低千伏大螺距及迭代重建聯(lián)合技術(shù)128層雙源下肢靜脈CTV的圖像質(zhì)量和輻射劑量研究

周文珍，劉圣華，楊春霞，王麗萍，殷信道

南京醫(yī)科大學(xué)附屬南京醫(yī)院（南京市第一醫(yī)院） 醫(yī)學(xué)影像科，江蘇 南京 210006

引言

下肢深靜脈血栓（Deep Venous Thrombosis，DVT）是常見的外周血管疾病，其較嚴重并發(fā)癥之一是肺栓塞。研究認為90%的深靜脈血栓伴有肺動脈栓塞[1]，因此早期診斷DVT，盡早制定合理的治療方案非常重要。CT 靜脈成像（CT Venography，CTV）是診斷下肢深靜脈血栓的有效手段。隨著CT 掃描技術(shù)的不斷發(fā)展，CT 可進行大范圍的掃描，并保證較高的分辨率和較低的噪聲，然而卻伴隨著不斷加大的輻射劑量[2-5]。

目前有很多技術(shù)可以降低輻射劑量，比如：降低管電壓[5-7]，管電流自動控制技術(shù)（Automatic Tube Current Modulation，ATCM）[8]，大螺距掃描模式[9-11]，迭代重建（Sinogram-Affi rmed Iterative Reconstruction，SAFIRE）[12]等。其中大螺距掃描模式又稱為Flash 掃描模式，是雙源CT 具備的一種較新的低劑量掃描技術(shù)[13]。常用的CT 圖像重建主要有兩類：濾過反投影法重建（Filtering Back-Projection，F(xiàn)BP）和SAFIRE。FBP 重建具有分辨率高、成像速度快的優(yōu)點，但易受統(tǒng)計波動的影響，若投影數(shù)據(jù)量不足，重建圖像質(zhì)量就會明顯下降。為保證獲取完整的投影數(shù)據(jù)量，F(xiàn)BP 重建對于CT 的掃描輻射劑量要求就較高。SAFIRE 重建的算法原理可以有效地克服FBP 重建所存在的問題，目前計算機技術(shù)的飛速進步已經(jīng)使SAFIRE 重建成為研究的熱點。SAFIRE 重建則可以彌補大螺距、低千伏等技術(shù)所引起的圖像噪聲增大，質(zhì)量下降的缺陷，提高圖像質(zhì)量[13]。目前下肢CTV 低劑量的相關(guān)研究報道較多，但多數(shù)為其中單一技術(shù)的應(yīng)用研究。

本研究采用低千伏、大螺距、ATCM、SAFIRE 重建多項技術(shù)聯(lián)合行下肢靜脈CTV 成像，旨在降低下肢動脈CTV 的輻射劑量，CTV 掃描技術(shù)分別為：100 kVp，大螺距（3.2）聯(lián)合SAFIRE 重建對比120 kVp，標準螺距（1.0），分析前者掃描方案是否能夠增加血管強化同時沒有降低圖像質(zhì)量。

1 材料與方法

1.1 研究對象

本研究為回顧性研究，包括60 例懷疑下肢DVT 的患者[男性46 例，平均年齡（65±16）歲，范圍：23～85 歲]，分為兩組，A 組[男性23 例，平均年齡（64±15）歲，范圍：23～85 歲]為2016 年11 月至2018 年6 月于我院經(jīng)臨床診斷懷疑DVT 的患者。該組結(jié)果與既往2014 年1 月至2016年10 月于我院就診的30 例連續(xù)性患者[B 組：男性23 例，平均年齡（66±16）歲，范圍：28～81 歲]進行比較。

1.2 CT掃描技術(shù)

所有患者均行128 層雙源CT（Defi nition Flash，德國西門子公司）下肢靜脈CTV 檢查。CTV 采用仰臥位，掃描范圍自L1 椎體至踝關(guān)節(jié)，一次屏氣，方向為頭側(cè)至足側(cè)。靜脈注射非離子型造影劑（Ultravist 370 mg/mL，德國拜耳公司）120 mL 及30 mL 生理鹽水，注射速率為4 mL/s。CTV 于造影劑注射3 min 后開始掃描。

A 組掃描方案：管電壓100 kVp；參考管電流210 mAs，應(yīng)用ATCM（CareDose4D，Siemens Healthcare）；Flash 模式大螺距（3.2）；準直2×64×0.6 mm；層厚5 mm。圖像后處理采用SAFIRE 重建法，卷積核為I26f。

B 組掃描方案：管電壓120 kVp；參考管電流210 mAs，應(yīng)用ATCM（CareDose4D，Siemens Healthcare）；標準螺距（1.0）；準直2×64×0.6 mm；層厚5 mm。圖像重建采用FBP 重建，卷積核為B26f。

1.3 圖像分析

圖像后處理采用西門子后處理工作站，由兩位有經(jīng)驗的閱片醫(yī)師獨立評價圖像質(zhì)量。如分析結(jié)果不一致，請第三位高年資主任或副主任醫(yī)師閱片，得出一致意見。

