肥胖患者80 kV不同級(jí)別迭代重建技術(shù)CTPA圖像質(zhì)量分析

孫 瀟，田興倉(cāng)，李文玲，孫 凱，穆麗莎，朱 力

(寧夏醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院放射科，寧夏 銀川 750004)

·影像技術(shù)學(xué)·

肥胖患者80 kV不同級(jí)別迭代重建技術(shù)CTPA圖像質(zhì)量分析

孫 瀟，田興倉(cāng)，李文玲，孫 凱，穆麗莎，朱 力*

(寧夏醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院放射科，寧夏 銀川 750004)

目的 評(píng)估80 kV條件下不同級(jí)別迭代重建技術(shù)對(duì)肥胖患者CT肺動(dòng)脈造影(CTPA)圖像質(zhì)量的影響。方法 收集臨床疑似肺栓塞并行CTPA檢查的肥胖患者40例，采用濾波反投影(FBP)及3個(gè)級(jí)別的迭代重建技術(shù)(iDose1：20% IR/80% FBP；iDose3：40% IR/60% FBP；iDose5：60% IR/40% FBP)重建圖像。測(cè)量圖像的肺動(dòng)脈主干、右肺上葉動(dòng)脈及右肺下葉后基底段動(dòng)脈CT值、噪聲，計(jì)算并比較4組數(shù)據(jù)的噪聲、SNR及CNR。結(jié)果 4組重建圖像噪聲、SNR及CNR差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.001)，圖像噪聲兩兩比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)；FBP組的SNR及CNR與iDose3組和iDose5組比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。結(jié)論 與FBP比較，80 kV聯(lián)合不同級(jí)別IR技術(shù)可明顯降低CTPA圖像噪聲，提高圖像質(zhì)量，并可進(jìn)一步降低肥胖患者接受的輻射劑量。

體層攝影術(shù)，X線計(jì)算機(jī)； 迭代重建；噪聲；肥胖；低管電壓

CT肺動(dòng)脈造影(CT pulmonary angiography, CTPA)已成為診斷急性肺栓塞的一線檢查方法，其敏感度及特異度分別為78%、90%[1]。但隨著CTPA在臨床的廣泛應(yīng)用，患者所受輻射劑量增加。近年來(lái)，多種降低輻射劑量的方法已用于臨床，包括降低管電壓[2-3]。但管電壓的降低會(huì)增加圖像噪聲，進(jìn)而降低CTPA圖像的CNR，甚至影響對(duì)遠(yuǎn)端肺動(dòng)脈內(nèi)微小栓子的觀察。肥胖患者的圖像噪聲大于正常體質(zhì)量患者[4]，當(dāng)管電壓降低后，圖像噪聲會(huì)進(jìn)一步增加，CTPA的圖像質(zhì)量將下降。迭代重建(iterative reconstruction, IR)技術(shù)可解決管電壓過(guò)低造成患者CTPA圖像噪聲過(guò)大的問(wèn)題。本研究旨在評(píng)估肥胖患者CTPA檢查中，低管電壓聯(lián)合IR技術(shù)在提高圖像質(zhì)量中的可行性。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2015年10月—2016年3月本院臨床疑似肺栓塞并行CTPA檢查的門診及住院的肥胖患者40例，體質(zhì)量指數(shù)(body mass index, BMI)>28 kg/m2，其中男22例，女18例，年齡39～79歲，中位年齡62.5歲，BMI為(29.55±1.73)kg/m2，心率(78.4±19.7)次/分。排除標(biāo)準(zhǔn)：年齡<18歲；妊娠及哺乳期患者；甲狀腺功能亢進(jìn)未治愈；碘過(guò)敏；腎功能不全。所有受檢者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Philips Brilliance iCT 256機(jī)?；颊呷⊙雠P位，頭足方向掃描，掃描范圍自胸廓入口到膈肌水平。管電壓80 kV，實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)管電流，探測(cè)器準(zhǔn)直128×0.625 mm，機(jī)架旋轉(zhuǎn)時(shí)間0.5 s，螺距0.993；圖像重建方式為濾波反投影(filtered back projection, FBP)及IR技術(shù)(iDose1：20% IR/80% FBP；iDose3：40% IR/60% FBP；iDose5：60% IR/40% FBP)，矩陣512×512，層厚1 mm，間隔0.5 mm。對(duì)比劑采用碘普羅胺(370 mgI/ml)50 ml，流速3.5 ml/s，后以相同流速注射生理鹽水35 ml。掃描采用自動(dòng)觸發(fā)掃描系統(tǒng)，將ROI置于肺動(dòng)脈主干，觸發(fā)閾值100 HU，延遲5 s開(kāi)始自動(dòng)掃描。后將圖像自動(dòng)傳至PACS系統(tǒng)。

