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1.南京大学医学院附属鼓楼医院医学影像科，江苏南京 210008；2.南京中医药大学附属八一医院影像科，江苏南京 210000；3.南京鼓楼医院仙林医院医学影像科，江苏南京 210000

[摘要]目的探讨使用双低剂量（低辐射剂量和低对比剂总量）并运用自适应迭代重建（Adaptive Statistical Iterative Reconstruction, ASIR）算法重建图像，进行泌尿系CTU检查的可行性。方法60例有泌尿系疾病拟行CTU扫描的患者随机分为A、B两组，各30例。A组为常规剂量组，管电压120 kV，滤波反投影（Filtered Back Projection, FBP）重建。B组为低剂量组，管电压为80 kV，噪声指数为15，ASIR重建图像。测量并计算A、B两组图像噪声、对比噪声比（CNR）、容积加权CT剂量指数（CTDIvol）、有效剂量（ED），并由3位放射诊断医师对图像进行评分。结果A、B两组图像质量主观评分为（4.56±0.45）和（3.78±0.56），CNR为（27.82±15.55）和（22.13±13.46），差异均无统计学意义（P＞0.05）。B组的CTDI比A组降低了55.26%，ED比A组降低了56.82%，对比剂总量比A组减少23.48%，差异均有统计学意义（P＜0.05）。结论CTU检查使用双低剂量并运用ASIR方法重建图像，能够在保证图像质量的前提下有效地降低辐射剂量，减少对比剂的不良反应。

[关键词]泌尿系CTU；体层摄影术；X线计算机；低辐射剂量；自适应迭代重建

引言

随着螺旋CT的发展，CT尿路成像（CT urography，CTU）检查对泌尿系结石、畸形、泌尿系肿瘤等疾病的诊断具有较高的敏感性和特异性[1]。辐射对人体的伤害日益引起人们的关注，有数据显示，CT的照射剂量占医学照射剂量的34%[2]。如何在满足诊断要求的前提下，降低CT辐射剂量，成为当前影像界探讨的热点问题[3-4]。CTU扫描使用较大剂量的碘对比剂来充盈集合系统势必加重了泌尿系统的损伤，因此降低对比剂的使用量也显得十分重要。本研究旨在采用低管电压（80 kV），低对比剂注射量，并利用50%权重的自适应迭代重建（Adaptive Statistical Iterative Reconstruction，ASIR）技术，探讨双低剂量在CTU排泄期应用的可行性。

1 材料与方法

1.1 一般资料

前瞻性连续收集2016年1月～5月份我院行泌尿系CTU检查的患者60例。随机分为A、B两组。A组男19例，女11例，年龄23～72岁，平均年龄（40.2±6.7）岁，身高（1.60±0.12）m，体重（57.5±8.8）kg，体质量指数（Body Mass Index，BMI）为（20.3±2.2）kg/m2，采用常规扫描。B组男21例，女9例，年龄32～72岁，平均年龄（45.2±6.7）岁，身高（1.55±0.15）m，体重（60.5±8.5）kg，BMI（20.5±3.5）kg/m2。患者均签署了知情同意书。体重大于85 kg或BMI≥27.0 kg/m2的患者，有严重肝肾功能不全或对比剂使用禁忌症的患者不纳入本研究。

1.2 检查方法

使用美国GE公司的宝石CT（Discovery CT 750 HD）机和美国Medrad公司Stellant CT用双筒高压注射器，对比剂为碘海醇（350 mgI/mL）。CTU检查前口服清水1000 mL充盈膀胱，扫描时患者取仰卧位，足先进，双手举过头顶，扫描范围从肾上极至耻骨联合下缘，采用智能触发进行扫描，感兴趣区（Region of Interest，ROI）设置在肾上极层面的腹主动脉内，触发CT阈值为120 HU，触发扫描皮质期，随后过40 s扫描髓质期，30 min后扫描排泄期。

