80 kV管電壓下迭代重建算法聯(lián)合自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)在低劑量頭頸部CT血管造影中的應(yīng)用▲

黃 濤 馬隆佰 陸玉敏 毛一樸 官曉暉 余水蓮 李 傳 劉愈明

(廣西壯族自治區(qū)人民醫(yī)院CT室,南寧市 530021,電子郵箱：29536643@qq.com)

頭頸部動(dòng)脈硬化及狹窄是老年人發(fā)生腦血管意外的重要因素,頭頸部CT血管造影(computed tomography angiography,CTA)能清楚地顯示頭頸部血管圖像,對(duì)病變血管的定位、斑塊性質(zhì)及狹窄程度的判斷具有較大的優(yōu)勢(shì),臨床上頭頸部CTA已經(jīng)成為篩查頭頸部血管病變的重要檢查方法[1]。但是,頭頸部CTA掃描范圍較廣,并且在掃描范圍內(nèi)有甲狀腺、晶狀體等對(duì)輻射敏感的器官,其輻射危害不容忽視，因此,降低頭頸部CTA的輻射劑量顯得尤為重要。既往關(guān)于頭頸部CTA低劑量掃描的研究多集中于采用100 kV管電壓、固定管電流來掃描[2-3],而采用80 kV管電壓、自動(dòng)管電流掃描的研究鮮有報(bào)道。本研究探討80 kV管電壓下采用迭代重建算法聯(lián)合自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)在頭頸部CTA中的應(yīng)用價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 選擇2019年4月至2019年12月于我院行頭頸部CTA檢查的100例患者作為研究對(duì)象。納入標(biāo)準(zhǔn)：臨床因頭暈、頭痛、肢體無力、口角麻木或自發(fā)性蛛網(wǎng)膜下腔出血等原因擬行頭頸部CTA檢查的患者。排除標(biāo)準(zhǔn)：對(duì)碘對(duì)比劑過敏者；嚴(yán)重心血管疾病患者；腎功能不全患者；不能配合完成CTA檢查者；體質(zhì)指數(shù)≥30 kg/m2者；妊娠期女性。采用隨機(jī)數(shù)字表法將患者分為對(duì)照組和觀察組,各50例。其中對(duì)照組男性28例,女性22例,年齡30～84(63.36±11.27)歲,體質(zhì)指數(shù)16.85～29.41(23.63±2.89)kg/m2,掃描范圍312.75～388.35(350.85±22.16)mm；觀察組男性26例,女性24例,年齡19～84(61.82±11.79)歲,體質(zhì)指數(shù)18.90～29.41(23.38±2.12)kg/m2,掃描范圍312.30～371.10(343.61±15.44)mm。兩組患者的性別、年齡、體質(zhì)指數(shù)及掃描范圍差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P>0.05),具有可比性。本研究通過本院倫理委員會(huì)審查批準(zhǔn)(編號(hào)：Z20190231),所有患者均對(duì)本研究知情并簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用飛利浦公司Brilliance iCT 256層CT掃描儀進(jìn)行CTA檢查?；颊呷⊙雠P位,頭先進(jìn),身體躺于檢查床正中,雙上臂置于身體兩側(cè),檢查時(shí)平靜呼吸,避免吞咽動(dòng)作,做好非檢查部位敏感器官輻射防護(hù)。掃描范圍自主動(dòng)脈弓水平至顱頂水平,對(duì)照組管電壓120 kV,固定管電流250 mAs,圖像重建算法采用濾波反投影法(filtered back projection,FBP)；觀察組管電壓80 kV,自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)(DoseRight模式),采用iDose43級(jí)迭代重建算法進(jìn)行圖像重建。其余掃描參數(shù)均相同,具體為：準(zhǔn)直器選擇128 mm×0.625 mm,轉(zhuǎn)速0.5 s/轉(zhuǎn),螺距0.814,矩陣512×512,視野250 mm×250 mm,層厚0.9 mm,層間距0.45 mm。使用雙筒高壓注射器經(jīng)右側(cè)肘正中靜脈團(tuán)注碘帕醇對(duì)比劑(370 mgI/mL)(上海博萊科信誼藥業(yè)有限責(zé)任公司，生產(chǎn)批號(hào)：1906013F)50 mL,注射速率5 mL/s,然后以相同速率追加生理鹽水30 mL沖管。采用智能對(duì)比劑追蹤技術(shù)設(shè)置掃描延遲時(shí)間,將感興趣區(qū)設(shè)置在降主動(dòng)脈內(nèi),閾值設(shè)為140 HU,觸發(fā)后4～5 s啟動(dòng)掃描。

