翟艳慧，艾娜娜，杨晨晓，王君鑫，李莹，张颖颖，贾守强

济南市人民医院影像科，山东济南 271199； *通讯作者 贾守强 jshqlw@163.com

近年来，CT成像硬件技术和软件后处理水平得到突飞猛进的发展。随着能谱成像物理基础的进一步成熟，能谱CT日益成为研究热点。与常规CT相比，能谱CT作为一种综合诊断模式能够提供多参数成像和多种定量分析[1]。CT在临床应用中追求降低辐射剂量的同时获得较高的图像质量。因此，与常规CT扫描相比，能谱CT成像的图像质量与辐射剂量也成为关注的热点。本研究通过仿真胸部体模，对比能谱扫描联用后置自适应统计迭代重建（adaptive statistical iterative reconstruction veo，ASiR-V）技术与常规扫描联用滤波反投影算法（filtered back projection，FBP）的图像质量及辐射剂量，探讨胸部能谱CT成像应用于临床的可行性。

1 资料与方法

1.1 研究对象 选用GE公司提供的仿真人体胸部体模。该体模是一个标准的人体躯干大小模型，长43 cm、宽40 cm、高48 cm，由胸壁、肺、心脏、纵隔气管、左、右肺血管及椎体、肋骨等构成，其合成骨质材料和软组织替代材料的射线吸收率与真实人体组织效果相当。

1.2 扫描方法 采用GE Revolution CT对胸部仿真体模进行能谱扫描和常规扫描。能谱扫描管电压80、140 kVp瞬时切换；常规扫描管电压120 kVp。噪声指数均设为12，探测器宽度80 mm，螺距0.992∶1，球管旋转速度0.5 s/rot，视野44.9 cm×44.9 cm，层厚5 mm，扫描范围设定为胸廓入口至膈肌水平。

1.3 图像处理 于GE AW 4.6工作站以骨算法重建肺窗图像，标准算法重建纵隔窗图像，将所得能谱原始图像重建为层厚5 mm的70 keV单能量图像，以10%递增，后重建ASiR-V权重为0%~100%的11组图像，0%即滤波反投影重建方法。将70 keV单能量图像FBP重建（A1组）及最佳ASiR-V权重重建（A2组）分别与常规扫描FBP重建（B组）进行比较。

1.4 图像质量分析

1.4.1 客观评价 在CT轴位纵隔窗图像的主动脉弓层面、左下肺静脉层面及膈顶层面各取一幅图像。分别选取前胸壁胸骨两侧软组织、后胸壁脊柱两旁软组织放置圆形感兴趣区（ROI），面积为30 mm2，记录图像噪声（SD）值，并取其平均值作为每组SD值。

1.4.2 主观评价 采用GE AW 4.6后处理工作站，将各组图像的相关信息和扫描参数隐藏并打乱顺序。由2名资深医学影像学专业主治医师采用双盲法对各组图像质量分别进行评价。将每组的肺窗（窗宽1260 Hu、窗位-600 Hu）和纵隔窗（窗宽400 Hu、窗位40 Hu）图像分别进行评价。主观评价主要以肺纹理、纵隔以及胸壁结构对比度、噪声程度以及清晰度等为基础，采用5分制进行评分。1~5分图像质量由差、组织解剖细节显示不清逐渐递增为图像质量优、组织解剖细节显示清晰；噪声由大到小逐级递减。评分≥3分为符合诊断标准，图像可用于临床诊断[2]。

1.5 辐射剂量 记录能谱成像和常规扫描图像的容积CT剂量指数（CT dose index volume，CTDIvol）及剂量长度乘积（dose length product，DLP），根据公式（1）计算有效辐射剂量（effective dose，ED），单位为mSv。

其中k为权重因子，成人胸部扫描时k值取0.014 mSv/（mGy·cm）[3]。

1.6 统计学方法 采用SPSS 20.0软件，计量资料以表示。11组图像噪声比较采用单因素方差分析，A1、A2、B组组间比较采用独立样本t检验；主观评分的一致性评价采用Kappa检验：Kappa≥0.75为一致性较好；0.40≤Kappa<0.75为一致性中等；Kappa<0.40为一致性较差。P<0.05表示有统计学意义。

2 结果

2.1 不同权重各组图像的SD值及主观评分 随着后置ASiR-V权重的增加，图像噪声逐渐减低（图1）。ASiR-V分别为0%、10%、20%、30%、40%、50%的各组与间隔至少30% ASiR-V的组间差异有统计学意义（P<0.05）；ASiR-V分别为60%、70%、80%、90%、100%的各组间差异无统计学意义（P>0.05）。2名医学影像学专业主治医师的主观评分一致性良好（Kappa=0.833）。肺窗和纵隔窗评分见表1。

