低管電壓聯(lián)合ATCM、ASIR在CTPA檢查中的應(yīng)用研究

曾陽(yáng)東，張輝陽(yáng)，蘇壽紅，凌秀梅，劉志永，劉崢

（桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院放射科，廣西 桂林 541001）

0 引言

CT肺動(dòng)脈造影( CT pulmonary angiography，CTPA)是一項(xiàng)無(wú)創(chuàng)的、快速的CT檢查技術(shù)，由于其診斷敏感度和特異度都比較高，已經(jīng)基本取代了傳統(tǒng)的有創(chuàng)性DSA檢查，成為診斷肺栓塞的首選檢查[1]。但是，目前CT檢查已經(jīng)成為醫(yī)源性輻射最主要的原因，而且輻射損傷與有效輻射劑量呈正相關(guān)性。因此，在CT檢查過(guò)程中，如何最大程度地降低輻射劑量，同時(shí)確保圖像質(zhì)量滿足臨床診斷需求，是近些年來(lái)放射界的熱點(diǎn)研究方向。降低輻射劑量的方法有多種，并廣泛應(yīng)用于臨床，但在CTPA檢查中多種技術(shù)聯(lián)合研究的報(bào)道比較少見(jiàn)。本研究中筆者將利用自適應(yīng)迭代重建算法（ASIR）結(jié)合自動(dòng)毫安調(diào)節(jié)技術(shù)（NI值為11），分別設(shè)置不同管電壓進(jìn)行CTPA檢查，探討管電壓對(duì)CT值及圖像質(zhì)量的影響，及相同噪聲指數(shù)情況下不同管電壓和輻射劑量的關(guān)系。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象與分組

收集桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院2018年1月至2019年12月申請(qǐng) CTPA檢查的90例患者，按就診順序隨機(jī)分成三組，即120KV組、100KV組、80KV組，每組30例。本研究經(jīng)過(guò)桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。入選標(biāo)準(zhǔn)：臨床申請(qǐng)CTPA檢查的患者；無(wú)碘對(duì)比劑過(guò)敏；意識(shí)清醒，可配合完成CT檢查的全部過(guò)程；簽署知情同意書(shū)。 剔除標(biāo)準(zhǔn)：有碘對(duì)比劑過(guò)敏史的患者；肝腎功能重度不全患者；伴有甲狀腺毒癥者；不能配合檢查者；未簽署知情同意書(shū)者。各組患者的年齡、體重、身高和BMI之間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05) ，見(jiàn)表1。

1.2 儀器與方法

1.2.1 儀器與材料

美國(guó)GE公司生產(chǎn)的256排revolution CT機(jī)，AW4.7圖像后處理工作站；由ACIST Empower公司生產(chǎn)的雙筒高壓注射器；宇壽醫(yī)療公司生產(chǎn)的一次性高壓注射器及連接導(dǎo)管；潔瑞醫(yī)用制品公司生產(chǎn)的靜脈留置針，型號(hào)為18-20G；應(yīng)用碘普羅胺370mgI/mL對(duì)比劑。

1.2.2 掃描方法

三組患者分別使用120 KV、100 KV和80 KV管電壓掃描，自動(dòng)管電流（范圍100-400 mA，預(yù)設(shè)噪聲指數(shù)為11），掃描之前進(jìn)行呼吸訓(xùn)練，先進(jìn)行平掃，然后再進(jìn)行肺動(dòng)脈成像掃描，仰臥位，兩手上舉；掃描范圍及方向：肋膈角水平至肺尖；螺旋掃描，轉(zhuǎn)速0.28s/周，探測(cè)器寬度80mm，螺距0.992:1，層厚5mm并同步重建0.625mm，重建算法標(biāo)準(zhǔn)算法，矩陣：512×512，F(xiàn)OV350mm；應(yīng)用智能追蹤（Smart-Prep）技術(shù)，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)于肺動(dòng)脈干，觸發(fā)閾值為80Hu，觸發(fā)后延遲3.0s自動(dòng)掃描；對(duì)比劑使用碘普羅胺370 mgI/ mL，總量45 mL，注射速率5 mL/ s，對(duì)比劑注射后采用相同速率注射30 mL生理鹽水，三組掃描數(shù)據(jù)采取權(quán)重值為50%的 ASIR技術(shù)進(jìn)行重建，檢查數(shù)據(jù)信息傳輸至 GE AW4.7工作站經(jīng)VR、MIP、MPR和CPR等重組處理。