定量分析采用測量血管CT 值的方法進行評價。測量位于以下3 個平面：左側(cè)腎靜脈水平的下腔靜脈（Inferior Vena Cava，IVC），股骨頭水平的右股靜脈（Femoral Vein，F(xiàn)V），腘窩水平的右側(cè)腘靜脈（Popliteal Vein，PV）。測量興趣區(qū)（Region of Interest，ROI）的CT 值。如果管腔內(nèi)出現(xiàn)血栓或者支架金屬偽影，測量放置于左側(cè)肢體。

使用以下公式計算信噪比（SNR）和對比噪聲比（CNR）：

其中，CTv 是血管強化的CT 值，N 為噪聲，是靜脈ROI 內(nèi)CT 值的標準差，CTm 為鄰近肌肉的CT 值。

兩名影像科醫(yī)生依據(jù)之前報道的方法[14-18]采用5 個等級法對圖像質(zhì)量進行主觀評分。1 分：差，圖像層次非常不清，顆粒粗大，完全無診斷價值；2 分：欠佳，圖像層次不清，對應(yīng)血管無法達到明確診斷要求；3：中等，血管強化程度可以作出診斷，達到診斷要求；4：良好，血管強化充分，可以明確診斷有或無栓子；5 分：優(yōu)秀，血管強化更明顯，可以充分診斷有或無栓子。

1.4 輻射劑量

記錄掃描中每例患者的劑量長度乘積（Dose Length Product，DLP）和CT 容 積 劑 量 指 數(shù)（Volume CT Dose Index，CTDIvol），并記錄患者掃描長度。

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析

2 結(jié)果

2.1 患者基本資料

患者的基本資料，見表1。兩組患者年齡和性別間無明顯的統(tǒng)計學(xué)差異。

表1 患者基本情況及放射劑量對比

表1 患者基本情況及放射劑量對比

A組 (n=30) B組 (n=30) P年齡 (歲) 64±15 66±16 0.813例數(shù) (男/女) 23/7 23/7 —掃描長度 (mm) 1093.58±45.56 1078.89±52.68 0.560掃描時間 (s) 3.02±0.11 14.65±0.90 0.001 CTDIvol (mGy) 1.79±0.08 7.16±0.94 0.007 DLP-Lower extremity CTA (mGy·cm) 226.23±9.60 797.2±96.81 0.001

2.2 輻射劑量

輻射劑量相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。A、B 兩組下肢動脈CTA 平均DLP 分別為（226.23±9.60）mGy·cm 和（797.2±96.81 ）mGy·cm，兩組間存在統(tǒng)計學(xué)差異（P＜0.001）。A、B 兩組評價掃描時間分別為（3.02±0.11） s 和（14.65±0.09 ）s，兩組間存在統(tǒng)計學(xué)差異（P＜0.001），兩組間掃描長度沒有統(tǒng)計學(xué)差異。

2.3 圖像分析

所有患者下腔靜脈、股靜脈、腘靜脈均可診斷（A 組，n=30；B 組，n=30）（圖1），其中A 組有1 條股靜脈，另有3 條腘靜脈（A 組，n=1；B 組，n=2）于左側(cè)進行測量，因為右側(cè)具有較重的偽影或者彌漫性栓塞。

圖1 兩組掃描模式的CTV影像

A 組所有的平均CT 值均較B 組高，并具有統(tǒng)計學(xué)差異（表2）。IVC 平均CT 值分別為（143.54±19.74）HU 和（109.84±13.59） HU，F(xiàn)V 平均CT 值分別為（145.47±23.62） HU 和（110.32±15.87） HU，PV 平 均CT 值 分 別 為（139.29±24.13 ）HU 和（111.49±19.72） HU。A 組所有測量的靜脈圖像噪聲均較第一組高。

表2 血管強化CT程度及噪聲

表2 血管強化CT程度及噪聲

注：*表示B組與A組相比，P＜0.05 。

血管強化程度 (HU) 圖像噪聲A組 (n=30) B組 (n=30) A組 (n=30) B組 (n=30)IVC 143.54±19.74 109.84±13.59* 23.79±3.73 14.32±3.12*FV 145.47±23.62 110.32±15.87* 18.33±4.21 13.84±3.01*PV 139.29±24.13 111.49±19.72* 14.97±5.18 9.62±4.17*

兩組圖像的SNR 和CNR 之間無統(tǒng)計學(xué)差異（表3）。

表3 兩組SNR和CNR結(jié)果

表3 兩組SNR和CNR結(jié)果

注：*表示B組與A組相比，P＞0.05，兩組無統(tǒng)計學(xué)差異。

SNR CNR A組 (n=30) B組 (n=30) A組 (n=30) B組 (n=30)IVC 6.01±1.60 7.76±1.49* 4.41±1.01 4.53±1.22*FV 7.83±1.98 7.87±1.86* 5.46±1.97 4.68±1.75*PV 9.29±2.23 11.17±2.16* 6.26±2.10 6.89±1.79*

兩位閱片者對圖像質(zhì)量評分的結(jié)果一致性良好（k=0.759）。平均主觀圖像質(zhì)量評分B 組（4.31±0.38）較A 組高（4.17±0.62）（表4），但是二者之間無統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.342）。

