70 kV結(jié)合正弦圖迭代重建在腹部CTA掃描中的應(yīng)用價(jià)值

張琳琳， 于鳳凱， 趙紅軍， 張瑞， 蘇煒

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·腹部影像學(xué)·

70 kV結(jié)合正弦圖迭代重建在腹部CTA掃描中的應(yīng)用價(jià)值

張琳琳， 于鳳凱， 趙紅軍， 張瑞， 蘇煒

目的：探討70 kV結(jié)合正弦圖迭代重建(SAFIRE)技術(shù)在腹部CTA掃描中的應(yīng)用價(jià)值。方法：110例患者(低kV組)采用70 kV、SAFIRE技術(shù)、歐乃派克(300 mg I/mL)的CTA掃描方案，87例患者(對(duì)照組)采用120 kV、濾波反投影(FBP)技術(shù)、歐乃派克(350 mg I/mL)的掃描方案。對(duì)比兩組的CT劑量指數(shù)(CTDIvol)、CT值、SD、對(duì)比噪聲比(CNR)、圖像靈敏度(FOM)、圖像質(zhì)量主觀評(píng)分。結(jié)果：低kV組和對(duì)照組的CTDIvol分別為(3.08±0.15) mGy、(6.08±0.57) mGy，兩組差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；低kV組腹主動(dòng)脈、腎動(dòng)脈、腸系膜上動(dòng)脈的CT值分別為(431.45±27.42) HU、(415.44±16.51 ) HU、(311.85±17.75) HU，對(duì)照組分別為(334.91±14.41) HU、(335.51±13.76) HU、(312.63±18.59) HU；低kV組腹主動(dòng)脈、腎動(dòng)脈、腸系膜上動(dòng)脈的SD分別為(15.96±1.75)、(18.63±3.01)、(26.99±2.65)，對(duì)照組分別為(23.21±2.91)、(25.34±2.67)、(29.8±3.04)，兩組差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；低kV組腹主動(dòng)脈、腎動(dòng)脈、腸系膜上動(dòng)脈的CNR分別為(26.58±2.93)、(25.77±2.52)、(20.31±1.74)，對(duì)照組分別為(20.79±1.87)、(20.82±1.92)、(19.98±1.63)；低kV組腹主動(dòng)脈、腎動(dòng)脈、腸系膜上動(dòng)脈的FOM分別為(233.32±55.35)、(218.46±45.44)、(135.51±24.74)，對(duì)照組分別為(72.34±15.45)、(72.57±15.62)、(66.71±12.86)，兩組差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；低kV組的圖像質(zhì)量評(píng)分為(4.56±0.65)，對(duì)照組為(4.55±0.73)，兩組差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。結(jié)論：70 kV結(jié)合SAFIRE技術(shù)在腹部CTA掃描中，不僅可以大幅度降低輻射劑量，而且改善了腹部CTA的圖像質(zhì)量，減少了碘對(duì)比劑的相對(duì)含量，具有較高的臨床應(yīng)用價(jià)值。

正弦圖迭代重建； 濾波反投影； CT血管成像； 輻射劑量

隨著MSCT技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)創(chuàng)、低風(fēng)險(xiǎn)、影像信息豐富的CT血管成像(computed tomography angiography，CTA)已廣泛應(yīng)用于臨床[1]。但為了保證CTA的圖像質(zhì)量，往往要求大范圍掃描、高輻射劑量以及高濃度的碘對(duì)比劑團(tuán)注，由此引發(fā)的輻射劑量問(wèn)題和碘對(duì)比劑相關(guān)腎病(contrast media induced nephropathy，CIN)越來(lái)越受到業(yè)界的重視[2，3]。低管電壓可以有效降低輻射劑量，并且提高含碘血管與周?chē)M織結(jié)構(gòu)的對(duì)比。正弦圖迭代重建(sinogram affirmed iterative reconstruction，SAFIRE)是基于原始數(shù)據(jù)的一種迭代算法，能有效改善圖像質(zhì)量，與濾波反投影(filtered back projection，F(xiàn)BP)算法相比可以在大幅度降低輻射劑量的同時(shí)保證圖像質(zhì)量[4]。

