低管電壓與低濃度對(duì)比劑聯(lián)合迭代重建技術(shù)在主動(dòng)脈CT血管成像中的應(yīng)用

侯 凱，周國(guó)鋒，陸秀良，曾蒙蘇，顧君英

復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院放射科，上海市影像醫(yī)學(xué)研究所，復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院影像學(xué)系，上海 200032

主動(dòng)脈CT血管成像(computed tomography angiography，CTA)是診斷主動(dòng)脈及其重要分支血管病變的主要影像學(xué)工具，具有無創(chuàng)、便捷的優(yōu)勢(shì)，尤其對(duì)主動(dòng)脈夾層和主動(dòng)脈瘤的術(shù)前術(shù)后評(píng)估具有較高的臨床價(jià)值[1-2]。但CTA檢查中患者必須接受較高的輻射劑量，且面臨碘對(duì)比劑應(yīng)用所致的一系列不良反應(yīng)。在保證圖像質(zhì)量的前提下，如何解決上述問題成為目前研究的熱點(diǎn)。近年來，以低輻射劑量及低濃度對(duì)比劑為特點(diǎn)的“雙低”成像模式逐漸被應(yīng)用于CTA掃描，取得了初步成效[3-4]。因此，本研究探討低濃度對(duì)比劑(300 mgI/mL)、低管電壓(80 kVp)結(jié)合迭代重建算法(AIDR 3D)行320排CT胸腹主動(dòng)脈成像的可行性，為其后續(xù)臨床應(yīng)用提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料 2017年1月至6月本院行胸腹主動(dòng)脈 CTA檢查的患者80例，避免過度肥胖患者，80例患者體質(zhì)量均在80 kg以下。采用隨機(jī)分組的方法將 80例患者分為常規(guī)模式組與雙低模式組，每組各 40 例。排除孕婦、哺乳期婦女及對(duì)碘對(duì)比劑過敏、嚴(yán)重肝腎功能不全、心功能不全患者。本研究通過醫(yī)院倫理委員會(huì)審核批準(zhǔn)，所有患者檢查前均知情同意并簽署知情同意書。

1.2 設(shè)備儀器及掃描參數(shù) 采用Toshiba Aquilion One 320排動(dòng)態(tài)容積CT掃描機(jī)同時(shí)聯(lián)合美高雙筒高壓注射器經(jīng)肘正中靜脈團(tuán)注對(duì)比劑(370 mgI/mL和300 mgI/mL)。掃描范圍自胸廓上口至恥骨聯(lián)合下緣，采用對(duì)比劑智能自動(dòng)追蹤技術(shù)，監(jiān)測(cè)層面選取氣管隆突下方1 cm水平處的主動(dòng)脈降段，選擇層面 CT 閾值達(dá)到 150 HU 延遲3 s屏氣后掃描。

常規(guī)模式組參數(shù):管電壓 120 kVp，管電流為自動(dòng)毫安(70～300 mAs)，準(zhǔn)直器寬度64×0.5 mm，X 線管轉(zhuǎn)速0.5 s/周，螺距0.8，層厚5 mm。對(duì)比劑濃度 370 mgI/mL、注射流率 4.0 mL/s、用量1 mL/kg，對(duì)比劑注射后以流率4.0 mL/s注入30 mL生理鹽水。雙低模式組參數(shù):采用超低管電壓80 kVp，其他掃描參數(shù)同常規(guī)模式組。對(duì)比劑濃度 300 mgI/mL，注射方案同常規(guī)模式組。兩組掃描數(shù)據(jù)均采用AIDR 3D迭代算法重建。

1.3 圖像質(zhì)量分析 利用工作站自帶軟件測(cè)量CT圖像中的升主動(dòng)脈、降主動(dòng)脈、腹主動(dòng)脈、髂總動(dòng)脈和股動(dòng)脈的CT值、噪聲SD值，并計(jì)算管腔內(nèi)的信噪比(SNR)。計(jì)算公式：SNR=血管平均CT值/SD值。要求不同患者相同節(jié)段測(cè)量點(diǎn)盡量保持一致。按照5分法主觀評(píng)價(jià)圖像質(zhì)量，5 分:主動(dòng)脈充盈佳，管壁光滑，四級(jí)以上分支顯示好；4分：主動(dòng)脈充盈佳，管壁光滑，三級(jí)以上分支顯示良好；3分：主動(dòng)脈充盈尚可，管壁不光滑，二級(jí)以上分支顯示尚可；2分：主動(dòng)脈充盈不佳，只顯示一級(jí)分支，不能滿足診斷；1分：主動(dòng)脈充盈差，分支未顯示；0分：動(dòng)脈未顯示。其中3～5分判定為可診斷圖像，0～2分判定為無法診斷圖像。由2名副高級(jí)以上職稱的放射科醫(yī)師對(duì)5個(gè)動(dòng)脈段圖像質(zhì)量采用雙盲法評(píng)價(jià)，評(píng)分不一致時(shí)由2人共同閱片達(dá)成一致意見。

