1994年首次提出CT结肠成像(CT colonography，CTC)^[1]，因其优良的诊断效能迅速引起放射学及消化学界的广泛关注^[2]，近年来已取得巨大进展。CTC有望成为结直肠疾病筛查的新方法，但其辐射剂量问题也越来越受重视。在保证图像质量的前提下如何降低辐射剂量成为放射工作者的使命。既往降低辐射剂量的方法包括降低管电压峰值、增大螺距等^[3-4]，但均会增加图像噪声，降低图像质量，继而影响病变检出。近些年众多研究证实，统计迭代重建技术(iterative reconstruction, IR)可在低剂量扫描下显著提高图像质量^[5]。Revoution CT(美国GE公司)是最新开发的新型CT，其独特的基于多模型的迭代重建算法(adaptive statistical iterative reconstruction-veo, ASIR-V)平台——ASIR-V算法，能够在降低辐射剂量的同时提高图像质量。本研究建立了离体结肠息肉模型，以评价不同水平ASIR-V算法对提高CTC图像质量的能力。

1.模型建立：取新鲜离体猪结肠100 cm，清洗后肠壁外翻，用无齿镊于黏膜面夹提小块黏膜组织，用医用丝线结扎其根部形成直径(d)不等模拟息肉，共计30枚(1 mm≤d＜5 mm、5 mm≤d＜10 mm、10 mm≤d≤15 mm息肉各10枚)，以一定间隔连续排列。翻转恢复原肠壁结构，结扎肠管一端注入空气。为模仿相似的腹部内环境，将88 ml碘对比剂(浓度300 mg I/ml)溶于水中，即配置成0.1%的碘水溶液，CT值约25 HU，再将充气膨胀后的结肠模型模拟正常肠管形态固定于塑料容器内，容器大小30 cm×19 cm×49 cm，肠管呈自然卷曲状态。

2.仪器与方法：使用Revolution CT机(美国GE Healthcare公司)扫描结肠息肉模型。定位扫描后，固定扫描范围，管电压120 kVp，螺距0.992，转速0.5 s/转，视野(FOV)40 cm，层厚及层间距5 mm，分别应用不同的管电流(10、30、50、70、90、100、120、140、160、180、200、220、240、260 mA)重复扫描。扫描结束后，分别应用6种不同水平ASIR-V(0、10%、30%、50%、70%、90%)算法对原始数据进行标准算法重建，重建层厚均为0.625 mm重建。0 ASIR-V重建即为滤波反投影(filtered back projection，FBP)，共计84组不同扫描条件(14种扫描管电流×6种重建算法)的CT结肠图像。

3.图像分析、测量及处理：重建后的数据传至AW 4.6工作站(美国GE Healthcare公司)进行图像后处理，包括CT仿真内镜(CTVE)、多平面重建(MPR)、容积再现(VR)、虚拟分割(VD)。由两名放射诊断医师(CTC诊断经验分别为10年、3年)盲法对84组CTC图像进行分析，包括：① 2位观察者分别对每组图像质量进行主观评分，图像质量评分标准参考表 1，总平均分在3分以上，认为图像质量满足临床诊断要求。②2位观察者分别测量容器上方空气的CT值及SD值：固定选取容器上方中间位置放置感兴趣区(region of interest, ROI)，ROI距离下方液平面5 cm，ROI面积约1 cm²，保证每组图像ROI大小位置相同，以被测空气密度的标准差(SD)作为图像的噪声值。③固定选取某一密度均匀的息肉，观察者分别测量息肉的CT值：将大小为1 cm²的ROI放置在息肉中心，每组图像ROI大小位置相同；计算图像的信噪比(signal to noise ratio，SNR)及对比噪声比(contrast to noise ratio，CNR)；SNR=CT值_息肉/SD值_空气，CNR=(CT值_息肉-CT值_空气)/SD值_空气。

表 1(Table 1)

