冠狀動(dòng)脈CT血管成像iDose4迭代重建與濾波反投影重建圖像質(zhì)量和輻射劑量比較

明 康 楊國(guó)威 許永華 陸曉梅 朱 勇 楊利霞 YANG Lixia

冠狀動(dòng)脈CT血管成像iDose4迭代重建與濾波反投影重建圖像質(zhì)量和輻射劑量比較

明 康1楊國(guó)威1許永華1陸曉梅2朱 勇1楊利霞1YANG Lixia

目的 比較iDose4迭代重建與濾波反投影（FBP）重建在冠狀動(dòng)脈CT血管成像（CCTA）的圖像質(zhì)量和輻射劑量，評(píng)價(jià)iDose4迭代重建的臨床應(yīng)用價(jià)值。資料與方法 所有患者采用FBP和iDose4兩種重建方法行64層CCTA檢查。對(duì)采用iDose4重建的患者根據(jù)體重指數(shù)（BMI）分為管電壓120 kV組和100 kV組；FBP組重建時(shí)管電壓固定為120 kV。采用四分法評(píng)價(jià)圖像質(zhì)量，并計(jì)算圖像信噪比（SNR）和對(duì)比噪聲比（CNR）。結(jié)果 iDose4120 kV組和FBP 120 kV組圖像質(zhì)量評(píng)分分別為（3.2±0.8）分和（3.0±0.7）分，SNR分別為16.5±3.8和13.8±3.9，CNR分別為21.6±6.8和17.6±6.6，輻射劑量分別為（5.5±1.6）mSv和（8.5±1.4） mSv，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），其中輻射劑量下降36%。iDose4100 kV組和FBP 120 kV組圖像評(píng)分分別為（3.1±0.6）分和（3.0±0.8）分，SNR分別為16.8±3.0和17.1±4.4；CNR分別為24.6±6.8和19.8±6.2，輻射劑量為（4.2±1.1）mSv和（8.6±1.2）mSv，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），其中輻射劑量下降51%。結(jié)論管電壓固定為120 kV時(shí)iDose4迭代重建較FBP重建可顯著提高圖像質(zhì)量，并降低輻射劑量；低管電壓（100 kV）的iDose4迭代重建與高管電壓（120 kV）的FBP重建圖像質(zhì)量無(wú)顯著差異，但可以顯著降低輻射劑量。

冠狀血管造影術(shù)；體層攝影術(shù)，X線計(jì)算機(jī)；迭代重建；濾波反投影；圖像質(zhì)量；輻射劑量

64層螺旋CT機(jī)應(yīng)用于心臟冠狀動(dòng)脈成像，已成為臨床診斷和篩查冠心病的重要檢查手段[1]。冠狀動(dòng)脈CT血管成像（CCTA）通常采用回顧性心電門控、小螺距和薄層（0.625 mm）掃描來(lái)提高圖像的分辨率，但因此增加了輻射劑量[2]。Mollet等[3]報(bào)道回顧性心電門控64層螺旋CCTA的輻射劑量為10.0～21.4 mSv，超過(guò)導(dǎo)管法冠狀動(dòng)脈造影劑量的5.6～5.8 mSv[4]；雖然可以通過(guò)降低管電壓、管電流和前置心電門控掃描技術(shù)等方法來(lái)降低輻射劑量，但均有一定的局限性。迭代重建作為一種新的重建方法，不僅可以降低輻射劑量，而且可以優(yōu)化圖像質(zhì)量[5-7]。本研究旨在比較iDose4迭代重建和濾波反投影（FBP）重建的CCTA的圖像質(zhì)量和輻射劑量，探討iDose4迭代重建的臨床應(yīng)用價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象 收集2009-01～2011-12上海市徐匯中心醫(yī)院行FBP重建和iDose4迭代重建的41例行CCTA檢查的患者，其中男21例，女20例；平均（70.2±8.6）歲；體重（60.4±10.1）kg，身高（163.4±8.1）cm，基礎(chǔ)心率（70.2±15.1）次/min。根據(jù)患者心率情況，部分心率高于70 次/min的患者在掃描前口服10 mg酒石酸美托洛爾片以控制心率。