1.3 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)

1.3.1 圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)

圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)參考王素雅等[2]的評(píng)價(jià)方法，分別測(cè)量主肺動(dòng)脈，左、右肺動(dòng)脈干及各肺動(dòng)脈近端 CT值( SI)及其標(biāo)準(zhǔn)差 SD，計(jì)算其平均值 SI血管、 SD血管，感興趣區(qū)(ROI)的 CT值為強(qiáng)化程度， SD值為噪聲； ROI測(cè)量選取待測(cè)血管的管徑中心，畫(huà)圓形，面積5mm2，測(cè)量時(shí)避開(kāi)血管邊緣、肺動(dòng)脈栓子及上腔靜脈線束硬化偽影；以主肺動(dòng)脈層面的椎旁肌肉為背景組織，測(cè)量?jī)蓚?cè)椎旁肌肉的CT值并計(jì)算其均值(SI肌肉)；以血管平均噪聲 SD血管作為圖像噪聲，信噪比(SNR)為ROI的強(qiáng)化CT值與圖像噪聲之間的比值，對(duì)比噪聲比(CNR)為ROI和背景組織的強(qiáng)化CT值之差與血管SD值的比值，即根據(jù)公式[3]SNR=SI血管/SD血管，CNR=(SI血管-SI肌肉)/SD血管。

表1 一般資料比較（±s）

表1 一般資料比較（±s）

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1.3.2 圖像質(zhì)量主觀評(píng)分

由2位高年資放射科主治醫(yī)生，根據(jù)橫斷位圖像、MPR圖像的各段肺動(dòng)脈強(qiáng)化程度以及肺和縱隔的清晰度、胸壁軟組織的噪聲大小并結(jié)合VR圖像判斷圖像的質(zhì)量:5分為噪聲不明顯，圖像質(zhì)量?jī)?yōu)異；4分為噪聲增多，圖像質(zhì)量良好；3分為噪聲較明顯，圖像質(zhì)量為中等，尚達(dá)到診斷要求；2分為圖像質(zhì)量較差，影響準(zhǔn)確診斷；1分為圖像質(zhì)量很差，未達(dá)診斷要求[4]。

1.4 輻射劑量評(píng)估

當(dāng)CT檢查結(jié)束時(shí)，設(shè)備自動(dòng)生成一份輻射劑量報(bào)告（DoseReport），報(bào)告內(nèi)包含有容積CT劑量指數(shù)(CTDIvol)及劑量長(zhǎng)度(DLP)等信息。根據(jù)劑量長(zhǎng)度可以計(jì)算輻射有效劑量(effectivedose，ED)，其公式為ED=k·DLP，根據(jù)歐盟委員會(huì)[5]關(guān)于CT的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)指南，K值為0.017mSv/(mGy·cm)。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

應(yīng)用SPSS 17.0軟件對(duì)本研究所有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，計(jì)算所得數(shù)值保留到小數(shù)點(diǎn)后2位，并以±s表示。對(duì)各組CT檢查圖像CT值、背景噪聲、有效輻射劑量進(jìn)行單因素方差分析，如方差齊的采取最小顯著差數(shù)法( LSD)，不齊則采用Dunnet-t檢驗(yàn)；圖像主觀評(píng)分組間對(duì)照用Kruskal-Wallis檢驗(yàn)。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 輻射劑量

