全模型迭代重建技術在“雙低”弓上CTA 成像中的應用

李紀強 顧圣佳 吳夢雄 嚴福華 董海鵬

隨著近年來腦血管疾病的發(fā)病率越來越高，要做好腦血管疾病的預防和篩查，則需要選擇一個有效合適的檢查方法。主動脈弓上CTA 廣泛應用于臨床，已經(jīng)成為篩查頭頸部血管病變的重要影像學檢查方法。大劑量的對比劑可能會對人體腎臟功能造成危害，電離輻射產(chǎn)生多種類型的生物效應也可能會對人體造成危害，如何減少對比劑用量及降低輻射劑量已經(jīng)成為備受關注的問題。本研究旨在探討全模型迭代重建iMR 技術能否在減少對比劑用量及降低CT 輻射劑量的前提下保證圖像質量達到臨床診斷要求。

方 法

1.臨床資料

上海交通大學醫(yī)學院附屬瑞金醫(yī)院2017年2月—2018 年12 月因疑似頭頸部血管疾病在我院Philips Brilliant iCT 上行主動脈弓上CTA 檢查的患者，排除對比劑過敏患者、頸動脈支架植入術后及不配合檢查的患者，共納入60 例，平均年齡（54±10）歲，平均BMI（24.43±2.78）kg/m2，隨機采用常規(guī)法和雙低法掃描各30 例。常規(guī)法：管電壓120kV，對比劑為60ml。雙低法：管電壓100kV，對比劑總量根據(jù)BMI 個體化計算即250mgI/kg 體重，所有患者簽署對比劑知情同意書。

2.CT 檢查方法

采用Philips Brilliant iCT，留置針經(jīng)右肘正中靜脈穿刺，仰臥位。對比劑使用碘帕醇注射液（上海博萊科信宜藥業(yè)有限責任公司），采用機械注射器（Ulrich Gmbh & Co.KG，德國），注射劑量按常規(guī)法和雙低法計算，注射速率均為4ml/s，注射完對比劑后以相同速率追加生理鹽水30ml。掃描采用對比劑跟蹤觸發(fā)技術，感興趣區(qū)設于主動脈弓內，對比劑注射5 秒后開始監(jiān)測，閾值110HU 自動觸發(fā)延遲5 秒后開始掃描，掃描范圍自主動脈弓至顱頂。掃描參數(shù)：管電壓：常規(guī)法120kV，雙低法100kV。管電流：固定130mAs，準直寬度128×0.625，掃描時間2.8 秒，旋轉時間0.5 秒，螺距因子0.992，掃描層厚5mm，重建層厚1mm，層間距0.5mm。

3.圖像分析

掃描完成后60 例分別用idos4（重建強度為3）和iMR1（重建強度為1）進行重建，得到4 組圖像即：A 組常規(guī)劑量下iDose 重建圖像；B 組常規(guī)劑量下iMR 重建圖像；C 組雙低劑量下iDose 重建圖像；D 組雙低劑量下iMR 重建圖像。

客觀評價：測量感興趣區(qū)即主動脈、左右頸動脈、大腦中動脈、基底動脈和椎動脈增強后的CT 值及SD 噪聲值，以及胸廓肌肉的CT 值和背景區(qū)SD噪聲值。根據(jù)公式：信噪比SNR=CT 值/SD 值、對比噪聲比CNR=(CT 值-胸廓肌肉平均CT 值)/背景區(qū)SD 標準差，分別計算信噪比SNR 和對比噪聲比CNR。

主觀評價：對容積再現(xiàn)（VR），曲面重組（CRP）和最大密度投影（MIP）的重組圖像及橫斷位進行圖像綜合評價。評價內容[1]：頭頸部血管內對比劑充盈完好，血管主干分支及遠端顯示清晰，5 分[2]；頭頸部血管主干顯示較好，分支及遠端顯示較好，4 分；頭頸部血管主干顯示較好，主要分支顯示較好，遠端顯示欠佳，3 分；血管邊緣毛糙，分支及遠端顯示差，2 分；血管內對比劑淡薄，主干及分支顯示均不清晰，不能診斷，1 分。由兩名診斷醫(yī)生在不知道掃描條件的情況下對圖像質量進行主觀評分，當兩人意見不一致時，兩人重新觀察圖像并討論最終得出一致結論計入分析。

