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[摘要]目的探讨最佳权重自适应统计迭代重建（Adaptive Statistical Iterative Reconstruction，ASIR）技术结合低剂量扫描在头颈联合CT血管造影（Computed Tomographic Angiography，CTA）成像的临床应用研究。方法选取我院头颈CTA联合检查的患者100例，随机分为5组，每组20例。年龄、体质指数差异不明显。应用宝石能谱CT设置管电压100 kVp，使用浓度270 mgI/mL对比剂，其余扫描参数一致。5组患者分别使用20%、40%、60%、80%和100%的ASIR对上述得到图像进行重建并进行信噪比（SNR）、对比度噪声比（CNR）及图像质量主观评分，优选出最佳图像质量的ASIR重建权重比为60%。随后依此结论为基础，在我院进行头颈CTA联合检查的患者中选取60例，随机分为双低组和双高组各30例。双低组采用管电压100 kVp管电压，对比剂270 mgI/mL，使用最优权重比60%ASIR技术重建图像；双高组采用120 kVp管电压，对比剂350 mgI/mL，采用滤波反射投影技术（Filtered Back Projection，FBP）重建图像进行头颈CTA检查，其他扫描参数一致。对所得的数据资料进行相应的统计学分析。结果双低组的CNR和SNR显著高于双高组（P＜0.05）；两组患者的图像质量评分、颈动脉CT值、图像噪声值比较差异不显著（P＞0.05）；双低组的辐射剂量值显著低于双高组（P＜0.05）；双低组人均碘摄入剂量显著低于双高组（P＜0.05）。结论宝石能谱CT采用ASIR技术结合低剂量低浓度对比剂扫描方法，相比较采用传统高管电压、高浓度对比剂、使用FBP重建方式进行头颈部CTA检查；对比剂的摄入量显著降低、辐射剂量显著降低、图像质量差异不显著。

[关键词]宝石能谱CT；权重比；双低剂量；头颈联合血管成像；图像质量；辐射剂量；脑血管疾病

引言

脑血管疾病是脑局部急性血液供应障碍引发相应的脑功能损伤的症状。WHO-MONICA研究报告[1]显示，我国脑卒中事件发病率和死亡率高于国际平均水平，尽早对脑血管疾病进行防治十分重要。目前头颈联合部CT血管造影（Computed Tomographic Angiography，CTA）技术已广泛用于临床对脑血管结构的检查，其具有无创和操作简便的特点[2]。本实验的内容就是在宝石CT下，首先探讨选取自适应统计迭代重建（Adaptive Statistical Iterative Reconstruction，ASIR）和滤波反射投影技术（Filtered Back Projection，FBP）技术的最优化融合权重比（以下简称ASIR权重比）在头颈联合部CTA获得最佳成像图像的实验。然后将得到的ASIR最佳成像权重比结合低剂量扫描获得的头颈联合部血管造影数据同使用传统的头颈联合部CTA扫描技术获得的数据进行对比。通过对分组患者进行一系列的比对，从而进一步将得出的结论带到日常的检查中，为患者降低检查风险。

1 资料与方法

（1）实验一。将100例病人按照年龄和体质量指数（Body Mass Index，BMI）平均分为A、B、C、D、E5组，每组20人。A组平均年龄（60.2±7.1）岁，体质量指数（24.1±3.1）kg/m2；B组平均年龄（58.1±6.1）岁，体质量指数（23.1±4.2）kg/m2；C组平均年龄（62.3±4.2）岁，体质量指数（25.1±4.2）kg/m2；D组平均年龄（61.2±4.1）岁，体质量指数（25.3±3.5）kg/m2；E组平均年龄（59.2±6.9）岁，体质量指数（23.9±3.3）kg/m2。5组患者资料比较差异不显著（P＞0.05）。均以宝石能谱CT进行头颈CTA检查。

（2）实验二。选取我院2014年1月～2014年6月于我院进行头颈CTA联合检查的患者60例，分为双低组：30例，其中男性18例、女性12例，年龄48～71岁，平均年龄（57.9±6.7）岁，BMI（23.5±2.2）kg/m2；双高组：30例，其中男性20例、女性10例，年龄44～70岁，平均年龄（56.2±8.1）岁，BMI（23.2±2.0）kg/m2。两组患者资料差异不显著（P＜0.05）。排除标准：肾功能障碍、对碘对比剂过敏反应者。

（1）实验一。患者检查前4 h禁食、充分饮水。在扫描参数里将管电压设置为100 kVp，分别于肘静脉以4.5 mL/s速度注射60～80 mL对比剂（威视派克）270 mgI/mL，采用宝石CT（Discovery 750 HD，GE Health care，USA）进行扫描，具体参数为管电流250 mA，噪声控制指数12，准直宽度40 mm，机架转速0.4 s/r，螺距0.984∶1，直接进行增强扫描，所不同的是5组图像重建算法所使用的ASIR权重比分别为20%、40%、60%、80%和100%[3]。

