低管電壓結(jié)合迭代重建在超重患者支氣管動(dòng)脈CTA的應(yīng)用研究

林觀生，柳峰，馬周鵬，付文兵

上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬龍華醫(yī)院金山分院 a.放射科；b.心血管內(nèi)科，上海201501

引言

CT血管造影（CT Angiography，CTA）技術(shù)已廣泛應(yīng)用于臨床，對(duì)血管疾病具有重要診斷價(jià)值，但是CTA導(dǎo)致電離輻射的潛在危害不可忽視[1-2]。支氣管動(dòng)脈（Bronchial Artery，BA）屬于細(xì)小動(dòng)脈，起源、位置、走行存在一定變異[3]，因而CTA掃描要求范圍大且層面薄，所致輻射劑量大，同時(shí)圖像質(zhì)量也受身體質(zhì)量指數(shù)（Body Mass Index，BMI）因素影響。研究證實(shí)在獲得同等質(zhì)量圖像情況下，超重患者所受輻射劑量比標(biāo)準(zhǔn)體重者更大[4-5]。因此，如何減少超重患者支氣管動(dòng)脈CTA輻射劑量而又保證圖像質(zhì)量具有重要意義。既往圖像重建以解析算法應(yīng)用最為常見(jiàn)，但是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展，迭代重建算法被頻繁使用，所帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)凸顯，特別是在低劑量掃描時(shí)能明顯降低圖像噪聲而獲得高質(zhì)量診斷圖像[6]。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于超重患者支氣管動(dòng)脈CTA的研究未見(jiàn)報(bào)道，本研究通過(guò)采用低管電壓結(jié)合迭代重建對(duì)超重患者行支氣管動(dòng)脈CTA，以探討其對(duì)成像質(zhì)量及輻射劑量的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料

前瞻性選擇2018年6月至2019年10月間我院臨床有咯血癥狀而行支氣管動(dòng)脈CTA的成人患者62例，其中男38例，女 24例，年齡 38～81歲，平均（62.27±10.80）歲。病例納入標(biāo)準(zhǔn)：BMI≥25 kg/m2的超重患者；碘對(duì)比劑耐受；心肝腎功能正常；心率齊且在50～100次/min；心臟及大血管無(wú)支架植入或金屬外來(lái)偽影。排除標(biāo)準(zhǔn)：①孕婦、不能屏氣配合的患者；②夾層動(dòng)脈瘤、肺栓塞、大量胸腔積液；③圖像運(yùn)動(dòng)偽影顯著而無(wú)法觀察者；④BA介入治療后。將62例患者按照隨機(jī)數(shù)字表法分為A、B兩組，各31例進(jìn)行檢查。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有患者均知情同意。

1.2 檢查方法

采用西門(mén)子SOMATOM Definition AS 64排螺旋CT機(jī)，選仰臥位，足先進(jìn)的方式進(jìn)床，掃描范圍從頸5下緣至腰1上緣水平。A組采用80 kV低管電壓掃描，圖像行正弦圖確定迭代重建（Sinogram Affirmed Iterative Reconstruction，SAFIRE），強(qiáng)度為3級(jí)；B組采用120 kV常規(guī)管電壓掃描，行濾波反投影（Filtered Back-Projection，F(xiàn)BP）重建圖像。兩組其余參數(shù)均相同，即自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)（A、B兩組管電流調(diào)節(jié)范圍分別為 154～296 mA、147～283mA），準(zhǔn)直64×0.6 mm，轉(zhuǎn)速0.35s/r，F(xiàn)OV大小為320mm×370 mm，矩陣 512×512，螺距1.2，掃描層厚2 mm；兩組均用碘海醇（濃度350 mgI/mL）對(duì)比劑注射，劑量1.2 mL/kg，流率5 mL/s，采用閾值觸發(fā)技術(shù)，將監(jiān)測(cè)點(diǎn)置于主動(dòng)脈弓水平層面，設(shè)定閾值為100 HU，閾值觸發(fā)后延遲6 s開(kāi)始掃描。

1.3 圖像后處理

將兩組2 mm增強(qiáng)橫斷面圖像拆薄至0.65 mm，并于工作站上行多平面重組（Multiplanar Recombination，MPR）、最大密度投影（Maximum Density Projection，MIP）、容積再現(xiàn)（Volume Rendering，VR）等圖像后處理。

