文獻報道。

本研究以Catphan 500中的CTP515模塊和CTP528模塊作為檢測載體，觀察不同重建算法對CT圖像密度分辨率和空間分辨率的影響，并探討容積CT劑量指數(shù)（volume computed tomography dose index，CTDIvol）和密度分辨率、空間分辨率之間的關(guān)系，為今后臨床的相關(guān)應用提供依據(jù)。

方 法

1. 材料及設(shè)備

Catphan500體模CTP515測試模塊：直徑15 cm，厚度4 mm；外層孔陣為0.3%、0.5%、1.0%對比度，直徑為2、3、4、5、6、7、8、9、15 mm；內(nèi)層孔陣為0.3%、0.5%、1.0%對比度，直徑為3、5、7、9 mm。

Catphan500體模CTP528測試模塊：直徑15 cm，厚度2 mm；可檢測空間分辨力為1～21線對/厘米（lp/cm），最大誤差為21 lp/cm檢測中的0.5 lp/cm。

設(shè)備：Siemens SOMATOM Perverse 128層VCT機。

2. 測試方法

全部采用頭部模體中心劑量指數(shù)的測量方法［8-9］。因針對CT機的檢定規(guī)程［9］規(guī)定密度分辨率和空間分辨率是CT機在每次掃描的CTDIvol≤50 mGy時所能達到的最佳值，所以在此調(diào)整kV和mA，分別取CTDIvol為5、10、20、30、40、50 mGy，對Catphan500模體進行掃描，再分別應用目前濾波反投影（filtered back projection，F(xiàn)BP）算法、SAFIRE（等級1～5）算法、PS（等級1～9）算法對原始數(shù)據(jù)進行重建，除算法外的其他參數(shù)如層厚和FOV等均保持一致，同時記錄整體閱片效果最佳的窗寬和窗位。由2名具有5年以上工作經(jīng)驗的放射技師共同完成對各重建圖像的密度分辨率和空間分辨率測試結(jié)果的觀察和記錄工作，取二者意見一致的結(jié)果（不一致時協(xié)商解決）。對每個觀察對象先后進行10次觀察、記錄，取其均值作為該重建圖像的測試結(jié)果。

3. 統(tǒng)計學分析

采用IBM SPSS 22.0統(tǒng)計學軟件進行數(shù)據(jù)分析。對50 mGy CTDIvol下不同算法重建圖像之間的密度分辨率和空間分辨率進行比較時，數(shù)據(jù)為正態(tài)分布且方差齊時采用方差分析，組間兩兩比較采用SNK法，數(shù)據(jù)為非正態(tài)分布或方差不齊時采用Kruskal-Wallis檢驗進行多重比較，P＜0.05認為差異具有統(tǒng)計學意義。

結(jié) 果

取整體觀察效果最佳的窗寬（54）、窗位（57）測試各算法下的密度分辨率。結(jié)果（圖1A～C）顯示，在CT機常用的FBP算法、SAFIRE3算法和PS-5算法下，隨著CTDIvol的降低，測量模塊中能清晰識別的0.3%、0.5%和1.0%對比度孔陣的最小直徑整體上均呈增大的趨勢，密度分辨率均呈現(xiàn)降低的趨勢。其中，對1%對比度孔陣的密度分辨率在20～50 mGy CTDIvol下均沒有明顯差異，在20 mGy以下呈降低的趨勢；對0.5%和0.3%對比度孔陣的密度分辨率均隨著CTDIvol從50 mGy到5 mGy的降低而快速降低，0.3%對比度孔陣在5 mGy時甚至完全無法被清晰識別。

取整體觀察效果最佳的窗寬（93）、窗位（520）來測試各算法下的圖像空間分辨率。結(jié)果（圖1D）顯示，F(xiàn)BP算法下的圖像空間分辨率隨著CTDIvol的下降（從50 mGy降至5 mGy）而呈輕微降低的趨勢（由7.5 lp/cm降至7.0 lp/cm），但仍保持在≥7.0 lp/cm的范圍內(nèi)；SAFIRE-3算法下的圖像空間分辨率在CTDIvol為5～50 mGy時均穩(wěn)定保持在7.0 lp/cm，無變化；PS-5算法下的圖像空間分辨率則隨著CTDIvol的下降而降低，當CTDIvol降至30 mGy時，空間分辨率維持在7.0 lp/cm的水平，不再隨CTDIvol的繼續(xù)下降而變化。

