軌道同步掃描對頭頸部體模CT血管造影柔性減影圖像質(zhì)量和輻射劑量的影響

龔啟慧，呂發(fā)金，張志偉*，姜 雪，葛 冰

[1.重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，重慶 400016；2.佳能醫(yī)療系統(tǒng)(中國)有限公司，北京 100015]

頭頸部CT血管造影(CT angiography, CTA)是評價腦血管病的重要影像學(xué)手段，但頭頸部血管多毗鄰骨性結(jié)構(gòu)，為直觀顯示血管，常需去除骨遮擋。減影CTA顯示對顱底Willis環(huán)、顱內(nèi)小血管等正常解剖結(jié)構(gòu)和診斷血管狹窄、閉塞、動脈瘤及畸形等具有顯著優(yōu)勢[1-2]，但易受多種因素，如頭部運(yùn)動[3]、X線球管位置[4]、掃描參數(shù)設(shè)置及配準(zhǔn)算法選擇[5]等影響。利用軌道同步掃描技術(shù)可保證平掃與增強(qiáng)掃描中球管的螺旋軌跡一致[6]。本研究觀察軌道同步掃描對頭頸部CTA減影圖像質(zhì)量和輻射劑量的影響。

1 材料與方法

1.1 材料 PBU-60型Koyoto Kagaku CT頭頸部體模，由與人體組織相同X線衰減系數(shù)的材料制成，模擬成年男性的顱骨、頸椎、腦組織、眼球及顱內(nèi)主要動脈。

1.2 儀器與方法 采用Canon Aquilion Vision 320排CT機(jī)。將3條連接高壓注射器的軟管沿冠狀面環(huán)繞，固定于體模頭頸部外側(cè)后，分別以5組不同參數(shù)行軌道同步和不同步掃描。軌道同步掃描選擇“Orbital”模式，不同步掃描采用常規(guī)螺旋方式：A～D組管電壓均為100 kV，管電流分別為300、150、80、40 mA；E組管電壓80 kV，管電流50 mA，機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度0.5 s/rot，螺距因子0.813，探測器準(zhǔn)直80×0.5 mm，F(xiàn)OV 320 mm×320 mm，重建層厚1 mm，層間距0.8 mm，重建卷積核FC43。之后分別將濃度為6.7 mgI/ml(低)、11.7 mgI/ml(中)及16.7 mgI/ml(高)的對比劑碘美普爾(400 mgI/ml)注入3條軟管進(jìn)行增強(qiáng)掃描，管電壓100 kV、管電流300 mA，余參數(shù)同上。

1.3 圖像后處理及質(zhì)量評價 將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Canon Vitrea 4.0.693工作站，以Carotid柔性減影軟件進(jìn)行減影，獲得并存儲10組減影數(shù)據(jù)，測量相關(guān)指標(biāo)并對圖像質(zhì)量進(jìn)行主觀評價。

1.3.1 客觀評價 選取C3橫突(C3橫突層面)、枕骨基底部(下頜頭層面)及頂骨(上矢狀竇層面)共3個減影后易出現(xiàn)骨殘留和偽影的位置，在分別于連續(xù)3層圖像上各結(jié)構(gòu)的骨和骨旁軟組織放置1個ROI，保持其大小、位置一致，記錄各ROI的CT值，并計算其標(biāo)準(zhǔn)差(standard deviation, SD)作為噪聲值。見圖1。

1.3.2 主觀評價 由2名具有5年以上工作經(jīng)驗(yàn)的影像科主治醫(yī)師對減影數(shù)據(jù)行容積再現(xiàn)(volume rendering, VR)重組，于窗寬200 HU、窗位175 HU下以盲法評價圖像質(zhì)量，有分歧時經(jīng)協(xié)商達(dá)成一致。根據(jù)骨殘留和偽影將圖像質(zhì)量分為4級：Ⅰ級，完全去骨，無殘余高密度影；Ⅱ級，基本去骨，顱頂及顱底少量高密度影；Ⅲ級，去骨不全，顱頂及頸椎少量高密度影，顱底大量高密度影；Ⅳ級，去骨不全，顱頂、顱底及頸椎大量高密度影。評價增強(qiáng)圖像顯示3條軟管的完整性。見圖2。

1.4 輻射劑量 記錄各組參數(shù)下掃描的容積CT劑量指數(shù)(volume CT dose index, CTDIvol)和劑量長度乘積(dose-length product, DLP)，計算有效劑量(effective dose, ED)。ED=k×DLP，k為成人頭頸部權(quán)重因子，k=0.003 1。

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS 22.0統(tǒng)計分析軟件。計量資料均不符合正態(tài)分布，以中位數(shù)(上下四分位數(shù))表示，以Friedman檢驗(yàn)進(jìn)行組間比較。采用Mann-WhitneyU檢驗(yàn)比較圖像質(zhì)量級別。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 圖像質(zhì)量

