自适应迭代重建算法对儿童副鼻窦ct能谱成像质量及辐射剂量的影响研究

学术论著
[文章编号] 1672-8270(2020)01-0031-04 [中图分类号] R814.2 [文献标识码] A
Effects of ASIR algorithm on imaging quality and radiation dose of CT energy spectrum in children with paranasal sinus/DENG Kun, XIANG Ai-hua, YANG Lei, et al//China Medical Equipment,2020,17(1):31-34.
[Abstract] Objective: T o explore the effects of adaptive statistical iterative reconstruction (ASIR) algorithm on imaging quality and radiation dose of CT energy spectrum in children with paranasal sinus. Methods: 86 children with lesions of suspected paranasal sinus who underwent energy spectrum CT examination in The Second People’s Hospital of Liaocheng of Shandong First Medical University were enrolled in the study. They were randomly divided into control group and study group according to the order of treatment (43 cases in each group). The control group were diagnosed by conventional energy spectrum CT , and the observation group were diagnosed by ASIR algorithm that combined with energy spectrum CT . Effects of ASIR algorithm on the series of indicators included diagnostic efficiency for paranasal sinus, imaging quality, radiation dose [volume CT dose index (CTDI vol ), dose length product (DLP)], imaging noise value and contrast noise ratio (CNR) between the two groups were compared. Results: The sensitivity, specificity and accuracy rate of conventional energy spectrum CT imaging in diagnosing paranasal sinus lesions were 86.84%, 60.00% and 83.72%, respectively. And those of ASIR algorithm combined with energy spectrum CT imaging for that were 91.67%, 85.71% and 90.70%, respectively. The accuracy rate of ASIR algorithm combined with energy spectrum CT imaging was slightly higher than that of conventional energy spectrum CT imaging, while the difference was no significant (P >0.05). The imaging quality of observation group was significantly higher than that of control group, while CTDI vol and DLP of observation group were significantly lower than those of control group (t =14.135, t =525.366, t =44.830, P <0.05). There were no significant differences in imaging noise value and CNR between the two groups (P >0.05). Conclusion: The diagnostic efficiencies of ASIR algorithm combined with energy spectrum CT and conventional energy spectrum CT are comparable in diagnosing paranasal sinus lesion of children. And it can reduce radiation dose while improves CT imaging quality, and it will not increase imaging noise.
[Key words] Energy spectrum CT; Adaptive statistical iterative reconstruction (ASIR) algorithm; Paranasal sinus; Child [First-author’s address] Department of CT , The Second People’s Hospital of Liaocheng of Shandong First Medical University, Liaocheng 252600, China.
[摘要] 目的：探讨自适应迭代重建(ASIR)算法对儿童副鼻窦CT能谱成像质量及辐射剂量的影响。

方法：选取在医院行能谱CT检查的86例疑似副鼻窦病变患儿，按就诊顺序随机将其分为对照组和观察组，每组43例，对照组采用常规能谱CT 诊断，观察组采用ASIR算法结合能谱CT诊断，采用ASIR算法对儿童副鼻窦病变诊断效能、成像质量、辐射剂量的容积CT剂量指数(CTDI vol )和剂量-长度乘积(DLP)、成像噪声值和比较噪声比(CNR)等指标的影响进行分析比较。

结果：常规能谱CT成像诊断副鼻窦病变的灵敏度、特异度和准确率分别为86.84%、60.00%和83.72%；ASIR算法结合能谱CT成像诊断副鼻窦病变分别为91.67%、85.71%和90.70%，ASIR算法结合能谱CT成像诊断副鼻窦病变的准确率较常规能谱CT 成像略高，差异无统计学意义；观察组成像质量较对照组明显高，而CTDI vol 和DLP较对照组明显低，差异有统计学意义(t =14.135，t =525.366，t =44.830；P ＜0.05)；两组成像噪声值和CNR相比较差异无统计学意义。

结论：ASIR算法结合能谱CT诊断儿童副鼻窦病变的效能与常规能谱CT相当，在提高成像质量的同时降低患儿辐射剂量，且不会增加成像噪声。

[关键词] 能谱CT；自适应迭代重建(ASIR)算法；副鼻窦；儿童DOI: 10.3969/J.ISSN.1672-8270.2020.01.009
邓 昆① 相爱华① 杨 蕾① 燕 军① 张西岭①
自适应迭代重建算法对儿童副鼻窦
CT能谱成像质量及辐射剂量的影响研究
*
*基金项目：山东省医药卫生科技发展计划(2014WS0308)“宝石能谱CT自适应统计迭代重建技术在儿童副鼻窦扫描中的应用”①山东第一医科大学附属聊城市第二人民医院CT室 山东 聊城 252600
作者简介：邓昆，女，(1981- )，本科学历，主治医师，从事CT影像诊断及研究工作。

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病，而CT检查是副鼻窦病变的常用检查手段，随着多层螺旋CT技术不断改进，儿童副鼻窦检出率
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CT 能谱成像质量及辐射剂量的影响研究*-邓 昆 等
参数设置为Helical模式，旋转时间1.0 s/r，层厚和层间隔均5 mm，螺距0.984，对于较难配合的患儿先常规镇静后再进行扫描。