表 1 图像质量评分标准 Table 1 Standard of image quality evaluation 分数 图像噪声 CT仿真内镜图像 多平面重建图像 容积再现图像 4 低、清晰 黏膜皱襞清晰，肠壁光滑 息肉边缘锐利 息肉与黏膜皱襞分界清晰 3 稍高 黏膜皱襞欠清晰，肠壁欠光滑，有轻度伪影 息肉边缘欠锐利 息肉与黏膜皱襞分界略欠清 2 较高 黏膜皱襞欠清晰，肠壁略粗糙，有较多伪影 息肉边缘稍模糊 息肉与黏膜皱襞分界欠清 1 高或重组失败 黏膜皱襞不清，肠壁粗糙，伪影严重 息肉边缘模糊 息肉与黏膜皱襞无法分辨

表 1 图像质量评分标准 Table 1 Standard of image quality evaluation

4.辐射剂量：记录并计算每次的扫描辐射剂量，每次扫描剂量长度乘积(DLP)由CT机自动生成，根据DLP计算有效剂量(E)，E=DLP×k，k值为组织权重因子，采用腹部适当权重因子0.015 mSv/mGy^[6]。

5.统计学处理：采用SPSS 17.0软件进行分析。两观察者图像质量主观评分一致性采用Kappa检验(Kappa系数κ值为0.00~0.20，一致性差；κ值为0.21~0.40，一致性尚可；κ值为0.41~0.60，一致性中等；κ值为0.61~0.80，一致性好，κ值为0.81~1.00，一致性非常好)；客观测量数据的一致性使用组内相关系数(intraclass correlation coefficients，ICC)进行检验，其中ICC≥0.75为一致性很好，ICC 0.5~0.75为一致性良好，ICC＜0.50为一致性不佳。管电流及ASIR-V水平的改变对图像质量主观评分的影响采用线性回归进行分析，不同管电流及不同水平ASIR-V重建图像的SD、SNR、CNR的差异使用方差分析进行比较。P＜0.05为差异有统计学意义。

1.图像质量的主观评价结果：图像质量主观评分如表 2所示。根据Kappa检验，两观察者主观评分一致性好，κ值为0.683。根据线性回归分析可见，管电流(r=0.734，P=0.000)及ASIR-V水平(r=0.220，P=0.044)的变化，对图像质量主观评分的影响均具有统计学意义，两者间均呈显著正相关。所有管电流条件下，应用50%ASIR-V水平重建图像的主观评分最高。仿真内镜显示范围内共有5枚息肉。图 1 A(10 mA、FBF)能够观察到4枚，黏膜皱襞粗糙，有很多干扰，主观评分为2分；随mA及ASIR-V水平的提高，图像质量逐渐提高。图 2F(50 mA、50%ASRI-V)能够清楚地观察到5枚息肉，并且息肉表面光滑，黏膜皱襞平滑，无伪影、噪声等干扰，主观评分4分。

表 2(Table 2)

表 2 不同管电流、不同水平ASIR-V重建图像质量主观评分 Table 2 Subjective evaluation of image quality of different levels of ASIR-V reconstruction with different tube currents 管电流 (mA) 0 (FBP) 10% ASIR-V 30% ASIR-V 50% ASIR-V 70% ASIR-V 90% ASIR-V 10 2.0 2.0 2.0 2.5 2.0 2.0 30 2.0 2.5 3.0 3.5 2.5 2.5 50 3.0 3.0 3.5 4.0 3.5 3.0 70 3.0 3.0 4.0 4.0 3.5 3.0 90 3.0 3.5 4.0 4.0 3.5 3.0 100 3.5 3.5 4.0 4.0 4.0 4.0 120 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 140 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 160 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 180 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 200 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 220 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 240 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 260 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0   注：FBP.滤波反投影重建算法；ASIR-V.基于多模型的迭代重建算法

表 2 不同管电流、不同水平ASIR-V重建图像质量主观评分 Table 2 Subjective evaluation of image quality of different levels of ASIR-V reconstruction with different tube currents

图 1 不同条件下同一节段、同一视野、同一显示角度的仿真内镜图像 A.10 mA、FBF；B.10 mA、50%ASIR-V；C.30 mA、FBP；D.30 mA、50%ASIR-V；E.50 mA、FBP；F.50 mA、50%ASRI-V 注：白色箭头所指为视野中显示的模拟息肉，红色箭头为CT仿真内镜入镜方向 Figure 1 Virtual endoscopy image with the same segment, the same field of view and the same display angle under different conditions A.10 mA, FBF; B.10 mA, 50%ASIR-V; C.30 mA, FBP; D.30 mA, 50%ASIR-V; E.50 mA, FBP; F.50 mA, 50%ASRI-V