1.2 儀器與方法 采用Philips Brilliance 64層螺旋CT機(jī)，使用回顧性心電門控掃描技術(shù)和對(duì)比劑跟蹤觸發(fā)技術(shù)，感興趣區(qū)設(shè)于主肺動(dòng)脈窗層面的降主動(dòng)脈，觸發(fā)閾值設(shè)定為120 Hu。達(dá)到閾值后囑患者屏氣，6 s后掃描，掃描范圍從氣管分叉下方1 cm至膈肌。采用雙筒高壓注射器，18G套管針置入前臂靜脈，注射對(duì)比劑碘海醇（350 mgI/ml）85 ml，流速5 ml/s，隨后等速注入40 ml生理鹽水。掃描參數(shù)：線束準(zhǔn)直0.625 mm，CT球管旋轉(zhuǎn)時(shí)間0.4 s，螺距0.2，重建層厚0.9 mm，重建間隔0.45 mm。FBP重建掃描條件為120 kV、800 mA；iDose4迭代重建掃描條件根據(jù)患者的體重指數(shù)（BMI）分為2組，17例BMI＞28 kg/m2者管電壓設(shè)定為120 kV，24例BMI≤28 kg/m2者設(shè)定為100 kV；管電流為430～735 mA。

1.3 圖像分析 采用EBW 4.0后處理工作站Comprehensive Cardiac Analysis（CCA）心臟智能處理軟件進(jìn)行分析。選取同一例患者、冠狀動(dòng)脈主支顯示均較佳的同一層面前后2次冠狀動(dòng)脈掃描75%時(shí)相進(jìn)行分析，采用原始軸位圖像進(jìn)行圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)。按照四分法進(jìn)行圖像評(píng)分，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：血管邊緣銳利，無(wú)偽影為4分；血管邊緣欠銳利，有少量偽影，但不影響臨床診斷為3分；血管邊緣中度偽影，管腔模糊，影響診斷為2分；血管邊緣嚴(yán)重偽影，不能診斷為1分。由于未行曲面重組圖像評(píng)估，所以2次檢查圖像均不觀察血管連續(xù)性。圖像質(zhì)量由2名有經(jīng)驗(yàn)的放射科診斷醫(yī)師采用雙盲法進(jìn)行評(píng)價(jià)，意見(jiàn)不一致時(shí)，協(xié)商后得出一致結(jié)果。

1.4 圖像信噪比（SNR）和對(duì)比噪聲比（CNR）測(cè)量 感興趣區(qū)選擇與左主干起始部水平的主動(dòng)脈根部50 mm2范圍，測(cè)量CT值，以其標(biāo)準(zhǔn)差作為圖像噪聲，測(cè)量5次取平均值，計(jì)算SNR，SNR=|μi|/σi,（|μi|為主動(dòng)脈根部CT值，σi為標(biāo)準(zhǔn)差）。同一層面選擇胸肌最厚層面20 mm2感興趣區(qū)，以其標(biāo)準(zhǔn)差作為背景噪聲，測(cè)量5次取平均值，計(jì)算CNR，CNR=|μa-μb|/σb（μa為主動(dòng)脈根部CT值，μb為胸肌CT值，σb為胸肌標(biāo)準(zhǔn)差）。

1.5 輻射劑量的計(jì)算 分別記錄兩組圖像CT劑量指數(shù)，得出CT劑量長(zhǎng)度乘積（DLP），為排除掃描長(zhǎng)度引起的劑量改變，掃描長(zhǎng)度均定為13 cm。有效輻射劑量（ED）=DLP×k，k為胸部權(quán)重指數(shù)，k =0.014[mSv/(mGy· cm)]。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 應(yīng)用CS 14.0軟件，計(jì)量資料組間比較采用配對(duì)t檢驗(yàn)，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

表1 iDose4120 kV組與FBP 120 kV組CCTA圖像質(zhì)量評(píng)分、SNR、CNR和輻射劑量比較

表2 iDose4100 kV組與FBP 120 kV組CCTA圖像質(zhì)量評(píng)分、SNR、CNR和輻射劑量比較

2.1 圖像質(zhì)量比較 iDose4120 kV組圖像質(zhì)量評(píng)分高于FBP 120 kV組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）（表1、圖1）；iDose4120 kV組圖像質(zhì)量評(píng)分略高于FBP 120kV組，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）（表2、圖2）。