(2)对照组。

采用常规能谱CT检查，患儿CT扫描时，管电压120 kV、管电流90 mA，采用滤波反向投影重建图像。

(3)观察组。

采用ASIR算法联合CT能谱成像检查，管电压100 kV、管电流50 mA，采用50%ASIR算法对原始投影数据进行重建，图像重建层厚设为1.25 mm，重建层间距1.25 mm。

(4)图像后处理。

两组所得CT能谱成像图像均传入ADW4.6工作站，以最大密度投影和容积再现技术进行显示，由两名医师利用盲法对所得影像学图像进行评估和测量。

1.5 观察指标
(1)效能比较。

对两组患儿副鼻窦病变诊断进行效能比较。

(2)成像质量及辐射剂量比较。

利用Likert 5级评分法[6]评估两组成像质量，轴位观察，在相同的窗宽窗位，参照窦口鼻道复合体的显示情况以评估CT 成像质量：①病变显示清晰且对比度良好、无伪影计5分；②病变显示较清晰、对比度一般、轻伪影计3分；③病变显示不清晰计1分；④病变显示情况介于3分与5分之间计4分；⑤病变显示情况介于3分与1分之间计2分，由两名高年资医师进行评分。

在能谱CT检查期间记录两组受检者接受辐射的剂量参数[容积CT剂量指数(CT volume dose index，CTDI vol )和剂量-长度乘积(dose-length product，DLP)]。

(3)成像噪声。

比较两组成像噪声值、对比噪声比(contrast noise ratio，CNR)，在同一层面将下鼻甲黏膜、鼻咽腔空气及颞下窝脂肪处各选3个圆形感兴趣区域(region of interest，ROI)，测量其CT值的标准差(standard deviation，SD)(作为成像噪声)，CNR 计算为公式1：
CNR=(ROI甲黏膜-ROI脂肪)÷SD背景 (1)(4)图像分析。

对两组典型病例影像学图像进行分析。

1.6 统计学方法
采用SPSS20.0软件分析研究数据，计数资料以
率(%)表示，组间对比行x 2检验，计量资料以(x
-±s )表示，组间对比行独立样本t 检验，以P ＜0.05为差异有统计学意义。

逐年增加[1]。

但CT检查有辐射损伤，尤其是检查范围内眼晶状体及神经等对辐射的敏感度更高，如何有效地降低CT检查中的辐射剂量又可确保CT成像质量成为临床影像科关注的焦点[2]。

自适应迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction，ASIR)算法是近些年来新开发的一种新型CT图像重建算法，ASIR算法在降低CT图像噪声、提高CT图像质量以及降低辐射剂量方面有明显的积极作用[3-4]。

现阶段临床有关ASIR算法对肝脏、胸部以及腹部等部位疾病的CT血管造影成像影响的研究较多，但有关ASIR算法对儿童副鼻窦CT能谱成像质量、辐射剂量影响的研究尚缺乏统一定论[5]。

为此，本研究开展临床前瞻性研究，旨在探讨ASIR算法对儿童副鼻窦CT 能谱成像质量及辐射剂量的影响。

1 资料与方法1.1 一般资料
选取2017年1月至2019年1月在山东第一医科大学附属聊城市第二人民医院行能谱CT检查的86例疑似副鼻窦病变患儿。

按照患儿就诊顺序编号采用数表法随机分为对照组和观察组，每组43例，对照组采用常规能谱检查，观察组采用ASIR算法联合能谱成像检查。

对照组中男性25例，女性18例；年龄2～17岁，平均年龄(11.06±2.08)岁；体质量指数(body mass index，BMI)12～22 kg/m 2，平均BMI(18.06±2.06)kg/m 2；病理确诊副鼻窦病变38例。

观察组中男性26例，女性17例；年龄3～16岁，平均年龄(11.65±2.06)岁；BMI 11～21 kg/m 2，平均BMI(17.99±2.04)kg/m 2；病理确诊副鼻窦病变36例。

两组基线资料比较差异无统计学意义，具有可比性。

本研究征得医院医学伦理委员会批准同意。

1.2 纳入与排除标准
(1)纳入标准：①存在副鼻窦病变疑似症状或体征；②不存在能谱CT检查禁忌症；③年龄＜18岁。

(2)排除标准：①合并其他类型炎症性疾病；②合并有恶性肿瘤；③存在鼻咽癌；④敏感体质。

1.3 仪器设备
采用Discovery CT750 HD宝石能谱CT(美国GE 公司)，AW4.6工作站(美国GE公司)。

1.4 研究方法
(1)CT扫描。

患儿取仰卧位，头部先进，保持平静呼吸，扫描侧位定位图和设定的定位线，CT扫描
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CT能谱成像质量及辐射剂量的影响研究*-邓昆等
2 结果
2.1 两组副鼻窦病变诊断效能比较
对照组采用常规能谱CT成像诊断副鼻窦病变的
灵敏度、特异度和准确率分别为86.84%、60.00%
和83.72%；观察组采用ASIR算法结合能谱CT成像
诊断副鼻窦病变的灵敏度、特异度和准确率分别为
91.67%、85.71%和90.70%，ASIR算法结合能谱CT
成像诊断副鼻窦病变的准确率高于常规能谱CT成
像，见表1和表2。

