孙记航，阴 捷，刘志敏，李昊岩，郭 东，曹 隽，彭 芸*

(1.首都医科大学附属北京儿童医院影像中心，2.骨科，北京 100045)

影像技术学

基于模型的迭代重建算法应用于80 kV低剂量儿童胸部CT的可行性

孙记航1，阴 捷1，刘志敏1，李昊岩1，郭 东2，曹 隽2，彭 芸1*

(1.首都医科大学附属北京儿童医院影像中心，2.骨科，北京 100045)

目的 评价基于模型的迭代重建算法(MBIR)应用于80 kV低剂量儿童胸部CT检查的可行性。方法 收集44例因脊柱侧弯治疗后复查的患儿资料，所有患儿接受脊柱CT检查，扫描电压80 kV，固定管电流50 mA。对所得胸部图像采用MBIR重建(观察组)。所有患儿术前脊柱CT检查，扫描管电压120 kV，对所得胸部图像采用滤波反射投影(FBP)重建(对照组)。两组图像质量主观评价由2名医师采用1～3分制，评价图像主观噪声及肺组织图像质量；图像质量客观评价为测量左心室最大层面的肺野、背部肌肉的噪声值，并计算肺野的SNR及CNR。并记录两次检查的容积CT剂量指数(CTDIvol)。结果 观察组主观噪声评分明显高于对照组(P<0.05)。观察组较对照组肺野噪声降低40.36%，SNR提高72.37%，CNR提高78.69%，CTDIvol降低66.52%，两组差异均有统计学意义(P均<0.001)。结论 80 kV低剂量儿童胸部CT可以满足诊断要求。

体层摄影术，X线计算机；迭代重建；儿童；图像处理，计算机辅助

随着CT低剂量扫描概念的提出，近年来采用优化扫描程序等多种方式取得一定效果[1-3]，很大程度降低了辐射剂量。降低扫描剂量的方法从单纯的升级设备硬件、降低扫描条件，过渡到改善图像后处理技术，采用迭代重建(iterative reconstruction， IR)代替原始的滤波反射投影(filtered back-projection， FBP)算法，如自适应迭代重建算法(adaptive statistical iterative reconstruction， ASiR)以提高图像质量，进一步降低辐射剂量[4]。基于模型的迭代重建算法(full model-based iterative reconstruction， MBIR)是新一代的IR技术，可在较低的扫描条件下获得符合诊断要求的图像[5-6]。本研究对短期复查患儿脊柱CT扫描，对比胸部的成像效果，从而探讨MBIR应用于 80 kV低剂量儿童胸部CT检查的可行性。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集本院2015年4月—2015年12月间因“脊柱侧凸”术后复查、需接受低剂量脊柱CT平扫检查的患儿44例(观察组)，男16例，女28例，年龄4～12岁，平均(7.0±2.3)岁，复查时间间隔8～24个月，平均(12.77±3.03)个月。将该44例患儿24个月内的术前脊柱CT平扫作为对照组。排除标准：复查时脊柱内金属固定物多，影响观察肺野内结构；肺内存在感染或其他不能符合手术标准的患儿。扫描前所有家长均签署知情同意书，

1.2 仪器与方法 检查时，所有患儿均平静自由呼吸，如无法安静配合检查，给予10%水合氯醛口服镇静。采用GE Discovery 750 宝石CT机，观察组管电压80 kV，固定管电流50 mA，转速0.4秒/转，螺距1.375，将所得图像重建为0.625 mm的MBIR图像；对照组采用管电压120 kV，余扫描条件同观察组，将所得图像重建为0.625 mm的FBP图像。

1.3 图像评价 将图像传至GE AW4.5 CT工作站，由2名分别具有11年(成人影像经验3年，儿童影像8年)和9年儿童影像工作经验的影像医师进行胸部图像的质量评价，2名医师可根据个人习惯自由调整图像窗宽、窗位。

