Force CT Turbo Flash掃描模式聯(lián)合迭代重建算法降低輻射劑量：主動(dòng)脈CTA的比較研究

王利軍，王 星，李志軍，張少杰，朱 巍

（1內(nèi)蒙古包頭市中心醫(yī)院放療科，內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)：2基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院解剖學(xué)教研室，3數(shù)字醫(yī)學(xué)中心，內(nèi)蒙古包頭014040）

·臨床與轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)·

Force CT Turbo Flash掃描模式聯(lián)合迭代重建算法降低輻射劑量：主動(dòng)脈CTA的比較研究

王利軍1，2，王 星2，3，李志軍2，3，張少杰2，3，朱 巍1

（1內(nèi)蒙古包頭市中心醫(yī)院放療科，內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)：2基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院解剖學(xué)教研室，3數(shù)字醫(yī)學(xué)中心，內(nèi)蒙古包頭014040）

目的：利用Force CT的Turbo Flash模式行主動(dòng)脈全程掃描成像，對照評價(jià)其圖像質(zhì)量，旨在評價(jià)該模式行主動(dòng)脈全程掃描聯(lián)合迭代重建算法降低輻射劑量的可行性.方法：選取內(nèi)蒙古包頭市中心醫(yī)院2015－08／2016－12行主動(dòng)脈全程CTA掃描的患者60例，將其分為實(shí)驗(yàn)組用Turbo Flash模式掃描（A組，n＝30），使用迭代重建算法（ADMIRE）重建圖像、對照組用Body Angio模式掃描（B組，n＝30），使用濾波反投影算法（FBP）重建圖像，并用客觀和主觀兩種方式評價(jià)其CT圖像，前者包括CNR、SNR及圖像噪聲，而后者則由兩位CT影像診斷副主任醫(yī)師采用雙盲法分別評價(jià).結(jié)果：Turbo Flash模式聯(lián)合迭代重建算法圖像的主觀評分明顯高于Body Angio掃描組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），而兩組圖像質(zhì)量的客觀評價(jià)比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）.Turbo Flash模式組的掃描時(shí)間（1.0±0.2）s，相對于Body Angio模式（4.6±1.4）s明顯縮短，差異具有統(tǒng)計(jì)些意義（P＜0.05）.有效輻射劑量Turbo Flash模式組為（3.7±1.2）mSv，較Body Angio模式組的（6.8±2.8）mSv明顯減少，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）.結(jié)論：Force CT Turbo Flash模式主動(dòng)脈CTA掃描聯(lián)合迭代重建算法的圖像質(zhì)量可滿足對于主動(dòng)脈病變的診斷需求，具有掃描時(shí)間短、輻射劑量低、運(yùn)動(dòng)偽影少等優(yōu)勢，可成為主動(dòng)脈CTA優(yōu)先選擇的掃描模式推廣應(yīng)用.

Force CT；CTA；主動(dòng)脈；輻射劑量；迭代重建

0 引言

主動(dòng)脈CT血管造影（CT angiography，CTA）以其檢查的無創(chuàng)、快捷和準(zhǔn)確等優(yōu)勢得到了廣泛應(yīng)用，但其掃描范圍和輻射劑量較大也不可避免地成為亟待解決的主要問題.降低輻射劑量的方法包括降低管電壓、管電流、增加螺距等，其中降低管電壓可使輻射劑量呈指數(shù)倍降低，但也可能導(dǎo)致圖像噪聲增加.Force CT的Turbo Flash模式時(shí)間分辨率提高為66 ms，可通過縮短掃描時(shí)間、降低管球電壓從而降低輻射劑量.與濾波反投影算法（filtered back projection，F(xiàn)BP）相比，采用高級迭代重建算法（advanced modeled iterative reconstruction，ADMIRE）既可降低圖像噪聲，又具有降低輻射劑量的潛在作用.關(guān)于Force CT的Turbo Flash模式的文獻(xiàn)多集中在冠狀動(dòng)脈成像方面，而與低劑量主動(dòng)脈成像相關(guān)的研究較少［1－5］.本研究利用Force CT的Turbo Flash模式聯(lián)合迭代重建算法行全程主動(dòng)脈CTA掃描成像，評價(jià)其圖像質(zhì)量和輻射劑量，以期為臨床應(yīng)用提供依據(jù).