表1 对照组副鼻窦病变诊断效能(例)
常规能谱CT成像
病理诊断
合计阳性阴性
阳性33235阴性538合计38543表2 观察组副鼻窦病变诊断效能(例)
ASIR算法结合能谱CT成像
病理诊断
合计阳性阴性
阳性33134
阴性369
合计36743 2.2 两组成像质量及辐射剂量比较
观察组成像质量明显高于对照组，而CTDI
vol
和DLP明显低于对照组，两组比较差异有统计学意义(t=14.135，t=525.366，t=44.830；P＜0.05)，见表3。

表3 两组成像质量及辐射剂量比较(x-±s
)
注：表中CTDI vol为容积CT剂量指数；DLP为剂量长度乘积2.3 两组成像噪声值及CNR比较
两组患儿下鼻甲成像噪声值、颞下窝成像噪声值及CNR相比较，差异均无统计学意义(t=1.642，t=0.392，t=0.526；P＞0.05)，见表4。

2.4 典型病例影像学图像分析
对照组中典型病例：患儿女性，8岁，行副鼻窦常规CT能谱成像；观察组中典型病例：患儿男性，11岁，行副鼻窦ASIR算法结合能谱CT成像，对比2种能谱CT成像图，ASIR算法结合能谱CT成像图病变显示清晰，且对比度良好，见图1。

注：图中A为对照组患儿副鼻窦常规CT能谱成像；B为观察组患儿副鼻窦ASIR算法结合能谱CT成像
图1
典型病例影像学图像对比
A B
3 讨论
儿童鼻窦存在一些影响影像学检查结果的特点，如黏膜生长所引发的生理性充气不足，窦腔较小，骨性边缘不够清晰，上颌窦可一过性均匀性透亮度降低，这也是导致常规X射线片在儿童鼻窦病变检查中存在一定局限性或夸大CT所见鼻窦病变的主要原因[7]。

虽一直以来CT被认为是儿童鼻窦病变的常规检查手段，但CT检查所产生的辐射剂量较高，加之儿童尚处于生长发育、细胞分裂更新较为旺盛的时期，对CT辐射的敏感性较高。

胡小素等[8]报道，接受同样剂量的放射辐射后儿童一生患癌的风险远高于成年人，如何在确保儿童鼻窦病变CT成像质量的同时降低辐射剂量已成为影像学医师研究的重点。

随着临床对副鼻窦生理学结构认识的不断深入，研究发现，副鼻窦解剖结构中含气骨性腔隙以及骨质偏薄、自然对比度好等特点符合低剂量CT扫描的生理基础[9]。

此外，副鼻窦病变以黏膜增生以及囊肿形成等病理学特点为主，因而临床对儿童副鼻窦病变的CT扫描检查施行低剂量方案的设计有一定的可行性[10]。

随着自适应统计ASIR算法在临床影像学检查中的普及应用，Kishimoto等[11]报道，ASIR算法能够降低CT检查中辐射剂量的同时确保图像质量完好。

国内外有关ASIR算法结合能谱CT在疾病诊断中的应用研究较多，周悦等[12]研究表明，与120kVp常规CT扫描模式相比较，能谱CT单能量结合ASIR算法可获得更好的图像质量，降低辐射剂量；朱正等[13]的研究表明，在能谱CT成像结合ASIR技术，应用低管电压可取得与常规腹部CT成像质量相当的图像；Barca等[14]报
表4 两组成像噪声值及CNR比较(x-±s
)注：表中CNR为噪声比
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[5][6][7][8][9][10][11][12][13][14][15]道，ASIR算法结合能谱CT成像可有效提高成像质量并降低辐射剂量。

本研究结果显示，常规能谱CT成像诊断副鼻窦病变的灵敏度、特异度和准确率分别为86.84%、60.00%和83.72%，ASIR算法结合能谱CT成像诊断副鼻窦病变的灵敏度、特异度和准确率分别为91.67%、85.71%和90.70%，ASIR算法结合能谱CT成像诊断副鼻窦病变的准确率较常规能谱CT成像的略高，表明ASIR算法结合能谱CT成像诊断儿童副鼻窦病变的效能与常规能谱CT成像相当。

本研究还发现，观察组成像质量较对照组明显高，CTDI vol 、DLP较对照组明显低。

此外，观察组成像噪声值、CNR与对照组相比较差异无统计学意义，初步证实了ASIR算法结合能谱CT成像在儿童副鼻窦病变诊断中不仅可降低辐射剂量，且能够确保图像的成像质量，同时不会增加成像噪声，与相爱华等[15]研究指出的ASIR可有效提高影像学检查中的成像质量、降低辐射剂量、减少噪声等的结论相符。

4 结论
本研究初步证实了ASIR算法联合能谱CT成像应用于儿童副鼻窦病变诊断中，不仅可满足对图像质量的要求、不影响疾病的诊断率，并且可在一定程度上降低辐射剂量，适于临床应用。

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