主观评价：包括图像主观噪声评分、肺组织评分。主观噪声评分：仅有非常少的噪声为3分；噪声较多，但可以接受为2分；噪声较多，不能满足诊断要求为1分。肺组织评分，包含肺野透光度，肺纹理的显示及软组织显示能力：肺内结构显示清晰，软组织分界清晰为3分；肺内透光度及纹理显示尚清晰，可以满足诊断要求，软组织分界较清晰为2分；肺内结构显示不清，不能满足诊断要求为1分。≥2分为能满足诊断要求。

客观评价：于左心室最大层面图像上右肺外带设置类圆形ROI(30～110 mm2，为同层面降主动脉截面面积的1/2)，测定CT值及标准差，避开明显的肺纹理，如该层面有金属髓内钉，无论放射状伪影是否影响肺野，均改为选取气管隆突层面作为测量层面。同时测量同层面同面积的背部肌肉的CT值及标准差。标准差平均值代表各组织的客观噪声。计算肺野的SNR、CNR：SNR=CT值/噪声值(结果取绝对值)，CNR=(CT值肺野-CT值肌肉)/噪声值肌肉(结果取绝对值)。

1.4 辐射剂量 记录容积CT剂量指数(CT dose index of volume， CTDIvol)，该剂量指数是由设备自动计算获得。

1.5 统计学分析 采用SPSS 17.0统计分析软件，采用单样本Kolmogorov-Smirnov检验行正态分布分析，符合正态分布的计量资料以±s表示，客观评价及辐射剂量的比较采用配对t检验；两组主观评分的比较采用Mann-WhitneyU检验；2名医师主观评分的一致性采用Kappa检验，Kappa>0.75为一致性好；0.4～0.75一致性较好；Kappa<0.4两者一致性较差。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2名医师对图像评价的一致性较好(Kappa=0.68，P<0.05)。

2组主观评分、噪声、SNR、CNR及CTDIvol结果见表1。2组的主观噪声评分差异有统计学意义(P<0.05)，观察组主观噪声评分明显高于对照组。

表1 2组图像主观评分、客观评价及辐射剂量比较(±s)

表1 2组图像主观评分、客观评价及辐射剂量比较(±s)

组别主观噪声评分肺组织评分CT值(HU)肺野噪声(HU)SNR背景CT值(HU)背景噪声(HU)CNR值CTDIvol(mGy)观察组2.75±0.442.50±0.51-703.99±67.6023.17±5.5330.51±2.5454.49±8.1116.37±1.7445.78±4.860.76±0.00对照组2.45±0.502.66±0.48-686.68±69.8438.85±6.4917.70±1.8664.66±7.0327.93±2.1825.62±2.502.27±0.00Z/t值2.821.501.0214.0319.960.1024.8737.55969.08P值<0.050.130.32<0.001<0.0010.92<0.001<0.001<0.001

图1 患儿男，6岁

观察组较对照组肺野噪声降低40.36%(图1)，SNR提高72.37%，背景噪声降低41.39%，CNR提高78.69%，差异均有统计学意义(P均<0.001)。观察组CTDIvol较对照组降低66.52%，两组差异均有统计学意义(P<0.001)。

3 讨论

采用IR的优势在于降低辐射剂量的同时，可获得满足诊断的图像[7-10]。新一代的MBIR算法，可在此基础上进一步降低辐射剂量，并已用于儿童胸部CT检查[11-12]。同时，采用接近于胸部平片的辐射剂量进行CT胸部扫描已成功应用于成人[13]，所以，采用MBIR进一步降低辐射剂量具有可行性。由于儿童体型较小，适合采用低电压扫描方案，所以，笔者选取因“脊柱侧凸”术后复查、需接受低剂量脊柱CT平扫患儿资料。由于所有患儿均接受脊柱术前、术后两次检查，且两次检查前均需满足手术前各项实验室检查指标，所以患儿一般状态均良好，不存在贫血、呼吸系统疾病等可能造成观察误差的征象，有利于提高检查结果的准确性。但由于脊柱扫描范围相对较长，所以，在检查过程中，为避免屏气失败导致的运动伪影，未要求扫描时患儿做屏气动作。