輻射劑量：使用輻射劑量包括CT 劑量指數(shù)CTDIvol，劑量長度乘積DLP 及有效輻射劑量ED 來評估患者的輻射劑量。記錄掃描后的CTDI及DLP值，利用公式ED=DLP×k（k=0.003mSv/mGy·cm）來計算有效輻射劑量ED。

采用SPSS22 軟件進行統(tǒng)計學分析，計數(shù)資料使用平均數(shù)±標準差來表示。各組間客觀評價指標使用t 檢驗兩兩比較各組間CT 值、SNR、CNR 及輻射劑量的差異性。秩和檢驗比較各組間主觀評分差異性。

結 果

1.圖像客觀比較

常規(guī)劑量掃描中，A 組iDose 重建圖像與B 組iMR 重建圖像的CT 值的比較中（表1）主動脈弓、左右頸動脈、大腦中動脈和基底動脈增強后平均CT值沒有顯著差異，椎動脈增強后平均CT 值差異有統(tǒng)計學意義，但因椎動脈較細，測量時產(chǎn)生誤差的因素較多，且CT 差值也僅在20HU 左右，對肉眼診斷小血管來說差異并不明顯。A 組iDose 重建圖像與B 組iMR 重建圖像的SNR 比較中（表2），iMR 重建圖像B 組中主動脈弓、左右頸動脈、大腦中動脈、基底動脈及椎動脈SNR顯著高于A組。在CNR比較中（表3），B 組圖像中主動脈弓、左右頸動脈、大腦中動脈、基底動脈及椎動脈CNR 顯著高于A 組。雙低劑量掃描中，C 組iDose 重建圖像與D 組iMR 重建圖像CT值的比較中（表4）主動脈弓、左右頸動脈、大腦中動脈、基底動脈和椎動脈增強后平均CT 值沒有顯著差異。C 組iDose 重建圖像與D 組iMR 重建圖像的SNR 比較中（表5），D 組圖像中主動脈弓、左右頸動脈、大腦中動脈、基底動脈及椎動脈SNR 顯著高于C 組。C 組iDose 重建圖像與D 組iMR 重建圖像的CNR 比較中（表6），D 組圖像中主動脈弓、左右頸動脈、大腦中動脈、基底動脈及椎動脈CNR 顯著高于C 組。B 組常規(guī)劑量iMR 重建圖像與D 組雙低劑量iMR 重建圖像中主動脈弓、左頸動脈、大腦中動脈、基底動脈及基底動脈的SNR 比較（表7）有統(tǒng)計學差異；兩組中右側頸動脈和椎動脈無統(tǒng)計學意義，說明兩組右側頸動脈和椎動脈圖像質量沒有明顯差異。B 組iMR 重建圖像中主動脈弓、左右頸動脈、大腦中動脈、基底動脈及椎動脈CNR 與D 組比較（表8）有統(tǒng)計學差異，D 組中CNR 均高于B 組，所以說明在雙低劑量下iMR 重建圖像質量并沒有明顯下降。在圖像的主觀評價中（表9），常規(guī)劑量下iMR 圖像質量評分為4.77±0.50 明顯優(yōu)于iDose 圖像質量4.53±0.63（P=0.035），而在雙低掃描法中，iMR 圖像質量評分4.77±0.50 也明顯優(yōu)于iDose 圖像質量4.37±0.72（P=0.001）。在常規(guī)法和雙低法的比較中，兩者的iMR 圖像質量無明顯差異。

表1 常規(guī)劑量下iDsoe 與iMR 圖像CT 值比較

表2 常規(guī)劑量下iDose 與iMR 圖像SNR 比較

圖1 雙低劑量下頸內動脈的CT 曲面重建的圖像。A 為iDose 重建的圖像，B 為iMR 重建的圖像，A、B 圖像均可達到診斷要求。圖2 雙低劑量下頸內動脈CT 的VR 重建圖像。A 為iDose 重建的圖像，B 為iMR 重建的圖像，圖像質量主觀評價均為5 分。

