能譜CT最佳單能量技術、多模型迭代重建算法及虛擬平掃聯(lián)合應用在頭頸CTA應用研究?

李文超 李 強 李晨光 戶彥龍 梁長華

新鄉(xiāng)醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院放射科(河南 衛(wèi)輝 453100)

腦血管疾病(CVD)的發(fā)病率及患病率逐年不斷攀升，影響患者的工作及日常，嚴重威脅著人類的生存質量，是人類死亡和致殘的主要原因[1]。早期快速準確地診斷CVD、及時治療是降低CVD發(fā)病率、致殘率及死亡率的關鍵[2]。計算機斷層掃描(CT)血管造影(CTA)是一種非創(chuàng)傷性介入檢查方式，頭頸部CTA不但能清楚顯示頭頸部血管圖像還可測定動脈血流量，對CVD做出準確的定性診斷，在CVD疾病中具有較高的應用價值，但傳統(tǒng)CTA檢查輻射大，需要注射的對比劑劑量高，對受檢者傷害較大[3]。如何在滿足診斷、確保影像質量的前提下，降低對比劑劑量及輻射是當前CT影像研究的熱點。寶石能譜CT是一種新的CT成像技術，該技術通過瞬時變能高壓發(fā)生器和快速切換高低電壓，實現(xiàn)了在更低輻射劑量下產生40keV～140keV共101個連續(xù)清晰的單能量圖像，但是能譜CT最佳單能量技術在提高靶血管內的CT值的同時，圖像噪聲也相應增加[4]。研究顯示多模型迭代重建算法(ASIR-V)重建技術可減少單能量圖像噪聲以及輻射劑量，提高圖像質量[5]，虛擬平掃技術采用碘物質分離技術在CT增強掃描圖像中去除碘對比劑，獲得無碘對比劑的虛擬圖像，從而降低掃描次數(shù)，降低輻射劑量[6]。目前能譜CT最佳單能量圖像、虛擬平掃技術聯(lián)合ASIR-V重建技術在降低對比劑用量的報道十分少見，本研究旨在探討利用能譜CT最佳單能量技術、虛擬平掃成像技術聯(lián)合ASIR-V重建技術在頭頸CTA成像中最大程度降低對比劑用量和輻射劑量的可行性，以期為臨床頭頸部CTA操作提供參考。

1 資料與方法

1.1 臨床資料前瞻性選擇2022年6月15日2022年至8月20日于新鄉(xiāng)醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院接受頭頸部CTA檢查的113例CVD患者。

納入標準：經(jīng)頭顱影像學檢查證實為CVD，包括缺血性腦卒中(經(jīng)CT檢查確診)、動脈血管痙攣(經(jīng)數(shù)字減影血管造影檢查確診)、頭頸部血管動脈粥樣硬化(經(jīng)CT檢查確診)等；行能譜CTA檢查；符合CTA檢查適應證；書面知情同意本研究。排除標準：碘對比劑過敏史；心肌梗死，心功能不全等心血管疾病者；肝、腎功能不全；孕期或哺乳期的婦女；意識障礙無法配合檢查的患者。按掃描方式及對比劑用量分為常規(guī)劑量組(49例)、能譜低劑量組(49例)、能譜超低劑量組(15例)，常規(guī)劑量組患者資料：男26例，女23例，年齡48～89歲，平均(60.12±11.79)歲，體質量指數(shù)(BMI)24～28kg/m2，平均(24.82±3.73)kg/m2；疾病分類：缺血性腦卒中20例，動脈血管痙攣10例，顱內動脈瘤6例，頭頸部血管動脈粥樣硬化10例，其它3例。能譜低劑量組患者資料：男34例，女15例，年齡47～67歲，平均(60.12±9.52)歲，BMI23～28 kg/m2，平均(24.35±3.52)kg/m2；疾病分類：缺血性腦卒中23例，動脈血管痙攣7例，顱內動脈瘤5例，頭頸部血管動脈粥樣硬化11例，其它3例。能譜超低劑量組患者資料：男11例，女4例，年齡48～80歲，平均(59.81±9.42)歲，BMI 23～27 kg/m2，平均(24.25±3.69)kg/m2；疾病分類：缺血性腦卒中7例，動脈血管痙攣2例，顱內動脈瘤2例，頭頸部血管動脈粥樣硬化3例，其它1例。三組性別、年齡、BMI、疾病分類比較無統(tǒng)計學差異(P>0.05)，本研究已獲得我院倫理委員會批準。

