贾永军，于楠，杨创勃，张喜荣，段海峰，贺太平，于勇

陕西中医药大学附属医院医学影像科，陕西咸阳 712000； *通讯作者 于勇 22434158@qq.com

CT已广泛应用于诊断肺部疾病。目前，多排螺旋CT（MDCT）各向同性使得基于影像医学的肺部疾病计算机辅助检测（computer-aided detection，CAD）成为可能，提高了影像诊断的客观性和可重复性，增加了肺部疾病的诊断效能，促进了影像定量诊断模式的转换[1]；但图像噪声、运动伪影与部分容积效应等所致肺气管内灰度分布不均匀，将导致远端局部管壁断裂和分割细支气管时扩散到肺实质中造成泄漏[2]。因此，更薄层、更清晰的影像图像需要更高辐射剂量来实现。本研究拟比较基于模型的迭代重建（modelbased iterative reconstruction，MBIR）和自适应迭代重建（adaptive statistical iterative reconstruction，ASiR）对低剂量肺部CT条件下CAD气道分析性能的影响，探索采用MBIR降低胸部MDCT辐射剂量，并保持或提高图像质量的可行性。

1 资料与方法

1.1 研究对象 收集2016年7－10月于陕西中医药大学附属医院1个月内接受2次胸部CT平扫受检者共45例。其中男28例，女17例；年龄33～91岁，平均（61.84±16.31）岁；体重39～113kg，平均（58.29±13.57）kg；体重指数17.78～37.32 kg/m2，平均（22.97±4.28）kg/m2。排除胸部术后复查、肺部渗出实变、肿块结节或胸腔积液变化明显等影响CAD诊断与量化评估支气管的情况。所有患者低剂量复查前均签署知情同意书。复查CT拟诊为肺结节或肿块27例，慢性肺炎10例，支气管扩张2例，外伤4例，肺不张1例，肺结核1例。

1.2 扫描及重建方法 使用Discovery CT 750 HD宝石能谱CT机。患者取仰卧位，双手上举，采取吸气末单次屏气扫描，范围从胸廓至后肋隔角尖端水平。扫描条件：层厚、层间距5.0 mm；X线管旋转时间0.6 s/转；螺距1.375︰1；准直器宽度为0.625×64；电压120 kVp；采用自动曝光控制技术（AutomA，GE Healthcare）预设噪声指数（noise index，NI）控制管电流。初次采用常规辐射剂量（NI=14）扫描，ASiR重建。复查采用低辐射剂量方案（NI=28）扫描，分别采用肺窗重建和标准窗重建，重建层厚0.625 mm的图像。

1.3 定量CT气道分析及主观支气管树图像质量评价2次扫描各重建算法DICOM格式CT影像序列信息应用已通过验证的自动CT定量软件（Dexin-FACT）对气管进行分析测量。采用骨架提取算法自动提取支气管骨架和支气管树进行定量CT气道分析[3-4]。本研究选取走行平直且分叉较少的右肺中叶支气管测量隆突至显示气道终端长度（图1）。由1名具有7年诊断经验的放射科主治医师和1名具有11年诊断经验的放射科副主任医师以常规剂量ASiR重建为基础，对低剂量条件下ASiR和MBIR重建图像经CAD自动提取的支气管树结构在曲面多平面重组（curved multi-planner reformation，CMPR）、CT仿真内镜（CT virtual endoscopy，CTVE）和容积再现（volume rendering，VR）上图像主观噪声、支气管壁连续性与完整度、支气管末梢显示盲法5分半定量目测评分[5]。0分为图像质量与常规剂量ASiR重建相近，±1为略好或略差于常规剂量ASiR重建，±2为明显好或明显差于常规剂量ASiR重建。

图1 自动CT定量软件（Dexin-FACT）对气管进行分析测量，采用骨架提取算法自动提取支气管骨架和支气管树，在支气管树上选取右肺中叶，软件自动默认最远路径并得到隆突至显示气道终端长度并得到支气管长度（cm）

1.4 统计学方法 采用SPSS 20.0软件，计量资料以±s表示，不同算法重建图像的右肺中叶支气管显示长度行单因素方差分析，组间两两比较采用LSD法；支气管树结构连续性、清晰度评分采用评分频率表示，Wilcoxon符号等级检验。P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 射线辐射剂量比较 根据剂量报告并采用有效剂量权重因子k=0.014。初检CT容积剂量指数（CT dose index volume，CTDIvol）=（6.37±4.05）mGy，剂量长度乘积（dose-length product，DLP）=（215.34±115.30）mGy·cm，有效剂量（E）=（3.01±1.89）mSv；复查CTDIvol=（1.73±1.62）mGy，DLP=（63.16±59.19）mGy·cm，E=（0.88±0.83）mSv。复查结果较初检下降约70%。

