iDose4迭代重建技术对低剂量肺部CT图像影响的模型及临床研究

摘要

[研究背景]
　　 随着多层螺旋CT的发展及广泛普及，其应用数量急剧增加，CT检查的辐射剂量问题已经成为目前临床研究热点之一，低剂量扫描已广泛应用于肺癌筛查，目前用于肺部筛查的合适剂量约30mAs-50mAs，剂量降低幅度太大时图像噪声水平提高，图像质量下降进而影响诊断[1]。近来低剂量研究的重点从前期单纯降低毫安秒到目前联合改进重建算法以求在降低有效辐射剂量改善图像质量方面有所突破。CT技术自诞生以来，解析重建(analyticreconstructionAR)和迭代重建(iterativereconstructionIR)是两种基本方法。滤波反投影法(FilteredBackProjection，FBP)是解析重建的主要算法，因其运算构建系统简单和速度快成为CT常规重建技术而被各厂商应用[2]，而该方法在保证图像质量的前提下降低剂量的幅度是有限的。迭代重建算法并不是新兴的重建技术，曾用于第一台商用CT机，但因重建速度慢以及运算构建复杂等缺点被临床废弃[3]。相比FBP技术，IR算法能在显著降低剂量的同时选择性去除噪声。获得较好的图像质量[4]，故在当今对低剂量迫切要求的发展趋势下迭代重建技术又重新应用于临床[5]。近来各厂商相继推出的迭代重建技术如：西门子IRIS、东芝ADIR、GEASIR、飞利浦iDose4等，其主要考虑即对低剂量扫描的原始数据进行迭代重建以求在辐射剂量及图像质量方面有所突破。本研究应用Philips256-iCT通过模型及临床对照研究相结合的方法探讨iDose4迭代重建算法对肺部平扫图像的影响，研究其降低图像噪声的效果，寻求较合适的低剂量扫描方案。
　　 第一部分，迭代重建算法对低剂量CT显示肺结节及其图像质量影响的模型研究
　　 [目的]
　　 探讨iDose4高级迭代重建算法(iterativereconstructionIR)与滤波反投影法(filteredbackprojectionFBP)对低剂量螺旋CT发现GGO和部分实性结节及其图像质量的影响。
　　 [材料和方法]
　　 1、采用PhilipsBrilliance256层iCT。应用常规剂量100mAs(我院胸部CT平扫健康体检日常剂量)作为对照组，3种低剂量组(50mAs/25mAs/15mAs)，对包含有模拟结节的肺模型进行扫描，其他参数一致：120kVp，准直128×0.625mm，螺距0.915，0.5s/Rot，层厚5mm，FOV257mm。扫描结束记录不同扫描条件主机显示的单次扫描CT剂量加权指数(CTDIvol)和剂量长度乘积(DLP)两项指标。采用FBP及iDose4(1-6)水平重建比例对原始数据进行离线重建，层厚1mm。以100mAs联合FBP重建作为对照组。
　　 2、CT图像质量分析：测量不同序列上肺近似胸锁关节层面、中肺近似主肺动脉窗层面及下肺近似右下肺静脉3个层面1mm轴位图像肺CT值及其标准差(SD)，取6个ROICT值标准差的平均值作为每层面的平均CT值标准差(MSD)评价图像噪声，由我院两名有经验的胸部放射学专家对各组图像结节的显示及其质量分等级进行评估。定义标准参数为100mAs联合FBP重建。
　　 [结果]
　　 1、不同扫描条件的辐射剂量：四种毫安秒组(120kVp/100mAs、50mAs、25mAs、15mAs)有效辐射剂量(ED)为2.45mSv、1.22mSv、0.61mSv、0.36mSv，低剂量组辐射剂量较100mAs组降低约50.85-3％。
　　 2、不同毫安秒及重建算法组合时，肺模型肺实质CT值测量无统计学差异(P>0.05)。平均CT值标准差(MSD)随着毫安秒降低而增大(P=0.000)，3个低剂量组采用FBP重建MSD与对照组均有统计学差异。同一毫安秒组内随着iDose4迭代重建水平的提高MSD值逐渐减小(P=0.000)，50mAs选择iDose4-1临界水平与100mAs无明显差异；25mAs采用iDose4-4水平重建图像较FBP图像噪声改善(MSD下降约38.49％)，与100mAsFBP比较无明显差异；15mAs采用低比例(iDose41-5水平)重建时图像MSD值与100mAsFBP组存在不同程度差异(P<0.05)，采用iDose4-6重建较FBP图像噪声改善(MSD下降约60.99％)，与100mAsFBP组无明显差异(P>0.05)。