图1 随ASiR权重增加图像SD的变化趋势

表1 ASiR-V权重为0%~100%时各组图像的SD及主观评分

2.2 能谱扫描与常规扫描图像质量及辐射剂量比较 A1、A2、B组SD值分别为7.617±2.480、5.108±1.558、7.483±2.890，A2组低于A1组及B组，差异均有统计学意义（P<0.05），而A1组与B组差异无统计学意义（P>0.05）。2名评价者的主观评分一致性良好（Kappa=0.875）。A1、A2、B组的主观评分分别为4分、5分、3分，A2组显著高于A1组及B组（表2）。胸部能谱成像的ED为6.84 mSv，常规扫描的ED为6.77 mSv。胸部体膜图片及其在能谱与常规扫描条件下所得影像图像见图2。

表2 A1、A2、B组图像的SD及主观评分

图2 胸部体膜影像学表现。A组由左向右分别为肺窗ASiR-V 0%、50%、90%及常规扫描影像，其中ASiR-V为50%时肺纹理显示最清晰；B组由左向右分别为纵隔窗ASiR-V 0%、50%、90%及常规扫描影像，ASiR-V为50%时纵隔及胸壁结构对比度最佳，胸壁软组织显示最真实，ASiR-V为90%时图像噪声最低，但胸壁软组织显示失真呈蜡像样改变

3 讨论

近年来，随着能谱CT成像技术的日臻成熟，其已逐步成为新的研究热点。能谱CT将传统CT的kVp混合能量成像转变成为keV单能量成像模式，在传统CT的空间、时间分辨率的基础上，体现了理化性质和能量分辨率，不但能够提供传统图像，还能够提供能谱曲线、基物质图像、单能量图像以及有效原子序数，并综合上述参数给予物质、组织定性。

鉴于能谱CT的上述特点，其在临床应用中，尤其是在评价肿块的定性、定位、分级、分期及治疗效果方面具有广阔的应用前景[1]。对于新兴CT技术中辐射剂量和图像质量一直备受关注。本研究通过仿真胸部体模将能谱扫描联用后置ASiR-V技术与常规扫描联用FBP的图像质量及辐射剂量进行比较，从而进一步探讨胸部能谱CT成像应用于临床的可行性。

为在质量控制标准化的前提下实现研究的可重复性和可比性，本研究采用人体胸部仿真模型作为研究对象，从而避免重复扫描对患者的伤害，确保了研究的可行性。仿真模型的制作过程中确保了其射线吸收率与正常人体组织基本相当，实验数据真实可信。

能谱CT最佳单能量图像可对图像质量进行优化，提高对比噪声比，从而提高疾病的检出率[4]。既往研究发现，与传统的120 kVp图像相比，70 keV单能量图像得到的噪声更低，对比噪声比更高，完全能够代替前者应用于临床，并提供更优质的临床价值[5-6]。因此，本研究选择70 keV单能量图像作为能谱CT成像的重建图像。

既往CT重建的标准方法为FBP，该方法速度快，对计算机硬件的要求不高，能够在投影数据完整的前提下快速准确地重建图像。但其缺点是未考虑光学与统计学波动造成的影响；未考虑焦点、体速和探测器等的实际大小，所得图像具有明显的伪影，空间分辨率差、噪声高[7]；当投影数据相对欠缺时，重建图像清晰度较差，无法满足临床需要[8]。ASiR-V作为一种全新的图像重建算法，全面兼顾数据统计噪声，利用迭代的方法在原始数据空间上加以抑制，使其在不影响图像空间分辨力的前提下快速降低图像噪声，产生高解剖细节及高诊断性能的影像图像[9-11]。

本研究结果显示，随着ASiR-V权重的增加，图像噪声逐渐降低，与孙记航等[12]的研究结果相符；但在纵隔窗组织结构的主观评分方面，随着ASiR-V权重增高，图像会出现边缘模糊加重的现象。本研究可接受的极限值出现在40%~60%。之后随着权重的继续增高，尽管图像噪声改善，但过度的边缘模糊效应导致组织结构图像失真，因此主观评分下降。胸部能谱成像联合40%~60%后置ASiR-V权重重建可获得更高的胸部图像质量，与既往研究结果相符[13-14]。因此，本研究将70 keV单能量图像分别进行FBP重建（A1组）以及50% ASiR-V权重重建（A2组），常规扫描进行FBP重建（B组）。通过比较发现，胸部能谱成像与常规扫描的射线剂量基本相同；胸部能谱成像联合后置ASiR-V 40%~60%重建较常规CT扫描联合FBP重建可有效降低图像噪声，改善图像质量。单能量联合ASiR-V成像充分结合了单能量提高图像质量和ASiR-V重建方式，降低图像噪声，并维持良好的图像质量，在图像质量方面具有极佳的性能。

本研究的局限性在于应用仿真胸部体膜作为研究对象，未将体重指数差异及其对辐射剂量和图像质量的影响纳入研究，有待进一步深入探讨。

总之，能谱扫描联用后置ASiR-V技术与常规扫描联用FBP的辐射剂量未见显著差异，但图像质量更高；另外还可以优化对比结构，去除硬化伪影，获得更多的功能学信息[15-16]。因此，能谱CT临床工作中具有广阔的应用前景。