1.4 輻射劑量評(píng)估 掃描結(jié)束后計(jì)算患者接受的輻射劑量，1次完整的 CT 檢查者所接受的輻射劑量(DLP)。有效劑量(effective dose，ED; mSv)= DLP×k，轉(zhuǎn)換系數(shù)k=0.014 mSv/(mGy·cm)。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SPSS 19.0軟件，對(duì)兩組患者年齡、BMI、有效輻射劑量、平均 CT 值及SNR 進(jìn)行兩組獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，兩名醫(yī)師對(duì)5個(gè)動(dòng)脈段圖像質(zhì)量評(píng)分進(jìn)行χ2檢驗(yàn)。檢驗(yàn)水準(zhǔn)(α)為0.05。

2 結(jié) 果

2.1 患者診斷結(jié)果及基線資料對(duì)比 兩組患者均順利完成檢查，無藥物不良反應(yīng)，掃描數(shù)據(jù)均可滿足診斷要求。常規(guī)模式組與雙低模式組患者年齡[(60.1±9.3)歲vs(61.2±10.1)歲]、性別(男/女：19/21vs23/17)及BMI[(23.7±2.7) kg/m2vs(24.4±3.7) kg/m2]差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，具有可比性。兩組CTA影像均達(dá)到診斷標(biāo)準(zhǔn)，具體影像診斷結(jié)果見表1。

表1 2組患者主動(dòng)脈CTA檢查影像診斷結(jié)果

2.2 圖像質(zhì)量的主觀評(píng)價(jià) 結(jié)果(圖1、圖2)表明：常規(guī)模式組40例共顯示升主動(dòng)脈、降主動(dòng)脈、腹主動(dòng)脈、髂總動(dòng)脈和股動(dòng)脈節(jié)段196個(gè)，4個(gè)節(jié)段因?yàn)榫薮蟾怪鲃?dòng)脈瘤對(duì)比劑未到達(dá)髂動(dòng)脈及股動(dòng)脈，掃描已經(jīng)完成。在顯示的節(jié)段中評(píng)為5分135個(gè)，4分51個(gè)，3分5個(gè)，<3分5個(gè)。3～5分可診斷節(jié)段共有191個(gè)，占95.5%(191/200)。雙低模式組40例共顯示升主動(dòng)脈、降主動(dòng)脈、腹主動(dòng)脈、髂總動(dòng)脈和股動(dòng)脈節(jié)段198個(gè)。2個(gè)節(jié)段因?yàn)榫薮蟾怪鲃?dòng)脈瘤對(duì)比劑未到達(dá)髂動(dòng)脈及股動(dòng)脈，掃描已經(jīng)完成。在顯示的節(jié)段中評(píng)為5分137個(gè)，4分53個(gè)，3分3個(gè)，<3分5個(gè)。3～5分可診斷節(jié)段共有193個(gè)，占96.5%(193/200)。2組可診斷的節(jié)段差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=0.26，P=0.61)，2名資深醫(yī)生評(píng)分一致性好(Kappa=0.61)。

圖1 典型患者常規(guī)模式下主動(dòng)脈CTA影像

患者男, 55歲,B型主動(dòng)脈夾層，管電壓120 kVp，對(duì)比劑370 mgI/mL.A:VR圖像示主動(dòng)脈主干及其分支顯示清晰.B:紅色圓圈標(biāo)記處的升主動(dòng)脈CT值為432 HU,SD值為11 HU；降主動(dòng)脈CT值為423 HU,SD值為12.6 HU.C:紅色圓圈標(biāo)記處的腹主動(dòng)脈CT值為394.6 HU,SD值為18.7 HU；髂總動(dòng)脈CT值為395.7 HU,SD值為10.0 HU；股總動(dòng)脈CT值為383.6 HU,SD值為10.7 HU

圖2 典型患者雙低模式下主動(dòng)脈CTA影像

患者男, 59歲,B型主動(dòng)脈夾層，管電壓80 kVp，對(duì)比劑300 mgI/mL.A:VR圖像示主動(dòng)脈主干及其分支顯示清晰.B:紅色圓圈標(biāo)記處的升主動(dòng)脈CT值為529 HU,SD值為16 HU；降主動(dòng)脈CT值為453 HU,SD值為18.9 HU.C:紅色圓圈標(biāo)記處的腹主動(dòng)脈CT值為515.6 HU,SD值為12.2 HU；髂總動(dòng)脈CT值為501.9 HU,SD值為14.9 HU；股動(dòng)脈CT值為528.3 HU,SD值為20.6 HU

