ASiR技術在評估頸椎外傷患者中的應用

趙凱宇 宣偉玲 陸洪江 王瑞

近年來，接受CT掃描的人次顯著增加，每年增 長約10%［1］。研究表明：接受CT檢查的人次僅占所有放射科檢查數量的15%，但卻占了大約總放射暴露總量的75%［2］?？紤]對患者的風險和收益，使用各種低劑量掃描策略在不影響圖像診斷質量的前提下減少輻射劑量。迭代重建（IR）是主要通過減少圖像噪聲和偽影來改善圖像質量。比如GE的自適應統計迭代重建（ASiR；GE Healthcare）技術可以有選擇地識別和去除CT低劑量掃描圖像中的噪聲［3］。該技術主要通過應用數學模型改變X射線衰減中的光子統計來校正圖像數據［4］，使圖像噪聲迭代地減少。本研究分別采用濾波反投影（FBP）算法和ASiR算法對頸椎CT圖像進行后重建，比較兩組圖像的主觀圖像質量、圖像噪聲和輻射劑量。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性分析2016年7月至12月期間在同一臺CT機（Discovery CT750 HD；GE Healthcare）上接受頸椎CT掃描的86例急性外傷患者掃描數據。所有病例為疑似頸椎外傷的成年患者，掃描圖像無明顯的運動偽影和金屬偽影等。將86例患者分為FBP組（46例）和ASiR組（40例）。FBP組中男28例，女18例；年齡19～87歲。ASiR組中男26例，女14例；年齡25～88歲。（1）FBP組中使用FBP算法進行圖像后處理；（2）ASiR組中使用30%的ASiR算法進行圖像后處理。根據GE工程師的建議以及在頭顱CT掃描中使用ASiR的初步經驗，在本次低劑量頸椎CT研究中選擇了30%的ASiR。

1.2 掃描參數 FBP組采用以下掃描方案：探測器參數為64×0.625；使用自動管電流技術（范圍100～650mA）；預設噪聲指數（NI）為18。ASiR組將管電流范圍降低至81～451mA；預設噪聲指數（NI）提高至22.7（比FBP組增加27%），其余掃描參數相同。NI設置的差異主要根據工程師建議以及作者以往對ASiR技術的經驗。兩組采用相同的層厚（3mm）和管電壓（120kV），掃描范圍從外耳道水平至胸骨上緣。

1.3 輻射劑量參數 容積CT劑量指數（CTDIvol）和劑量長度乘積（DLP）得自每例FBP和ASiR的劑量報告。CTDIvol代表掃描范圍內的平均劑量，而DLP為對應檢查的總輻射劑量。DLP是CTDIvol和掃描長度的乘積。通過將DLP乘以換算系數0.0054mSv·mGy-1·cm-1計算出有效劑量（mSv）。

1.4 定量分析 將一個感興趣區（40mm2）置于C3或C4水平具有最小的條紋偽影的脊髓中，兩組圖像的感興趣區的位置和大小須一致。選擇脊髓是因為其位于骨性椎管內，并且最易受容積效應的影響，這也是一個非常重要的脊柱外傷領域［5］。感興趣區的平均CT值（CTn）即為圖像信號，感興趣區域內平均CTn的標準差（SD）即為圖像噪聲，由同一位放射科醫師對兩組圖像進行測量，記錄每次檢查CTn和SD值。最后將CTn除以SD得到信噪比（SNR）。

1.5 定性分析 每次研究中，軟組織和骨重建中重建的正中矢狀面圖像（層厚，3mm）均隱藏掃描參數、重建參數和可識別的個人信息。由于本研究并非針對病理或骨折的檢測，因此為了簡化定性評估，僅使用正中矢狀位圖像。這些圖像由對本研究不知情的放射科醫師隨機在PACS系統上進行評估，可以在評估期間根據個人習慣調整窗寬窗位。主觀圖像噪聲按4分制進行評分：1分：噪聲很少（低于平均噪聲）；2分：噪聲較少（平均噪聲）；3分：噪聲較多（高于平均噪音），但允許評估；4分：噪聲太多（嚴重降低圖像質量，影響診斷質量）。圖像清晰度按5分制評分：1分：結構清晰，邊緣清晰（高于平均清晰度）；2分：結構清晰，但輪廓不夠銳利（平均清晰度）；3分：結構可見，輪廓尚清晰，可用于診斷（低于平均清晰度）；4分：結構可見，但不足以用于診斷，輪廓模糊；5分：結構顯示不清。診斷可接受性按4分制評分：1分：完全能診斷；2分：大體能診斷；3分：有限的條件下能診斷；4分：不能用于診斷。

