基于全模型迭代重組算法（IMR）在頭頸聯(lián)合動(dòng)脈CTA雙低掃描中的應(yīng)用

高思喆，張斌，趙福新，郭文力

（中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院放射科，遼寧沈陽(yáng)110004）

?影像技術(shù)學(xué)?

基于全模型迭代重組算法（IMR）在頭頸聯(lián)合動(dòng)脈CTA雙低掃描中的應(yīng)用

高思喆，張斌，趙福新，郭文力

（中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院放射科，遼寧沈陽(yáng)110004）

目的：探討256層螺旋CT在頭頸聯(lián)合動(dòng)脈CTA成像中，應(yīng)用低kV、低注射速率及全模型迭代重組（IMR）技術(shù)對(duì)頭頸部動(dòng)脈疾病診斷中的應(yīng)用價(jià)值。方法：擬行頭頸動(dòng)脈CTA檢查患者60例按照同期隨機(jī)原則分為2組，每組30例。A組（對(duì)照組）采用常規(guī)劑量掃描及高級(jí)混合迭代重組（iDose4），B組（雙低組）采用低kV、低注射速率，并采用IMR技術(shù)重組。采用t檢驗(yàn)分別比較頸總動(dòng)脈起始部、頸總動(dòng)脈遠(yuǎn)端及顱內(nèi)動(dòng)脈各組客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)（噪聲、對(duì)比噪聲比）及輻射劑量（CT劑量指數(shù)、CT劑量長(zhǎng)度乘積、有效輻射劑量）的差異。采用χ2檢驗(yàn)比較主觀圖像質(zhì)量評(píng)分（對(duì)比度、銳利度、主觀噪聲）。結(jié)果：B組噪聲（17.4±1.8，8.3±0.8，10.0±0.8）低于A組（25.5±3.2，9.0±0.6，11.9±1.2），差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=12.08，3.83，3.80，P均＜0.01）。B組對(duì)比噪聲比（30.7±4.7，67.6±8.0，37.7±5.8）高于A組（19.0±3.7，58.0±7.3，37.7±5.8），差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=10.71，4.86，7.37，P均＜0.01）。B組顯示了很好的主觀圖像質(zhì)量，各部分主觀評(píng)分在對(duì)比度及主觀噪聲方面均優(yōu)于A組，而在銳利度方面略差于A組，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（χ2=0.27，0.07，0.61，P=0.64，0.81.0.49，P均＞0.05）。B組有效輻射劑量值為（0.84±0.03）mSv，較A組劑量（1.43±0.06）mSv降低約41%。結(jié)論：新型全模型迭代重組算法（IMR）較高級(jí)混合迭代重組算法（iDose4）可以進(jìn)一步降低噪聲，而圖像質(zhì)量可滿足診斷需求。

體層攝影術(shù)，螺旋計(jì)算機(jī)

隨著MSCT技術(shù)的發(fā)展，頭頸聯(lián)合CTA以較高的敏感度、特異度成為頭頸部動(dòng)脈疾病的重要篩查手段。與此同時(shí)，人們對(duì)其輻射劑量的關(guān)注也與日俱增。降低頭頸聯(lián)合CTA劑量的主要方式包括：降低管電壓、管電流、縮短掃描長(zhǎng)度、縮小FOV，管電流調(diào)制技術(shù)等。近年來(lái)，迭代重組（IR）算法開始應(yīng)用于低劑量CT成像中[1]。早期應(yīng)用于頭頸聯(lián)合CTA的研究結(jié)果顯示，采用IR可以在保證動(dòng)脈腔內(nèi)強(qiáng)化程度不變的同時(shí)明顯降低圖像噪聲，改善圖像質(zhì)量[2-4]。在不同機(jī)型的頭頸聯(lián)合CTA檢查中，應(yīng)用不同類型的迭代重組可以使輻射劑量大幅降低[5-6]，因而，本研究擬通過(guò)常規(guī)輻射劑量組高級(jí)混合迭代算法（i-Dose4）重組圖像與雙低劑量組IMR重組圖像的比較，探討新型全模型迭代重組（IMR）技術(shù)較iDose4技術(shù)在降低頭頸聯(lián)合CTA的輻射劑量及對(duì)比劑的注射速率同時(shí)，能否保證圖像質(zhì)量達(dá)到診斷要求。

