不同型號(hào)雙源CT冠狀動(dòng)脈成像參數(shù)及圖像質(zhì)量的對(duì)比分析

康 瑞 ，王錫明 ，王 昕 ，石 峰 ，鄭淑鳳 ，王全用 ，李婉榮

（1.內(nèi)蒙古自治區(qū)中醫(yī)醫(yī)院放射科，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010；2.山東省立醫(yī)院影像科，山東 濟(jì)南 250021）

掃描速度更快、圖像更清晰且輻射劑量更低是當(dāng)前CT設(shè)備發(fā)展的目標(biāo)。雙源CT主要通過更快的成像采集速度，實(shí)現(xiàn)良好的成像效果；寬體探測(cè)器CT則主要通過更寬的圖像采集范圍，達(dá)到較好的成像目的，兩者各具優(yōu)勢(shì)，共同發(fā)展，在臨床應(yīng)用中均有良好表現(xiàn)［1-2］。本文旨在利用標(biāo)準(zhǔn)化模體掃描和回顧性分析冠狀動(dòng)脈CT造影（coronary computer tomography angiograph，CCTA）圖像方法，討論3種不同型號(hào)的Siemens雙源CT的成像參數(shù)和圖像質(zhì)量的客觀規(guī)律，從而為設(shè)計(jì)雙源CT冠狀動(dòng)脈標(biāo)準(zhǔn)化掃描方案奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 儀器與方法 使用美國(guó)模體實(shí)驗(yàn)室的Catphan 500 模體（包含 CTP401、CTP528、CTP515 及 CTP 486模塊），分別在 Siemens雙源 CT 機(jī)（Definition，Siemens Healthcare，F(xiàn)orchheim，German）、Siemens 炫 速 雙 源CT 機(jī)（Definition Flash，Siemens Healthcare，F(xiàn)orchheim，German）及 Siemens炫速光子雙源 CT機(jī)（Definition Flash Stellar，Siemens Healthcare，F(xiàn)orchheim，German）進(jìn)行掃描。

采用心臟回顧性心電門控掃描模式，統(tǒng)一添加60次/min的模擬心電圖，管電壓分別為140、120、100、80、70 kV 及智能管電壓（Care kV），不同管電壓分別選取2種管電流模式，即恒定管電流（280 mAs）和自動(dòng)管電流（參考管電流456 mAs），掃描長(zhǎng)度均為15 cm，每組掃描3次。隨機(jī)抽取2014年1—12月山東省醫(yī)學(xué)影像學(xué)研究所3臺(tái)雙源CT的CCTA圖像各200例，男289例，女311例，心率60～90次/min，掃描條件均為回顧性心電門控120 kV，球管旋轉(zhuǎn)速度 0.28 s，準(zhǔn)直器寬度 2×128×0.6 mm，螺距 0.18～0.35（隨心率調(diào)控），開啟管電流調(diào)控，掃描基點(diǎn)定于氣管隆突下10 mm，下至心臟膈面下方。

1.2 數(shù)據(jù)重建及處理 所得各組模體數(shù)據(jù)采用濾波反投影算法（FBP Bf26）和迭代重建算法（SAFIRE If26）進(jìn)行重建。迭代重建級(jí)別選擇廠家推薦的3級(jí)，重建層厚 0.75、0.6 mm及 Definition Flash Stellar CT獨(dú)有的0.5 mm，其他參數(shù)相同。另對(duì)Definition Flash Stellar CT數(shù)據(jù)采用迭代重建1～4級(jí)別進(jìn)行重建；并采用不同卷積核參數(shù)重建，即濾波反投影法（FBP Bf46）與迭代重建法（SAFIRE If46）。 所有圖像傳輸?shù)胶筇幚砉ぷ髡荆╩ultimodality workplace，Siemens healthcare，German）進(jìn)行分析?；仡櫺訡CTA圖像參數(shù)均為FBP、卷積核參數(shù)Bf26、層厚0.75 mm。