1.4 圖像質(zhì)量分析

1.4.1 圖像主觀評(píng)分

BA的識(shí)別：起源于主動(dòng)脈并經(jīng)縱隔到達(dá)肺門(mén)的或由肺門(mén)繼續(xù)延伸至肺葉支氣管周?chē)挠厍⊙苡癧7-8]。由2名高年資副主任醫(yī)師對(duì)重組后的BA圖像進(jìn)行雙盲法評(píng)分。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)采用5分法[9]：血管邊緣清晰銳利、無(wú)偽影，計(jì)5分；血管邊緣基本光滑，計(jì)4分；血管邊緣輕度偽影但可分辨，計(jì)3分；邊緣中度偽影、勉強(qiáng)可分辨，計(jì)2分；邊緣模糊并中斷、重度偽影，無(wú)法分辨，計(jì)1分。將5分定義為優(yōu)，4分為良，3分為一般，2分為差，1分為極差。評(píng)分3～5分者符合診斷要求，為合格圖像，其中4～5分者為優(yōu)良圖像，統(tǒng)計(jì)并比較兩組圖像的優(yōu)良率及合格率。

1.4.2 圖像客觀評(píng)價(jià)

選擇橫斷面圖像顯示最粗的BA開(kāi)口層面的胸主動(dòng)脈中央位置放置感興趣區(qū)（Region of Interest，ROI）并測(cè)量其強(qiáng)化后的CT值，避開(kāi)血管壁鈣化及血管內(nèi)栓子，ROI設(shè)定為30～40 mm2，每例測(cè) 5 次，取平均值，標(biāo)記為 CT1；以 CT1 的標(biāo)準(zhǔn)差作為圖像噪聲（Standard Deviation，SD）；測(cè)量同層面同側(cè)胸壁皮下脂肪的CT值，盡量取相同位置，每例測(cè)量5次，取平均值，標(biāo)記為CT2。根據(jù)公式：SNR=CT1/SD，CNR=(CT1-CT2)/SD，計(jì)算SNR和CNR。

1.5 輻射劑量

根據(jù)CT掃描生成的容積CT劑量指數(shù)（Volume CT Dose Index，CTDIvol）及劑量長(zhǎng)度乘積（Dose Length Product，DLP）計(jì)算有效輻射劑量（Effective Dose，ED），ED=DLP×k，其中 k 取 0.014 mSv·mGy-1·cm-1[9]。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

應(yīng)用SPSS 16.0軟件分析數(shù)據(jù)，兩組間的基本資料、動(dòng)脈CT 值、SD、SNR、CNR、曝光長(zhǎng)度、CTDIvol、DLP、ED 均以（±s）表示，采用兩樣本t檢驗(yàn)；男女性別比、圖像優(yōu)良率及合格率以%表示，采用χ2檢驗(yàn)；采用Kappa檢驗(yàn)2名醫(yī)師主觀評(píng)分的一致性；以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 基本資料比較

經(jīng)比較兩組患者的年齡、性別、身高、心率、體質(zhì)量、BMI均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P>0.05)（表1），具有可比性。

表1 兩組患者的基本資料比較

2.2 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)

A、B 兩組圖像主觀評(píng)分分別為 （4.13±0.92）、（3.94±1.12）分，經(jīng)比較無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（t=0.742，P>0.05），2 名評(píng)價(jià)者之間的評(píng)分一致性較好（Kappa值為0.883，P<0.01）；兩組圖像優(yōu)良率（77.42%、70.97%）及合格率（93.55%、87.10%）比較均無(wú)差異（P>0.05）（表2）；A組圖像噪聲低于B組，動(dòng)脈CT值、SNR及CNR均高于B組，經(jīng)比較有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（均P<0.05)（表3，圖1）。

表2 兩組圖像質(zhì)量主觀評(píng)分比較

圖1 兩組患者圖像比較

2.3 輻射劑量比較

A組CTDIvol、DLP及ED均顯著低于B組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）（表4）。兩組有效劑量分別為（2.81±0.35）和（6.68±0.58）mSv，A組較B組降低57.93%。