1 資料與方法

1.1 病例選擇

2015年11—12月擬行頭頸部動(dòng)脈CTA檢查者。排除標(biāo)準(zhǔn)：體質(zhì)量指數(shù)（BMI）＜20kg/m2或＞30kg/m2；嚴(yán)重的腎功能不全（肌苷清除率≤120μmol/L）、懷孕、已知碘對(duì)比劑過(guò)敏、心功能Ⅲ級(jí)以下等。共收集符合上述標(biāo)準(zhǔn)患者60例，其中男36例，女24例；年齡29～79歲，平均（53±10）歲；BMI 21.9～30.0 kg/m2，平均（25.4±2.8）kg/m2。受檢者按照同期隨機(jī)原則分入2組，每組30例。A組采用120 kV、150mAs掃描，B組為雙低組，采用管電壓100 kV，150mAs。該實(shí)驗(yàn)經(jīng)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有患者均簽署知情同意書。

1.2 掃描方法

頭頸聯(lián)合CTA檢查采用256層CT（Philips Brilliance iCT）。掃描范圍從胸骨角水平至顱頂。采用對(duì)比劑跟蹤觸發(fā)技術(shù)，感興趣區(qū)設(shè)于胸骨角水平升主動(dòng)脈內(nèi)，觸發(fā)閾值為150HU。達(dá)閾值后開始掃描。采用Ulrich REF XD 2051雙筒高壓注射器，18g套管針，置于前臂靜脈，注射對(duì)比劑碘海醇（350mgI/mL）。A組對(duì)比劑注射量為50mL，注射速率為5.0mL/s，隨后相同流率注入生理鹽水30mL。A組掃描參數(shù)：管電壓120 kV，150mAs。B組對(duì)比劑注射量為40mL，注射射速率為4.0mL/s，隨后相同流率注入生理鹽水30mL。掃描參數(shù)：管電壓100 kV，150mAs。準(zhǔn)直器寬度為128×0.625mm，F(xiàn)OV 220mm×220mm，掃描長(zhǎng)度287.4～383.4mm，平均（343.6±14.9）mm。重組層厚1mm，重組間隔0.8mm。

1.3 圖像處理及分析

A組原始數(shù)據(jù)采用iDose4Level 3重組。B組采用IMR Level 1重組。各序列均采用相同卷積函數(shù)。

1.3.1 圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)

將圖像的各組橫斷面數(shù)據(jù)傳至ISP工作站（IntelliSpace Portal，Philips Healthcare）進(jìn)行分析。采用橫斷面、CPR及VR圖像對(duì)受檢者的頸總動(dòng)脈、頸內(nèi)動(dòng)脈、頸外動(dòng)脈及顱內(nèi)各動(dòng)脈進(jìn)行圖像質(zhì)量的綜合評(píng)估，內(nèi)容包括：血管和周圍結(jié)構(gòu)的對(duì)比度、管腔邊緣的銳利度、主觀噪聲。上述主觀指標(biāo)均按照3分法評(píng)定，3分：血管顯示連續(xù)，遠(yuǎn)近端同等強(qiáng)化，邊緣銳利；2分：血管顯示連續(xù)，遠(yuǎn)端強(qiáng)化較差，邊緣少量偽影，不影響管腔評(píng)價(jià)；1分：血管顯示連續(xù)，血管整體強(qiáng)化較差，管腔模糊，難于評(píng)價(jià)。由2位不知掃描條件及患者臨床資料的有經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師（從事CT診斷5年以上）對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，二者意見不一致時(shí)，由第3名放射科醫(yī)師評(píng)定，取相同評(píng)分作為最終結(jié)論。