1.3 數(shù)據(jù)測(cè)量及評(píng)價(jià) 由2名放射科醫(yī)師采用雙盲法分別對(duì)圖像進(jìn)行定量測(cè)量。模體實(shí)驗(yàn)中記錄各組模體圖像的劑量長(zhǎng)度乘積（dose length product，DLP）、CT值、圖像噪聲，并對(duì)空間分辨力及密度分辨力模體模塊進(jìn)行評(píng)價(jià)，每組數(shù)據(jù)測(cè)量3次，取2名醫(yī)師的平均值。

回顧性CCTA記錄DLP，測(cè)量主動(dòng)脈起始部圖像噪聲，并對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)。

1.3.1 輻射劑量指標(biāo) 通過CT-Dose Report列表記錄 DLP（mGy·cm）。

1.3.2 CT值準(zhǔn)確性及一致性 選擇CTP401模塊作為標(biāo)準(zhǔn)，其內(nèi)含有4種標(biāo)準(zhǔn)CT值材料插件：空氣（標(biāo)準(zhǔn)CT值-1 000 HU）、特氟龍（標(biāo)準(zhǔn) CT值990 HU）、丙烯（標(biāo)準(zhǔn)CT值120 HU）、低密度聚乙烯（標(biāo)準(zhǔn)CT值-100 HU）。對(duì)各插件中心層位圖像進(jìn)行測(cè)量，ROI選擇插件中心約0.5 cm2的圓形區(qū)域重復(fù)測(cè)量3次。

1.3.3 空間分辨力 選擇CTP528模塊中心層面，同時(shí)調(diào)整窗寬（WW）和窗位（WL），分辨各組圖像最小的一組線對(duì)，意見不統(tǒng)一時(shí)，協(xié)商達(dá)成一致。

1.3.4 密度分辨力 以CTP515模塊為目標(biāo)，在15mm的圓孔插件中，選取200個(gè)像素大小ROI，測(cè)量其平均CT值（CTa）和標(biāo)準(zhǔn)差（SDa）。在圓孔外選擇相同大小 ROI，測(cè)量其平均 CT 值（CTb）和標(biāo)準(zhǔn)差（SDb）。根據(jù)公式：WW=5×（SDa+SDb）/2，WL=（CTa+CTb）/2，調(diào)整WW、WL，觀察調(diào)整后的圖像，選出能看清的最小直徑的圓孔［3］。

1.3.5 圖像場(chǎng)均勻性及噪聲 以CTP486模塊為目標(biāo)，在各組同層圖像的中心和上下左右距中心約20 mm處，取面積約2 cm2的圓形ROI進(jìn)行測(cè)量，保證其位置、形態(tài)和大小基本一致，一般與中心差值＜4 HU，記錄相應(yīng)的 CT值及圖像噪聲值［4］。

