聯(lián)合全新迭代算法(ASiR-V)的Revolution CT低keV單能量優(yōu)化腹部血管成像的價值

孫杰， 倪亞博， 沈云， 田兆榮， 楊建平， 石曉萌， 馬小斌， 王志軍

多層螺旋CT血管成像(multi-slice CT angiography,MSCTA)已成為評價腹部血管疾病的一種快速、非侵襲性檢查方法。常規(guī)CT檢查在個別部位需要較高濃度及劑量的對比劑來增加血管與周圍軟組織的對比度，改善計算機(jī)斷層血管造影(computed tomography angiography,CTA)圖像質(zhì)量，其弊端是增加了圖像的硬化偽影[1]。能譜CT改變X線管電壓角度進(jìn)行單能量成像，從而獲得最佳單能量，可在正常血管顯示、血管性異常及血管受侵評價等方面提供巨大價值。當(dāng)處于能譜低能量時，X射線衰減的光電效應(yīng)增加，含碘對比劑更容易發(fā)生衰減，相比于常規(guī)CT，可在不增加對比劑用量的基礎(chǔ)上優(yōu)化腹部血管質(zhì)量[2]。早期的寶石能譜CT的臨床研究中有利用最佳對比信噪比(contrast-to-noise ratio，CNR)這個客觀指標(biāo)來探討最佳單能量(keV)，但因單能量重建算法的改變，Revolution CT對于利用單能量(keV)進(jìn)行臨床課題的研究更依賴于主觀評分及客觀指標(biāo)的聯(lián)合使用。也是基于此原因，較之寶石能譜CT的單能量(keV)級別的研究，Revolution CT在此方面的研究相對較少。同時低keV的單能量圖像的噪聲普遍比較高，而早期的寶石能譜CT的迭代重建算法不能同時針對不同keV的單能量進(jìn)行處理。本研究在Revolution CT全新的迭代算法自適應(yīng)統(tǒng)計迭代重建技術(shù)(adaptive statistical iterative reconstruction technique，ASiR-V)的條件下利用能譜CT低keV單能量優(yōu)化腹部血管圖像質(zhì)量的價值，使腹部血管圖像對比度與噪聲達(dá)到一個最好的平衡，即顯示腹部血管最好的單能量級別。

材料與方法

1.一般資料

搜集行腹部能譜增強(qiáng)掃描的患者48例，男16例，女32例，年齡43～56歲，平均(54.07±7.25)歲，體重指數(shù)平均(23.11±2.06)kg/m2，本研究經(jīng)院倫理委員會批準(zhǔn)。納入標(biāo)準(zhǔn)：①檢查者有完整、標(biāo)準(zhǔn)的腹部CT平掃、動脈期及靜脈期增強(qiáng)掃描圖像，②掃描方案采用能譜掃描模式。排除標(biāo)準(zhǔn)：①存在碘對比劑禁忌癥者；②有腹部手術(shù)病史，或者腹部疾病影響腹部血管觀察者；③圖像偽影明顯，觀察受限(呼吸偽影、金屬偽影)。

2.儀器與方法

采用美國GE Revolution CT設(shè)備，應(yīng)用CT機(jī)常規(guī)使用的40%迭代算法，80/140 kVp瞬時(0.5 ms)切換能譜掃描，自動管電流(100～500 mA)，探測器寬度為80 mm，螺距0.922:1，球管轉(zhuǎn)速0.6 s/rot，設(shè)置噪聲指數(shù)(NI=11)。患者取仰臥位，掃描范圍膈頂部至腎臟下極，后經(jīng)前臂靜脈團(tuán)注非離子對比劑碘海醇(300 mg/mL)約80～100 mL，流速3.0～3.5 mL/s，首先獲得常規(guī)平掃圖像，其后分別于注射對比劑后30 s、60 s、90 s行增強(qiáng)掃描。圖像按照層厚、層間距均為1.25 mm重建，將原始數(shù)據(jù)傳至GE ADW4.7后處理工作站。