1.2 CTA檢查CT掃描：儀器為美國GE Revolution CT掃描儀，三組患者均取仰臥位，自主動脈弓下緣2～3cm掃描至顱頂。掃描參數(shù)：自動管電流模式，固定噪聲指數(shù)為10，探測器寬度0.625mm，螺距1.375：1，球管旋轉速度0.5s/r，視野25cm×25cm，層厚5.0mm。經(jīng)肘靜脈高壓注射碘普羅胺(規(guī)格370mgI/mL)，達到峰值后啟動掃描，觸發(fā)閾值100HU，囑患者在掃描時勿做吞咽動作。常規(guī)劑量組：采用常規(guī)CTA掃描，管電壓100kVp，對比劑劑量0.9mL/kg，注射速率5mL/s。能譜低劑量組：采用GSI模式，管電壓80～140kVp，瞬時(0.5ms)切換能譜增強掃描，50%ASIR-V重建。對比劑劑量0.6mL/kg，注射速率5mL/s。能譜超低劑量組：GSI模式，管電壓80～140kVp，瞬時(0.5ms)切換技術，50%ASIR-V重建聯(lián)合虛擬平掃減影，對比劑劑量0.55mL/kg，注射速率5mL/s。虛擬平掃減影方法：先重建出增強期的虛擬平掃圖像，利用Add/Sub軟件對增強期及虛擬平掃期圖像數(shù)據(jù)逐層相減，獲得減影后數(shù)據(jù)。

圖像后處理：將掃描圖像和數(shù)據(jù)傳輸?shù)紾E AW4.7工作站，常規(guī)劑量組在混雜能量的基礎上進行最大密度投影(MIP)、多平面重建(MPR)、容積再現(xiàn)(VR)等數(shù)據(jù)測量及圖像后處理。能譜低劑量組及能譜超低劑量組在最佳單能量基礎上進行MIP、MPR、VR等數(shù)據(jù)測量及圖像后處理。由同一名10年以上CT審核技術醫(yī)師在不知情情況下獨立審片，選取頸總動脈上段、頸內動脈下段，在大腦中動脈M1段選擇感興趣區(qū)(ROI)，注意避免部分容積效應，圓形工具測量ROI面積為5mm2。測量同一平面頸內動脈、頸總動脈、主動脈弓、大腦中動脈M1段以及動脈周圍肌肉組織CT值，以動脈周圍肌肉組織CT值的標準差為背景噪聲(BN)，計算最佳對比噪聲比(CNR)=(血管CT值-肌肉CT值)／BN，信噪比(SNR)=血管CT值/BN。如果一側無法測量，則取另一側進行測量。

1.3 輻射劑量、對比劑劑量記錄容積CT劑量指數(shù)(CTDIvol)、劑量長度乘積(DLP)，計算有效劑量(ED)=k×DLP，k為換算因子，等于0.0023mSv·mGy-1·cm-1，ED單位為mSv，DLP單位為mGy/cm。碘攝入量(g)=對比劑用量(mL)×體重(kg)×0.329g/mL，對比劑用量為注射對比劑的總量。