1 資料和方法

1.1 一般資料選取內(nèi)蒙古包頭市中心醫(yī)院（三級甲等綜合性醫(yī)院）2015－08／2016－12行主動(dòng)脈全程CTA掃描的患者60例作為研究對象，男42例，女18例，年齡41～80（平均55.0±3.5歲）.排除部分心腎功能不全、過敏及高齡不能耐受CTA等患者，將其隨機(jī)分為兩組：Turbo Flash模式組（A組，n＝30）；對照組Body Angio模式組（B組，n＝30）.被掃描患者腎功能均正常，由本人或家屬簽署知情同意書.

1.2 CTA檢查兩組均采用西門子Force CT（Force，Siemens Healthcare，F(xiàn)orchheim，Germany）掃描，范圍：胸鎖關(guān)節(jié)上緣到恥骨聯(lián)合上緣；開始時(shí)間：采用團(tuán)注跟蹤技術(shù)（bolus?tracking），于升主動(dòng)脈設(shè)ROI（觸發(fā)值100 HU），觸發(fā)后延時(shí)：A組12 s、B組8 s開始掃描；掃描參數(shù)：管電壓均為90 kV，而pitch值、管球轉(zhuǎn)速、圖像重建采用方式A、B組分別為3.2和1.2、0.25 s／圈和0.5 s／圈、ADMIRE和FBP重建.兩組均為CARE Dose技術(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)mAs，非離子對比劑碘海醇（Omnipaque 350，350 mg／mL，GE Healthcare，USA），總量按0.8 mL／kg體質(zhì)量計(jì)算，雙筒高壓注射器以4.0 mL／s速率靜脈注射，繼以同樣流速注射50 mL生理鹽水.

1.3 圖像評價(jià)

1.3.1 客觀評價(jià) 包括對比噪聲比（contrast?to?Noise Ratio，CNR）和信噪比（signal?to?noise ratio，SNR）及噪聲.將原始層厚5 mm的橫斷圖像，調(diào)整窗寬窗位（Centre：300 HU；Width：700 HU），于主動(dòng)脈弓、胸主動(dòng)脈、腹主動(dòng)脈腎動(dòng)脈水平、髂總動(dòng)脈分叉處分別測量血管CT值，計(jì)算4個(gè)測量值的標(biāo)準(zhǔn)差（SD）作為圖像噪聲，4個(gè)測量值的均數(shù)作為主動(dòng)脈的強(qiáng)化值（公式中以SI主動(dòng)脈表示），測量空氣CT值，其標(biāo)準(zhǔn)差作為背景噪聲（background noise，BN），測量腰大肌CT值作為背景信號強(qiáng)度（公式中以SI肌肉表示）；按公式CNR＝（SI主動(dòng)脈?SI肌肉）／BN，SNR＝SI主動(dòng)脈／BN計(jì)算對比噪聲比和信噪比.感興趣區(qū)的測量面積均為0.5 cm2.

1.3.2 主觀評價(jià) 掃描后自動(dòng)重建為層厚1.0 mm間隔、0.8 mm薄層圖像，傳送至西門子專用CT工作站Sygo Via的專用軟件行各圖像重建并綜合分析；由兩位CT影像診斷副主任醫(yī)師采取雙盲法分別評價(jià)，結(jié)合自己的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)有無偽影、各級分支血管的顯示程度、主動(dòng)脈強(qiáng)化程度相應(yīng)評為1～3分（1分：部分血管顯示不清，有明顯偽影，遠(yuǎn)端分支血管顯示不清；2分：血管邊界模糊或有輕度偽影；3分：血管顯示良好，邊界清晰，無偽影），取其均值作為該病例的主觀圖像質(zhì)量評分.