3.圖像處理及分析

利用GSI軟件,重建獲得40～140 keV(間隔10 keV)11組單能量圖像及120 kVp-like圖像。在在門靜脈(portal vein,PV)、腸系膜上靜脈(superior mesenteric vein,SMV)、腸系膜上動脈(superior mesenteric artery,SMA)、腹主動脈(abdominal Aorta,AA)同層面豎脊肌和前壁下脂肪勾畫ROI(面積約20～15mm2，ROI采用copy方式確保面積一致)，用file格式記錄并測量單能量40 keV、50 keV、60 keV及70 keV的CT值和標(biāo)準(zhǔn)差(SD)及常規(guī)120 kVp-like圖像CT值和SD，按照CNR=(CT感興趣區(qū)-CT豎脊肌)/SD前壁下脂肪,其中CT感興趣區(qū)為目標(biāo)血管的CT值，CT豎脊肌為同層面豎脊肌的CT值，SD前壁下脂肪為圖像背景噪聲。

圖像主觀評分：由兩位具有5年以上腹部血管診斷經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師對常規(guī)120 kVp-like圖像及40～80 keV(間隔10 keV)圖像進(jìn)行雙盲主觀評分，應(yīng)用5級評分法對腹部血管[3]進(jìn)行評分評價。5分：血管信號強(qiáng)度非常好，血管邊緣非常銳利；4分：血管信號強(qiáng)度好，血管邊緣比較銳利；3分：血管信號強(qiáng)度適中，血管邊緣基本銳利；2分：血管信號強(qiáng)度差，血管邊緣欠清晰；1分：血管信號強(qiáng)度很差，血管邊緣模糊。同時評價血管-肝實(shí)質(zhì)對比度：非常好(5分)、較好(4分)、好(3分)、稍差(2分)；差(1分)。

4.統(tǒng)計學(xué)分析

結(jié) 果

1.圖像質(zhì)量主觀評分比較

兩名觀察者達(dá)成一致60 keV為觀察腹部動靜脈血管最佳單能量，60 keV單能量甲、乙主觀評分分別為(4.64±0.68)分、(4.71±0.62)分、一致性良好(Kappa值=0.822,P<0.05)，與常規(guī)120 kVp-like圖像甲、乙主觀評分(3.93±0.60)、(3.96±0.70)、一致性良好(Kappa值=0.813，P<0.05)組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)；40 keV圖像的腹部血管-肝實(shí)質(zhì)對比度增加，但圖像噪聲明顯增大，整體圖像粗糙，觀察受限；能譜單能量越高、血管增強(qiáng)效果越差，60 keV單能量之后，血管的增強(qiáng)效果變差，繼續(xù)增加，無法滿足影像診斷要求(圖1～3)。

圖1 SMA的VR圖。a) 常規(guī)120kVp-like圖; b) 40keV圖; c) 60keV圖。

2.圖像質(zhì)量的客觀評價

SMA、AA、SMV及PV在常規(guī)120 kVp-like圖像與不同低keV單能量間CT值、CNR及SD的比較。隨著低keV單能量能級的升高，圖像CT值、CNR及SD均呈下降趨勢，其中CT系統(tǒng)默認(rèn)的最佳單能量40 keV單能量的CT、CNR、SD值最高；40 keV與主觀評價60 keV比較，CT值、CNR及SD值組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)；常規(guī)120 kVp-like圖像與60 keV比較，各血管CT值、CNR及背景噪聲SD組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05,表1、2)。

表1 不同低keV單能量SMV及PV圖像質(zhì)量客觀指標(biāo)定量參數(shù)比較

討 論

CT血管成像(CTA)可清晰地顯示腹部血管的起源和解剖變異，并可進(jìn)一步評估血管管腔內(nèi)病變，能夠直觀、快速和無創(chuàng)地顯示病變部位、程度及相應(yīng)的受累腸段。目前，CTA已經(jīng)取代血管造影，成為腹部血管病變的臨床診斷和外科手術(shù)前最重要的檢查方法[4-5]。能譜CT通過重建出40～140 keV的101個單能量圖像，針對特定組織或病變，可選取相對于某一背景的最佳觀察圖像，其中能譜低能級水平可增加血管與周圍組織的對比，提升組織密度分辨力和細(xì)節(jié)顯示能力[6-7]，可利用此優(yōu)勢提高CTA的圖像質(zhì)量， 再者Revolution CT全新的迭代算法ASiR-V，是包含了噪聲 、物理 、物體3種建模的多模型迭代重建算法，降低輻射劑量、改善圖像治療的效果顯著，在臨床應(yīng)用中有很好的推廣價值[8]，重要的是Revolution CT能夠?qū)崿F(xiàn)在同時應(yīng)用ASiR-V的條件下進(jìn)行能譜多參數(shù)定量分析，這是明顯區(qū)別與早期的寶石能譜CT在血管成像中應(yīng)用。