1.3 圖像質(zhì)量分析

1.3.1 主觀評(píng)分：將掃描結(jié)果的原始數(shù)據(jù)傳至飛利浦工作站(Extended Brilliance Workspace，EBW)進(jìn)行后處理,包括容積再現(xiàn)、最大密度投影及曲面重建。由兩位資深的影像科副主任醫(yī)師采用雙盲法對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)分,當(dāng)意見不一致時(shí)則共同討論達(dá)成一致意見后做出最終評(píng)分。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)[4]：圖像無明顯噪聲,頭頸部血管主干、分支及遠(yuǎn)端顯示清晰,血管邊緣光滑銳利,完全滿足診斷要求為5分；圖像噪聲較小,頭頸部血管主干及分支顯示清楚,遠(yuǎn)端顯示較好,血管邊緣光滑,能滿足診斷要求為4分；圖像噪聲較大,頭頸部血管主干及分支顯示尚可,遠(yuǎn)端顯示欠佳,血管邊緣輕度模糊,基本能滿足診斷要求為3分；圖像噪聲較大,頭頸部血管主干顯示尚可,分支及遠(yuǎn)端顯示欠佳,血管邊緣毛糙,不能滿足診斷要求為2分；圖像噪聲極大,頭頸部血管主干及分支顯示不清,血管邊緣明顯毛糙,完全不能滿足診斷要求為1分。主觀評(píng)分≥3分為滿足診斷要求。

1.3.2 客觀評(píng)價(jià)：由1名工作10年以上的影像科主管技師在EBW后處理工作站完成客觀評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[5]：測(cè)量左右頸總動(dòng)脈、左右頸內(nèi)動(dòng)脈、基底動(dòng)脈和左右大腦中動(dòng)脈的CT值,作為評(píng)價(jià)動(dòng)脈強(qiáng)化程度的客觀指標(biāo),并記錄基底動(dòng)脈CT值的標(biāo)準(zhǔn)差(standard deviation,SD),以基底動(dòng)脈SD值作為圖像的噪聲,同時(shí)測(cè)量基底動(dòng)脈相同層面左側(cè)顳肌的CT值。測(cè)量時(shí)感興趣區(qū)面積為10～30 mm2,避開血管壁、鈣化及病變區(qū)域,每處測(cè)量3次,取平均值作為最終結(jié)果。計(jì)算基底動(dòng)脈層面的信噪比(signal to noise ratio,SNR)和對(duì)比噪聲比(contrast to noise ratio,CNR),SNR=基底動(dòng)脈CT值/SD值,CNR=(基底動(dòng)脈CT值-顳肌CT值)/SD值。

1.4 輻射劑量 掃描結(jié)束后,設(shè)備根據(jù)掃描參數(shù)自動(dòng)提供容積CT劑量指數(shù)(volume computed tomography dose index,CTDIvol)及劑量長(zhǎng)度乘積(dose length product,DLP),據(jù)此計(jì)算出有效劑量：有效劑量=DLP×k,參照歐盟委員會(huì)關(guān)于CT質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)指南[6],本研究k值取0.0031 mSv/(mGy·cm)。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。計(jì)量資料以(x±s)表示,組間比較采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn),計(jì)數(shù)資料以例數(shù)和百分比表示,率的比較采用χ2檢驗(yàn),等級(jí)資料比較采用秩和檢驗(yàn)。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 兩組患者圖像質(zhì)量的主觀評(píng)價(jià)的比較 所有患者均完成CTA檢查,兩組圖像主觀評(píng)分均≥3分，均能滿足診斷要求(見圖1、圖2),兩組患者圖像質(zhì)量的主觀評(píng)分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(z=-0.618,P=0.536)，見表1。