1.4 輻射劑量采用設(shè)備自帶的劑量記錄儀記錄輻射劑量數(shù)據(jù)DLP、CTDIvol值和有效劑量（ED）.人工計(jì)算有效劑量（ED），ED＝k×DLP公式計(jì)算，K值參照歐盟委員會(huì)關(guān)于CT質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)指南，胸部k＝0.017 mSv／（mGy×cm），腹部k＝0.015 mSv／（mGy×cm），盆腔k＝0.019 mSv／（mGy×cm）［6］.

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理采用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)量資料以表示，兩組患者的圖像噪聲、CNR值、SNR值、輻射劑量CTDIvol、DLP、ED等的差異采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，主觀圖像質(zhì)量的等級資料采用Wilcoxon秩和檢驗(yàn)，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.

2 結(jié)果

2.1 一般情況比較所有患者均成功完成檢查，且無嚴(yán)重并發(fā)癥發(fā)生.年齡比較：A組＝（53.6±14.7）歲、B組＝（56.2±16.3）歲；身高比較：A組＝（1.65± 0.06）m、B組＝（1.66±0.05）m；體質(zhì)量比較：A組＝（67.57±1.70）kg、B組＝（67.14±1.78）kg；身體質(zhì)量指數(shù)（BMI）比較：A組＝（25.61±4.23），B組＝（26.12±5.05），兩組差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），具有可比性.

2.2 兩組掃描時(shí)間比較兩組掃描長度比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），而掃描時(shí)間Turbo Flash組明顯縮短，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05，表1）.

表1 兩組客觀圖像質(zhì)量及輻射劑量比較

表1 兩組客觀圖像質(zhì)量及輻射劑量比較

aP＜0.05 vs B組.

2.3 兩組圖像質(zhì)量比較①客觀質(zhì)量：Turbo Flash組圖像噪聲、CNR、SNR同Body Angio組比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05，表1）.②主觀評分：Turbo Flash組主觀評分高于Body Angio組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t＝703，P＝0.0002）.其中Body Angio組60%（18／30）出現(xiàn)升主動(dòng)脈搏動(dòng)偽影，而Turbo Flash組則無偽影出現(xiàn)（圖1，表2）.

圖1 Force CT的Turbo Flash模式行主動(dòng)脈全程掃描的圖像

表2 兩組主觀評分結(jié)果比較［n（%）］

2.4 兩組輻射劑量比較Turbo Flash組CTDIvol值、DLP值及ED值均少于Body Angio組，其中ED平均值（3.7±1.2）mSv，較對照組（6.8±2.8）mSv減少約46%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05，表1）.

3 討論

主動(dòng)脈CTA在疾病的診斷與隨訪中具有檢測方便、創(chuàng)傷小、診斷簡單明確、易理解等優(yōu)點(diǎn)，在診斷和鑒別診斷中優(yōu)勢明顯，但其掃描范圍大所致的高輻射劑量也成為亟待解決的問題，臨床應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)不同的臨床需求盡量降低患者接受的輻射劑量，但降低輻射劑量所致的圖像噪聲增加、質(zhì)量下降問題仍待解決.研究［7］顯示，降低管電壓可明顯降低主動(dòng)脈CTA的輻射劑量，80 kV較100 kV相比可降低23%～27%，并且基本能夠滿足診斷需要，但噪聲卻升高了45%.圖像噪聲升高會(huì)引起圖像細(xì)節(jié)顯示不清，分支血管顯影差，可能會(huì)導(dǎo)致部分病灶的漏診［8］.Force CT的Turbo Flash模式利用降低管電壓、縮短掃描時(shí)間來降低輻射劑量，同時(shí)又用迭代重建降低圖像噪聲、增加圖像信噪比，可在不影響圖像診斷質(zhì)量的同時(shí)降低患者所受的輻射劑量，尤其在CTA的臨床應(yīng)用中具有十分顯著的優(yōu)勢.已有研究［9－10］證實(shí)迭代重建算法可以降低圖像噪聲，提高圖像質(zhì)量.

