宽体探测器快速扫描结合ASIR-V在意识障碍患者胸部CT扫描中的价值

贾永军，贺太平，2，张喜荣，2，杨创勃，韩 冬，于 楠

（1.陕西中医药大学附属医院医学影像科，陕西 咸阳 712000；2.陕西中医药大学医学技术学院，陕西 咸阳 712000）

临床常采用自动管电流调制扫描方案行胸部低剂量CT（low dose CT，LDCT）扫描，其对肺癌的检出率约为X线片的6倍［1］。滤波反投影法（filtered back projection，FBP）在数据采集不足时噪声增多，重建的图像质量可能无法满足诊断需要［2］；迭代重建在LDCT中的优势已获得广泛认可［3］。宽体探测器高转速螺旋CT扫描是一种通过减少扫描时间降低辐射剂量的扫描方案，可同时有效降低扫描时间和呼吸伪影［4］。本研究选择需行胸部CT、不能配合主动闭气的意识障碍患者，探讨基于多模型的自适应统计迭代重建（multimodel adaptive statistical iterative reconstruction，ASIR-V）结合宽体探测器快速扫描方案在缩短曝光时间、改善胸部CT图像质量中的临床应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 前瞻性随机收集2018年1月至2020年4月陕西中医药大学附属医院拟行胸部CT平扫的严重意识障碍（昏睡或昏迷）患者共46例，其中男29例，女17例；年龄29～81岁，平均（54.50±18.16）岁。临床最终诊断病因：高血压性脑出血27例，胸部创伤12例，中毒3例，动脉瘤破裂3例，癫痫发作1例。

1.2 仪器与方法 采用GE（Revolution）256排宽体探测器螺旋CT机。患者取仰卧位，家属协助牵拉双手上举，无需呼吸配合，单次扫描，扫描范围从胸廓至后肋隔角尖端水平。扫描条件：12 kV，采用自动曝光控制技术，层厚、层距均为5.0 mm，预设噪声指数为14，50%前置ASIR-V（pre-ASIR-V），动态控制管电流（10～500 mA）。将46例随机分为2组（各23例）。实验组采用宽度80 mm探测器行胸部快速（0.28 s/转）扫描，对照组采用40 mm探测器行常规（0.5 s/转）扫描。采用FBP和50%后置ASIR-V（post-ASIR-V）重建0.625 mm肺算法肺窗（窗宽1 600 HU，窗位-600 HU）、标准算法纵隔窗（窗宽1 350 HU，窗位50 HU）图像。

1.3 数据测量及图像评价 记录患者胸部平扫CT剂量长度乘积（dose length product，DLP）；有效辐射剂量（effective dose，ED）（mSv）=DLP（mGy·cm）×k［k为权重因子，成人胸部扫描k=0.014 mSv/（mGy·cm）］。由1位放射科医师（9年影像诊断经验）在ADW 4.6工作站Reformat软件上选取胸廓入口层面、气管隆突下层面、所及上腹肝门平面轴位图像，根据皮下脂肪厚度，在目测密度均匀并避开明显伪影区放置50～100 mm2圆形或椭圆形ROI，测量各重建图像背部肌肉、皮下脂肪的CT值与标准差值（standard deviation，SD），SD代表噪声。

由2位放射科医师（9年和17年诊断经验）采用随机排序方式，隐藏扫描参数及相关患者信息，经PACS评价不同算法重建图像的图像质量［5］和运动伪影［6-7］：①图像质量，1分，肺纹理及支气管等解剖细节无法辨识，噪声和伪影极明显；2分，肺纹理及支气管等解剖细节辨识困难，噪声和伪影很明显；3分，肺纹理及支气管等解剖细节欠清晰，噪声和伪影较明显但可接受；4分，肺纹理及支气管等解剖细节显示较清晰，噪声和伪影稍增加；5分，肺纹理及支气管等解剖细节显示清晰，无明显噪声和伪影。②运动伪影，1分，轴位图像显示严重呼吸、运动伪影，冠状位、矢状位图像显示错层，肺底图像不能用于诊断；2分，轴位图像有呼吸、运动伪影，但可用于诊断，冠状位、矢状位图像明显错层，影响诊断；3分，轴位图像呼吸、运动伪影不明显，冠状位、矢状位图像有少量错层，但可用于诊断；4分，轴位图像无呼吸、运动伪影，冠状位、矢状位图像无明显错层。