1.3.2 圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)

①在胸骨角水平的升主動(dòng)脈根部?jī)?nèi)設(shè)定2 cm2感興趣區(qū)，測(cè)定其CT值，并以其標(biāo)準(zhǔn)差作為圖像噪聲。測(cè)定同層面前胸壁皮下脂肪CT值作為背景，其感興趣區(qū)大小取不包含血管、肌肉及腺體組織的最大面積值。按照公式：對(duì)比噪聲比（CNR）=（CT主動(dòng)脈-CT脂肪）/圖像噪聲主動(dòng)脈，計(jì)算CNR。②在頸總動(dòng)脈遠(yuǎn)端中心設(shè)定0.2 cm2感興趣區(qū)，測(cè)定其CT值，并以其標(biāo)準(zhǔn)差作為圖像噪聲。測(cè)定同層面頸部皮下脂肪CT值作為背景。按照公式：對(duì)比噪聲比（CNR）=（CT頸總動(dòng)脈-CT脂肪）/圖像噪聲頸總動(dòng)脈，計(jì)算CNR。③在顱內(nèi)基底動(dòng)脈中心設(shè)定5mm2感興趣區(qū)，測(cè)定其CT值，并以其標(biāo)準(zhǔn)差作為圖像噪聲。測(cè)定同層面鞍上池內(nèi)腦脊液CT值作為背景，按照公式：對(duì)比噪聲比（CNR）=（CT基底動(dòng)脈-CT脊液）/圖像噪聲基底動(dòng)脈，計(jì)算CNR。如圖1～3。

1.3.3 輻射劑量測(cè)量

采用CT劑量指數(shù)（CTDI），CT劑量長(zhǎng)度乘積（DLP）及有效輻射劑量（ED）評(píng)價(jià)患者的輻射劑量。記錄掃描過(guò)程中CTDI及DLP值。采用公式：ED=DLP×k計(jì)算患者有效輻射劑量（k=0.003 1 mSv/（mGy·cm））。

圖1 ～3分別測(cè)定感興趣區(qū)A、C、E內(nèi)CT值及圖像噪聲，分別測(cè)定感興趣區(qū)B、D、F內(nèi)CT值作為背景。Figure 1～3.To determine the CT value and image noise in ROI A,C and E and to determine the CT value in ROI B,D and F as background.

圖4 ～6為120 kV造影劑，注射速率5mL/s，iDose4重建。圖7～9為100 kV造影劑，注射速率4mL/s，IMR重建。Figure 4～6.120 kV,injection rate:5 mL/s,iDose4re construction.Figure7～9.100kV,injection rate:4 mL/s.IMR reconstruction.

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2 結(jié)果

所有受檢者均順利通過(guò)檢查,無(wú)不良反應(yīng)發(fā)生。

2.1 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)與比較

2.1.1 主觀評(píng)價(jià)結(jié)果

2名放射科醫(yī)師對(duì)2組圖像的主觀評(píng)分顯示了較好的組間一致性。Kappa值為0.77，二者不一致的病例經(jīng)第3名放射科醫(yī)師評(píng)閱，取一致評(píng)分作為該病例的最終評(píng)分值（表1）。

B組顯示了等同于A組的主觀圖像質(zhì)量，且對(duì)比度及主觀噪聲均優(yōu)于A組，但與A組比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

表1 兩組圖像主觀評(píng)分比較

2.1.2 圖像客觀指標(biāo)的比較

B組的噪聲值較A組噪聲更低，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01）。在CNR方面，B組均高于A組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01，表2～4）。

表2 兩組頸動(dòng)脈起始部圖像客觀評(píng)分比較（±s）

表2 兩組頸動(dòng)脈起始部圖像客觀評(píng)分比較（±s）

組別主動(dòng)脈CT值噪聲CNR A組365.7±56.2（231.7～531.9）25.5±3.2（16.3～32.3）19.0±3.7（12.5～28.0）B組406.2±49.1（316.8～564.8）17.4±1.8（14.0～23.1）30.7±4.7（19.0～43.4）t值2.97 12.08 10.71 P值＜0.05＜0.01＜0.01