2.2 客观评价 CAD检测支气管长度重建算法和辐射剂量影响肺部CT条件下CAD检测右肺中叶支气管长度。低剂量ASiR较常规剂量ASiR图像自动提取的支气管短，差异有统计学意义[（19.45±2.64）cm比（21.48±2.75）cm，P＜0.001]；但低剂量MBIR[（21.79±3.18）cm]较常规剂量ASiR算法图像自动提取的支气管长，差异有统计学意义（P＜0.05）。2次扫描各重建算法检测右肺中叶支气管长度比较见图2。

图2 男，60岁，双肺多发小斑片状实变影。2次扫描不同重建算法（A：常规剂量ASiR重建；B：低剂量ASiR重建；C：低剂量MBIR重建）CPR、支气管树骨架图、CTVE图像，经CAD软件自动提取测量隆突至显示气道终端长度，得到A、C提取右肺中叶长度明显大于B

2.3 主观评价 CAD提取支气管树图像质量重建算法影响低剂量肺部CT条件下CAD自动提取支气管树的主观噪声、支气管壁连续性与完整度、支气管末梢显示。低剂量ASiR重建图像质量低于常规剂量ASiR，差异有统计学意义（P＜0.05），但低剂量MBIR重建图像优于常规剂量ASiR，差异有统计学意义（P＜0.05）。见图3。

图3 与图2为同一患者，2次扫描不同重建算法（A：常规剂量ASiR重建；B：低剂量ASiR重建；C：低剂量MBIR重建）支气管树骨架图，不同代支气管用不同颜色表示，B支气管树与A比较分支减少（箭头），支气管连续性、清晰度（箭）均较差，B主观评分为-1/-2（甲/乙）；C支气管树与A比较分支无减少，支气管连续性、清晰度明显改善，C主观评分为2/2（甲/乙）

3 讨论

CT以其优越的时间、空间以及密度分辨率在现代影像学的研究与应用中发挥着重要作用，并广泛应用于诊断胸部疾病。同时在保证图像质量的前提下，尽可能地降低患者X线吸收剂量已成为放射医学相关领域的研究重点[6-7]。本研究复查CT扫描平均辐射剂量小于1 mSv，符合低剂量螺旋CT肺癌筛查专家共识的要求[8]。与此同时，有望作为影像医师“第二双眼”的CAD也已成为研究热点[1]。目前，一方面CAD可辅助影像学医师对可疑病变区域进行检测，辅助医师对病变区域进行量化分析以判别其性质[9]；另一方面，支气管自动检测要解决的关键问题是如何检测到更准确地适合于气管形态参数量化的支气管体素信息，要求薄层重建和足够曝光条件采集容积CT数据信息。低剂量CT通过降低管电流、管电压和增大螺距等方法降低辐射剂量，继而增加图像噪声，其气道重建图像与常规剂量比较能否提供足够的诊断信息对其可行性具有重要意义。既往文献一般采用比较客观的图像噪声和主观评分的方法评价低剂量CT图像质量，存在一定的人为因素干扰[10-11]。本研究比较重建算法对低剂量肺部CT条件下CAD气道分析性能的影响，探讨MBIR在胸部MDCT降低辐射剂量中的应用价值。

ASiR在降低辐射剂量方面发挥着重要作用并已得到普遍认可[12-14]。权重设定在40%～60%时得到的图像质量噪声及对比噪声比较高[15]。故本研究未选用常规剂量FBP而选用40% ASiR重建作为基础。本研究降低约70%的辐射剂量扫描时，MBIR较ASiR算法图像质量更佳，甚至优于常规剂量的ASiR重建图像质量，其原因为MBIR仅在投影数据空间实现全迭代重建，除建立系统统计模型外，还建立了系统光学模型，对体素、X射线光子初始位置和探测器几何因素均通过模型进行模拟，真实还原了X射线从投射到信号采集的全过程，能够进一步明显降低图像噪声和提高空间分辨力[5]，与Chen等[16]主、客观评价肺结节图像质量的结论相似。Neroladaki等[17]研究表明，应用MBIR的超低剂量CT可在胸部X线正侧位平片辐射水平条件下检测肺结节。本研究通过CAD检测和定量分析支气管树反映重建算法对图像质量的影响，避免了人为因素在评价胸部CT图像中的影响。

本研究具有一定的局限性：①MBIR较FBP和ASiR重建时间长。②对于ASiR，本研究参考文献推荐的40%混合因子一个迭代强度的图像进行比较，但更高的ASiR百分比可进一步降低图像噪声。③为统一和简捷，本研究对于客观评价仅选用右肺中叶支气管长度代表CAD对支气管树末梢长度的检测能力。④本研究纳入样本量较少，MBIR技术尚有进一步减少辐射剂量的潜力，今后将扩大样本量进一步经CAD验证MBIR在更低剂量条件下提高图像质量的价值。

总之，MBIR可以通过改善图像质量提高CAD系统气道分析性能，进而减少辐射剂量，这为胸部MDCT降低辐射剂量提供一种新的途径。