在其他掃描參數(shù)一致的情況下，容積 CT劑量指數(shù)（CTDIvol）、有效輻射劑量（ED）隨著管電壓的降低而顯著降低，各組間差異有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.000）；100 KV管電壓組的ED比120 KV組的降低了25.13%，而80 KV管電壓組的ED比120 KV組的更是降低了42.18%（表2）。

表2 輻射劑量比較（±s）

表2 輻射劑量比較（±s）

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2.2 圖像質(zhì)量

在其他參數(shù)一致的情況下，肺動(dòng)脈平均CT值隨著管電壓的降低而升高，組間的差異有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=4.968，P=0.009）；背景噪聲（SD）隨著管電壓的降低而升高，組間的差異有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=5.582，P=0.004）；信噪比（SNR）、對(duì)比噪聲比（CNR）差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；各組血管VR、MIP、MPR圖像顯示良好（圖1），評(píng)分均≥3分，各組圖像主觀評(píng)分差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=1.219，P=0.301）。詳見(jiàn)表3。

圖1 分別為三組VR、MIP、MPR圖像，B3、C3MPR圖像可清楚顯示血栓充盈缺損征象（箭頭所示）

表3 圖像質(zhì)量比較（±s）

表3 圖像質(zhì)量比較（±s）

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3 討論

3.1 降低輻射劑量的主要技術(shù)

3.1.1 自動(dòng)管電流調(diào)節(jié)技術(shù)

管電流與CT輻射劑量之間呈線性關(guān)系，電流越大，產(chǎn)生的X線量就越多。自動(dòng)管電流調(diào)節(jié)技術(shù)(ATCM)的基本原理是基于人體解剖衰減特異的差異，人體結(jié)構(gòu)是不規(guī)則的，體部的橫斷面左右徑大于前后徑，導(dǎo)致左右方向X線衰減程度高于前后方向。當(dāng)進(jìn)行CT檢查時(shí)，把噪聲指數(shù)（NI）設(shè)置為固定值，管電流隨著身體的厚度、密度的變化而變化，當(dāng)掃描比較薄的身體部位或密度比較小的部位時(shí)，電流自動(dòng)降低，從而降低了輻射劑量，同時(shí)又保證了圖像質(zhì)量[6]。吳枕戈等[7]采用16排螺旋 CT，在管電壓都是120 KV的條件下，管電流40 mAs組比100 mAs組的圖像質(zhì)量有所下降，但不影響診斷，而前者的輻射劑量比后者的下降了72.5%。

3.1.2 低管電壓技術(shù)

根據(jù)X線強(qiáng)度公式（I=KiZU2）中知道，比例系數(shù)K及陽(yáng)極靶材料的原子序數(shù)Z固定不變，X線強(qiáng)度與管電壓的平方呈正比，所以從理論上講，降低球管的電壓，輻射劑量降低的效果會(huì)更好。戴麗娟等[10]利用256層螺旋CT進(jìn)行CTPA檢查，結(jié)果管電壓為80KVp的試驗(yàn)組的輻射劑量比管電壓為120KVp的對(duì)照組下降了38%，而兩組圖像質(zhì)量評(píng)分差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。本研究設(shè)置了120KV、100KV、80KV三組不同管電壓掃描組，在其他參數(shù)一致的情況下，輻射劑量隨著管電壓的降低而明顯下降，圖像噪聲稍升高，但差異沒(méi)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，SNR、CNR反而有所升高，這是因?yàn)镃T值隨著管電壓的降低而明顯升高的緣故；另外，本研究圖像主觀評(píng)分并沒(méi)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，線束硬化偽影并沒(méi)有相應(yīng)增多而影響診斷，其最主要的原因應(yīng)該是得益于ASIR的聯(lián)合應(yīng)用。

3.1.3 迭代重建技術(shù)