圖1 對(duì)照組的CTA重建圖像

圖2 觀察組的CTA重建圖像

表1 兩組患者圖像質(zhì)量主觀評(píng)分的比較(n)

2.2 兩組患者圖像客觀評(píng)價(jià)的比較 觀察組左右頸總動(dòng)脈、左右頸內(nèi)動(dòng)脈、基底動(dòng)脈、左右大腦中動(dòng)脈的CT值、基底動(dòng)脈SD值、SNR和CNR均高于對(duì)照組(均P<0.05)。見表2。

表2 兩組患者圖像客觀評(píng)價(jià)的比較(x±s)

組別n左大腦中動(dòng)脈CT值(HU)右大腦中動(dòng)脈CT值(HU)基底動(dòng)脈SD值(HU)SNRCNR對(duì)照組50376.47±68.64374.35±65.8037.87±6.429.44±2.247.48±2.05觀察組50506.00±76.06496.05±80.0046.10±7.9010.91±2.709.28±2.57 t值-8.940-8.308-5.711-2.970-3.875P值<0.001<0.001<0.001 0.004<0.001

2.3 兩組患者的輻射劑量的比較 觀察組患者的CTDIvol、DLP及有效劑量均低于對(duì)照組(均P<0.05),見表3。觀察組有效劑量較對(duì)照組下降約55.7%。

表3 兩組患者的輻射劑量的比較(x±s)

3 討 論

頭頸部CTA可以清楚地顯示頭頸部血管病變,且操作簡(jiǎn)便、快捷,為常規(guī)檢查方法并可替代有創(chuàng)性的數(shù)字減影血管造影檢查[7],然而,常規(guī)劑量的頭頸部CTA檢查對(duì)患者的輻射劑量大,甚至?xí)黾踊颊甙l(fā)生癌癥的風(fēng)險(xiǎn)[8]。國(guó)際放射防護(hù)委員會(huì)提出輻射防護(hù)與安全最優(yōu)化理論,推薦在獲得滿足診斷要求的圖像質(zhì)量的同時(shí),盡可能降低輻射劑量原則[9]。因此,優(yōu)化掃描參數(shù),降低輻射劑量,一直是臨床和科研領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)問題。