1.3 圖像分析 由2名高年資胸部影像診斷醫(yī)師(工作經(jīng)驗(yàn)分別為6、10年)分別采用同機(jī)EBW工作站行CTPA圖像質(zhì)量客主觀評(píng)價(jià)，同時(shí)記錄有無(wú)肺栓塞及栓塞部位?？陀^評(píng)價(jià)包括測(cè)量肺動(dòng)脈主干、右肺上葉動(dòng)脈、右上肺靜脈、右肺下葉后基底段動(dòng)脈和右下肺靜脈CT值，并計(jì)算肺動(dòng)靜脈CT值比值及肺動(dòng)脈平均CT值，測(cè)量背闊肌CT值作為背景噪聲，肺動(dòng)脈主干CT值標(biāo)準(zhǔn)差作為噪聲，計(jì)算SNR和CNR：SNR=肺動(dòng)脈平均CT值/噪聲，CNR=(肺動(dòng)脈平均CT值-背闊肌CT值)/噪聲。主觀評(píng)分采用5分法：1分，很差，偽影、噪聲大，僅肺動(dòng)脈主干輕度到中度強(qiáng)化，無(wú)法診斷；2分，差，偽影、噪聲較大，左右肺動(dòng)脈強(qiáng)化，遠(yuǎn)端肺動(dòng)脈顯影差，診斷可信度明顯減低；3分，中度，偽影、噪聲中等，肺葉以上動(dòng)脈強(qiáng)化，遠(yuǎn)端肺動(dòng)脈顯影欠佳，但足以診斷；4分，很好，偽影、噪聲較小，肺段以上動(dòng)脈強(qiáng)化明顯，遠(yuǎn)端肺動(dòng)脈顯示良好，肺靜脈強(qiáng)化程度高于肺動(dòng)脈；5分，優(yōu)，偽影輕或無(wú)，噪聲小，亞段肺動(dòng)脈及遠(yuǎn)端肺動(dòng)脈強(qiáng)化明顯，且肺靜脈強(qiáng)化程度低于肺動(dòng)脈。

1.4 輻射劑量 記錄容積CT劑量指數(shù)(volume CT dose index, CTDIvol)和劑量長(zhǎng)度乘積(dose length product, DLP)，并計(jì)算有效劑量(effective dose, ED)：ED=劑量長(zhǎng)度乘積(DLP)×0.017，0.017為歐盟委員會(huì)推薦的胸部權(quán)重系數(shù)，單位mSv/(mGv·cm)。

1.5各級(jí)肺動(dòng)脈栓塞顯示率 觀察采用EBW工作站經(jīng)不同重建方式處理后的CTPA圖像有無(wú)肺栓塞，并記錄顯示的栓子數(shù)及位置(段級(jí)以上、段級(jí)、亞段肺動(dòng)脈栓塞)，計(jì)算4組圖像對(duì)每個(gè)部位肺動(dòng)脈內(nèi)栓子的顯示率，顯示率=每個(gè)部位肺動(dòng)脈內(nèi)栓子數(shù)/該重建技術(shù)顯示的總栓子數(shù)×100%。

2 結(jié)果

掃描所用平均管電流為(353.55±87.56)mAs，CTDIvol為(7.29±1.18)mGy，DLP為(288.14±53.83)mGy·cm，ED為(4.90±0.91)mSv。

4組圖像客觀質(zhì)量見(jiàn)表1。肺動(dòng)脈CT值、肺動(dòng)靜脈CT值比值的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，而圖像噪聲、SNR及CNR差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.001，圖1)，且4組圖像噪聲兩兩比較的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)；FBP組的SNR及CNR與iDose1組比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.055、0.078)，與iDose3組和iDose5組比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)；iDose1組的SNR及CNR與iDose3比較，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.079、0.116)，與iDose5組相比，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)，iDose3組與iDose5組比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.062、0.099)。

FBP、iDose1、iDose3及iDose5組的主觀圖像質(zhì)量評(píng)分分別為4.32±0.48、4.35±0.49、4.42±0.50、4.52±0.51分，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(H=2.508，P=0.474)。

