自适应统计迭代重建与基于模型迭代重建算法在超低剂量儿童胸部CT中的比较

2019年1月第26卷第2期

自适应统计迭代重建与基于模型迭代重建算法

在超低剂量儿童胸部CT中的比较

赵凯宇宣伟玲陆洪江

尽管单次CT扫描有效剂量（1～12mSv）的长期风险很小且不确定，但CT仍是诊断性放射线暴露增加的最大因素，与成人相比，儿童对辐射更加敏感[1]。因此，如何在不影响诊断质量的前提下，最大限度减少被检者接受的辐射剂量很有必要。由于胸部CT扫描在儿童CT检查中占重较大，本文将比较超低剂量胸部CT中自适应统计迭代重建（ASIR）与基于模型的迭代重建（MBIR）的表现并评估辐射剂量减少程度的意义。

1 对象与方法

1.1 对象2016年11月至2017年6月杭州市儿童医院接受超低剂量胸部CT扫描的患者63例，平均年龄（13±3.7）岁，男35例，女28例，其中肺部转移随访28例（44.4%），肺部感染随访17例（27.0%），骨性胸廓评估16例（25.4%），先天性畸形评估2例（3.2%）。根据记录的所有患者的体重和身高计算体质量指数。

1.2 C T扫描协议采用64层螺旋C T扫描，参数：层厚5mm，视野32cm，螺距1.375，旋转时间0.5秒，管电压

作者单位：310014 杭州市儿童医院放射科（赵凯宇）；杭州市西溪医院放射科（宣伟玲）；解放军第117医院放射科（陆洪江）

通信作者：赵凯宇，Email:49340705@ （80或100 kVp）和管电流（10mA或20mA）根据患者的体形大小使用。使用MBIR和ASIR重建技术将原始数据重建为轴位2.5mm层厚。尽管用两种技术重建了轴位和冠状图像，但只用轴位图像进行分析。

1.3客观图像分析由两名对本观察不知情的放射科医师在影像归档和通信系统（P AC S）工作站，按随机顺序对每次重建的图像用感兴趣区域（ROI）内的标准差进行图像噪声测量。将圆形或椭圆形ROI（直径约10mm）置于气管分叉处的降主动脉、椎旁肌、气管和肺实质。为了避免部分容积效应，R O I不能与相邻组织重叠。

1.4 主观图像分析影像学质量的主观分析包括病变可检测性由3名对本研究不知情的放射科医师完成。对经MB IR和ASIR重建的轴位图像，按照个人习惯对纵隔窗和肺窗的窗宽、窗位进行调整。根据计算机断层扫描质量标准指南评估图像质量，包括正常微小结构的可见性（肺外侧2cm的血管，次级支气管壁和裂隙）。如果有病变，根据肺部局灶性病变的可见性和类型（肺不张、实变、结节、毛玻璃样影）评估病变可检测性。当整体图像质量（包括病变可检测性）较好地满足诊断要求，并与预期标准剂量CT图像相当则评为优秀；如果整体图像质量满足诊断要求但低于标准剂量CT则评为可以接受；如果图像质量不能满足诊断要求，则评为不可接受。

【摘要】目的比较自适应统计迭代重建（ASIR）与基于模型的迭代重建（MBIR）两种算法在超低剂量儿童胸部CT扫描中的图像质量和辐射剂量。方法2016年11月至2017年6月杭州市儿童医院接受超低剂量胸部CT扫描的患者63例，分别用MBIR和ASIR算法重建。由两名放射科医师评估两种重建算法的主观和客观图像质量，并对患者超低剂量胸部CT扫描得到的辐射剂量与先前胸部CT扫描（标准剂量或低剂量扫描方案）的辐射剂量进行评估。结果MBIR算法的主观和客观图像质量均优于ASIR。MBIR显示为100%的诊断可接受性，但ASIR在平均0.33mSv （0.14～0.59mSv）超低剂量CT中显示为93%。在接受先前CT检查的患者中，超低剂量CT的特定剂量估计（SSDE）和剂量长度乘积（DLP）平均下降87%（35%～97%）和85%（41%～98%）。结论与ASIR相比，MBIR明显改善图像质量。此外，在诊断可接受的超低剂量胸部CT中，采用MBIR算法辐射剂量减少近90%。

【关键字】自适应统计迭代重建；基于模型的迭代重建；超低剂量；儿童胸部CT

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中国乡村医药

1.5 辐射剂量 根据CT 扫描完成后生成的剂量报告，记录每次检查的容积CT 剂量指数（CTDIvol ，mGy ）和剂量长度乘积（DLP ，mGy ·cm ），包括超低剂量CT 扫描和可用的先前CT 扫描。还记录了用于CTDIvol 的体模大小，以确保剂量报告的估计值是有效的。使用CT 定位像来测量每个患者的横向直径和前后径，将CTDIvol 转换成体形特异性剂量评估（SSDE ，mGy ）。根据每名患者的横向直径和前后径的总和来确定SSDE 所需的转换因子。此外，将DLP 乘以10岁儿童胸部转换因子（0.0235 mSvmGy-1 cm-1），获得估计的有效剂量（m S v ）。2 结果