1.4 统计学方法 采用SPSS 20.0软件分析数据，计量资料以表示。2组不同算法重建图像的噪声行One-Way ANOVA及LAD-t检验。采用Kappa检验比较2位医师评分一致性（0.75为一致性好，0.4～0.74为一致性中等，＜0.4为一致性较差）。采用Wilcoxon符号等级检验比较不同重建图像主观评分差异性。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 扫描时间和辐射剂量 快速胸部CT扫描时间（1.17±0.09）s，DLP（94.79±26.48）mGy·cm，ED（1.33±0.37）mSv；常规胸部CT检查时间（3.91±0.54）s，DLP（105.79±30.47）mGy·cm，ED（1.48±0.43）mSv。宽体探测器快速扫描时间较常规扫描时间减少70.08%（P＜0.05），2组辐射剂量差异无统计学意义（P＞0.05）。

2.2 客观图像噪声（表1）2种扫描模式下，post-ASIR-V图像背部肌肉、皮下脂肪噪声均低于FBP图像，差异均有统计学意义（均P＜0.05）。2种扫描模式下相同重建算法各部位肌肉、脂肪间噪声差异均无统计学意义（均P＞0.05）（图1，2）。

图1 男，38岁，重度颅脑损伤后行胸部CT检查 图1a 常规扫描滤波反投影法（FBP）重建图像示皮下脂肪和背部肌肉噪声分别为37.1、45.0 HU 图1b 常规扫描50%后置多模型的迭代重建（post-ASIR-V）图像示皮下脂肪和背部肌肉噪声分别为24.9、31.2 HU 图2 男，49岁，重度颅脑损伤后行胸部CT检查 图2a 快速扫描FBP重建图像示皮下脂肪和背部肌肉噪声分别为35.6、42.8 HU 图2b 快速扫描50%post-ASIR-V图像示皮下脂肪和背部肌肉噪声分别为23.6、31.3 HU

表1 常规扫描和快速扫描FBP、50% post-ASIR-V 图像各部位噪声的比较（HU，）

表1 常规扫描和快速扫描FBP、50% post-ASIR-V 图像各部位噪声的比较（HU，）

注：FBP，滤波反投影法；post-ASIR-V，后置多模型的迭代重建算法。

2.3 膈肌运动伪影 常规扫描模式18例膈肌运动伪影明显（4.70±5.29）mm，而宽体探测器快速扫描方式均无明显膈肌运动伪影。

2.4 主观噪声、运动伪影 2位医师对CT图像质量、运动伪影主观评分一致性好（K≥0.75）。2种扫描模式的FBP图像质量评分均明显低于50%post-ASIR-V图像，差异均有统计学意义（均P＜0.05）（表2）。常规扫描50%post-ASIR-V图像运动伪影评分明显低于宽体探测器快速扫描，差异有统计学意义（P＜0.05）（表3，图3、4）。

图3 男，52岁，高血压性脑出血后行胸部CT检查 图3a，3b 常规扫描FBP重建图像，图像噪声可接受，不影响肺纹理及支气管等主要解剖结构显示（3分），冠状位图像可见明显错层，影响肺底病变诊断（2分）图3c，3d 常规扫描50% post-ASIR-V图像示图像噪声小，肺内、纵隔、上腹部主要解剖结构显示清晰（5分），冠状位图像可见明显错层，影响肺底病变诊断（2分）图4 女，85岁，高血压性脑出血后行胸部CT检查 图4a，4b 快速扫描FBP重建图像，图像噪声不影响主要解剖结构（3分）显示，冠状位图像无错层（4分）图4c，4d快速扫描50% post-ASIR-V图像，图像噪声小，肺内、纵隔、上腹部主要解剖结构显示清晰（5分），冠状位图像无错层（4分）