圖1 不同CT劑量指數(shù)下FBP、SAFIRE-3和PS-5算法重建圖像的密度分辨率和空間分辨率測試結(jié)果

以CT機的檢定規(guī)程規(guī)定的密度分辨率和空間分辨率測定方法中的掃描CTDIvol值50 mGy作為檢測標準參數(shù)，檢測結(jié)果如表1所示。不同算法重建出的圖像中測量模塊在觀察效果最佳的窗寬54、窗位57時能清晰識別的某對比度孔陣的最小直徑是一致的（圖2），即各算法重建出的圖像密度分辨率是相同的；不同算法重建出的圖像中測量模塊在觀察效果最佳的窗寬93、窗位520時能清晰識別的線對限值是不同的（圖3），其中，F(xiàn)BP和PS算法得出的線對限值均為7.5 lp/cm，而SAFIRE算法所得線對限值均為7.0 lp/cm，要低于前兩者，即SAFIRE算法重建出的圖像空間分辨率要低于FBP和PS算法所得，且與前二者之間的差異具有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。

討 論

之前已有很多學者［10-12］開展了SAFIRE算法在CT圖像重建中的應用研究，結(jié)果均顯示SAFIRE算法能夠顯著降低圖像噪聲，從而提高其圖像質(zhì)量，但是卻往往忽略了SAFIRE算法的應用可能會導致空間分辨率變化這一問題。在本研究中掃描CTDIvol為50 mGy時，F(xiàn)BP和PS系列算法重建所得圖像的空間分辨率均可達7.5 lp/cm，高于SAFIRE系列算法重建圖像的測得值7.0 lp/cm，后者顯著低于前二者（P＜0.05）。之后，隨著掃描CTDIvol的降低，SAFIRE-3算法重建圖像的空間分辨率保持不變，F(xiàn)BP和PS-5算法重建圖像的空間分辨率才開始逐漸降低，直至與SAFIRE-3所得圖像的測得值相同。SAFIRE算法的應用帶來空間分辨率的降低，這可能會影響某些疾病的病灶特征顯示［13］，從而導致漏診、誤診的發(fā)生。因此，在對圖像空間分辨率要求較高的部分病癥的圖像重建中，應謹慎使用SAFIRE算法。

表1 CT劑量指數(shù)為50 mGy時不同算法重建圖像的密度分辨率和空間分辨率測試結(jié)果

圖2 CT劑量指數(shù)為50 mGy時算法FBP（A）、SAFIRE-3（B）和PS-5（C）重建圖像的密度分辨率測試結(jié)果

圖3 CT劑量指數(shù)為50 mGy時算法FBP（A）、SAFIRE-3（B）和PS-5（C）重建圖像的空間分辨率測試結(jié)果

降低CTDIvol能降低受檢者輻射劑量［14-15］。本研究結(jié)果顯示，降低CTDIvol對圖像空間分辨率的影響較輕微。在CTDIvol從50 mGy降至5 mGy過程中，F(xiàn)BP和PS-5算法重建圖像的空間分辨率從7.5 lp/cm降至7.0 lp/cm，F(xiàn)BP算法重建圖像的空間分辨率則為7.0 lp/cm，無變化。但CTDIvol的降低對圖像密度分辨率的影響較大。在CTDIvol從50 mGy降至5 mGy過程中，F(xiàn)BP、SAFIRE-3和PS-5這3種算法重建圖像的密度分辨率呈快速降低的趨勢，各對比度孔陣的測試結(jié)果值均達到倍增及以上程度的變化，甚至0.3%對比度孔陣在CTDIvol為5 mGy時完全無法被清晰識別。密度分辨率的過低會嚴重影響到對與周圍組織密度差異不大的病灶的準確檢出。因此，在臨床應用中，不應一味地奉行低劑量化掃描方案選擇。當檢查對象為肺部等與周圍其他組織密度差異較大的組織時，低劑量掃描方案尚可適用，但當檢查對象為肝臟、腸道等與周圍其他組織密度差異相對較小的組織時，則應該謹慎使用低劑量掃描，避免漏診、誤診情況的出現(xiàn)。