圖2 SMA的軸面圖。a) 常規(guī)120 kVp-like圖像,SMA顯示較好，管壁邊緣銳利，血管與軟組織對比度不及60 keV圖像； b) 40 keV圖像噪聲增加，SMA管壁觀察受限; c) 60 keV圖像。 圖3 PV的軸面圖，★為PV。a) 常規(guī)120 kVp-like圖像，PV顯示較好，血管與軟組織對比度不及60 keV圖像; b) 40 keV圖像中PV觀察明顯受限; c) 60 keV圖像。

表2 不同低keV單能量SMA及AA圖像質(zhì)量客觀指標(biāo)定量參數(shù)比較

本研究RevolutionCT單能量分析是在CT機(jī)默認(rèn)40%ASiR-V權(quán)重的基礎(chǔ)上對腹部血管不同低keV進(jìn)行評價，基于全新迭代算法改進(jìn)， Revolution CT可預(yù)設(shè)前置ASiR-V降低檢查輻射劑量，后置ASiR-V可優(yōu)化圖像質(zhì)量。 本次結(jié)果中腹部動靜脈血管的最佳主觀評分在60 keV單能量，此水平血管圖像對比度與噪聲達(dá)到了最優(yōu)。 顏利輝[9]研究中前置ASiR-V40%的有效輻射劑量較ASiR-V0%降低了57.12%。 本研究中應(yīng)用40% ASiR-V的檢查劑量低于常規(guī)血管成像，具有良好的推廣價值。 殷小平等[10]認(rèn)為60 keV+40%ASiR在腸系膜上動靜脈血管成像可進(jìn)一步優(yōu)化圖像質(zhì)量。本文中未對單能量聯(lián)合不同后置ASiR-V展開研究，但可以肯定后置ASiR-V在優(yōu)化圖像方面具有重要意義。研究表明[11-12]CTA檢查管腔內(nèi)CT值>250～350 HU可滿足影響診斷,CT值<250 HU表明血管增強(qiáng)效果不良。本研究中低能量水平可明顯改善腹部血管的增強(qiáng)效果，單能量>60 keV，SMV及PV的增強(qiáng)效果不佳，>70 keV，SMA及AA的增強(qiáng)效果不佳，各血管系統(tǒng)常規(guī)120 kVp-like圖像的CT值≤250 HU，增強(qiáng)效果不及能譜低能量水平。各組40～70 keV低能量的CNR均高于常規(guī)120 kVp-like圖像，提示能譜CT低keV單能量可有效提升圖像的對比度，相比于常規(guī)120 kVp-like圖像，SMV、PV、SMA、AA在60 keV單能量的CNR提升了26.2%、32.7%、29.7%、15.31%。學(xué)者[13-14]研究證明寶石能譜單能量對血管的評價優(yōu)于常規(guī)掃描。系統(tǒng)默認(rèn)的最佳單能量40 keV的CNR稍高于主觀評分最佳單能量60 keV，而SMV、PV、SMA及AA在60 keV的SD值比40 keV的降低了46.6%、46.7%、45.0%、46.6%，因此可認(rèn)為60 keV的單能量是平衡腹部血管對比度與噪聲的最佳單能量，這與殷小平等[10]通過寶石能譜CT后處理軟件得到最佳CNR曲線，獲得最佳單能量范圍在55～64 keV之間的結(jié)果是一致的。雖然60 keV的SD值大于常規(guī)圖像，但圖像整體不影響其診斷效能，綜合評價60 keV腹部血管能譜成像優(yōu)于常規(guī)圖像，可望替代常規(guī)圖像應(yīng)用于臨床診斷。

本研究的不足：本研究樣本例數(shù)較少，有待進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量研究單能量價值；其次，單能量共有110組單能量(間隔1 keV)，本研究采用間隔10 keV稍大。再者，本研究未對能譜單能量成像聯(lián)合不同權(quán)重ASiR-V進(jìn)行分析，需要進(jìn)一步研究。

綜合圖像主客觀分析評價，應(yīng)用單能量60 keV進(jìn)行腹部動靜脈血管成像，既保證了腹部實(shí)質(zhì)臟器增強(qiáng)掃描的圖像質(zhì)量，也改善了腹部腸系膜血管及門靜脈的成像質(zhì)量，在一定程度上降低了對比劑引發(fā)的危害。