　　 3、15mAs采用FBP重建图像与100mAsFBP图像一致性较差(kappa<0.4)，结节评分偏低。25mAs采用iDose4-4、15mAs采用iDose4-6水平重建图像与100mAs采用FBP扫描一致性较好(0.4≤kappa<0.75)；
　　 [结论]
　　 iDose4迭代重建算法与FBP相比能降低图像噪声，实验条件下50mAs选择iDose4-1临界水平，25mAs选择iDose4-4临界水平，15mAs选择iDose4-6水平可以作为肺部低剂量筛查的管电流与iDose4迭代重建水平可选组合方案。
　　 第二部分，迭代重建算法对肺部低剂量CT图像质量的临床研究
　　 [目的]
　　 比较iDose4高级迭代重建算法(iterativereconstructionIR)与常规滤波反投影法(filteredbackprojectionFBP)对肺部低剂量平扫图像质量的影响。
　　 [材料和方法]
　　 1、收集我院2011年8月-10月拟行胸部体检的无肺部临床症状的门诊或住院病人144例患者，男性86例，女性58例，年龄18-75岁，平均47.5岁。分别采用常规剂量(选用我院胸部平扫日常剂量)组A：100mAs(n=40)、低剂量组B：50mAs(n=40)、C：25mAs(n=40)、D：15mAs(n=24)进行扫描。
　　 2、CT检查方法：采用PhilipsBrilliance256层iCT扫描机进行全肺屏气扫描，扫描范围自肺尖至肺底，除毫安秒外其它参数保持一致：分别为120kVp，准直128×0.625mm，螺距0.915，FOV280-330mm，0.5s/Rot，层厚5mm，扫描前训练病人屏气，扫描中病人屏气良好，所有图像均无呼吸运动伪影。扫描结束记录不同扫描条件主机显示的单次扫描CT剂量加权指数(CTDIv)和剂量长度乘积(DLP)两项指标。对扫描原始数据均采用FBP及iDose4-4和6水平进行离线重建，层厚1mm，以100mAs联合FBP重建作为对照组。
　　 3、由两名有经验的主治以上医师对图像质量分等级进行评估，并测量不同序列肺尖部胸锁关节层面、主肺动脉窗层面及右下肺静脉3个层面肺组织及同一层面右侧肩胛骨区肌肉组织1mm轴位图像同一部位CT值及其标准差(SD)，比较不同管电流和重建算法扫描图像噪声(MSD)、CNR、SNR的大小。
　　 [结果]
　　 1、ABCD四组ED分别为2.73±0.27mSv，1.30±0.17mSv和0.66±0.08mSv，0.46±0.02mSv；低剂量组ED较100mAs组分别降低52.37％，75.8％和83.2％；
　　 2、不同管电流及重建算法组合时肺实质CT值无统计学差异(P>0.05)。50mAs采用FBP重建图像较100mAsFBP组无明显差异，采用iDose4-4和6水平重建较100mAsFBP组比较MSD肺尖部降低(27.52％、43.13％)，中肺(20.25％、32.94％)，下肺(17.26％、33.46％)，3个层面CNR及SNR均较对照组增大。25mAs采用FBP重建图像较100mAsFBP组3个层面MSD值分别增加约40.46％、36.86％、35.89％；采用iDose4-4图像较100mAsFBP组MSD、CNR及SNR均无统计学差异(P>0.05)。15mAs采用FBP及iDose4-4重建图像较100mAsFBP组比较MSD、CNR及SNR均有统计学差异(P<0.05)：采用iDose4-6图像与100mAsFBP组相比3个部位MSD无明显差异(P>0.05)，3个层面CNR及SNR均低于100mAsFBP组。
　　 3、降低毫安秒肺尖部MSD增加显著，采用迭代重建算法噪声显著改善。
　　 [结论]
　　 25mAs选择iDose4-4临界水平能使辐射剂量降低75.8％且与100mAsFBP相比图像没有明显差异，可作为临床肺部低剂量筛查选择的合适扫描方案。