图 2 图像噪声(A)、信噪比(B)、对比噪声比(C)随管电流改变的趋势 A.SD值；B.SNR值；C.CNR值 注：图像噪声、信噪比、对比噪声比随管电流变化，F=423.58、124.26、1 030.17，P<0.05 Figure 2 Trend map of image noise(A), signal to noise ratio(B) and contrast noise ratio(C) with tube current

2.两名观察者测量定量数据的一致性检验：两名观察者所测得空气CT值的ICC值为0.771~0.793，一致性很好；空气SD值的ICC值为0.990~0.966，一致性很好；息肉CT值的ICC值为0.581~0.700，一致性良好。

3.管电流及ASIR-V算法对图像噪声、信噪比、对比噪声比的影响：84组图像的SD、SNR及CNR对管电流及重建算法的变化趋势如图 2，3所示。在不同的重建算法下，图像SD随应用管电流的升高而逐渐减小，SNR随应用管电流的升高而逐渐升高，CNR随管电流的升高逐渐增大，且随着应用ASIR-V水平的升高，图像SD呈逐渐降低、SNR、CNR均呈逐渐升高趋势。不同管电流、不同水平ASIR-V重建图像的SD(F=423.58、117.63，P=0.000)、SNR(F=124.26、14.08，P=0.000)及CNR(F=1 030.17、81.56，P=0.000)差异均具有统计学意义。当管电流固定时，图像SD、CNR在不同水平的重建技术间差异均具有统计学意义，SNR在管电流为10、120、140、160、220、240、260 mA水平下差异具有统计学意义(F=8.75~31.36，P＜0.05)，在其余管电流水平下，图像SNR差异无统计学意义(P＞0.05)。对于相同水平的ASIR-V重建，图像SD、SNR、CNR在不同管电流间差异均具有统计学意义，ASIR-V算法可明显降低SD值，且ASIR-V所选水平越高，SD值越小；同时，随着ASIR-V的水平升高，图像的SNR及CNR增大，图像质量越好。

图 3 图像噪声(A)、信噪比(B)、对比噪声比(C)不同重建算法改变的趋势图 注：V1.10%ASIP-V; V2.30%ASIP-V; V3.50%ASIP-V; V4.70%ASIP-V; V5.90%ASIP-V。图像噪声、信噪比、对比噪声比随重建水平变化，F=117.63、14.08、81.56，P<0.05 Figure 3 Trend map of image noise(A), signal to noise ratio(B) and contrast noise ratio(C) with reconstruction algorithm

4.辐射剂量比较：通过CT机自动输出的辐射剂量报告统计，随着管电流的逐渐增加，CT容积剂量指数(CTDI_vol)随之增加，约为0.31~8.17 mGy，有效剂量E为0.20~5.29 mSv。管电流为10 mA时，E最小，仅为0.20 mSv。

CT结肠成像是近年新兴的结直肠疾病筛查新技术，具有操作简便、患者依从性好、安全无创等优势，并可同时显示肠腔内外情况，为临床治疗方案的选择提供更多有价值的信息。随着CTC的临床普及化，其辐射剂量所致患癌风险不可忽视，因此，在保证图像质量的前提下，采取切实有效的措施降低CTC的辐射剂量具有重要意义。