本研究采用SAFIRE技術(shù)結(jié)合低管電壓(70 kV)的掃描模式，旨在探討其降低輻射劑量、降低對(duì)比劑濃度、降噪的綜合效果和應(yīng)用前景，以尋求符合最優(yōu)化輻射劑量及碘對(duì)比劑含量原則的腹部CTA掃描方案。

材料與方法

1.病例資料

前瞻性選取本院2014年9月-2015年4月行腹部CTA掃描的患者110例，其中男62例，女48例，年齡18～86歲，采用濃度為300 mg I/mL的碘對(duì)比劑、SAFIRE技術(shù)、70 kV低管電壓(低kV組)。選取2014年1月-2014年9月行腹部CTA掃描的患者87例，其中男44例，女43例，年齡24～82歲，采用濃度為350 mg I/mL的碘對(duì)比劑、FBP技術(shù)、120 kV管電壓(對(duì)照組)。所有入組患者體質(zhì)指數(shù)(body mass index，BMI)均≤26 kg/m2，且兩組間體質(zhì)指數(shù)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.775)，均自愿簽署知情同意書(shū)。

2.檢查方法

CTA檢查采用Siemens Definition AS 128 CT機(jī)，檢查前禁食、水6 h，掃描范圍從膈頂至恥骨聯(lián)合下緣，經(jīng)肘靜脈注射對(duì)比劑，流率4 mL/s，兩組用量均為100 mL，智能追蹤監(jiān)測(cè)掃描，閾值100 HU，監(jiān)測(cè)位置為膈肌水平腹主動(dòng)脈。低kV組對(duì)比劑為歐乃派克，碘總量為30 g(碘總量=100 mL×300 mg I/mL)，管電壓70 kV，SAFIRE(強(qiáng)度3)。對(duì)照組對(duì)比劑為歐乃派克，碘總量為35 g(碘總量=100 mL×350 mg I/mL)，管電壓120 kV。兩組其它掃描參數(shù)均一致：實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)曝光劑量調(diào)節(jié)CARE DOSE 4D，準(zhǔn)直32×1.2 mm，轉(zhuǎn)速0.5 s/r，螺距0.6，層厚1 mm，重建間距0.7 mm，卷積核B30f。

3.數(shù)據(jù)分析

由兩位分別有5年和7年影像診斷經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)師，在不知具體分組的情況下，對(duì)圖像進(jìn)行評(píng)估，包括客觀評(píng)價(jià)和主觀評(píng)分。

客觀評(píng)價(jià):測(cè)量腹主動(dòng)脈、腎動(dòng)脈、腸系膜上動(dòng)脈和腹壁脂肪的SD值、CT值并計(jì)算對(duì)比噪聲比(contrast-to-noise ratio，CNR)、圖像靈敏度(figure of merit，F(xiàn)OM)，均以脂肪為背景，對(duì)比兩組的CT劑量指數(shù)(CT dose index，CTDIvol)。測(cè)量CT值、SD時(shí)，將興趣區(qū)(region of interest，ROI)復(fù)制應(yīng)用，測(cè)量血管時(shí)ROI面積為血管截面的2/3，測(cè)量腹壁脂肪時(shí)ROI面積為20 mm2。腹主動(dòng)脈和腹壁脂肪測(cè)量層面在膈肌水平，腎動(dòng)脈測(cè)量層面在右側(cè)腎門(mén)水平，腸系膜上動(dòng)脈測(cè)量層面在腹主動(dòng)脈發(fā)出腸系膜上動(dòng)脈的起始部水平，每個(gè)數(shù)據(jù)測(cè)量3次然后計(jì)算平均值。CNR=(血管CT均值-脂肪CT均值)/脂肪SD均值，F(xiàn)OM=CNR2/CTDIvol。

