雙低劑量方案聯(lián)合SAFIRE 技術(shù)在胸痛三聯(lián)征CTA 中的應(yīng)用

柳惠彬，唐勁松，李華燦

福建省第二人民醫(yī)院影像科，福建 福州350001

胸痛三聯(lián)征CTA 可在一次檢查中同時(shí)評(píng)價(jià)肺動(dòng)脈、胸主動(dòng)脈及冠狀動(dòng)脈，對(duì)臨床急性胸痛三聯(lián)征的早期診斷、降低并發(fā)癥的發(fā)生率和病死率具有重要意義［1］。由于胸痛三聯(lián)征的掃描范圍大，且肺動(dòng)脈和主動(dòng)脈對(duì)比劑達(dá)峰時(shí)間不同，檢查過(guò)程中輻射劑量和對(duì)比劑劑量均較大。在保證圖像質(zhì)量的同時(shí)降低輻射劑量和對(duì)比劑用量，減少患者的輻射危害和對(duì)比劑腎毒性是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)［2-5］。隨著迭代重建算法的發(fā)展，CT 的降噪效果明顯提高，使得CTA 檢查過(guò)程中管電壓和對(duì)比劑濃度的降低得以實(shí)現(xiàn)。本研究主要探討正弦圖確定迭代重建（sinogram-affirmded iterarive reconstruction，SAFIRE）技術(shù)聯(lián)合低管電壓、低對(duì)比劑濃度方案在胸痛三聯(lián)征CTA 檢查中應(yīng)用的可行性。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取我院2019 年6 月至2022 年8 月以胸痛為主要癥狀行胸痛三聯(lián)征一站式CTA 檢查的80 例患者，隨機(jī)分為A、B、C、D 組各20 例。A 組男11 例，女9 例，平均年齡（63.4±5.9）歲，平均心率（72.3±8.9）次/min，平均BMI（21.7±1.7）kg/cm2；B 組男10 例，女10 例，平均年齡（65.8±6.7）歲，平均心率（72.5±11.6）次/min，平均BMI（21.5±2.4）kg/cm2；C 組男13 例，女7 例，平均年齡（66.9±3.9）歲，平均心率（72.8±9.1）次/min，平均BMI（21.3±2.0）kg/cm2；D 組男11 例，女9 例，平均年齡（64.5±4.8）歲，平均心率（70.3±7.6）次/min，平均BMI（20.0±1.6）kg/cm2；4 組一般資料比較差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05）。

納入標(biāo)準(zhǔn)：臨床診斷胸痛三聯(lián)征；BMI 正常（18.5～25.0 kg/m2）；無(wú)嚴(yán)重碘對(duì)比劑過(guò)敏史；無(wú)嚴(yán)重心肝腎功能不全；無(wú)呼吸功能障礙；心率＜80 次/min。排除標(biāo)準(zhǔn)：檢查過(guò)程無(wú)法配合；檢查時(shí)呼吸突然急促無(wú)法屏氣者。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)審批通過(guò)（倫理號(hào)：SPHFJP-K2019026-02），患者已簽署知情同意書(shū)。

1.2 儀器與方法

采用Siemens 128 層螺旋CT（Somatom Definition AS+型），應(yīng)用自帶的SAFIRE 迭代重建算法。4 組均采用回顧式心電門(mén)控螺旋掃描。患者進(jìn)行呼吸訓(xùn)練，口服美托洛爾25 mg，靜待30 min 后檢查（急診除外）。首選右手臂肘正中靜脈置22 號(hào)留置針管，檢查前2 min 舌下含服硝酸甘油以擴(kuò)張血管（部分急診患者及硝酸甘油禁忌證者除外）。根據(jù)心率選擇相應(yīng)的掃描螺距（范圍0.2～0.5），探測(cè)器準(zhǔn)直64×0.6 mm，矩陣512×512，使用ECG 管電流調(diào)制技術(shù)。A、C 組采用120 kV，B、D 組采用100 kV。掃描范圍自主動(dòng)脈弓上方2 cm 至膈面，觸發(fā)ROI 置于升主動(dòng)脈中部，直徑約10 mm，觸發(fā)閾值為100 HU。選用雙筒高壓注射器經(jīng)肘正中靜脈注入碘海醇，注射流率5.0 mL/s，A、B 組對(duì)比劑碘濃度370 mg/mL，C、D 組對(duì)比劑碘濃度300 mg/mL，劑量均為1.5 mL/kg 體質(zhì)量；后以相同流率各注入40 mL 生理鹽水+對(duì)應(yīng)濃度對(duì)比劑混合液。