1.4 圖像成像質量評價由兩名10年以上CT醫(yī)師應用盲法對圖像質量進行評價：1分，僅顯示目標血管主干及1級分支，對比劑充盈差，有嚴重偽影，管壁模糊，無法診斷；2分，僅顯示目標血管主干及1級分支或少數(shù)2級分支，對比劑充盈斷斷續(xù)續(xù)，密度欠均勻，管壁欠光整，偽影較重，影響診斷；3分，目標血管主干及其1～2級分支顯示清晰，對比劑充盈尚可，密度尚均勻，管壁尚光整，不影響診斷；4分，目標血管主干及其1～3級分支顯示清晰，對比劑充盈，管壁光整，密度較為均勻；5分，目標血管主干及其1～4級分支顯示清晰，強化良好，管壁光滑，密度均勻，無偽影[7]。

1.5 統(tǒng)計學分析SPSS 25.00錄入和分析數(shù)據(jù)，CT值、BN、SNR、CNR等連續(xù)性變量符合正態(tài)分布以()表示，采用單因素方差分析+LSD-t檢驗(兩兩比較)。一致性檢驗采用Kappa檢驗。疾病分類等計數(shù)資料以例(%)表示采用χ2檢驗，圖像質量比較采用kruskall wallis H檢驗+Mann Whitney U檢驗(兩兩比較)。檢驗水準α=0.05。

2 結果

2.1 圖像客觀指標比較三組B N 比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，能譜超低劑量組主動脈弓CT值、頸總動脈CT值、頸內動脈CT值低于能譜低劑量組和常規(guī)劑量組(P<0.05)，能譜低劑量組主動脈弓CT值、頸總動脈CT值、頸內動脈CT值低于常規(guī)劑量組(P<0.05)。能譜超低劑量組和能譜低劑量組大腦中動脈M1段CT值、頸部血管SNR、頸部血管CNR、腦部血管SNR、腦部血管CNR均低于常規(guī)劑量組(P<0.05)，見表1。

表1 三組CT值、BN、SNR、CNR差異

2.2 圖像主觀評價比較三組圖像質量評分均在3分以上，均可滿足臨床診斷。兩名醫(yī)師對圖像主觀評分一致性較好(Kappa值=0.904，P<0.05)。三組圖像評分分布差異顯著(P<0.05)，能譜超低劑量組和能譜低劑量組優(yōu)于常規(guī)劑量組(P<0.05)，見表2。各組頭頸部血管增強VR圖像及CT值見圖1A-圖1D～圖3A-圖3D。

圖1A-圖1D 常規(guī)劑量組頭頸部血管增強VR圖像及CT值圖2A-圖2D 能譜低劑量組頭頸部血管增強VR圖像及CT值圖3A-圖3D 能譜超低劑量組頭頸部血管增強VR圖像及CT值

表2 三組圖像質量評分差異[例(%)]

2.3 輻射劑量、對比劑劑量比較能譜超低劑量組和能譜低劑量組CTDIvol、DLP、ED、對比劑用量、碘攝入量均低于常規(guī)劑量組(P<0.05)，能譜超低劑量組對比劑用量、碘攝入量低于能譜低劑量組(P<0.05)，但是CTDIvol、DLP、ED和能譜低劑量組之間比較無統(tǒng)計學差異(P>0.05)，見表3。

表3 三組輻射劑量、對比劑劑量差異

3 討論

頭頸部CTA是一種無創(chuàng)快速的血管成像技術，具有空間和時間分辨率較高等優(yōu)點，對CVD診斷率高且實用性強[8]，但是頭頸部CTA檢查往往需要靜脈內注入高濃度、大劑量的碘對比劑以增強血管成像質量，提高診斷效果，由于頭頸部CTA檢查輻射劑量大，若對比劑使用量過多、注射速率過大，可能增加腎毒性，促使腎管形細胞凋亡和壞死，增加對比劑腎病的風險，將急性腎炎和慢性腎炎、腎功能不全患者排除在外[9]。有學者提出降低管電壓或減少對比劑用量[10]，但隨之即會產生圖像噪聲增加、濃度分布不均、影響圖像質量等問題，在不降低成像質量的前提下，盡可能降低放射劑量，盡最大程度減少對比劑量成為放射影像醫(yī)學界迫切需要解決的問題。