3.1 掃描模式和圖像質(zhì)量Turbo Flash掃描模式在降低輻射劑量的同時(shí)又提高了圖像質(zhì)量采用的技術(shù)參數(shù)，即提高管球旋轉(zhuǎn)速度到250 ms／周，時(shí)間分辨率達(dá)66 ms，可最大程度消除心臟的搏動(dòng)偽影；增大pitch值.Force CT雙管球協(xié)同工作并應(yīng)用先進(jìn)的數(shù)學(xué)理論大幅度提高無間隙容積掃描螺距，最大可達(dá)3.4［11］.Turbo Flash掃描模式可明顯縮短整個(gè)檢查的掃描時(shí)間，在一次閉氣時(shí)間內(nèi)完成主動(dòng)脈全程掃描，能夠有效地減少呼吸和肢體移動(dòng)所形成的偽影，約1.0 s即可完成主動(dòng)脈全程掃描；而常規(guī)CTA升主動(dòng)脈易形成搏動(dòng)偽影，易誤診為主動(dòng)脈夾層Ⅰ型，即使用心電門控也難以消除，且對危重患者心電門控必然會(huì)增加檢查時(shí)間，甚至可能會(huì)貽誤患者的治療.Turbo Flash掃描模式能夠消除升主動(dòng)脈搏動(dòng)偽影，本研究A組30例無一例升主動(dòng)脈搏動(dòng)偽影，而B組（Body Angio組）卻出現(xiàn)60%（18／30）升主動(dòng)脈搏動(dòng)偽影，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.在技術(shù)手段無明顯差別的情況下，圖像噪聲和輻射劑量有極高的相關(guān)性，如兩組圖像的噪聲相似，則輻射劑量很有可能相差不大［12］.CARE Dose4D技術(shù)可有效提高X射線的利用率，提高圖像質(zhì)量的同時(shí)又降低了輻射劑量，具有實(shí)時(shí)智能調(diào)節(jié)功能，尤其在胸部掃描時(shí)可明顯降低輻射劑量［13］.本研究將兩組掃描條件管電壓均設(shè)為90 kV，管電流用CARE Dose技術(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)，一是盡可能降低患者所受的輻射劑量，同時(shí)又提高了圖像信噪比，二是在排除不必要干擾選項(xiàng)的前提下更便于比較兩組病例圖像質(zhì)量，包括客觀指標(biāo)比如噪聲、信噪比等，在保證基本診斷目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的前提下，F(xiàn)orce CT的Turbo Flash模式可顯著降低患者所受輻射劑量.

3.2 迭代重建算法和圖像質(zhì)量隨著CT檢查數(shù)量的不斷增加，人們在感謝CT為人類健康做出巨大貢獻(xiàn)的同時(shí)，越來越多的人也開始擔(dān)憂CT輻射所帶來的潛在危害.作為解析算法的代表，F(xiàn)BP算法一直都被稱為CT圖像重建方法的基礎(chǔ)和“金標(biāo)準(zhǔn)”，該算法運(yùn)算速度快，但對成像過程做了很多簡化模擬，圖像噪聲較大.迭代算法可以彌補(bǔ)FBP算法所固有的問題.相對于FBP重建算法，迭代重建算法可以在數(shù)據(jù)不全和對比度低的情況下重建出滿足臨床需求的圖像［14］，從而為臨床降低輻射劑量提供了條件.近年來，隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的提高，迭代重建計(jì)算數(shù)據(jù)量大的問題已經(jīng)解決，圖像重建的速度對實(shí)際工作的影響幾乎可以忽略不計(jì).臨床研究［15］證實(shí)第一代統(tǒng)計(jì)迭代重建技術(shù)在保證同樣圖像質(zhì)量和相似重建速度的前提下，劑量可以降低30%～65%.第二代迭代重建技術(shù)除了建立系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)模型之外，還建立了系統(tǒng)光學(xué)模型，體素、X射線光子初始位置和探測器幾何因素均通過模型進(jìn)行模擬，空間分辨率和對比度進(jìn)一步提高［15］.ADMIRE算法通過內(nèi)置硬件迭代解碼芯片的光子探測器高效完成X線采集到數(shù)字信號的無損轉(zhuǎn)換，還能進(jìn)行迭代算法的芯片硬解碼，圖像重建速度快、精度高、所需X線劑量低.不僅可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)高清成像，而且能夠大大提高探測精度均值，大幅度改善圖像質(zhì)量，具有潛在降低低輻射劑量能力.對比FBP，ADMIRE的研究變量探測精度均值可提高5.2%.隨著輻射劑量指數(shù)、層厚和長度的增加，ADMIRE重建法可見物體數(shù)量顯著增加［16］.本研究中實(shí)驗(yàn)組患者ED平均值（3.7±1.2）mSv較對照組（6.8±2.8）mSv平均降低46%，而圖像的噪聲、SNR及CNR比較，無明顯差異.