主觀評(píng)分:隱藏圖像信息，由兩位觀察者采用雙盲法對(duì)兩組血管圖像進(jìn)行評(píng)分(窗位40 HU、窗寬400 HU)。采用5分法評(píng)價(jià)圖像：1分，圖像質(zhì)量較差，細(xì)節(jié)顯示不清，不能獲得有用信息；2分，圖像質(zhì)量欠佳，部分解剖結(jié)構(gòu)不能清晰顯示；3分，圖像質(zhì)量中等，內(nèi)部細(xì)節(jié)顯示欠佳，通過(guò)仔細(xì)觀察能清楚做出診斷；4分，圖像質(zhì)量較好，內(nèi)部細(xì)節(jié)顯示較好，具有較高診斷價(jià)值；5分，圖像質(zhì)量?jī)?yōu)秀，細(xì)節(jié)顯示好，具有很高的診斷價(jià)值。≥3分認(rèn)為圖像符合診斷需求。

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)對(duì)比兩組的CTDIvol、CT值、SD、CNR、FOM、圖像質(zhì)量主觀評(píng)分，兩樣本方差不齊時(shí)，采用校正t檢驗(yàn)，以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。兩位觀察者的一致性評(píng)估采用Kappa檢驗(yàn)。Kappa值>0.75為一致性好；Kappa值在0．40～0．75之間為一致性一般；Kappa值<0．40為一致性差。

結(jié)　果

1. 輻射劑量

低kV組和對(duì)照組的CTDIvol分別為(3.08±0.15) mGy、(6.08±0.57) mGy，低kV組較對(duì)照組CTDIvol降低了49.34%，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t′=-47.688，P=0.00)。

2.CT值

低kV組腹主動(dòng)脈、腎動(dòng)脈CT值均高于對(duì)照組，CT值分別提升28.83%、23.82%，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；兩組腸系膜上動(dòng)脈CT值相近，差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05，表1)。

表1　低kV組和對(duì)照組CT值比較　(HU)

3.SD值

低kV組各血管SD值較對(duì)照組均有明顯下降，SD分別降低31.24%、26.48%、9.43%，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均<0.05，表2)。

表2　低kV組和對(duì)照組SD值比較　(HU)

4.CNR

低kV組腹主動(dòng)脈、腎動(dòng)脈CNR均高于對(duì)照組，CNR分別提升了27.85%、23.78%，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；兩組腸系膜上動(dòng)脈CNR值相近，差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05，表3)。

表3　低kV組和對(duì)照組CNR比較

5.FOM

低kV組各血管FOM較對(duì)照組均有明顯提升，F(xiàn)OM分別提升了222.55%、201.03%、103.13%，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均<0.05，表4)。

表4　低kV組和對(duì)照組FOM比較

6.圖像質(zhì)量評(píng)分

低kV組和對(duì)照組的腹部血管分支顯示清晰，血管邊緣銳利，滿足診斷要求(圖1)。低kV組的圖像質(zhì)量評(píng)分為(4.56+±0.64)，對(duì)照組為(4.55±0.73)，兩組差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(t=0.134，P=0.894)。兩位觀察者的一致性良好(Kappa值均>0.75，表5)。

討　論

1.輻射劑量

CT檢查是一種高輻射劑量的X線檢查技術(shù)[5]。即使是低劑量的醫(yī)用輻射也會(huì)對(duì)受檢者的健康造成嚴(yán)重威脅，增加相關(guān)疾病的發(fā)病率，而發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)會(huì)隨著所接受的輻射劑量的增大而增加[6]。影響CT輻射劑量的因素有很多，如管電流、管電壓、螺距、層厚、重建算法等。相對(duì)于其他方法，降低管電壓可以更大幅度地降低輻射劑量，因?yàn)檩椛鋭┝颗c管電壓的平方成正比[7]。Definition平臺(tái)推出的70 kV掃描方案，使用新的信號(hào)處理技術(shù)，提高了低管電壓下的信號(hào)靈敏度，并在球管增加了新的濾過(guò)用以純化70 kV管電壓下的光子輸出，使得微劑量高分辨力掃描成為了可能，也是業(yè)界為數(shù)不多的70 kV使用系統(tǒng)。本研究中低kV組CTDIvol較對(duì)照組降低了49.34%，而圖像質(zhì)量評(píng)分沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)，也充分證明了其降低輻射劑量的潛力。