1.3.6 CCTA圖像評(píng)價(jià) 測(cè)量左冠狀動(dòng)脈開口處升主動(dòng)脈噪聲值，并以ROI的CT值標(biāo)準(zhǔn)差表示，ROI為20 mm2，相同位置測(cè)量3次。根據(jù)美國(guó)心臟病學(xué)會(huì)（American Heart Association，AHA）冠狀動(dòng)脈的 15 段標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)直徑2 mm以上的冠狀動(dòng)脈節(jié)段圖像質(zhì)量評(píng)分：5分，圖像質(zhì)量?jī)?yōu)，冠狀動(dòng)脈管腔顯示連續(xù)完整，邊緣銳利，無運(yùn)動(dòng)偽影；4分，冠狀動(dòng)脈管腔顯示連續(xù)完整，局部邊緣略模糊，無明顯運(yùn)動(dòng)偽影；3分，冠狀動(dòng)脈管壁顯示欠銳利或輕度運(yùn)動(dòng)偽影，不影響診斷；2分，冠狀動(dòng)脈管壁有中度偽影或階梯狀偽影，尚可作出診斷；1分，圖像質(zhì)量差，重組圖像上冠狀動(dòng)脈錯(cuò)位，管壁嚴(yán)重偽影，不能作出診斷。對(duì)于嚴(yán)重鈣化血管節(jié)段不做評(píng)價(jià)，2名醫(yī)師意見不一時(shí)，共同閱片協(xié)商達(dá)成一致［5］。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用雙錄入法錄入數(shù)據(jù)，計(jì)量資料以±s表示。兩均數(shù)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)分析，計(jì)數(shù)資料行χ2檢驗(yàn)，圖像質(zhì)量評(píng)分采用兩樣本的非參數(shù)Mann-WhitneyU檢驗(yàn)。以P＜0.05差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 輻射劑量報(bào)告 輻射劑量與管電壓、管電流呈正相關(guān)（表1），每降低1個(gè)管電壓級(jí)別，平均輻射劑量下降40.29%，120 kV較140 kV下降27.7%，100 kV較 120 kV下降 49.46%，80 kV較 100 kV下降36.05%，70 kV較80 kV下降47.95%。3臺(tái)機(jī)器比較，總體輻射劑量差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05）；同時(shí)開啟管電壓及管電流調(diào)控，輻射劑量：Stellar＜Flash＜Definition，組間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05）。

表1 不同管電壓條件下3臺(tái)雙源CT的DLP mGy·cm

2.2 圖像質(zhì)量報(bào)告

2.2.1 CT值及分辨力 每降低1個(gè)管電壓級(jí)別，空氣、丙烯及低密度聚乙烯插件的CT值有減小趨勢(shì)，特氟龍有增大趨勢(shì)（表2），但組間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。隨著管電壓的降低，空間分辨力未見明顯變化（圖 1a，1b），密度分辨力逐漸下降（圖 1e，1f）。 相同管電壓條件下，卷積核參數(shù)B46的空間分辨力較B26高（圖 1c，1d），層厚越薄空間分辨力越高（圖 1c，1h）；SAFIRE 組較 FBP 組的密度分辨力高（圖 1f，1g）；空間分辨力組間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；密度分辨力組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。

表2 CTP401模體不同掃描條件下CT值

2.2.2 圖像均勻性及噪聲 各組圖像均顯示均勻，各測(cè)量點(diǎn)間的CT值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。噪聲值與管電壓、管電流呈負(fù)相關(guān)，每降低1個(gè)管電壓級(jí)別，平均噪聲值相應(yīng)上升約33.71%，120 kV較140 kV上升22.38%，100 kV較120 kV上升36.80%，80 kV較100 kV上升29.79%，70 kV較80 kV上升45.86%。相同管電壓條件下，噪聲值：Definition Flash Stellar＜Definition Flash＜Definition，組間比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05）。

2.2.3 重建方法 圖像噪聲值與卷積核參數(shù)呈正相關(guān)，與層厚、迭代重建呈負(fù)相關(guān)，組間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05）。 Definition Flash CT 中，每增加1個(gè)迭代級(jí)別平均可降噪11.73%，1級(jí)SAFIRE較FBP降噪22.28%，2級(jí)SAFIRE較1級(jí)SAFIRE降噪5.45%，3級(jí) SAFIRE較 2級(jí) SAFIRE降噪 7.92%，4級(jí)SAFIRE較3級(jí)SAFIRE降噪11.25%（表3）。1級(jí)SAFIRE偶爾會(huì)表現(xiàn)出不穩(wěn)定的特點(diǎn)，噪聲值不降反升。Definition Flash Stellar中，相同管電壓條件下，不同層厚、不同卷積核參數(shù)的FBP及SAFIRE圖像的噪聲值大小為：0.75If26SAFIRE＜0.75Bf26FBP＜0.6If26SAFIRE＜0.6Bf26FBP＜0.5If26SAFIRE＜0.75If46 SAFIRE＜0.75Bf46FBP＜0.6If46SAFIRE＜0.5If46SAFI RE＜0.6Bf46FBP，噪聲值更易受卷積核參數(shù)影響，其次是層厚，最后是迭代重建算法。