表2 常规扫描和快速扫描FBP、50% post-ASIR-V 图像主观评分比较 分

表3 常规扫描和快速扫描FBP、50% post-ASIR-V 图像运动伪影评分比较 分

3 讨论

膈肌收缩及心脏跳动速率是影响胸部CT运动伪影的主要原因，对层内和层间CT图像质量均有影响［8］。受检者配合度、沟通困难等导致的呼吸运动伪影可通过扫描前呼吸训练来减少或规避，但由于受检者病情（如昏迷、急症、听力障碍、肺心病等）导致的呼吸、心跳运动降低胸部图像质量在临床上常难以避免，尤其是在肺基底部［7］。LDCT可通过降低管电压、降低管电流、加快扫描速度等方法实现。加快扫描时间既可明显克服肺部呼吸运动伪影，又能显著降低辐射剂量［9］。但低剂量扫描可导致CT成像时采集数据不足、噪声增多，FBP图像可能无法满足诊断需要［2］。迭代重建可在相同辐射剂量条件下提高图像质量，在相同图像质量条件下减少辐射剂量［10-11］，其缺点是计算时间较长。近年来，GE公司先后推出ASIR、基于模型的迭代重建（model-based iterative reconstruction，MBIR），以及介于ASIR和MBIR之间的ASIR-V。ASIR比FBP图像噪声低，SNR高，主观评分也略高，但常产生像素化的阶梯状伪影［12］。MBIR是一种完全迭代的方法，能提供比FBP和ASIR更好的图像质量，但处理时间较长，因此尚未在临床实践中广泛使用。ASIR-V可在与ASIR相近的重建速度下获得与MBIR相似的图像质量［13］，因此有利于提高低剂量条件下胸部CT图像质量［14-15］。临床应用时需注意区分pre-ASIR-V和post-ASIR-V的区别。pre-ASIR-V本质上不属于迭代重建算法，而是一种调节辐射剂量的扫描方式，随着权重（0%～100%）的增加，扫描辐射剂量逐渐减小。post-ASIR-V是本质意义上的迭代重建，即在扫描后对图像行多次迭代重建，不断降低图像噪声、改善图像质量。在使用pre-ASIR-V降低辐射剂量的条件下，维持相同的图像噪声需采用相同迭代权重的post-ASIR-V。当前尚无各部位、各辐射剂量条件下推荐的最优权重，由于更高权重的post-ASIR-V图像常产生较为明显的蜡状伪影而导致主观图像评价降低，故常用40%～80% post-ASIR-V图像，本研究前后置ASIR-V均选用50%权重。

本研究中常规扫描模式由于探测器较窄、转速较慢而导致扫描速度慢，同时由于昏迷患者不能自主控制呼吸导致呼吸速率的随机性，因此运动伪影和膈肌上下移动伪影较大，宽体探测器快速扫描时间减少70.08%，有利于减少肺部呼吸运动伪影，这与双源CT相关文献结论［16］相同。本研究发现在扫描时间减少至1.17 s时，冠状位基本不能观察到肺底膈肌运动伪影，提示亚秒级胸部CT扫描时可能无需自主控制呼吸，这对屏气不佳患者有较高的临床实用价值。本研究2种扫描模式下低辐射剂量是通过50%pre-ASIR-V来实现的（多模型迭代重建算法对腹部体模CT扫描图像质量和辐射剂量的影响）；常规扫描和宽体探测器快速扫描辐射剂量无差异的原因在于通过自动毫安设定噪声指数后mAs已固定，当扫描速度加快时管电流响应降低，因此快速扫描模式并未减少辐射剂量。

本研究存在的不足：①样本量相对较小，需进一步扩大样本量来验证结论。②仅讨论快速扫描方式结合ASIR-V在图像噪声和运动伪影中的优势，未对肺内病变的检出及测量进行评价。③提前设定宽体探测器快速扫描方案并非Revolution CT成像最快的扫描模式，且未根据患者体型、体质量等采取个性化快速扫描方案，需进一步探索适应临床的个性化扫描策略来提高图像质量、降低辐射剂量。④对图像质量主观评分及客观图像噪声比较尚无完善的相关规范和指南。

总之，80 mm宽体探测器快速扫描结合ASIR-V能明显减少图像噪声和运动伪影，更适合作为无法自主控制呼吸受检者的胸部CT扫描方式。