对于CTC而言，采用最低的辐射剂量获得最好的图像质量一直是研究者追求的目标，即可合理达到的尽可能低(ALARA)的水平原则^[7]。噪声是影响图像质量的重要因素，本研究结果显示，CTC图像噪声随管电流增加而降低，由两者变化趋势可得出，当管电流处在较低水平时，噪声随管电流增加而明显降低；当管电流处于较高水平时，噪声随管电流增加而降低的幅度趋于平缓，本研究结果也与既往研究^[8]相符，推测可能与达到探测器的光子数量越少有关。信噪比综合了信号强度与噪声值的影响因素，比值越大提示对图像质量的影响越小，图像质量越好。Waaijer等^[9]研究显示，信噪比的平方随管电流增大而逐渐增加，信噪比随有效剂量增加而增加，但并不完全成线性增加。本研究中，信噪比仅在管电流为10、120、140、160、220、240、260 mA水平下差异具有统计学意义，可见信噪比并不呈完全的线性增长，且随着管电流越来越高，信噪比增加幅度越来越小。对比噪声比是综合考虑图像噪声及信噪比的评价指标，比值越大代表图像质量越高，本研究结果显示，CTC图像的对比噪声比随管电流呈逐渐增加的趋势，这也与大部分研究^[10]的结果相符。

辐射剂量与X射线管电流剂量呈线性相关，由上述内容可见，既往为降低CTC辐射剂量而单纯降低X射线管电流剂量势必会增加图像噪声，降低图像质量。随着计算机运算能力的大幅提高，迭代重建技术又重回人们视野。本研究所采用的ASIR-V算法是美国GE公司最新开发的全模型实时迭代重建平台，它结合了自适应统计迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction, ASIR)技术和基于模型的迭代重建(model-based iterative reconstruc\|tion，MBIR，商品名“VEO”)技术，更加突出了ASIR的实时重建优势和MRIR的多模型迭代优势，可在降低图像噪声、提高密度分辨力、提高图像质量等方面均优于单一模型。本研究结果显示，随着ASIR-V水平的增高，图像的SD值逐渐降低，图像的SNR及CNR值逐渐增加，差异具有统计学意义，进一步验证了ASIR-V改善图像质量的可行性。刘卓和张诚^[11]利用人体体模分别应用FBP、50%ASIR及50%ASIR-V重建的对比研究表明，相较于FBP算法，50% ASIR重建可降低SD 30%，可提高CNR约43%；而50% ASIR-V重建可降低SD约39%，提高CNR约65%，由此可见ASIR-V算法在降低图像噪声、提高图像质量方面优于ASIR。同时，ASIR-V改善图像质量的同时还可以提高运算速度，MBIR重建最大的劣势便是数据运算量大，重建速度慢，ASIR-V重建技术弥补了这一方面的不足，其在建模过程中排除了主要用于提高空间分辨率的光学系统，使其在显著提高图像质量的同时，可以达到类似FBP的重建速度。Porté等^[12]采用ASIR(40%、60%、100%)、MBIR及ASIR-V进行的体模研究表明，ASIR可实现降噪25%~55%，MBIR虽可降噪67%，但重建时间过长，ASIR-V不但降噪30%~65%，且实现了图像质量与重建时间的平衡，由此更加看出ASIR-V重建降噪能力更为显著，在提高图像质量方面更具优势。

美国保健物理学会(Health Physics Society, HPS)推荐的安全辐射剂量，包括职业及环境照射在内，当辐射剂量低于10 mSv对于人体的危害可以认为是微小的，甚至无害的。本实验虽为离体实验，但体模设计已尽量模仿人体腹部内环境，肠管设计尽量符合在体结肠状态。根据国际医学成像和技术协会和美国食品药品管理局(MITA\|FDA)所推荐的MITA-FDA CT IQ体模对ASIR-V的性能测试，对比FBP重建，ASIR-V可以降低多达82%的辐射剂量^[13]。本实验当管电流为30 mA时，有效剂量仅为0.61 mSv，并且此时图像质量完全可满足临床诊断需要。

本研究存在一定局限性，该模型仅包括30个模拟息肉、样本量小，同时离体体模过于简单，未考虑肠管蠕动的影响；盛放体模的容器并不能代表不同体质量指数患者，因此所得结论仍需进一步临床验证。

综上所述，在CT结肠成像中，应用ASIR-V算法可以显著降低SD值，提高图像SNR及CNR值，提高图像质量。本研究结果表明，50% ASIR-V水平降噪能力更为显著。同时，ASIR-V算法可以满足结肠CT在保证低剂量的前提下达到发现病灶并诊断病灶的目的，为低剂量CT结肠成像筛查提供了可能。