圖1 空間分辨力與密度分辨力圖 圖1a 120 kV，0.75 mm層厚，Bf26空間分辨力圖像 圖1b 80 kV，0.75 mm層厚，Bf26空間分辨力圖像圖1c 70 kV，0.75 mm層厚，If26空間分辨力圖像 圖1d 70 kV，0.75 mm層厚，If46空間分辨力圖像 圖1e 120 kV，0.75 mm層厚，Bf26密度分辨力圖像 圖1f70 kV，0.75 mm層厚，B26密度分辨力圖像 圖1g 70 kV，0.75 mm層厚，If26密度分辨力圖像 圖1h 70 kV，0.5 mm層厚，If26空間分辨力圖像

表3 不同管電壓下Definition Flash CT各重建級(jí)別的噪聲值 HU

2.2.4 CCTA圖像評(píng)價(jià) DLP組間差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05），噪聲值及圖像質(zhì)量評(píng)分差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均 P＜0.05）（表 4）。

表4 3臺(tái)雙源CCTA圖像回顧分析匯總（±s）

表4 3臺(tái)雙源CCTA圖像回顧分析匯總（±s）

注：年齡、DLP、噪聲采用方差檢驗(yàn)，檢驗(yàn)值為F值；圖像質(zhì)量評(píng)分采用Mann-Whitney U檢驗(yàn)，檢驗(yàn)值為P值。

機(jī)器型號(hào) 年齡（歲） DLP（mGy·cm） 噪聲（HU） 圖像質(zhì)量評(píng)分（分）Definition 54.14±8.90 737.73±170.32 20.22±6.22 3.69±0.47 Definition Flash 57.11±13.01 743.76±200.06 19.12±5.49 3.97±0.37 Definition Flash Stellar 51.64±10.33 739.99±167.26 17.47±3.62 4.01±0.29檢驗(yàn)值 21.44 13.311 10.51 0.041

3 討論

自2004年64排螺旋CT出現(xiàn)后，冠狀動(dòng)脈成像成為可能，現(xiàn)已成為冠狀動(dòng)脈病變的首選和常規(guī)檢查方法，使CT冠狀動(dòng)脈的成像質(zhì)量和適用范圍不斷提高。但輻射劑量問題也受到人們的廣泛關(guān)注。據(jù)報(bào)道［6］，15個(gè)發(fā)展中國(guó)家0.6%～3.2%的惡性腫瘤很可能與影像檢查所致的電離輻射相關(guān)；每增加1 mSv的輻射劑量將增加5/10萬的惡性腫瘤發(fā)生率［7］。

目前降低輻射劑量的方法主要有以下幾種［8-11］：①手動(dòng)降低管電壓和（或）管電流，其本質(zhì)是消除無效輻射劑量。②自動(dòng)管電壓和（或）管電流調(diào)節(jié)，其原理是根據(jù)定位像的X線衰減數(shù)據(jù)對(duì)不同部位不同組織密度差別，自動(dòng)個(gè)性化調(diào)節(jié)輻射劑量分布。針對(duì)Siemens雙源CT回顧性門控掃描，筆者發(fā)現(xiàn)全程掃描中未出現(xiàn)縱軸的輻射劑量分布調(diào)節(jié)，可能是心臟掃描范圍小且組織差別不明顯所致。③自適應(yīng)性劑量屏蔽技術(shù)，通過前置準(zhǔn)直器的智能調(diào)節(jié)，將掃描開始和結(jié)束階段對(duì)圖像重建無效的劑量屏蔽掉。④調(diào)節(jié)螺距，不同廠家在調(diào)節(jié)螺距時(shí)有不同的機(jī)制，產(chǎn)生不同的結(jié)果。⑤利用材料和技術(shù)間接提高X線的有效利用率，降低無效射線的產(chǎn)生，提高了圖像的顯示質(zhì)量，間接降低輻射劑量的危害。本研究使用的Siemens雙源CT，在保證圖像質(zhì)量的前提下，可降低患者所接受的輻射劑量。本研究也表明：Definition Flash Stellar CT不僅具有140 kV的高千伏條件，且具有更高的管電流，適應(yīng)于更肥胖的人群，擴(kuò)大了冠狀動(dòng)脈CTA的適用人群，具有更好的應(yīng)用前景。同時(shí)，在相同掃描條件下，Definition Flash Stellar CT的圖像噪聲最小，尤其是在低輻射劑量條件下更明顯，這在冠狀動(dòng)脈CTA圖像回顧分析中也有相應(yīng)表現(xiàn)，輻射劑量差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），但Definition Flash Stellar CT的圖像噪聲值和圖像評(píng)分均為最好，顯示出較好的性能。