扫描参数：管电压为120 kV，自动管电流调制扫描，管电流调节范围50～400 mA，探测器64 mm×0.625 mm，旋转时间0.9 s/rot，螺距 0.984:1，重建方式为Standard，重建层厚及间隔均为1.25 mm，矩阵512×512。A组，噪声指数（Noise Index，NI）为10，重建算法为滤波反投影（Filtered Back Projection，FBP）重建，对比剂注射速率为3.0～4.0 mL/s，总量为体重×1.1 mL/kg。B扫描管电压为80 kV，噪声指数NI为15，重建算法为ASIR，权重为50%，对比剂用量为体重×0.8 mL/kg。

1.3 图像质量主观评价

将图像传至AW 4.4影像工作站。由3位从事放射诊断工作5年以上的医师单独对容积再现（Volume Rending，VR），最大密度投影（Curved Planer Reformation，MIP），曲面重组（Maximum Intensity Projection，CPR）等重建的图像进行评估，意见不一时，协商讨论并取得一致。评估内容包括肾盂、肾盏、输尿管、膀胱的解剖结构显示情况，用5分制对图像质量进行评分,具体评分标准[5]：1分，图像质量差，不能做出诊断；2分，图像质量较低，伪影较多，噪声较大，降低了诊断的可信度；3分，图像中有一些伪影，表面结构模糊，但尚可做出诊断；4分，图像质量好，仅有少许伪影，表面结构略微模糊，但是肾盂、肾盏，输尿管、膀胱的结构显示清晰并能够做出诊断；5分，图像质量非常好，无明显伪影，肾盂、肾盏、输尿管和膀胱充盈良好，表面光滑，能较细区分细微结构并能做出精确的影像学诊断。

1.4 图像质量客观评价

背景组织要求选择密度尽量均匀的组织，一般选择肌肉、脂肪、主动脉等。因膀胱周围肠道，前列腺，女性附近等密度不均匀，噪声SD值较大，故选择如组织密度的臀大肌。在耻骨联合上第4个层面，分别测量膀胱和臀大肌的CT值并计算膀胱内对比剂CT值的标准差SD，并以SD作为图像噪声，所有数据均测量3次取平均值，并计算图像的对比噪声比（Contrast to Noise Ratio，CNR）[6]。对比噪声比CNR=（膀胱CT值－臀大肌CT值）/图像噪声。

1.5 辐射剂量

扫描结束后CT设备会自动生成患者的辐射剂量参数，记录容积加权CT剂量指数（Volume Weighted CT Dose Index，CTDIvol），剂量长度乘积（Dose Length Product，DLP）。依据国际放射委员会（International Commission on Radiological Protection，ICRP）第 103号出版物，成人腹部DLP转换为有效剂量，转换因子（k值为0.015 mSv/(mGy·cm)）计算出有效剂量（Effective Dose，ED），ED=k×DLP[7]。

1.6 统计学分析

采用SPSS 18.0统计软件，对两组患者的身高、体重、BMI、图像噪声、CDTIvol、ED和CNR采用两个独立样本t检验，组间图像质量主观评价采用K-W秩和检验。对阅片者的一致性分析采用Kappa检验，Kappa值＜0.4为一致性差，0.4≤Kappa值＜0.75为一致性良好，Kappa值≥0.75为一致性非常好。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

两组图像质量比较，客观评价结果B组和A组图像相比，CNR、图像噪声SD，均无统计学意义（P＞0.05）。图像质量评分均≥3，A组为4.56±0.45、B组为3.78±0.56，两组CTU图像均能够满足诊断要求，无统计学差异（P＞0.05）。3名医师对图像质量评分的Kappa值一致性检验结果大于0.75，有相当高的一致性，图像质量见（图1～2）。

两组患者的CTDIvol、ED和对比剂用量的比较，B组CTDIvol比A组降低了55.26%，ED降低56.82%，对比剂注用量比A组降低了23.48%，P均＜0.05，均有统计学意义。具体数据，见表1。