3 討論

BA是肺臟重要的營(yíng)養(yǎng)血管，同時(shí)作為責(zé)任血管參與支氣管擴(kuò)張、肺結(jié)核、肺癌等疾病變化過(guò)程[10-12]。高質(zhì)量支氣管動(dòng)脈CTA圖像不但能清晰顯示BA病變，而且能發(fā)現(xiàn)支氣管及肺內(nèi)原發(fā)病灶，為臨床治療提供有效幫助[11,13]。對(duì)超重患者掃描時(shí)往往需要通過(guò)增加管電壓、管電流等條件以滿足圖像質(zhì)量，但是這樣使患者所受ED明顯加大，甚至有時(shí)比標(biāo)準(zhǔn)體重者所受ED高出50%[5]，與輻射防護(hù)最優(yōu)化理論中盡量使用低的輻射劑量原則相違背[14]。因此如何優(yōu)化掃描方案以降低超重患者支氣管動(dòng)脈CTA輻射劑量一直是業(yè)界研究的熱點(diǎn)。

目前，CT技師們多數(shù)通過(guò)采用降低管電壓、自動(dòng)調(diào)節(jié)管電流、增大螺距、提高轉(zhuǎn)速等低劑量掃描方式以減少受檢者輻射劑量，其中降低管電壓可使輻射劑量呈指數(shù)關(guān)系下降，是最直接有效的方法[14-15]。文獻(xiàn)報(bào)道在胸部掃描時(shí)采用100 kV管電壓產(chǎn)生的輻射劑量較120kV管電壓的低34%～46%[5,16-17]，而本研究A組采用80kV管電壓掃描所致CTDIvol、DLP均顯著低于 B 組（P<0.05），患者所受 ED 為（2.81±0.35）mSv，較120 kV劑量降低57.93%，降低幅度大于前人研究結(jié)果，明顯降低了輻射風(fēng)險(xiǎn)，掃描安全性提高。

降低管電壓使得X線光子能量減少，加重圖像的線束硬化偽影并使噪聲加大，特別是對(duì)BMI值大的患者圖像質(zhì)量影響較明顯。FBP具有重建速度快、低成本的優(yōu)勢(shì)，但在低管電壓掃描時(shí)存在噪聲高、對(duì)偽影較敏感等缺陷[18-19]。SAFIRE是西門(mén)子公司近年來(lái)新開(kāi)發(fā)的一種基于原始數(shù)據(jù)的迭代重建算法，其運(yùn)用2個(gè)迭代循環(huán)對(duì)原始數(shù)據(jù)域反復(fù)投射、修正以達(dá)到減噪，消除偽影目的而獲得最佳圖像。大量研究證實(shí)SAFIRE較FBP能明顯降低噪聲，提高低劑量掃描圖像質(zhì)量[20-22]。此外低管電壓使X線光子與碘原子結(jié)合更緊密，血管CT值因光電效應(yīng)增強(qiáng)而升高，血管對(duì)比度增加?；谏鲜鲈颍狙芯緼組采用80 kV低管電壓結(jié)合SAFIRE所得噪聲低于B組，動(dòng)脈CT值顯著升高、SNR、CNR也因而升高并高于B組（P<0.05），圖像質(zhì)量?jī)?yōu)于B組。

SAFIRE分5個(gè)重建強(qiáng)度（S1～S5），圖像噪聲隨強(qiáng)度級(jí)別增加而逐步降低。吳夢(mèng)雄等[22]研究認(rèn)為S5的降噪能力最強(qiáng)，但會(huì)使圖像產(chǎn)生“蠟像感”導(dǎo)致質(zhì)量變差，而S3才是最恰當(dāng)之選。本研究SAFIRE的重建強(qiáng)度選用3級(jí)，A組圖像主觀評(píng)分較高，圖像優(yōu)良率及合格率與B組比較均無(wú)差別（P>0.05），滿足診斷要求。

表3 兩組圖像質(zhì)量客觀比較

表4 兩組患者輻射劑量比較

當(dāng)然，本研究也存在一定不足：①樣本量較小，心率不齊、心率小于50次/min或大于100次/min的患者未納入研究，還需進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量及病例納入范圍進(jìn)行研究；②SAFIRE重建強(qiáng)度只考慮了S3，未與其他強(qiáng)度比較，有待今后深入研究。

綜上所述，采用低管電壓（80 kV）結(jié)合SAFIRE對(duì)超重患者行支氣管動(dòng)脈CTA既能優(yōu)化圖像質(zhì)量，又可大幅降低輻射劑量。