由于脊柱侧弯患儿体型扭曲，弯曲的脊柱使图像密度分布不均匀，可能影响自动管电流调节技术的运用；且术后放置的金属固定物密度很高，可能会影响该技术自动判断的准确性，所以，本研究采用传统的固定管电流技术，根据笔者之前的临床经验和研究结果制定扫描方案，可满足对脊柱及金属固定物的观察要求。

本研究发现MBIR图像噪声明显较常规剂量的FBP图像降低，肺部主观噪声评分高于FBP图像，主要因肺纹理边缘的模糊效应，影响评分分值，但主观评分仍可满足诊断要求；客观噪声方面，MBIR图像肺野噪声及背景噪声均较FBP图像减低40%以上，提示MBIR图像稳定、可大幅降低图像噪声。本研究在客观评价过程中，由于患儿病情不一，放置的金属固定物位置不尽统一，笔者采用以左心室最大层面为测量层面[2,11-12]，同时，为避免金属固定物对测量结果的影响，特别是对背部肌肉背景噪声的影响，所以将左心室最大层面出现金属固定物影响的患儿改为气管隆突层面。

由于本研究的所有对象均为接受脊柱CT检查患儿，且均采用固定管电流技术，所以CTDIvol可真实反映胸部剂量的特点，结果发现80 kV低剂量扫描方案较常规方案CTDIvol减少66.52%。

本研究的不足：接受复查的患儿需要合理的适应证才可采用低剂量扫描条件，所以包含样本数较少；由于术前及复查时患儿基本无肺内病变，所以对肺内病变的显示未进行评价；由于所有扫描方案是针对全脊柱设计，所以扫描过程不要求患儿屏气，但呼吸伪影会影响肺野内细微结构的观察；采用固定管电流技术，未采用较为成熟的自动管电流调节技术。

总之，80 kV、MBIR技术可在降低辐射剂量的同时，获得满足诊断需求的胸部CT图像，但是否可以明确显示各种肺内及纵隔病变需进一步观察。

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Feasibility of model-based iterative reconstruction in 80 kV low-radiation chest CT in children

SUNJihang1,YINJie1,LIUZhimin1,LIHaoyan1,GUODong2,CAOJun2,PENGYun1*

(1.ImagingCenter, 2.DepartmentofOrthopedics,BeijingChildrenHospital,CapitalMedicalUniversity,Beijing100045,China)

Objective To evaluate the feasibility of model-based iterative reconstruction (MBIR) in low-dose chest CT (80 kV) examination in children. Methods Forty-four children who had post-operation scoliosis and received low-dose chest CT scans were included. The fix tube voltage was 80 kV, fix current was 50 mA. Images were reconstructed with MBIR (observation group). The pre-operation scan were used 120 kV and 50 mA for acquisition, and images were reconstructed with filtered back-projection (FBP) mehed (control group). The subjective quality of the images was independently evaluated by two radiologists. Objective noises in the muscle and lung field were measured, the SNR, CNR were calculated, and the CTDIvol was record. Results The subjective noise score in the observation group was significantly higher than that in the control group (P<0.05). Objective noise reduced about 40.36%, SNR increased 72.37%, CNR increased 78.69%, CTDIvol decreased by 66.52%, all of which had statistical difference between both groups (allP<0.001). Conclusion Low-dose chest CT (80 kV) examination in children can meet the requirements of diagnosis for children.

Tomography, X-ray computed; Iterative reconstruction; Child; Image processing, computer-assisted

北京儿童医院苗圃项目(BCHYIPB-2016-06)。

孙记航(1982—)，男，北京人，硕士，主治医师。研究方向：儿科影像学。E-mail: jihangsuns@163.com

彭芸，首都医科大学附属北京儿童医院影像中心，100045。E-mail: ppengyun@yahoo.com

2016-08-03

2016-12-05

10.13929/j.1003-3289.201608014

R814.42

A

1003-3289(2017)04-0599-04