（2）实验二。60例患者检查前4 h禁食，检查前后充分饮水。患者头尾向扫描，避免颅内静脉大量回流及锁骨下静脉注射伪影[5]。

双低组注射方法：双速率对比剂注射法[6]，先以4.5 mL/s流率注射对比剂270 mgI/mL威视派克40 mL，随后将注射速度减为3.5 mL/s，注射相同浓度威视派克20 mL，再注射30 mL生理盐水。自动激发追踪对比剂，头颈动脉起始部设置为感兴趣区域，阈值为200 HU，延时5 s；扫描过程：在宝石CT下进行扫描，管电压设置为100 kVp，自动调制管电流100～600 mA，噪声指数11，准直宽度40 mm，机架转速0.5 s/r，螺距0.985：1；重建方法：采用实验一结论头颈联合部CTA最优化权重比60%ASIR进行图像重建。

双高组注射方法：于肘静脉4.5 mL/s速度注射60～80 mL对比剂（欧乃派克350 mgI/mL）；扫描过程：在宝石CT下双高组管电压设置为120 kVp，其他扫描参数同双低组完全相同；重建方法：采用FBP技术对图像进行重建。

（1）实验一。将所有试验的图像传至AW4.5工作站，分别以曲面重建（CRP）、容积再现（VR）、多平面重组（MPR）显示。记录最佳噪声对比和信噪比采用水平颈总动脉与颈部软组织作为记录，通过客观获得信噪比（SNR劲动脉=CT水平劲总动脉/SD同层颈部软组织)、对比噪声比（CNR劲动脉=CT水平劲总动脉-CT同层颈部软组织/SD同层颈部软组织）结合主观评价法对图像质量作出评分。主观评价法由我院两位5年以上放射经验的主治医师采用4分制进行评估[4]，标准：CT值350～500 HU、图像清晰无阴影、血管分支4级以上，全程血管强化均匀。具体如下：4分。完全符合诊断要求，图像细腻，血管密度高、边缘平滑，血管显示4级以上分支；3分。基本符合诊断要求，图像清晰，血管密度较高、边缘平滑，血管显示3级以上分支；2分。可以诊断但是较困难，血管密度较淡、边缘较平滑，主干可显示，血管显示3级分支；1分。不能达到诊断要求，血管密度淡、边缘毛糙，血管显示3级以下分支。

（2）实验二。使用GE AW4.5工作站，将采集的头颈联合CTA数据上传，分别以曲面重建（CRP）、容积再现（VR）、多平面重组（MPR）显示，记录最佳CNR采用C4水平颈总动脉与颈部软组织作为记录。图像质量评估标准与实验1相同；各分值具体要求也与实验1相同。

所有100例收集数据录入Excel 2003，采用 SPSS 10.0统计学软件对上述数据进行双因素方差分析，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

（1）实验一。实验中不同ASIR权重重建下各图像参数值，见表1。通过表1可以得到结论即使在相同扫描条件下但是通过不同的ASIR权重比重建获得的图像：SNR、CNR具有统计学意义（P＜0.05）。并结合主观评分值可以得到以下结果：在管电压100 kV的扫描条件下配合对比剂浓度为270 mgI/mL进行头颈CTA检查。最优化ASIR权重比为60%。

表1 不同ASIR权重重建下各图像参数值

（2）实验二。得到结果：两组病人在年龄，BMI，性别分布无明显差异的前提下。双低组的CNR显著高于双高组（P＜0.05）；两组患者的颈动脉CT值、图像噪声值比较差异不显著（P＞0.05）。图像质量参数比较，见表2。

表2 图像质量参数比较表 (mean±SD)

两组患者的图像质量评分分别为双低组为（3.61± 0.51）、双高组为（3.62±0.49），无统计学差异。我们再从两组中随机选取一个患者，对两人在相同部位用不同检查方法得到的图像进行对比，见图1。这样对比主要是展示这两组图像的质量，更直观看出双低组和双高组图像质量和噪声值差异不显著，头颈部动脉段清晰锐利，与周围组织具有良好的对比性、无伪影、血管边缘平滑、图像细腻。综上所述，两组患者的图像质量无显著差异。

图1 双低组与双高组剂量图像对比

注：A.李某，女，39岁，双低组剂量的图像；B.张某，男，48岁，双高组剂量图像。a.颈动脉CTA冠状重建图；b.劲动脉CTA矢状重建图；c.颈动脉CTA三维重建去骨图；d.颅脑CTA三维重建图。