Turbo Flash模式的大螺距掃描通過降低管電壓、加大螺距、縮短掃描時(shí)間來降低輻射劑量，效果明顯.通過應(yīng)用ADMIRE算法解決因X射線量減少所致的圖像噪聲增加的問題.因此，在主動(dòng)脈CTA掃描輻射劑量進(jìn)一步降低的同時(shí)，其圖像質(zhì)量也能夠符合臨床診斷的要求.根據(jù)既往的臨床實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料后，經(jīng)過綜合考量，本研究使用了固定部分掃描參數(shù)和碘對比劑的用量、流速的對照方案，有一定代表性.其它降低輻射劑量的可選方案留待以后做進(jìn)一步的探索研究.

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The feasibility of reducing the radiation dose of aortic CT angiography using a tube?flash protocolofforce?CTwithADMIRE：a comparative study

WANG Li?Jun1，2，WANG Xing2，3，LI Zhi?Jun2，3，ZHANG Shao?Jie2，3，ZHU Wei11Department of Radiotherapy，Baotou Central Hospital，Baotou Clinical Medical College of Inner Mongolia Medical University，Baotou 014040，China；2Department of Anatomy Teaching and Research，Basic Medical College of Inner Mongolia Medical University，3Digtal Medical Center of Inner Mongolia Medical University，Hohhot 010059，China

AIM：To investigate the feasibility，image quality and radiation dose for tube?flash protocol of force?CT with ADMIRE of the whole aorta.METHODS：Each group of 30 patients underwent CTA either on force?CT device with tube?flash protocol with ADMIRE（group A）or Body Angio protocol with FBP（group B）.Evaluation of its image quality and radiation dose was evaluated objectively and subjectively.Objective evaluation indices included CNR，noise，SNR.Subject image quality of the aorta was independently assessed by two associate chief diagnosti?cians of CT imaging in a double?blind manner.Scanner?reported dose?length product values were used to estimate effective dose values.Radiation dose evaluation indices included CTDIvol，DLP and ED.RESULTS：The subjective scoring of image quality in the high?pitch examination protocol was obviously higher than that of group B，and the difference was statistically significant（P＜0.05）.There was no statistically significant difference on objective evaluation of image quality between the two groups（P＞0.05）.The imaging time of group A was（1.0±0.2）s，which was signifi?cantly shorter than that of group B（4.6±1.4）s，with a statistically significant difference（P＜0.05）.Compared with group B（6.8± 2.8）mSv，ED of group A（3.7±1.2）mSv was significantly decreased，and the difference was statistically significant（P＜0.05）.CONCLUSION：CT angiography of the whole aorta using tube?flash protocol of force?CT with ADMIRE can meet the need of patients with aortic diseases with shorter scan time，lower radia?tion dose and less motion artifacts，which has the potential to become a preferred application of aorta CTA.

Force CT；CT angiography；aorta；radiation dose；ADMIRE

R816.2

A

2095?6894（2017）04?19?04

2016－11－25；接受日期：2016－12－10

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（80260269，81560348，81660358）.

王利軍.副主任醫(yī)師.E?mail：13694727202＠163.com

李志軍.教授.E?mail：13904717040＠qq.com