能譜CT具有采集時間長、輻射過高、圖像空間分辨率低等缺點[11]，隨著能譜CT成像技術的不斷改進，寶石能譜CT應用而生，其以寶石為探測器材料，通過利用球管高、低電壓瞬間切換的曝光技術，減少外界干擾，提高成像質量[12]。在能譜CT中，通過球管高、低電壓瞬間切換的曝光技術可獲得101個40 keV～140keV的單能量圖像，有效地改善血管對比度[13]。本研究能譜低劑量組主動脈弓CT值、頸總動脈CT值、頸內動脈CT值、頸部血管SNR、頸部血管CNR、腦部血管SNR、腦部血管CNR、CTDIvol、DLP、ED、對比劑用量、碘攝入量低于常規(guī)劑量組，成像質量高于常規(guī)劑量組，表明能譜CT最佳單能量技術聯(lián)合ASIR-V技術可降低圖像信噪比和噪聲比，提高成像質量，并顯著降低放射劑量和對比劑劑量。

分析能譜CT最佳單能量技術聯(lián)合ASIR-V技術提高圖像質量的原因為：首先，最佳單能量技術可改善血管對比度，提高顯示度[14]，而常規(guī)CT使用低管電壓時會增加圖像噪聲從而降低圖像質量。其次，能譜CT最佳單能量技術可利用金屬偽影減少軟件(美國GE公司MARs)克服金屬、線圈和支架等致密金屬物質造成的嚴重偽影，進而提高圖像質量[15]。第三，ASIR-V是一種CTA圖像噪聲的新技術，可降低低劑量掃描導致的圖像噪聲，提高空間分辨力及圖像密度，保證重建圖像可信性[16]。能譜CT最佳單能量技術聯(lián)合ASIR-V技術降低放射劑量的原因為：能譜CT最佳單能量技術具有快速千伏峰值切換技術，且在低能量(80kVp)下高能量(140kVp)曝光時間長，因此能降低輻射劑量[17]。ASIR-V較常規(guī)CT圖像重建算法-傳統(tǒng)濾波反投影法所需的投影數(shù)據(jù)少，ASIR-V運算時間短，因此能在較低的輻射劑量下重建出質量較高的圖像[18]。

本研究能譜超低劑量組對比劑用量、碘攝入量低于能譜低劑量組和常規(guī)劑量組，成像質量與能譜低劑量組相當，表明能譜CT最佳單能量技術聯(lián)合ASIR-V、虛擬平掃技術可進一步降低對比劑劑量，并保障成像質量。田兆榮等人[19]采用能譜CT虛擬平掃聯(lián)合ASIR-V，較非能譜平掃降低47.9%輻射劑量，明顯降低圖像噪聲，改善甲狀腺圖像質量，分析原因為：能譜CT抑碘技術可將碘劑分離，通過增強掃描獲得密度圖，該圖僅顯示水成分，因此可用其代表平掃影像，避免平面掃描與增強功能相結合的雙期掃描，優(yōu)化掃描程序，降低掃描次數(shù)，縮短掃描時間，減少輻射劑量和不必要的潛在損傷，并獲得與常規(guī)CT平掃相當?shù)膱D像質量[20]。虛擬平掃技術保證成像質量的原因在于動脈期影像上對比劑主要集中在動脈血管中，因此虛擬平掃影像上所得到CT值接近于常規(guī)掃描影像[21]。本研究能譜超低劑量組CTDIvol、DLP、ED和能譜低劑量組之間比較無差異，可能與能譜超低劑量組樣本例數(shù)過少有關。

綜上，與常規(guī)CTA、能譜CT最佳單能量技術聯(lián)合ASIR-V比較，能譜CT最佳單能量技術聯(lián)合ASIR-V、虛擬平掃技術能改善圖像質量，降低放射劑量和對比劑劑量，在頸部CTA中具有更高的應用價值。本研究局限性在于能譜超低劑量組樣本量偏少，且為前瞻性研究，ASIR-V僅選擇50%迭代，需要增加不同迭代水平進一步研究。