图1 常规剂量组120 kV电压下FBP算法重建图像

注：对比剂量为1.1 mL/kg。a.排泄期泌尿系VR；b.CPR图像；c.MIP图像，可以清晰的显示双侧肾盂肾盏及输尿管和膀胱的情况，没有伪影，图像表面光滑，能精确的做出影像学诊断。

图2 双低剂量组80 kV ASIR算法重建图像

注：对比剂量为0.8 mL/kg。a.为排泄期泌尿系VR图像；b.CPR图像；c.MIP图像，结构略微模糊，但是仍然可以清晰的显示双侧肾盂肾盏及输尿管和膀胱的情况，能做出准确的影像学诊断。

3 讨论

CTU检查是诊断泌尿系统疾病的重要检查方法，临床应用广泛。由于其扫描期相多辐射剂量大，且对比剂的应用易引起的泌尿系统损伤，如何使用更低的辐射剂量和对比剂总量日益受到关注。有学者使用能谱CT探讨个体化对比剂用量和低辐射剂量单能量CTU成像，以期降低辐射剂量和对比剂用量，得到了很好的效果。

我们在研究中尝试使用低管电压同时结合自动管电流调制技术扫描并使用ASIR重建技术来降低辐射剂量。在诊断用管电压范围内，CT的辐射剂量与管电压的平方成正比，因此降低管电压可以显著降低患者的辐射剂量[8]。Oda等[9]在64排CT机上对BMI＜25.0 kg/m2患者采用80 kV和120 kV管电压行CT冠状动脉成像对比研究，认为80 kV扫描可使辐射剂量下降54%。一般认为，被检查的患者所接受的辐射剂量较常规剂量降低20%以上才能确认为低剂量[10]。本研究中B组采用80 kV扫描，其平均ED为（3.70±0.65）mSv比A组（8.57±0.48）mSv降低了56.82%，极大的降低了辐射损伤风险，达到了低剂量的目的，保护了卵巢、精囊等辐射敏感器官。

国内外大量文献也报道，将管电压由120 kVp降低到80 kVp，患者接受的辐射剂量可减少约三分之一，但是也会降低信噪比，这就需要我们用ASIR重建技术来提高图像质量，ASIR利用矩阵代数，建立噪声性质和被扫描物体的模型，通过一种数学模型选择性地识别并利用迭代重建对噪声加以抑制和较正，通过把滤波反投影数据和ASIR数据按照不同比例加权融合，达到降低图像噪声，提高图像信噪比的效果。与传统的FBP相比较，达到同样的诊断效果，迭代重建算法扫描剂量下降约50%[11]。ASIR值可以在10%～100%的范围内进行选择，它的高低代表重建算法中ASIR的权重大小，据相关文献指出，ASIR算法权重越高，图像噪声水平将会越低，但是评分并未随之提高，其权重设置在40%～60%之间图像质量最好[12]，对不同部位重建应选择不同的应用权重，以防止不合适的权重对病变的掩盖，本研究B组采用80 kV，权重设为50%的ASIR算法重建图像[13]，CTU排泄期肾盂、肾盏、输尿管和膀胱内对比剂显示清楚，评分≥3，均能满足诊断要求。同时排泄期B组的SD，CNR与常规组比较，P＞0.05，无统计学意义。

对比剂的使用会给病人带来潜在的肾脏损伤，如对比剂肾病，严重时可能导致肾衰竭。对比剂肾病是目前医院内发生急性肾功能衰竭的主要原因之一，并与严重肾功能衰竭和死亡有关[14-15]。特别是对于CTU检查的患者来说，其肾脏功能可能已经受损，降低对比剂的用量显的十分必要。有研究表明，一次使用对比剂总量小于70 mL，可显著降低对比剂肾病的发生率[16]。本研究A、B两组对比剂的用量为（63.25.03±9.68）mL、（48.40.03±6.80）mL，差异有统计学意义（P＜0.05）。虽然B组对比剂用量比A组减少了23.48%，但是联合使用低辐射技术增加了碘对比剂对X线的衰减，从而减少了低剂量对比剂导致的组织CT值减小。图像噪声随之增加，但A、B两组膀胱背景噪声的SD值为42.32±23.72、47.51±18.96，CNR为27.82±15.55、22.13±13.46，差异均无统计学意义（P＞0.05）。主要因为排泄期充盈的泌尿系统与周围组织之间存在较高的对比，噪声的增加对其影响不大，另一个原因是使用了50%权重的ASIR技术，降低了图像的噪声，使得B组的图像分辨力提升，两组图像质量均能满足临床要求。