2.1 客观图像质量的评估（表1） 所有解剖区域中，MBIR 算法测量的客观噪声值明显低于ASIR 算法。

入组患者的平均体重指数为18.6kg /m 2（范围13.4～26.7kg /m 2）。3 讨论

本文结果表明，超低剂量胸部CT 可以使用MBIR 而不影响图像质量，使得儿科胸部CT 的剂量大大减少。且超低剂量胸部CT 中的大部分ASIR 图像在诊断上是可接受的，但有些ASIR 图像被认为不理想，这是由于有些对儿科经验较少的放射科医师认为CT 图像噪声太大。超过一半的超低剂量MBIR 图像的主观图像质量与标准剂量图像相当，且没有任何不理想图像。与ASIR 相比，MBIR 的图像噪声水平降低了50%以上。ASIR 是第一代迭代重建技术，已广泛应用于临床实践，它克服传统滤波反投影算法的局限性，通过降低图像噪声，提供低剂量CT 的诊断上可接受的图像。与ASIR 相比，MBIR 不仅基于量子和电子的噪声统计，而且还基于机器本身的几何形状进行全迭代重构，重建投影数据的特征，需要更高的计算机运算能力和更长的处理时间。ASIR 图像通常可以在1分钟内重建，但MBIR 图像重建目前需要更长时间，使其难以进行常规临床应用，特别是急诊CT 检查。

虽然本研究不涉及空间分辨率评估以便客观比较M BIR 和ASIR ，但调制传递函数是用于测量CT 系统空间分辨率的最全面度量之一。此外，本文对象主要针对平均体重指数。因此，目前尚不清楚超低剂量胸部C T 的MBIR 在肥胖患者群体诊断上是否可接受。另外，由于我们主要评估非增强CT 的肺实质，MBIR 对纵隔病变的评估

非常有限。临床适应证受到一定限制，因此需要在未来的研究中评估超低剂量CT 和MBIR 技术评估造影后CT 扫描中纵隔或胸膜病变的能力。

总之，与ASIR 算法相比，MBIR 算法得到了明显更好的图像质量，与低剂量或标准剂量扫描方案相比，MBIR 在保证了诊断质量的前提下，减少了近90%的辐射剂量，对减少儿科CT 扫描剂量非常有意义。

参 考 文 献

[1]

Nishida J ，Kitagawa K ，Nagata M ，et al. Model-based iterative reconstruction for multi-detector row CT assessment of the Adamkiewicz artery[J]. Radiology ，2014，270（1）：282.

（收稿：2018-04-29）（发稿编辑：高 燕）

表 1 每个感兴趣区域的平均图像噪声 （HU ） 降主动脉

椎旁肌

气 管

肺实质ASIR MBIR ASIR MBIR ASIR MBIR

ASIR MBIR 观察者1 32.8 12.9 45.8 12.1 32.1 14.8 35.6 15.9观察者2 33.7 12.8

46.7 12.5

30.1 13.3

34.9 14.7

表 2 主观成像质量评估 [例（%）] 优 秀 可接受 不可接受 ASIR MBIR

ASIR MBIR

ASIR MBIR

观察者1 8（12.2） 48（75.6）55（87.8） 15（24.4） 0 0观察者2

17（26.7） 36（57.9）41（66.5） 27（42.1）5（6.8） 0

2.2 主观成像质量评估（表2） MBIR 的主观图像质量明显优于ASIR ，具有良好的观察者间一致性。MBIR 图像被所有放射科医师认为是优秀的或可接受的，而少数ASIR 图像（6.8%）被两位医师认为是不理想的。

2.3 在辐射剂量方面，与受检者先前CT 扫描（辐射剂量：SSDE 5.26±10.53 mGy ，DLP 124.93±98.54mGy ·cm ）相比，63例患者的平均（±SD ）CTDIvol 、DLP 、SSDE 和超低剂量胸部CT 扫描估计有效剂量分别为（0.52±0.20）mGy （0.21～0.78 m G y ），（1

3.15±6.17）m G y ·c m （5.66～35.18mGy ·cm ），（0.47±0.18）mGy （0.25～0.78mGy ）和（0.33±0.13）mSv （0.14～0.59mSv ）。内部相关系数在超低剂量胸部CT 中，SSDE 中平均剂量减少87%（范围35%～97%），DLP 减少85%（范围41%～98%）。