表4 兩組圖像質(zhì)量評分結(jié)果

表4 兩組圖像質(zhì)量評分結(jié)果

A組 B組 P下腔靜脈區(qū) 4.01±0.52 4.40±0.29 0.191股靜脈區(qū) 4.16±0.61 4.33±0.41 0.332腘靜脈區(qū) 4.34±0.74 4.21±0.45 0.482

3 討論

隨著CTA 成像硬件和影像后處理軟件的不斷完善和發(fā)展，目前下肢靜脈CTV 已經(jīng)成為靜脈血管病變可靠的影像學(xué)手段。CT 掃描的缺陷在于較高的放射劑量[2-5]，如何降低CTV 的輻射劑量也就成為關(guān)注的熱點，目前已經(jīng)有較多的降低輻射劑量研究，其中降低管電壓，ATCM，大螺距掃描模式，SAFIRE 重建為研究較多的領(lǐng)域，但是目前的研究多為其中單一技術(shù)的運用研究。本研究采用低千伏、ATCM、大螺距掃描模式以及SAFIRE 重建聯(lián)合掃描模式，以達到最大程度的降低輻射劑量。

在諸多降低輻射劑量的技術(shù)中，降低千伏是比較有效的一種，有研究報道掃描千伏自120 kVp 降至100 kVp，下肢CTV 輻射劑量可以降低33%[15]。本研究采用了100 kVp的低千伏參數(shù)，有效降低了輻射劑量。ATCM 技術(shù)可在保證圖像質(zhì)量的基礎(chǔ)上有效降低X 射線輻射劑量。有研究使用個體化的管電流來，于身體不同部位的CT 檢查中對患者受到的輻射劑量進行研究，依據(jù)患者的身高和體重采用ATCM 技術(shù)已經(jīng)在目前的CT 檢查中獲得越來越多的重視與運用[8]。增大螺距是另一種降低輻射劑量的技術(shù)，增大螺距可以縮短掃描時間，從而降低輻射劑量[9-11]。大螺距掃描模式是西門子雙源CT 具備的一種較新的掃描模式，最初是該模式用于低劑量冠狀動脈成像，近來，許多研究將該技術(shù)應(yīng)用于其他部位的成像[19-23]，其主要目的是降低輻射劑量，而本研究則是將Flash 掃描模式運用于下肢靜脈CTV 成像。另外，得益于計算機技術(shù)和圖像重建算法的不斷發(fā)展以及低劑量成像的需求，SAFIRE 重建技術(shù)逐步在CT 領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注，SAFIRE 重建可以提高圖像質(zhì)量降低圖像噪聲，SAFIRE 技術(shù)的原理是首先對X 線光子分布進行原始估計，在此基礎(chǔ)上估算每個投影方向上探測器獲得的可能計數(shù)（即正投影），再將正投影數(shù)據(jù)與探測器實際采集的投影數(shù)據(jù)進行比較，用于更新原始數(shù)據(jù)；不斷重復(fù)此過程，經(jīng)過數(shù)次在圖像空間上的SAFIRE 重建，圖像的噪聲顯著降低，圖像的清晰度保持不變[12]。本研究中低千伏大螺距組血管強化的CT 值以及圖像噪聲均較標準螺距組高，并具有統(tǒng)計學(xué)差異。之前的一些研究也支持本研究的結(jié)果[15-18,24]。隨著電壓的降低，X 線束中的平均光子能量更接近碘的光譜吸收邊緣，從而獲得更高的碘衰減值。因此在較低輻射劑量下，增加碘的吸收能達到更高的增強效果[24]。低千伏和大螺距會導(dǎo)致圖像噪聲增加，通過SAFIRE 重建技術(shù)可以改善圖像質(zhì)量[12,25-26]。因此本研究結(jié)果中雖然A 組的圖像噪聲較高，但是兩組圖像的SNR，CNR 以及兩組的圖像質(zhì)量并無統(tǒng)計學(xué)差異，表明低劑量掃描模式下采用SAFIRE 重建不但可以降低圖像噪聲，且可提高圖像的SNR 及CNR，從而在同等條件下提高圖像質(zhì)量。

在本研究中聯(lián)合多種降低劑量的技術(shù)行下肢靜脈CTV檢查，相對于標準掃描模式，DLP 降低了72%。主觀圖像質(zhì)量兩組間無統(tǒng)計學(xué)意義，閱片者之間的一致性較好，說明該技術(shù)具備可重復(fù)性。

本研究尚存在一定局限性。首先，研究的樣本量較小；其次，由于本研究為回顧性研究，對照組的身高及體重沒有記錄，因此沒有比較組間患者的體重指數(shù)；第三，血管強化程度會受心功能影響，本研究沒有考慮在內(nèi)。

總而言之，在雙源CT 下肢靜脈成像中，100 kVp、大螺距模式聯(lián)合SAFIRE 重建技術(shù)的掃描模式與標準掃描模式相比，可以提供較高質(zhì)量的圖像同時，著降低放射劑量，具有廣闊的臨床應(yīng)用前景。