2.2 SNR、CNR及輻射劑量比較 與FBP 120 kV組相比，iDose4120 kV組SNR及CNR均顯著增高，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；輻射劑量顯著降低，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；輻射劑量平均下降36%（表1）。iDose4100 kV組與FBP 120 kV組SNR差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），但iDose4100 kV組CNR高于FBP 120 kV組，輻射劑量低于FBP 120 kV組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），輻射劑量平均下降51%（表2）。

圖1

圖2

3 討論

Naidich等[8]于1990年首次提出低輻射劑量的概念，即在其他條件不變的情況下，降低管電流來(lái)減低輻射劑量，同時(shí)保證圖像診斷要求。如何在降少輻射劑量的同時(shí)保證甚至進(jìn)一步提高圖像質(zhì)量是近年來(lái)CCTA研究的熱點(diǎn)。多年來(lái)不斷嘗試自動(dòng)曝光控制、降低管電流、增加螺距、降低管電壓和前置性心電門控等策略[4,5]，雖然降低了輻射劑量，但這些方法對(duì)患者的心率、體重指數(shù)都有一定的限制，而且圖像質(zhì)量也受到一定影響，這主要是由目前CT生成圖像的基礎(chǔ)FBP的內(nèi)在特征決定的，因?yàn)檫@種算法隱含假定投影數(shù)據(jù)是無(wú)噪聲的。然而噪聲是投影數(shù)據(jù)的固有特性，特別是降低輻射劑量條件下，有效成像X線光子數(shù)量減少，噪聲水平升高。鑒于FBP無(wú)法有效處理低劑量噪聲，當(dāng)輻射劑量降低或投影數(shù)據(jù)采集不足時(shí)，重建出的圖像質(zhì)量就會(huì)受到影響。

相對(duì)于FBP，迭代重建算法的優(yōu)勢(shì)是不需要很大量的采樣信息，允許空間分辨率與圖像噪聲去耦合，在減少噪聲的同時(shí)保持圖像的空間分辨率[5]。迭代重建算法包含X線輻射量子統(tǒng)計(jì)的更精確建模以及電子噪聲，可以通過(guò)“反復(fù)”重建循環(huán)計(jì)算處理有限的原始采樣數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)圖像信噪比的提升，所以迭代算法可以明顯降低射線輻射劑量，并提高影像質(zhì)量。Philips公司推出的iDose4圖像處理系統(tǒng)是一種高級(jí)的迭代重建算法，它在CT數(shù)據(jù)的投影空間和圖像空間構(gòu)造多噪聲模型和解剖模型，在對(duì)噪聲予以精確刻畫和處理的同時(shí)，不改變?cè)肼曨l率分布，保持圖像真實(shí)呈現(xiàn)，消除蠟像狀偽影，提高了圖像的分辨率，臨床上多用于胸部及腹部CT檢查[9,10]。在體模上采用80 kV低管電壓和iDose4迭代重建算法模式可以減少最多71%的輻射劑量而不影響圖像質(zhì)量[11]。本研究顯示，采用iDose4迭代重建算法結(jié)合管電流自動(dòng)調(diào)節(jié)模式在100 kV和120 kV的CT掃描較FBP平均可以分別減少輻射劑量51%和36%。

本研究比較同一患者使用不同重建方法（間隔至少1年以上且BMI無(wú)變化）的CCTA掃描圖像質(zhì)量評(píng)分和輻射劑量。采用低管電壓（100 kV）的iDose4迭代重建算法CT檢查，在保證圖像質(zhì)量的同時(shí)，患者接受的輻射劑量為（4.2±1.1）mSv，明顯少于FBP的（8.6±1.2） mSv，甚至低于常規(guī)導(dǎo)管法冠狀動(dòng)脈造影的輻射劑量（5.6～5.8mSv），為CCTA在臨床上進(jìn)一步推廣和常規(guī)冠心病篩查提供了循證醫(yī)學(xué)證據(jù)。而運(yùn)用120 kV的iDose4迭代重建算法CT檢查雖然輻射劑量不如100 kV管電壓下降明顯，但圖像質(zhì)量明顯提高。