4 組患者各重建2 種數(shù)據(jù)，其中一種數(shù)據(jù)根據(jù)心動(dòng)周期及心電圖編輯軟件選擇理想期相小視野重建，用以觀察冠狀動(dòng)脈（冠脈），卷積核采用B26f；另一種數(shù)據(jù)選擇大視野重建，用以觀察主動(dòng)脈及肺動(dòng)脈，卷積核采用B30f；2 種數(shù)據(jù)重建層面、層距均為1.0 mm。將重建圖像傳至Siemens syngo via 2.0 工作站進(jìn)行圖像后處理。對(duì)冠脈主干及主要分支行VR、MIP 及CPR；對(duì)主動(dòng)脈、肺動(dòng)脈主干及其分支行VR、MIP 和MPR。通過(guò)以上方式多角度、多方式呈現(xiàn)冠脈、主動(dòng)脈、肺動(dòng)脈各大血管及主要分支的開(kāi)口、走行、管壁及管腔內(nèi)情況。

1.3 圖像質(zhì)量分析

1.3.1 主觀分析 由2 名具有10 年以上工作經(jīng)驗(yàn)的主治醫(yī)師采用雙盲法隨機(jī)對(duì)主動(dòng)脈、肺動(dòng)脈及冠脈的圖像質(zhì)量進(jìn)行分析。1 分為圖像質(zhì)量差，血管邊緣完全顯示不清，錯(cuò)層偽影十分突出；2 分為圖像質(zhì)量中等，部分血管邊緣顯示不清，錯(cuò)位和/或偽影較嚴(yán)重；3 分為圖像質(zhì)量良好，血管邊緣少許不清，部分錯(cuò)位和/或偽影；4 分為圖像質(zhì)量?jī)?yōu)良，血管邊緣清楚，無(wú)錯(cuò)層及偽影［6］。

1.3.2 客觀分析 由1 名有經(jīng)驗(yàn)的主治醫(yī)師在不知情的情況下，分別取主動(dòng)脈竇部、肺動(dòng)脈主干及右側(cè)冠脈近段血管作為觀察目標(biāo)，設(shè)置窗寬800 HU，窗位300 HU 觀察，在對(duì)應(yīng)管腔內(nèi)取盡量大的圓形或橢圓形ROI 測(cè)量CT 值及CT 值標(biāo)準(zhǔn)差分別記錄為CT值（CT）和噪聲值（N）；同時(shí)選取鄰近心包內(nèi)脂肪的CT 值作為背景CT 值（CT背景），根據(jù)公式計(jì)算主動(dòng)脈竇部圖像的SNR 和CNR［7-8］，公式分別為SNR=CT/N，CNR=（CT-CT背景）/N。

1.4 輻射劑量

記錄CT 計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成的胸痛三聯(lián)征序列的容積CT 劑量指數(shù)（volume CT dose index，CTDIvol）、劑量長(zhǎng)度乘積（dose length product，DLP）；計(jì)算有效輻射劑量（effective dose，ED），公式為ED=DLP×k胸部，k胸部取0.014 mSv·mGy·cm［9］。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2 結(jié)果

2.1 4 組圖像CT 值及圖像質(zhì)量比較（表1，2；圖1～3）

圖1～3 不同掃描方案胸痛三聯(lián)征CTA 圖像 注：圖1 患者，女，58 歲，反復(fù)心悸、胸悶、胸痛1 年，加劇1 個(gè)月，心率68 次/min，100 kV、300 mg/mL 方案掃描。圖1a 為VR 圖，清晰顯示主動(dòng)脈、肺動(dòng)脈及冠脈各主干即分支血管走行及形態(tài)；圖1b，1c 為CPR圖，管壁邊緣顯示清晰，部分管壁粗細(xì)不均勻，提示少許非鈣化斑塊形成；圖1d 測(cè)量主動(dòng)脈竇部CT 值（☆）、肺動(dòng)脈主干CT 值（↑）及心包內(nèi)脂肪背景CT 值（白色○）。圖2 患者，男，65 歲，反復(fù)胸悶、胸痛1 年，加劇2 周，心率70 次/min，120 kV、370 mg/mL 方案掃描。VR 圖較圖1a 對(duì)比圖像質(zhì)量有所提升。圖3 患者，男，72 歲，反復(fù)胸悶、胸痛3 年，加劇1 周，心率72 次/min，100 kV、370 mg/mL方案掃描，圖3a 為VR 顯示該方案的圖像質(zhì)量較圖1a，圖2 高；圖3b 為CPR 圖顯示管壁內(nèi)部分高、低密度斑塊形成并管腔輕度狹窄；圖3c 為主動(dòng)脈MPR 圖顯示主動(dòng)脈內(nèi)夾層形成