表3 兩組頸總動(dòng)脈遠(yuǎn)端圖像客觀評(píng)分比較（±s）

表3 兩組頸總動(dòng)脈遠(yuǎn)端圖像客觀評(píng)分比較（±s）

組別頸總動(dòng)脈CT值噪聲CNR A組413.6±65.3（263.9～579.6）9.0±0.6（7.0～11.8）58.0±7.3（40.0～79.7）B組438.4±61.9（322.1～566.2）8.3±0.8（5.9～10.6）67.6±8.0（44.7～85.9）t值1.51 3.83 4.86 P值＞0.05＜0.01＜0.01

表4 兩組顱內(nèi)基底動(dòng)脈圖像客觀評(píng)分比較（±s）

表4 兩組顱內(nèi)基底動(dòng)脈圖像客觀評(píng)分比較（±s）

組別基底動(dòng)脈CT值噪聲CNR A組336.8±45.1（232.2～450.9）11.9±1.2（9.2～14.8）28.3±3.9（20.2～35.3）B組374.8±54.6（273.3～491.2）10.0±0.8（8.8～12.7）37.7±5.8（26.9～52.4）t值2.94 3.80 7.37 P值＜0.01＜0.01＜0.01

表5 兩組輻射劑量比較

2.2 輻射劑量的比較

各組CTDI，DLP及ED比較見表5。各組輻射劑量差異均存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。A組ED值為（1.43±0.06）mSv，而主觀圖像質(zhì)量，客觀噪聲、CNR更佳的B組的ED值為（0.84±0.03）mSv，較A組劑量降低約41%。

3 討論

目前，Philips Brilliance iCT應(yīng)用于臨床的迭代重組技術(shù)主要是高級(jí)混合迭代重組（iDose4）技術(shù)和全模型迭代重組（IMR）技術(shù)。以往的研究結(jié)果顯示iDose4較濾波反投影技術(shù)（FBP）可以顯著地降低噪聲，改善對(duì)比噪聲比及信噪比[7-8]。本研究采用的IMR是最新的迭代重組技術(shù)，與既往的部分模型或者非模型混合性迭代重組技術(shù)不同，IMR是基于微平板探測(cè)器和硬件平臺(tái)的非線性全模型迭代重組技術(shù)，該技術(shù)以結(jié)構(gòu)化知識(shí)模型為基礎(chǔ)，可在重組過(guò)程中準(zhǔn)確建立數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模型以及圖像統(tǒng)計(jì)模型，并且通過(guò)反復(fù)減少掃描模型與采集數(shù)據(jù)之間的差異來(lái)逼近最真最優(yōu)的圖像顯示[9]。其圖像顯著特點(diǎn)是較FBP和以往迭代重組算法比較，可以保持較低的圖像噪聲水平，并同時(shí)提高圖像的對(duì)比度，這樣在進(jìn)一步降低輻射劑量的條件下，仍能獲得滿意的圖像質(zhì)量，或提升圖像質(zhì)量而增加診斷信心，在新近的相關(guān)研究中已得到臨床和體模實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證[10-12]。

目前，雙低（低輻射劑量、低對(duì)比劑劑量）技術(shù)在頭頸聯(lián)合CTA中應(yīng)用的可行性已有大量研究[13-14]。IMR技術(shù)在低管電壓腹部CTA以及低管電壓和低對(duì)比劑在腹部動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描中作用已在新近的研究結(jié)果中得到肯定，但在雙低頭頸聯(lián)合CTA中尚未見報(bào)道[15-16]。本研究將雙低結(jié)合IMR技術(shù)應(yīng)用于頭頸聯(lián)合CTA成像，結(jié)果顯示，采用IMR重建，可以有效的降低圖像的噪聲，提高圖像的對(duì)比度及對(duì)比噪聲比等客觀指標(biāo)，從而得到優(yōu)于常規(guī)輻射劑量iDose4重組的圖像質(zhì)量。