表1 不同重建方式CTPA圖像客觀圖像質(zhì)量±s)

表2 不同重建方式CTPA圖像對(duì)各部位肺栓塞的顯示率(%)

圖1 患者男，65歲，BMI=31.22 kg/m2，分別為iDose5(A)、iDose3(B)、iDose1(C)及FBP(D)法重建軸位圖像，可見(jiàn)左肺下葉背段栓塞(箭)，圖像噪聲分別為35.3、41.8、48.5、54.2，CNR分別為10.7、9.1、7.7、6.8，對(duì)左肺下葉背段內(nèi)栓子的顯示效果越來(lái)越差，尤以FBP為著

急性肺栓塞的顯示率為40.00%(16/40)，陰性率為60.00%(24/40)例。4種重建方式對(duì)段級(jí)以上肺動(dòng)脈栓塞、段級(jí)肺栓塞和亞段肺動(dòng)脈栓塞的顯示率差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05；表2)。4種重建方式對(duì)栓子顯示的一致性差，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Kappa=0.007，P=0.839)。

3 討論

醫(yī)療輻射可導(dǎo)致易感組織癌變、機(jī)體免疫力下降及胎兒畸形等，年齡越小越敏感，且至少占工業(yè)國(guó)家平均人口每年總輻射劑量的1/10[5-7]。目前，有多種降低輻射劑量的方法，其中以降低管電壓最常見(jiàn)，其在胸部CT檢查中效果最佳，主要因胸部對(duì)X線的低吸收特性，突出了空氣與血管、肺間質(zhì)的對(duì)比度；因此其降低輻射劑量的效果優(yōu)于其他方法(如降低管電流、增大螺距等)。正常體質(zhì)量人群接受CT掃描時(shí)，管電壓由120 kV降至 80 kV，輻射劑量降低67.2%[8]，但X線穿透力減弱，圖像的噪聲增加。管電壓每降低20 kV，圖像噪聲增加約16.8%[8-9]。噪聲越大，圖像的SNR及CNR越低，影響對(duì)外周微小病灶及遠(yuǎn)端肺動(dòng)脈內(nèi)微小栓子的觀察，易漏診，且患者體質(zhì)量越大，該類情況越嚴(yán)重。IR解決了降低管電壓所造成圖像噪聲增加的問(wèn)題[10]。本研究發(fā)現(xiàn)，在顯示肥胖患者微小栓子中，IR技術(shù)較FBP顯示得更好，并隨著IR重建權(quán)重的增加而提升，其對(duì)亞段級(jí)肺動(dòng)脈栓塞的顯示率越來(lái)越好。且本研究由于FBP及iDose1圖像噪聲過(guò)大，干擾了對(duì)亞段肺動(dòng)脈內(nèi)栓子的觀察，1例患者FBP及iDose1顯示栓子，但在iDose3及iDose5圖像上并無(wú)明顯的充盈缺損征象。原因可能為：本研究受檢者為肥胖患者，80 kV掃描條件對(duì)其而言較低，有效成像的X線光子數(shù)減少，投影數(shù)據(jù)不足，且FBP組圖像顆粒感明顯，血管邊緣模糊，再加上偽影，影響了對(duì)栓子的顯示；iDose1在降低圖像噪聲方面雖然有所改善，但I(xiàn)R比例低于FBP所占比例，與X線光子分布的真實(shí)值有差距，而iDose3、iDose5的IR比例高，反饋信息較iDose1豐富，產(chǎn)生的X線前向投影估計(jì)值與X線光子分布的真實(shí)值越接近，圖像噪聲小，對(duì)病灶的顯示也優(yōu)于FBP及iDose1。因此，iDose級(jí)別越高，圖像質(zhì)越好，對(duì)亞段肺動(dòng)脈內(nèi)小栓子的顯示越清晰。