表1 采用不同管電壓與對(duì)比劑濃度的4 組圖像CT 值比較（HU，）

表1 采用不同管電壓與對(duì)比劑濃度的4 組圖像CT 值比較（HU，）

注：A 組與D 組比較，右側(cè)冠狀動(dòng)脈近段、肺動(dòng)脈的CT 值，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，均P＞0.05。

在CT 值方面，B 組明顯高于其他各組；A、B 組差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.001）；A 組略高于D 組，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；C 組CT 值最低。在噪聲值（N）方面，D 組最高，B 組次之，A 組最低，各組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.001）。在SNR、CNR 及圖像質(zhì)量評(píng)分方面，B 組最高，A 組略高于D 組，C 組最低，各組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。

表2 采用不同管電壓與對(duì)比劑濃度的4 組圖像質(zhì)量比較（）

表2 采用不同管電壓與對(duì)比劑濃度的4 組圖像質(zhì)量比較（）

注：N，主動(dòng)脈竇部噪聲值；a，F(xiàn) 值；b，z 值。

2.2 4 組圖像輻射劑量比較（表3）

表3 采用不同管電壓與對(duì)比劑濃度的4 組圖像輻射劑量比較（）

表3 采用不同管電壓與對(duì)比劑濃度的4 組圖像輻射劑量比較（）

注：CTDIvol，容積CT 劑量指數(shù)；DLP，劑量長(zhǎng)度乘積；ED，有效輻射劑量。

B、D 組的ED 比A、C 組下降約47.6%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.001）。B、D 組的CTDIvol 與A、C 組比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.001）。B、D 組的DLP與A、C 組比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.001）。

3 討論

近年來(lái)，胸痛三聯(lián)征CTA 一站式檢查因時(shí)效性高、檢查便捷，對(duì)臨床特別是胸痛中心甄別高危胸痛患者的病因具有重要意義而被廣泛應(yīng)用［10］。但其存在掃描范圍較廣、輻射劑量大、對(duì)比劑用量較大等不足，特別是由于肺動(dòng)脈和主動(dòng)脈的強(qiáng)化達(dá)峰時(shí)間相差6 s 以上，掃描時(shí)須在增大掃描視野和范圍的同時(shí)加大對(duì)比劑用量，以保證肺動(dòng)脈、主動(dòng)脈和冠脈的顯示［11］。掃描范圍增大，電離輻射隨之增加，相關(guān)研究顯示醫(yī)源性輻射占所有輻射損傷的98.2%，其中影像輻射最大的是CTA［12］。同時(shí)大劑量對(duì)比劑的應(yīng)用，也增加了對(duì)比劑腎病的風(fēng)險(xiǎn)［13-14］。如何合理降低對(duì)比劑用量和輻射劑量且保證圖像質(zhì)量以滿足臨床診斷是近些年研究的熱點(diǎn)。近幾年胸痛三聯(lián)征CTA 低劑量的研究主要集中在高端CT，如雙源CT等［15-18］，對(duì)128 層螺旋CT 雙低劑量方案的研究國(guó)內(nèi)報(bào)道較少［19］。

評(píng)價(jià)CTA 圖像質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)是目標(biāo)血管的強(qiáng)化程度［20］，而強(qiáng)化程度依賴(lài)于碘流率，碘流率=注射流率×對(duì)比劑濃度，雖然降低對(duì)比劑濃度可降低碘對(duì)比劑的腎毒性，但同時(shí)會(huì)降低血管的強(qiáng)化程度。目前，臨床上直觀評(píng)價(jià)血管強(qiáng)化程度的主要指標(biāo)是血管強(qiáng)化后的CT 值。本研究中C、D 組的對(duì)比劑濃度分別較對(duì)應(yīng)相同kV 條件A、B 組的強(qiáng)化程度明顯下降，C 組主動(dòng)脈竇部CT 值［（466.4±24.6）HU］較A 組［（526.2±40.0）HU］降低約30%。