表3 常規(guī)劑量下iDose 與iMR 圖像CNR 比較

表4 表4 雙低劑量下iDose 與iMR 圖像CT 值比較

表5 雙低劑量下iDsoe 與iMR 圖像SNR 比較

表6 雙低劑量下idsoe 與iMR 圖像CNR 比較

表7 常規(guī)iMR 圖像與雙低iMR 圖像SNR 比較

表8 常規(guī)iMR 圖像與雙低iMR 圖像CNR 的比較

表9 主觀圖像評價表

2.輻射劑量比較

各組CTDI，DLP 及ED 間比較（表10），雙低法中的CTDI、DLP 及ED 均顯著低于常規(guī)法。

討 論

主動脈弓上CTA 作為頭頸部血管疾病檢查的重要方法，臨床運用廣泛，但因掃描范圍廣，輻射劑量大可能對甲狀腺等器官造成輻射損害以及對比劑注總量較多可能會造成腎臟損害的風險，所以在保證臨床診斷的前提下，聯(lián)合全模型迭代重建技術降低輻射劑量和對比劑總量已成為重要的研究方向。

以往研究中，大多將iDose 重建法或者iMR 重建法與FBP 重建法進行對比，結果表明[3]低劑量聯(lián)合 FBP 重建法圖像噪聲大，血管顯示不清，不利于診斷，無論是iDose 重建法或是iMR 重建法在圖像質量上均優(yōu)于FBP 重建法。iDose4 是部分迭代重建技術基于圖像域和投影域進行迭代重建，可以降低噪聲改善圖像信噪比和對比噪聲比，提高圖像分辨力并消除蠟狀偽影，但在圖像細節(jié)顯示上仍有局限性[4-5]。而iMR 作為一種全新的全模型迭代重建技術其原理與部分迭代重建技術不同，其原理是將X 線束建立的多個模型、焦點、X 線束、體素和探測器的幾何形狀均考慮進去，通過前向、后向重建在投影數(shù)據(jù)域及圖像數(shù)據(jù)域分別進行迭代運算，不斷更新原始數(shù)據(jù)，最終得到低噪聲、高分辨率的CT 圖像，相較于部分迭代重建更全面的優(yōu)化了數(shù)據(jù)，iMR 技術體現(xiàn)出更卓越的降噪能力[6-7]，且iMR 聯(lián)合低劑量掃描的技術在腹部掃描中已經(jīng)得到廣泛認可[8]。本研究的結果顯示在雙低劑量下iMR 重建圖像質量并沒有明顯下降。

另一方面，降低管電流或者管電壓是降低輻射劑量兩種重要的方法。因為X 線強度與管電壓成正比，所以降低管電壓可以更有效降低輻射劑量。研究表明[9]與120kV 相比，100kV 管電壓的X線光子能量更接近于碘的結合能，所以本研究雙低組將當管電壓從120kV 降到100kV，輻射劑量CTDI 降低了40.69%，DLP 降低了38.27%。管電流與X 線的量成正比，不會影響X 線穿透力。在固定管電壓情況下[10]，單獨改變管電流不會影響物質的X 線衰減系數(shù)，降低管電流對輻射劑量的幅度有限，且噪聲增加較為明顯，所以本研究中采用固定管電流130mA，以彌補降低kV 造成的噪聲保證圖像質量，有效防止硬線束偽影且適用于入組患者體型。另外研究表明高?；颊叽髣┝渴褂脤Ρ葎е赂弑壤腃IN 及對比劑滲出的危害[11]。本研究中對比劑使用劑量為（40.74±4.71）ml，比常規(guī)劑量減少了32.1%，大大減小了CIN 發(fā)生的概率也降低了對比劑滲出造成的傷害。

本研究的局限性：首先本研究病例數(shù)較少，有待進一步補充樣本；其次本研究患者的平均BMI 在（24.43±2.78）kg/m2，BMI 較大的肥胖患者能否使用雙低法聯(lián)合iMR 重建技術得到較好的圖像還需進一步探討；另外能否將kV 降到更低及降低對比劑注射速率聯(lián)合R 更高級別iMR 重建方法得到可以達到診斷要求的圖像還要繼續(xù)研究。綜上所述，與目前廣泛應用的iDose 重建技術相比，iMR 重建技術可以顯著提高弓上CTA 掃描圖像的信噪比（SNR）及對比噪聲比（CNR），在雙低劑量條件下iMR 重建圖像的信噪比（SNR）及對比噪聲比（CNR）仍優(yōu)于iDose 重建圖像，具有臨床應用價值。