表1 两组病人主客观评分及剂量对比

注：CNR：对比噪声比；M：中位数；CTDIvol：容积加权CT剂量指数；ED：有效剂量。

本研究表明采用合理的低剂量方案，不但能充分减低受检者检查过程所受的电离辐射危害和对比剂带来的潜在损伤，而且能保证临床对泌尿系统疾病诊断的要求。

本研究的局限性：第一，对于体重＞85 kg或BMI≥27.0 kg/m2的患者，80 kV管电压的射线穿透力不足，因此未能纳入本研究；第二，泌尿系统疾病错综复杂，性质、形态不一，未对不同种类的病变做详细的描述，仅对排泄期图像进行评估；第三，已有文献报道降低对比剂用量可以降低CIN的发生率。本研究重点研究低辐射剂量和低对比剂用量对图像质量的影响，并未对对比剂使用对CIN发生率的影响进行具体分析。

总之，使用80 kV管电压结合低对比剂用量进行泌尿系统的CTU检查，并使用ASIR算法进行图像重建，可以在保证图像质量的基础上，显著降低患者辐射剂量，且可以降低对比剂的用量，减少对比剂不良反应的发生。

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Application of Adaptive Statistical Iterative Reconstruction in the Excretion Phase of CT Urography with Double Low Dose Scan

XU Yayun1, YANG Shangwen1, YANG Jun2, FANG Haiyan3, GAO Min3
1.Department of Medical Imaging, Nanjing Drum Tower Hospital, The Affiliated Hospital of Nanjing liniversity Medical School,Nanjing Jiangsu 21008, China;2.Department of Imaging, Bayi Hospital Affiliated to Nanjing University of Chinese Medicine, Nanjing Jiangsu 210000, China;3.Department of Medical Imaging, Nanjing Xianlin Gulou Hospital, Nanjing Jiangsu 210000, China

Abstract:ObjectiveTo evaluate the feasibility of CT urography (CTU) scanned with double low-dose (low-dose contrast agent and low-dose radiation), which combined with adaptive statistical iterative reconstruction (ASIR).MethodsA total of 60 patients underwent CTU were randomly divided into group A and B, with 30 cases in each group. Patients in group A

receiveda conventional scan with 120 kV and filtered back projection (FBP) reconstruction. Patients in group B received a low-dose scan with 80 kV, with noise index of 15, and image reconstruction by ASIR. The image noise, contrast noise ratio (CNR), volume weighted CT dose index (CTDIvol) and effective dose (ED) were measured and calculated. Image quality was evaluated by 3 radiologists.ResultsThe image quality score of group A and B were 4.56±0.45 and 3.78±0.56, respectively; CNR were 27.82±15.55 and 22.13±13.46, respectively. There were no significant difference between group A and B (P＞0.05). CTDI of group B was much lower than that in group A, ED of group B was much lower than that of group A. The contrast medium volume of group B was lower than group A. There were significant difference between group A and B (P＜0.05).ConclusionIn CTU examination, scanning with double low-dose and combining ASIR can reduce the radiation dose and incidence of contrast medium adverse reaction with maintained image quality.

Key words:CT urography; tomography; X-ray computed; low radiation dosage; adaptive statistical iterative reconstruction

自适应迭代重建在双低剂量CTU排泄期中的应用

引言