CT 值不僅與目標(biāo)血管的強(qiáng)化程度即碘流率有關(guān)，還與掃描時(shí)采用的管電壓有關(guān)。CT 值是指CT 影像中單個(gè)像素所對(duì)應(yīng)的物質(zhì)對(duì)X 射線線性平均衰減系數(shù)的大小，而X 射線的線性平均衰減系數(shù)與物質(zhì)本身的密度有關(guān)。當(dāng)X 線光子能量為33 KeV 時(shí)，最接近電子結(jié)合能，光電效應(yīng)最強(qiáng)。當(dāng)X 線穿過(guò)高密度物質(zhì)碘對(duì)比劑時(shí)，光電效應(yīng)占優(yōu)勢(shì)，當(dāng)管電壓由120 kV 降至100 kV，光子能量減少，線性衰減系數(shù)增大，在碘對(duì)比劑濃度不變的前提下，其CT 值反而升高。本研究表明，B、D 組主動(dòng)脈竇部CT 值分別比對(duì)應(yīng)相同對(duì)比劑濃度A、C 組的CT 值高。同時(shí)，本研究發(fā)現(xiàn)B、D 組的對(duì)比劑輻射劑量遠(yuǎn)比A、C 組低，ED 從（8.2±0.6）mSv 降至（4.3±0.7）mSv。這是因?yàn)楦鶕?jù)X 線強(qiáng)度計(jì)算公式I=K·Z·U2（I 表示X 線強(qiáng)度，Z 表示管電流，K 表示比例系數(shù)，U 表示管電壓），X 線的強(qiáng)度與管電壓的2 次方呈正比，即管電壓越高，輻射劑量越高，因此降低管電壓可數(shù)倍降低輻射劑量。Jun 等［21］研究表明，當(dāng)管電壓從100 kV 降至80 kV時(shí)，冠脈CTA 的輻射劑量降低了70%。因此，本研究B 組采用100 kV、對(duì)比劑碘濃度370 mg/L 的掃描方案降低了輻射傷害的同時(shí)也提高了圖像CT 值，能獲得較滿意的圖像質(zhì)量。

管電壓決定X 射線的穿透能力，即X 線的質(zhì)；為提高CT 值，一味地降低管電壓會(huì)降低X 線的穿透力，從而增大圖像的噪聲值［22］。本研究中D 組的噪聲最高，這主要與管電壓（100 kV）低有關(guān)，低管電壓對(duì)圖像的SNR 和CNR 也有影響。近年來(lái)，迭代重建算法的引入很大程度解決了噪聲的問(wèn)題，本研究采用Siemens SAFIRE 算法，其根據(jù)原始數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)模型，將此模型上的像素值轉(zhuǎn)化為新的像數(shù)值，再用預(yù)測(cè)噪聲模式下的理想像素值與之對(duì)比，從而有選擇地識(shí)別出圖像中的統(tǒng)計(jì)誤差和噪聲并將其消除，再連續(xù)重復(fù)以上過(guò)程，直到得到或接近預(yù)測(cè)噪聲模式下的理想像素值為止，從而降低圖像的噪聲［23］，提高SNR 和CNR，得到滿意的圖像質(zhì)量。本研究4 組方案中，B、D 組雖然噪聲較A、C 組有所升高，但圖像SNR 和CNR 仍能滿足臨床診斷需求；相比B 組方案，D 組方案對(duì)比劑濃度明顯下降，雖然圖像質(zhì)量沒(méi)B 組高，卻也能得到滿意的圖像，滿足臨床診斷需要，綜合考慮輻射傷害和碘對(duì)比劑的腎毒性傷害，D組為最佳掃描方案。

綜上所述，SAFIRE 技術(shù)降低了圖像的噪聲，提高了圖像的SNR 和CNR，讓低管電壓和低對(duì)比劑濃度方案在胸痛三聯(lián)征CTA 檢查中的應(yīng)用得以實(shí)現(xiàn)。本研究的不足之處：患者的BMI 均在正常范圍，未對(duì)不同BMI 特別是＞25 kg/m2的患者進(jìn)行細(xì)化研究；圖像質(zhì)量和診斷結(jié)果未與血管造影進(jìn)一步對(duì)比；圖像質(zhì)量分析存在一定的主觀性，未行多人分析和一致性檢驗(yàn)；另外，在降低輻射劑量上，僅采用回顧式心電門(mén)控螺旋掃描，后續(xù)將對(duì)不同BMI 患者采用不同等級(jí)的管電壓進(jìn)行研究，并根據(jù)心率情況加入前瞻式心電門(mén)控掃描方式的研究，以獲得更客觀、更合理的掃描方案。