1.6 統計學分析 采用SAS 9.3統計軟件。通過使用獨立樣本t檢驗來比較定量圖像噪聲和輻射劑量，通過使用Mann-Whitney U檢驗比較FBP和ASiR的主觀的圖像噪聲、清晰度和診斷可接受性。P＜0.05為差異有統計學意義。使用觀察者間的一致性百分比和費舍爾的精確測試來評估觀察者間協議。根據圖像噪聲和診斷可接受性的主觀評估分值（1～2和3～4）和圖像清晰度主觀評估分值（1～2和3～5）計算觀察者間的一致性百分比。

2 結果

2.1 輻射劑量 ASiR組的平均CTDIvol和DLP比FBP組分別降低了35.2%和35.5%（P＜0.001），有效劑量減少了35.4%。見表1。

表1 劑量參數

2.2 信號和噪聲測量 在圖像噪聲（P=0.38）、圖像信號（P=0.81）和SNR（P=0.57）方面無顯著差異，表明組間圖像的非劣效性［6］。ASiR組的圖像噪聲值稍低，圖像信號和SNR稍優于FBP組（見表2）。

表2 定量分析

2.3 主觀圖像質量 ASiR組圖像質量的主觀評分稍優于FBP組，但兩組間差異無統計學意義（P＞0.05）。根據圖像噪聲和診斷可接受性的主觀評估分值（1～2和3～4）以及圖像清晰度主觀評估分值（1～2和3～5）計算出觀察者間的一致性百分比。FBP組和ASiR組觀察者之間存在高度一致性，但ASiR組有更好的一致性傾向（表3）（83%和97%之間的一致性百分比）。然而，在主觀評估期間，FBP組和ASiR組之間的百分比一致性差異無統計學意義（P＞0.05），表明圖像的非劣效性。在兩組之間未發現顯著的偽影差異，也未產生任何診斷上不可接受的圖像。

表3 觀察者間協議（%）

3 討論

眾所周知，精確快速的外傷性脊柱影像學評估對于評估脊柱穩定性和神經元的完整性至關重要。有充分的證據表明，CT在許多方面優于普通X線攝影，但是一次頸椎CT掃描的輻射劑量至少是一次頸椎正側位攝影的10倍［7］。因此在不影響圖像診斷質量的前提下，通過改變CT掃描方案來減少輻射劑量非常有意義。

FBP算法是CT圖像重建算法中快速且穩定的重建技術。大多數情況下，FBP算法在標準劑量掃描非肥胖體型患者中是一種適當的重建方法。然而，當輻射劑量降低以及掃描肥胖患者的情況下，FBP會產生較大圖像噪聲和偽影。迭代重建算法是第三代圖像重建技術，其在不影響圖像質量的前提下減少輻射劑量。迭代重建從在圖像數據域中重建，到更先進的在原始數據域重建，不同的廠家命名不同，圖像空間中的迭代重建是一種在圖像域單獨迭代的紅外技術；自適應迭代低劑量3D和iDose4是在原始數據域和圖像域進行的迭代算法，以及ASiR和基于模型的迭代重建，每種迭代算法的工作方式均不相同。ASiR是采集后的圖像處理算法之一，與FBP不同，其執行數學和統計建模的混合迭代過程，以識別和選擇性地減少圖像的噪聲。通過降低圖像噪聲，可以降低管電流，從而減少輻射劑量。放射科技師可以選擇從0%（100%FBP）至100%（0%FBP）的ASiR程度來重建CT圖像。使用0%的ASiR設置將生成傳統的FBP圖像，100%的ASiR設置將生成無噪聲的CT圖像，但相應地具有“塑料性”紋理的圖像，診斷價值非常有限。在較高比例的ASiR中，物體的輪廓開始變得模糊，并使圖像更光滑，更加光亮。大多數協議將10%～40%ASiR和FBP混合。本資料中，作者根據以往的經驗和放射科醫生的意見，在低劑量頸椎CT掃描中采用30%的ASiR。研究報道了在腹部、胸部、冠狀動脈CT血管造影、頭頸部以及脊柱中使用ASiR技術的優勢［8］。允許使用更高級的噪聲指數，這有助于降低管電流和輻射劑量。本資料中，在頸椎CT掃描中實施ASiR后，噪聲指數可以增加27%，但不影響圖像質量。與FBP技術比較，使用ASiR技術顯著減少輻射劑量（約30%），圖像噪聲和主觀圖像質量比較差異無統計學意義。

本研究有以下局限性：（1）這是一項回顧性研究，可能會受到選擇偏倚的影響；（2）未包括和評估由金屬或手術植入物引起的放射硬化偽影和條紋偽影的患者；（3）僅使用同一制造商的一種CT機對患者進行了評估，未比較輻射劑量在同一廠家或不同廠家的不同技術之間的劑量減量和圖像質量，難以評估這種ASiR方法與其他類似的可用技術比較情況；（4）未評估體重指數對輻射劑量的影響；（5）未通過選擇不同的區域，如脊柱旁肌肉，脊髓和周圍空氣，以放置感興趣的區域來量化客觀圖像評估；（6）未評估ASiR在檢測骨折和其他病變方面的效果。