采用低管電壓（100 kV或80 kV）可以更大程度地降低輻射劑量，但是由于低管電壓射線的穿透力減弱，患者所吸收的輻射劑量有可能會(huì)顯著大于計(jì)算值；而采用120 kV時(shí)雖然有效輻射劑量增加，但射線穿透力增加可以明顯提高圖像質(zhì)量。因此，在相同圖像質(zhì)量的前提下，低管電壓是否能真正地降低患者吸收的輻射劑量，即由于射線穿透力因素的影響，受檢者的實(shí)際輻射生物效應(yīng)劑量是否真正減少，仍需進(jìn)一步深入研究。

綜上所述，與FBP比較，CCTA使用iDose4迭代重建算法結(jié)合管電流自動(dòng)控制掃描模式，能在保證和顯著提高圖像質(zhì)量的同時(shí)，明顯降低有效輻射劑量；而且采用低管電壓（100 kV）較高管電壓（120 kV）能更多地降低有效輻射劑量，但采用120 kV時(shí)圖像質(zhì)量明顯提高。由于本研究是回顧性研究，選擇的病例必須分別行FBP和iDose4CCTA掃描檢查，故收集的樣本量相對(duì)較小，而且原始影像數(shù)據(jù)重建后處理均使用3級(jí)iDose4，尚未對(duì)其他級(jí)別的重建圖像質(zhì)量和重建所需時(shí)間進(jìn)行分析。

[1] 中華放射學(xué)雜志心臟冠狀動(dòng)脈多排CT臨床應(yīng)用協(xié)作組.心臟冠狀動(dòng)脈多排CT臨床應(yīng)用專家共識(shí). 中華放射學(xué)雜志, 2011, 45(1): 9-17.

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（責(zé)任編輯 張春輝）

Comparison of Image Quality and Radiation Dose Between iDose4and Filter Back-projection in Coronary Artery CT Angiography

MING Kang YANG Guowei XU Yonghua LU Xiaomei ZHU Yong YANG Lixia

Purpose To compare the image quality and radiation dose between iDose4and filter back-projection (FBP) in coronary artery CT angiography (CCTA), and to evaluate the value of clinical application of iDose4.Materials and Methods 64-slice CCTA was applied to all patients using FBP and iDose4. The patients using iDose4were classified into 120 kV group and 100 kV group based on body mass index (BMI). The image quality was evaluated using quartering method, and the signal to noise ratio (SNR) and contrast to noise ratio (CNR) were also calculated.Results There was significant differences in the scores of image quality (3.2±0.8 vs 3.0±0.7), SNR (16.5±3.8 vs 13.8±3.9), CNR (21.6±6.8 vs 17.6±6.6) and radiation dose [(5.5±1.6) mSV vs (8.5±1.4) mSV] for iDose4120 kV group and FBP 120 kV group (P＜0.05), and the decreased radiation dose reached 36% of FBP 120 kV group. For iDose4100 kV group and FBP 120 kV group, there was evident differences in the scores of image quality (3.1±0.6 vs 3.0±0.8), SNR (16.8±3.0 vs 17.1±4.4), CNR (24.6±6.8 vs 19.8±6.2) and radiation dose [(4.2±1.1) mSv vs (8.6±1.2) mSv] (P＜0.05), and the decreased radiation dose reached 51% of FBP 120 kV group.Conclusion iDose4can improve the image quality and decrease the radiation dose compared with FBP when tube tension is set as 120 kV. There is no significant difference for the iDose4100 kV and FBP 120 kV, but iDose4can decrease radiation dose.

Coronary angiography; Tomography, X-ray computed; Iterative reconstruction; Filter back-projection; Image quality; Radiation exposure

10.3969/j.issn.1005-5185.2013.04.019

1. 上海市徐匯中心醫(yī)院，中國(guó)科學(xué)院上海臨床中心醫(yī)學(xué)影像科 上海 200031

2. 飛利浦（中國(guó)）投資有限公司醫(yī)療保健事業(yè)部 上海 200023

許永華

Department of Radiology, Shanghai Xuhui District Center Hospital, Shanghai 200031, China

Address Correspondence to: XU Yonghua

E-mail: yhxu@scrc.ac.cn

R543.3；R445.3

2012-07-07

修回日期：2013-03-20

中國(guó)醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志

2013年 第21卷 第4期：305-308

Chinese Journal of Medical Imaging

2013 Volume 21(4): 305-308