2.對(duì)比劑相對(duì)含量

為了保證腹部CTA的檢查效果，往往要求高濃度或大劑量的碘對(duì)比劑團(tuán)注，而同時(shí)CIN越來(lái)越被重視，其發(fā)病率已居醫(yī)源性腎病的第3位[8]，2006國(guó)際CIN工作組指出，對(duì)比劑的使用沒(méi)有安全劑量之說(shuō)，即使很少的用量也可能誘發(fā)CIN[9]。也有研究指出，減少碘對(duì)比劑的用量或濃度，是降低CIN發(fā)病率的有效措施[10]。X線照射人體后與人體組織發(fā)生光電效應(yīng)和康普頓散射效應(yīng)，管電壓降低，隨之X線光子能量降低，更接近含有高原子序數(shù)元素的組織與結(jié)構(gòu)(如骨、鈣化、含碘劑的組織或血管)，此時(shí)光電效應(yīng)增強(qiáng)，血管內(nèi)的CT值升高，增加了血管與周?chē)M織結(jié)構(gòu)的對(duì)比[11]。所以降低管電壓的方法更適用于CT血管成像，既可以降低輻射劑量，又可以減少對(duì)比劑的用量、濃度、流率。本研究中低kV組采用濃度為300 mg I/mL的歐乃派克，由于70 kV技術(shù)的應(yīng)用尤其提高了腹部血管的CNR，所以取得了比對(duì)照組(濃度為350 mg I/mL的歐乃派克、常規(guī)管電壓)更好的CTA圖像效果，并降低了碘總量(低kV組30 gI，對(duì)照組35 gI)，降低了CIN的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。

3.SAFIRE對(duì)圖像質(zhì)量的改善

管電壓的降低，必然會(huì)導(dǎo)致圖像噪聲的增加，從而影響圖像質(zhì)量，這是因?yàn)镕BP無(wú)法消除由光子漲落所產(chǎn)生的量子噪聲，而且會(huì)把來(lái)自各個(gè)方向上的散射線當(dāng)作正常的穿透人體的射線來(lái)計(jì)算，結(jié)果增加了像素噪聲[12]。SAFIRE算法在迭代重建中引入了原始數(shù)據(jù)域，它是基于原始數(shù)據(jù)空間的迭代來(lái)消除圖像偽影和噪聲，再進(jìn)行圖像空間的迭代重建來(lái)進(jìn)一步降低圖像噪聲。與FBP相比，基于原始數(shù)據(jù)空間的SAFIRE算法可以得到更高質(zhì)量的圖像[13]。但是，SAFIRE龐大的數(shù)據(jù)量也延長(zhǎng)了圖像重建的時(shí)間，在這一點(diǎn)上SAFIRE并不優(yōu)于FBP；而且SAFIRE低噪的圖像對(duì)于習(xí)慣于FBP的放射科醫(yī)生來(lái)說(shuō)可能比較陌生，并似乎有降低診斷質(zhì)量的假象，需要足夠時(shí)間來(lái)適應(yīng)。SAFIRE共有5個(gè)不同強(qiáng)度等級(jí)(Strength1～5)，代表不同的濾過(guò)強(qiáng)度，級(jí)數(shù)越高，濾過(guò)強(qiáng)度越大，噪聲越小，圖像越細(xì)膩。有關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，在相同掃描條件下Strength3獲得的分辨力與FBP一致，而噪聲明顯降低[14]，所以本研究選用Strength3。本研究中，低kV組各血管SD較對(duì)照組均有明顯下降，腹主動(dòng)脈、腎動(dòng)脈、腸系膜上動(dòng)脈分別降低了31.24%、26.48%、9.43%；低kV組腹主動(dòng)脈、腎動(dòng)脈CNR值均高于對(duì)照組，分別提升了27.85%、23.78%； 低kV組各血管FOM較對(duì)照組均有明顯提升，腹主動(dòng)脈、腎動(dòng)脈、腸系膜上動(dòng)脈分別提升了222.55%、201.03%、103.13%；低kV組的圖像質(zhì)量評(píng)分為(4.56±0.64)，對(duì)照組為(4.55±0.73)，兩組差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