3 讨论

头颈联合CTA现在临床上使用十分普遍，CT辐射以及对比剂给人体带来的伤害也是早已为大家熟知的。随着新技术的发展，低辐射剂量扫描已成为可能[7]。本次实验一和实验二采用的宝石能谱CT（GE Discovery 750HD）配置了自适应统计迭代ASIR平台[8]，目前该算法在国内外有着广泛应用。它通过建立噪声性质和被扫物体的模型，引入统计信息，在噪声强度一致的情况下尽可能降低扫描强度[9]。在ASIR出现之前临床上主流的算法是滤波反投影FBP技术[10]。但其对原始数据处理设计过于简单：FBP接受从任意角度投影的X光子数据来进行图像噪声计算[11]，并认为其有效，忽略了扫描中的量子噪声及电子噪声对图像的影响，噪声值增加，影响了图像质量。而ASIR建立在FBP的基础上，使用FBP重建得到的信息作为初始重建模块，通过噪声抑制模型，利用系统光学原理将合成后的投影数据和实际测量的投影数据进行检验和修正来获得一个新图像，并不断往复迭代。当重建图像和原始投影数据一致时，迭代中止。经过多次迭代和校正更新就会重建出较高质量、低噪声的图像。ASIR反复迭代的计算量是FBP 的100倍以上。而ASIR在使用时是可以进行权重比选择的：将ASIR和FBP加权融合在一起进行图像重建。当ASIR权重选择0%时，就是FBP重建。选取不同的ASIR权重比，对图像噪声的抑制水平也各不相同。有研究表明[12]，针对上腹部进行不同参数增强扫描，在图像质量不受影响的情况下，辐射剂量相比ASIR要低40%～60%，而且噪声更小。所以说，ASIR的应用弥补了FBP的缺陷，在保持图像质量的前提下，使降低辐射剂量变成了可能[13]。

从实验一中可以看出，并非权重比越高，图像质量就越好。因为ASIR权重过高会过分改变图像噪声结构，出现“塑料样伪影”[14]，影响临床诊断。因此，针对人体不同部位，需要通过临床实验而得到最适宜的ASIR权重值[15]。国外已有研究表明[16]，权重比选取50%～60%ASIR所取得图像质量最佳。这也符合我们本次实验一的结果。

实验二中双低组采用实验一得出的最优ASIR权重比60%来重建图像，而随着权重比的升高，噪声水平随着下降，SNR和CNR随着上升，图像质量有所提升，因此即使扫描剂量从120 kV降到了100 kV。但是随着ASIR权重的上升，图像质量并没有下降。而实验二中双低组使用的管电压为100 kVp远低于双高组患者的管电压120 kVp，则大大降低了辐射剂量。

4 结论

综上所述，在宝石CT下进行头颈联合CTA中使用管电压100 kV结合浓度为270 mgI/mL对比剂进行双低剂量扫描并结合该扫描条件下的最佳ASIR权重比60%进行重建后得到的图像与传统CT双高剂量扫描方式得到的图像质量无明显差异，因此该方法具有临床意义。

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Application of the Best Weight Adaptive Statistical Iterative Reconstruction Algorithm and Low Radiation Dose in Head and Neck CT Angiography

Department of Equipment, HuZhou 3thMunicipal Hospital, Huzhou Zhejiang 313000, China

Abstract：ObjectiveTo investigate and find out the best weight Adaptive Statistical Iterative Reconstruction (ASIR) algorithm and low radiation dose in head and neck CT angiography. Methods 100 patients were selected to have head and neck CT angiography combining examination, and randomly divided them into 5 groups with 20 cases in each group. These patients’ ages and body mass index are almost the same. These 100 patients were scanned by gem energy spectrum CT, with tube voltage of 100 kVp, contrast medium 270 mgI/mL. We keep the other scanning parameters consistent. The images were reconstructed to form signal noise ratio, carrier noise ratio evaluation by adaptive iterative reconstruction technique. But the weight in this technique is different. Percentages are 20%, 40%, 60%, 80% and 100% perspectively. By evaluating the best image quality, doctors choose the best weight ratio of ASIR is 60%. And based on this conclusion, 60 patients in this study were selected in our hospital to conduct CT angiography combining examination, and they were randomly assigned to double low group and double high group with 30 patients in each group. With the other scanning parameters consistent, the double low team uses a tube voltage of 100 kVp, contrast medium 270 mgI/mL, and 60% ASIR technique to reconstruct the image; double high group uses tube voltage of 120 kVp, contrast medium 350 mgI/mL, and filtered back projection to reconstruct image. Finally, the resulting data was statistically analyzed.ResultsContrasting noise ratio and signal noise ratio of double low group are significantly higher than those in double high group (P＜0.05); the image quality score, carotid artery CT number, image noise number are not significantly different in two group (P＞0.05). The radiation dose of double low group is significantly lower than that of the double high group (P＜0.05). The average iodine intake dose in double low group is significantly lower than that of the double high group (P＜0.05).ConclusionThegem energy spectrum CT adopts the technology of ASIR combining with a scanning method of low dose low concentration contrast medium. Compared with the traditional head and neck CT angiography examination with high tube voltage, high concentration of contrast medium and filtered back projection reconstruction method, the contrast medium intake and radiation dose of this method is significantly reduced and there has no significant difference in image quality.

Key words：gem energy spectrum CT; weight ratio; double low dose; head and neck CT angiography; image quality; radiation dose; cerebral vascular disease

最佳ASIR权重结合低剂量扫描方法在头颈联合CTA中的应用

引言

1 资料与方法

2 结果

3 讨论

4 结论