輻射劑量與管電壓、管電流呈正相關(guān)，噪聲值與管電壓、管電流呈負(fù)相關(guān)［12］。輻射劑量越大，圖像噪聲越低；圖像噪聲值還受層厚和重建算法影響，一般層厚越薄，噪聲越大，重建卷積核參數(shù)越大，噪聲也越高，迭代重建算法可顯著降低噪聲值，保證圖像質(zhì)量［13-14］。本研究上述結(jié)論均有體現(xiàn)且通過比較得出：整體上雙源CT冠狀動(dòng)脈圖像質(zhì)量最主要受卷積核參數(shù)影響，其次是層厚，最后是迭代重建。但筆者分析該規(guī)律會(huì)根據(jù)各重建參數(shù)的程度不同而有所變化，當(dāng)層厚變化較小時(shí)，迭代重建算法可完全消除層厚減小所致的噪聲值增高，所以卷積核參數(shù)、層厚及重建算法三者與圖像質(zhì)量之間的關(guān)系是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過程，本研究結(jié)果中這一規(guī)律僅適用于這一組掃描條件的總結(jié)。

密度分辨力即低對(duì)比度分辨力，噪聲越大，密度分辨力越低［15］；厚度越大，密度分辨力越高［16］；卷積核參數(shù)越小，密度分辨力越高［17］?？臻g分辨力即高對(duì)比度分辨力，層厚越薄，空間分辨力越高［3］；卷積核參數(shù)越高，空間分辨力越高［18］。本研究結(jié)果均符合文獻(xiàn)中所述大致規(guī)律，且在雙源CT機(jī)上具有一定的數(shù)值變化規(guī)律，為雙源CT冠狀動(dòng)脈標(biāo)準(zhǔn)化掃描提供參考數(shù)據(jù)，可針對(duì)不同體質(zhì)特征人群進(jìn)行相應(yīng)的換算和條件分析選擇，從而掃描出標(biāo)準(zhǔn)化的冠狀動(dòng)脈CTA圖像，這也是今后研究的方向。

本研究的不足之處在于比較3臺(tái)雙源CT輻射劑量時(shí)，未能對(duì)機(jī)器進(jìn)行校準(zhǔn)和控制環(huán)境因素的影響，僅模擬實(shí)際檢查常用的幾種掃描條件，因此，在輻射劑量比較方面不夠完善，圖像質(zhì)量分析也僅是初步的統(tǒng)計(jì)學(xué)比較，未具體細(xì)化逐個(gè)條件進(jìn)行比對(duì)并分析原因。

綜上所述，在Siemens雙源高端螺旋CT中，輻射劑量、圖像質(zhì)量及重建參數(shù)之間存在一定的客觀規(guī)律，總體輻射劑量在3臺(tái)Siemens雙源CT回顧性心電門控掃描模式中改善不明顯，但在相同掃描條件下，輻射劑量越低，圖像質(zhì)量改善越明顯，掃描時(shí)建議開啟管電壓和管電流調(diào)控技術(shù)。