本研究的不足之處：①?zèng)]有對(duì)BMI>26 kg/m2的患者進(jìn)行研究；②只降低了對(duì)比劑的濃度，沒(méi)有對(duì)降低對(duì)比劑的用量進(jìn)行研究；③只考慮了Strength3強(qiáng)度，其他強(qiáng)度未做比較，有待進(jìn)一步研究。

綜上所述，70 kV結(jié)合SAFIRE技術(shù)在腹部CTA掃描中不僅可以大幅度降低輻射劑量，而且改善了圖像質(zhì)量，減少了碘對(duì)比劑的相對(duì)含量，具有很高的臨床應(yīng)用價(jià)值。

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The application value of 70kV in combination with SAFIRE technique in abdominal CT angiography

ZHANG Lin-lin，YU Feng-kai,ZHAO Hong-jun，et al.

Department of Radiology,the Third People's Hospital of Dalian，Dalian 116033，China

Objective:To investigate the application value of 70kV in combination with Sinogram affirmed iterative reconstruction-(SAFIRE) technique in abdominal CT angiography (CTA).Methods:Totally 110 patients (low kv group) had abdominal CTA using 70kV，SAFIRE technique with Omnipaque (300mg I/mL) as contrast medium,and 87 patients as the control group had abdominal CTA using 120kV，filtered back projection (FBP) technique and Omnipaque (350mg I/mL) as contrast medium.The CTDIvol，CT value，SD，CNR，F(xiàn)OM and image quality score were compared between the two groups.Results:The CTDIvol of the Low-kV group and the control group was (3.08±0.15)mGy and (6.08±0.57)mGy respectively,with significant statistic difference (P<0.05).The CT value of abdominal aorta，renal artery and mesenteric artery in the Low-kV group was(431.45±27.42)HU、(415.44±16.51 )HU、(311.85±17.75)HU respectively，in the control group was (334.91±14.41)HU、(335.51±13.76)HU 、(312.63±18.59)HU respectively;the SD of abdominal aorta，renal artery and mesenteric artery in the Low-kV group was(15.96±1.75)、(18.63±3.01)、(26.99±2.65) respectively，in the control group was (23.21±2.91)、(25.34±2.67)、(29.8±3.04) respectively;with significant statistic difference (P<0.05).The CNR of abdominal aorta abdominalis,renal artery and mesenteric artery in the Low-kV group was (26.58±2.93)、(25.77±2.52)、(20.31±1.74) respectively，in the control group was (20.79±1.87)、(20.82±1.92)、(19.98±1.63) respectively;the FOM of abdominal aorta，renal artery and mesenteric artery in the Low-kV group was (233.32±55.35)、(218.46±45.44)、(135.51±24.74) respectively，in the control group was (72.34±15.45)、(72.57±15.62)、(66.71±12.86) respectively;with significant statistic difference (P<0.05).The image quality score of the Low-kV group and the control group was (4.56±0.65)，(4.55±0.73) respectively,with no statistic difference (P>0.05).Conclusion:Using 70kV in combination with SAFIRE technique for abdominal CTA,not only can reduce the radiation dosage obviously,but also can improve the image quality as well as reduce the iodine content in contrast medium whcih showed significant value in clinical practice.

Sinogram affirmed iterative reconstruction; Filtered Back Projection; Computed tomography angiography; Radiation dose

116033大連，大連市第三人民醫(yī)院放射科

張琳琳(1981-)，女，黑龍江大慶人，碩士，主治醫(yī)師，主要從事CT、MRI影像診斷工作。

于鳳凱，E-mail:yufengkai19730424@163.com

R814.42; R814.2

A

1000-0313(2016)09-0870-04

10.13609/j.cnki.1000-0313.2016.09.017

2015-08-21

2016-03-21)