自適應(yīng)迭代重建算法可以在降低輻射劑量的同時(shí)降低圖像的噪聲，進(jìn)而提高圖像質(zhì)量。ASIR的原理: 首先預(yù)設(shè)一個(gè)前提，然后計(jì)算期望的圖像投影，并與實(shí)際投影進(jìn)行比較，初始時(shí)圖像往往是不理想的，經(jīng)過(guò)計(jì)算修正系數(shù)，不斷對(duì)對(duì)象進(jìn)行修正后，再對(duì)新的迭代過(guò)程進(jìn)行反復(fù)修正，直到迭代過(guò)程結(jié)束，生成最終的圖像，并在最終重建中改善噪聲質(zhì)量[11]。與傳統(tǒng)的濾波反投影算法（filter back- projection， FBP）不同，ASIR是一種通過(guò)數(shù)學(xué)模型選擇性識(shí)別和去除圖像噪聲的迭代重構(gòu)技術(shù)，使用迭代重建技術(shù)能在較低輻射劑量的情況下獲得更好的圖像質(zhì)量[12]。

3.1.4 增大螺距

在其他參數(shù)不變的情況下，螺距越大，X線的輻射劑量就越低。所以，理論上講，增大螺距能夠降低輻射劑量，但是此方法往往也會(huì)導(dǎo)致Z軸的空間分辨率降低，從而使圖像質(zhì)量受到影響。所以，放射界一直都比較謹(jǐn)慎的使用此法降低輻射劑量。

3.1.5 多種技術(shù)聯(lián)合降低輻射劑量

需要保證圖像質(zhì)量的前提下，應(yīng)用一種低輻射劑量的效果往往是不明顯的，所以聯(lián)合多種技術(shù)降低輻射劑量的方法越來(lái)越得到業(yè)界的認(rèn)可。劉欣[13]、張麗[14]等利用低管電壓聯(lián)合應(yīng)用迭代重建技術(shù)，不但可以降低患者的有效劑量，并且CTPA圖像的質(zhì)量得到明顯提高。本研究應(yīng)用低管電壓并結(jié)合ATCM、ASIR技術(shù)，設(shè)置ASIR權(quán)重值為50%，固定NI值為11，結(jié)果表明是切實(shí)可行的。

3.1.6 儀器發(fā)展對(duì)輻射劑量的影響

進(jìn)入21世紀(jì)以后，多層螺旋 CT的發(fā)展越來(lái)越迅速，排數(shù)越來(lái)越多。排數(shù)越多，探測(cè)器的寬度越大，旋轉(zhuǎn)一周所覆蓋范的掃描范圍就越大，因而各臟器掃描可以節(jié)省了曝光時(shí)間，也就減少了輻射劑量。Rizzo等[15]利用64排和16排螺旋CT分別進(jìn)行盆腔掃描，結(jié)果顯示前者輻射劑量較后者下降了約24.5%。本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用美國(guó) GE公司256排 revolution CT機(jī)，該設(shè)備擁有16 cm寬的探測(cè)器，球管轉(zhuǎn)速可達(dá)0.28 s/周，為本實(shí)驗(yàn)低輻射劑量研究提供了先進(jìn)的設(shè)備保障。雖然不可能每個(gè)醫(yī)院都擁有最先進(jìn)的CT機(jī)，但目前的多層螺旋CT基本都具備ASIR及ATCM等技術(shù)，設(shè)置多種技術(shù)聯(lián)合的低劑量掃描模式并不復(fù)雜。

4 結(jié)論

應(yīng)用低管電壓結(jié)合ATCM及ASIR技術(shù)降低CTPA檢查輻射劑量的方案是可行的，輻射劑量隨著管電壓的降低而明顯下降。設(shè)置80KV低管電壓聯(lián)合ATCM技術(shù)和權(quán)重值為50%的ASIR重建，輻射劑量大幅度下降，CTPA圖像質(zhì)量能滿足診斷需求。