肥胖的體型可降低X線的穿透力，增加圖像噪聲并使患者吸收更多散射線。本研究管電壓采用80 kV，旨在降低肥胖患者所接受的輻射劑量，雖然CTPA圖像噪聲增加的程度高于正常體質(zhì)量人群，但本研究采用IR技術(shù)。比較FBP與3種級(jí)別IR(iDose1、iDose3、iDose5)技術(shù)對(duì)肥胖患者圖像噪聲降低的程度，結(jié)果顯示，與FBP技術(shù)相比，低管電壓聯(lián)合IR技術(shù)可明顯降低圖像噪聲，提高SNR及CNR，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，且iDose級(jí)別不同，產(chǎn)生的客觀圖像質(zhì)量差異也較明顯，并且隨iDose級(jí)別提升，圖像噪聲呈降低趨勢(shì)，SNR及CNR呈增高趨勢(shì)。與Laqmani等[11]采用80 kV對(duì)正常體質(zhì)量患者(BMI=22.5 kg/m2)成像，并比較FBP和IR技術(shù)(iDose2、iDose4、iDose6)所得結(jié)果類似。但本研究中4種重建方式的主觀圖像質(zhì)量差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可能原因?yàn)椋褐饔^圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要以肉眼所見(jiàn)的肺動(dòng)脈及其分支的顯示程度為主，不考慮對(duì)細(xì)微結(jié)構(gòu)的顯示，且由于 80 kV的掃描條件，血管強(qiáng)化程度較高，所以4組主觀評(píng)價(jià)結(jié)果相差不明顯。

本研究的有效輻射劑量為(4.90±0.91)mSv，雖然未設(shè)置對(duì)照組，但與Megyeri等[4]采用100 kV對(duì)BMI分別為25.0～29.9 kg/m2、≥30 kg/m2的患者成像時(shí)所得體型特異性劑量評(píng)估(7.0、8.4 mGy)相比，ED分別下降30.0%、41.7%。降低管電壓除降低輻劑量外，還可增加血管的CT值，增加血栓和正常血液間的對(duì)比度。研究[6,12]表明，管電壓越低，血管的強(qiáng)化程度越大，80 kV與120 kV相比，肺動(dòng)脈CT值之差>100 HU。本研究中，無(wú)論肺動(dòng)脈平均CT值還是各級(jí)肺動(dòng)脈CT值，其均值均大于450 HU，即使患者體質(zhì)量較高，對(duì)圖像噪聲影響較大，但SNR及CNR仍高于上述研究[6,12]。

本研究的不足：首先只測(cè)量了段級(jí)動(dòng)脈及其以上肺動(dòng)脈的CT值，未進(jìn)行亞段肺動(dòng)脈CT值的測(cè)量，因?yàn)楣軓捷^細(xì)，難以測(cè)量并易出現(xiàn)數(shù)據(jù)失真，且亞段肺動(dòng)脈栓塞的臨床意義尚未明確。其次對(duì)比劑濃度過(guò)高，劑量較大，還有待進(jìn)一步探討。

綜上所述，低管電壓聯(lián)合IR算法(iDose3或iDose5)可安全用于肥胖患者，以降低圖像噪聲，并在保證CTPA圖像質(zhì)量、滿足臨床診斷需求的前提下盡量降低患者所受的輻射劑量。

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CTPA image quality analysis of different level iterative reconstruction with 80 kV in obese patients

SUNXiao,TIANXingcang,LIWenling,SUNKai,MULisha,ZHULi*

(DepartmentofRadiology,GeneralHospitalofNingxiaMedicalUniversity,Yinchuan750004,China)

Objective To assess the effects of different level iterative reconstructions (IR) on image quality of obese patients of 80 kV CT pulmonary angiography (CTPA). Methods Forty obese patients with clinically suspected pulmonary embolism were examined with CTPA, filtered back projection method (FBP) and three IR levels (iDose1, 20% IR/80% FBP； iDose3, 40% IR/60% FBP； iDose5, 60% IR/40% FBP) to reconstruct images were used. The CT value of pulmonary artery trunk, upper lobe artery and lower lobe basal segment artery of right pulmonary were measured, and the image noise, SNR and CNR of four groups were calculated and compared. Results The image noise, SNR and CNR had significant difference in 4 groups (allP<0.05), and the image noise had significant difference between each two groups (allP<0.05), the SNR and CNR had statistical difference between FBP and iDose3, between FBP and iDose5(P<0.01). Conclusion Compared with FBP, 80 kV combined with different level IR technologies can significantly decrease image noise and improve objective image quality in CTPA, the radiation dose that obese patients received can be reduced.

Tomography, X-ray computed; Iterative reconstruction; Noise; Obesity; Lower tube voltage

孫瀟(1991—)，女，寧夏銀川人，在讀碩士。研究方向：胸部疾病的影像學(xué)診斷。E-mail: 625239456@qq.com

朱力，寧夏醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院放射科，750004。E-mail: zhuli72@163.com

2016-11-22

2017-03-19

R814.42

A

1672-8475(2017)05-0306-04

10.13929/j.1672-8475.201611025