本研究的優(yōu)勢(shì)：①IMR重組較iDose4重組能進(jìn)一步降低輻射劑量，而測(cè)得圖像的客觀數(shù)據(jù)均優(yōu)于iDose4重組圖像。②實(shí)驗(yàn)B組采用低注射速率的對(duì)比劑注射方法（A組注射速率為5.0mL/s，B組注射速率為4.0mL/s），在相同的注射時(shí)間內(nèi)所需對(duì)比劑的量較A組減少20%，減少了對(duì)比劑對(duì)人體的毒性。③由于采用相對(duì)的低注射速率，在注射對(duì)比劑時(shí)，降低了對(duì)血管承受能力的要求。

本研究的局限性：①每組病例數(shù)偏少，有待進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量。②受檢者的BMI在20～30 kg/m2，因而本研究結(jié)論僅適用于中等體型的受檢者，肥胖及瘦小患者的低劑量條件尚待進(jìn)一步研究。③IMR重組能否客觀真實(shí)地反映斑塊的形態(tài)特征，及其診斷血管狹窄的準(zhǔn)確性尚待進(jìn)一步研究。

綜上，新型全模型迭代重組技術(shù)IMR可以顯著降低噪聲，在256層CT頭頸聯(lián)合CTA中應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)，可使中等體型個(gè)體的有效輻射劑量降至0.84mSv。在劑量降低41%的條件下仍可得到優(yōu)于常規(guī)劑量iDose4重組的圖像質(zhì)量。若要得到相當(dāng)于常規(guī)劑量iDose4重組的圖像質(zhì)量，輻射劑量仍有進(jìn)一步下探的可能。

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Application in head-neck CTA based on IMR w ith low tube voltage and low rate injection of contrast medium

GAO Si-zhe,ZHANG Bin,ZHAO Fu-xin,GUO Wen-li
(Department of Radiology,Shengjing Hospital of China Medical University,Shenyang 110004,China)

Objective:To investigate the clinical use of 256-slice spiral CT in the diagnosis of head and neck artery disease in CTA combined with low-tube-voltage and low rate injection of contrast medium by IMR reconstruction.M ethods:Sixty patients who would perform head-neck CTA were enrolled and divided into two groups random ly.CTA was performed in group A using normal tube voltage(120 kV)and normal injection rate of contrast medium(5mL/s)by iDose4reconstruction.Group B

CTA by low-tube-voltage(100 kV)and low injection rate of contrast medium(4mL/s)with IMR reconstruction.Quantitative measurements of CT value,image noise and contrast-to-noise ratio(CNR)were measured in either group.The t-test was used to compare objective evaluation indices(noise,CNR)and radiation dosage between the two groups.χ2-test was used to compare subjective evaluation of image quality(contrast,sharpness and subjective noise)between the two groups.A level of P＜0.05 was considered statistically significant.Results:There were significant differences in objective noise and CNR between the two groups(P＜0.01).Group B showed better subjective image quality.Compared to group A,group B showed better subjective scores of contrast and noise,and slightly worse score of sharpness with no significence(P＞0.05).The effective dose(ED)of group B((0.84±0.03)mSv)was 41%lower compared to group A((1.43±0.06)mSv).Conclusion:Compared with i-Dose4,iterative model reconstruction technique can provide 41%ED reduction in head-neck CTA by 256 MSCT with satisfactory image quality.

Tomography,spiral computed

R816.1；R814.42；R814.43

A

1008-1062（2017）01-0064-04

2016-04-28；

2016-06-21

高思喆（1982-），男，遼寧撫順人，技師。E-mail：18940254598@189.cn

郭文力，中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院放射科，110004。E-mail：guo_wl68@163.com