目前,CT檢查中降低輻射劑量的方法主要有降低管電壓、降低管電流、縮短曝光時(shí)間以及采用迭代重建技術(shù)重建圖像等[10-11]。根據(jù)X線強(qiáng)度計(jì)算公式，I=KiZU2(其中I為X線強(qiáng)度，K為比例系數(shù)，i為管電流，Z為陽極靶原子序數(shù)，U為管電壓),CT輻射劑量與管電壓的平方成正比,本研究中觀察組的管電壓為80 kV,目的是更大限度地降低患者的輻射劑量。由于傳統(tǒng)的FBP算法比較簡(jiǎn)單而且重建速度快,臨床上常用此方法進(jìn)行圖像重建,但該法未考慮體素、焦點(diǎn)、探測(cè)器的實(shí)際大小及X線光子的系統(tǒng)光學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)波動(dòng),因而對(duì)噪聲和偽影較為敏感,導(dǎo)致在采用低劑量掃描時(shí)不能很好地處理圖像噪聲,難以實(shí)現(xiàn)輻射劑量的大幅度下降,限制了低劑量掃描技術(shù)的臨床應(yīng)用[12]。隨著計(jì)算機(jī)處理技術(shù)的快速發(fā)展,各大CT掃描儀生產(chǎn)廠商都有其各自的迭代重建產(chǎn)品,iDose4是飛利浦公司推出的一種迭代重建技術(shù),其特點(diǎn)是具有雙空間、多噪聲模型與解剖模型,在精確處理噪聲的同時(shí),應(yīng)用解剖模型加速重建過程,可很好地消除蠟像狀偽影,提高圖像分辨率,明顯降低圖像噪聲,保證圖像質(zhì)量[13]。Yang等[14]將iDose4迭代重建技術(shù)應(yīng)用于小兒心臟CT血管成像中,結(jié)果顯示,在保證圖像質(zhì)量及診斷率的同時(shí),有效輻射劑量下降了53%。Arapakis等[15]的研究也顯示,將iDose4迭代重建算法應(yīng)用于成人胸-腹-盆腔的CT掃描中,其主觀圖像噪聲、清晰度、對(duì)比度及診斷信心評(píng)分均高于FBP圖像,且輻射劑量降低46.5%。本研究結(jié)果顯示,觀察組患者的CTDIvol、DLP及有效劑量均低于對(duì)照組(均P<0.05),且輻射劑量較對(duì)照組降低了約55.7%,而且兩組的圖像質(zhì)量都能滿足診斷要求(主觀評(píng)分均≥3分),且主觀評(píng)分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)方面,觀察組左右頸總動(dòng)脈、左右頸內(nèi)動(dòng)脈、基底動(dòng)脈、左右大腦中動(dòng)脈的CT值、基底動(dòng)脈SD值、SNR和CNR均高于對(duì)照組(均P<0.05),表明采用迭代重建技術(shù)可以在低劑量掃描的同時(shí),降低圖像噪聲,并提高圖像質(zhì)量,與上述研究結(jié)果相似。

CT輻射劑量和圖像質(zhì)量主要受被檢者體型的影響,在CT檢查中,應(yīng)該根據(jù)被檢者的不同體型設(shè)置不同的管電流,執(zhí)行個(gè)性化的掃描方案。自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)根據(jù)被檢者的體型、在Z軸上的不同厚度以及不同組織的X線衰減特性,在不影響圖像質(zhì)量的前提下智能調(diào)節(jié)管電流,從而減少輻射劑量[16]。本研究采用的CT機(jī)型自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)有DoseRight和Z-DOM兩種模式,本研究使用DoseRight技術(shù),在掃描完定位像并確定掃描范圍后,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)參照CT定位像檢測(cè)被檢者的體型、掃描部位的形狀及X射線衰減系數(shù),推薦適宜且較低的毫安秒進(jìn)行掃描。本研究在80 kV管電壓下,采用自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)掃描時(shí)，管電流在210～575 mAs范圍內(nèi)隨患者體型改變,平均(387.10±98.79)mAs,結(jié)果顯示,觀察組有效劑量較對(duì)照組低(P<0.05),但圖像質(zhì)量并未下降,因此,在臨床中使用自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)可以既降低被檢者的輻射劑量,又體現(xiàn)CT檢查中輻射劑量的個(gè)體化原則,值得推廣。

綜上所述,采用迭代重建技術(shù)聯(lián)合自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)行低劑量頭頸部CTA檢查,可以在保證圖像質(zhì)量的前提下,有效地降低輻射劑量,實(shí)現(xiàn)輻射劑量個(gè)體化的效果,符合盡可能降低輻射劑量原則,值得臨床應(yīng)用推廣。但本研究未納入體質(zhì)指數(shù)≥30 kg/m2的患者,因此重度肥胖患者是否適用80 kV管電壓掃描仍有待進(jìn)一步探討；自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)未使用Z-DOM模式,也沒有根據(jù)患者的體質(zhì)指數(shù)進(jìn)行更細(xì)的分組以探討最低的參考毫安秒,因此本研究結(jié)論仍有待進(jìn)一步研究驗(yàn)證。