2.1.1 客觀評價 軌道同步掃描在C3橫突層面、下頜頭層面及上矢狀竇層面所獲軟組織CT值和SD值均低于軌道不同步掃描(P均<0.01)，見表1；所獲C3橫突和枕骨基底部骨的CT值和SD值均低于不同步掃描(P均<0.001)，見表2。

軌道同步掃描所獲各層面軟組織CT值和SD值、各部位骨CT值和SD值5組間差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P均<0.001)。3個層面軟組織及骨CT值在A、B、C組間及C、D組間差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)；軟組織及骨SD值在相鄰2組間差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)；其余各組間兩兩比較差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P均<0.05)。見表1、2。

圖1 A組減影圖 A、B.分別為軌道同步(A)及不同步(B)掃描所獲C3橫突層面； C、D.分別為軌道同步(C)及不同步(D)掃描所獲下頜頭層面

表1 不同掃描參數(shù)下軌道同步與不同步掃描所獲軟組織CT值和SD值比較(HU)

表2 不同掃描參數(shù)下軌道同步與不同步掃描所獲骨 CT值和SD值比較(HU)

2.1.2 主觀評價 不同掃描參數(shù)下，軌道同步掃描圖像的主觀評價級別均優(yōu)于不同步掃描(Z=-2.39，P=0.02)。軌道同步及不同步掃描時，低濃度軟管在E組圖像中均不可見，其余組圖像中2條軟管均完整、光滑。見表3。

2.2 輻射劑量 軌道同步與不同步掃描下，A～E組輻射劑量均逐漸降低。相同掃描參數(shù)下，軌道同步與不同步掃描時CTDIvol相同，而DLP及ED分別相差3.8 mGy·cm和0.01 mSv。見表4。

3 討論

重建螺旋CT圖像時，需進(jìn)行數(shù)據(jù)補(bǔ)充和插值。軌道不同步可使雙期掃描2組數(shù)據(jù)產(chǎn)生差異，影響減影效果，而軌道同步掃描可改善減影效果[6]，如更好顯示顱內(nèi)動脈瘤夾閉術(shù)后殘余瘤頸及復(fù)發(fā)動脈瘤[7]。本研究以PBU-60型CT體模為觀察對象，發(fā)現(xiàn)軌道同步掃描在C3橫突層面、下頜頭層面及上矢狀竇層面所獲軟組織CT值和SD值均低于軌道不同步掃描，提示軌道同步掃描對背景的抑制效果更優(yōu)；而骨的CT值均低于不同步掃描，提示軌道不同步掃描圖像中骨殘留更多，近骨處出現(xiàn)放射狀偽影。

表3 不同掃描參數(shù)下，軌道同步與不同步掃描 圖像質(zhì)量評級和軟管顯示情況

表4 不同掃描參數(shù)下，軌道同步與不同步掃描的 輻射劑量

本研究以3條含不同濃度碘溶液的軟管模擬腦血管強(qiáng)化[8]。主觀評價結(jié)果顯示，不同掃描參數(shù)下，軌道同步掃描圖像的主觀評價級別均優(yōu)于軌道不同步；而軌道同步與不同步掃描顯示軟管增強(qiáng)效果無明顯差異。相同掃描參數(shù)下，軌道同步與不同步掃描CTDIvol相同，前者DLP及ED較低，可能與其更好地控制探測器采集X線范圍及控制多期掃描的球管位于同一個劑量較小的起始點(diǎn)而降低輻射劑量[9-10]有關(guān)。

本研究設(shè)置5組掃描參數(shù)，觀察管電流和管電壓是否影響平掃圖像的CT值及SD值，發(fā)現(xiàn)軌道同步掃描下所有層面軟組織及骨的CT值在A、B、C組間差異均無統(tǒng)計學(xué)意義，軟組織及骨SD值在A組與B組、B組與C組間差異均無統(tǒng)計學(xué)意義；主、客觀評價結(jié)果顯示，A組與B組圖像質(zhì)量相同且優(yōu)于C組，但B組ED較A組降低，提示平掃管電流取150 mA較好。E組以高千伏增強(qiáng)減去低千伏平掃進(jìn)行能量減影[11]，骨與軟組織的X線衰減系數(shù)曲線斜率隨千伏變化不同，減影后骨CT值為負(fù)值，故可去骨更徹底；本研究E組骨CT值均低于其他組，經(jīng)VR后圖像質(zhì)量級別與A、B組相同，且輻射劑量更低，但能量減影導(dǎo)致低濃度軟管不可見，不利于觀察CT值較低的細(xì)小血管。

綜上，軌道同步掃描可降低頭頸部體模CTA柔性減影噪聲，減少偽影，提高去骨效果；減影時適當(dāng)降低平掃管電流可在獲得滿意圖像質(zhì)量的同時降低輻射劑量。