2.3 圖像質(zhì)量的客觀評(píng)價(jià) 結(jié)果(表2)表明：雙低模式組主動(dòng)脈管腔內(nèi)5個(gè)節(jié)段CT值明顯高于常規(guī)模式組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。兩組圖像均應(yīng)用迭代重建算法，當(dāng)管電壓由120 kVp降至80 kVp時(shí)，迭代算法的降噪聲作用和提高SNR作用會(huì)更加明顯。雙低模式組主動(dòng)脈管腔內(nèi)各個(gè)節(jié)段SNR均大于常規(guī)模式組，兩組除股動(dòng)脈節(jié)段SNR差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義外，其余4個(gè)節(jié)段差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

表2 各組患者主動(dòng)脈CTA管腔內(nèi)各個(gè)節(jié)段CT值、SD值及SNR的比較

2.4 輻射劑量的比較 結(jié)果(表3)表明：常規(guī)模式組DLP均值為(336.64±78.44) mGy·cm，ED為(4.71±1.10) mSv；雙低模式組DLP均值為(149.70±45.05) mGy·cm，ED為(2.10±0.63) mSv。雙低模式組較常規(guī)模式組有效輻射劑量降低55%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。常規(guī)模式組患者平均有效碘量為27.75 g，雙低模式組患者平均有效碘量為22.50 g，雙低模式組較常規(guī)模式組有效碘量降低18.92%。

3 討 論

隨著CTA檢查的普遍推廣，主動(dòng)脈CTA以其無創(chuàng)的檢查手段成為診斷胸腹主動(dòng)脈病變首選的影像學(xué)方法。臨床上為了獲得較高的圖像質(zhì)量，常規(guī)使用120 kVp管電壓和370 mgI/mL對(duì)比劑。高千伏管電壓和高濃度對(duì)比劑存在放射輻射和對(duì)比劑腎病雙重風(fēng)險(xiǎn)。因此，采用降低管電壓和降低對(duì)比劑濃度的方式來減少輻射和對(duì)比劑腎病的風(fēng)險(xiǎn)成為目前研究的熱點(diǎn)。

臨床上降低CTA檢查患者的輻射劑量方法有多種，除了降低管電壓，還有降低管電流和運(yùn)用迭代重建算法等。但降低管電壓是一種最為簡(jiǎn)單、有效的方法。這是因?yàn)檩椛鋭┝颗c管電壓的平方成正比，且與120 kVp比較，80 kVp時(shí)X線束中的平均光子能量更接近碘的吸收閾值(33.2 keV)，提高了對(duì)比劑和組織的CT值和兩者間的對(duì)比度[5]。但CT值過高同時(shí)會(huì)產(chǎn)生硬化效應(yīng)，不利于斑塊性質(zhì)的分析，此時(shí)即可通過采用低濃度對(duì)比劑的方式解決此問題。

采用低濃度對(duì)比劑，降低患者碘攝取的總量，可以降低造影劑腎病發(fā)生的幾率[6]。本研究中試驗(yàn)組使用低濃度(300 mgI/mL)的對(duì)比劑，兩組患者檢查時(shí)注射對(duì)比劑的總量相近，但換算碘攝入總量試驗(yàn)組明顯較對(duì)照組少，試驗(yàn)組在保證圖像質(zhì)量的同時(shí)減少了對(duì)比劑腎病的發(fā)生率，減少了患者因?qū)Ρ葎舛冗^高發(fā)生不良反應(yīng)的可能性。并且，低濃度對(duì)比劑攝入的試驗(yàn)組患者 CT值均在 350～500 HU。 CT 值過低則降低組織的對(duì)比及病灶的顯示，CT值過高則影響對(duì)鈣化等病變的鑒別，同時(shí)會(huì)增加硬化效應(yīng)。本研究中試驗(yàn)組主動(dòng)脈5個(gè)節(jié)段管腔內(nèi) CT 值明顯高于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，圖像質(zhì)量完全可以滿足診斷要求。

本研究中試驗(yàn)組采用300 mgI/mL低濃度對(duì)比劑結(jié)合80 kVp的管電壓卻能產(chǎn)生比對(duì)照組370 mgI/mL高濃度對(duì)比劑結(jié)合120 kVp管電壓更高的 CT 值，與Wintermark等[7]的研究相符。但試驗(yàn)組圖像在常規(guī)濾波反投影(FBP)算法下的噪聲卻大幅增加，影響了對(duì)圖像細(xì)節(jié)的診斷。因此，在降低管電壓的同時(shí)如何降低圖像噪聲顯得尤為關(guān)鍵。本研究中試驗(yàn)組使用80 kVp、SURE Exposure 3D技術(shù)掃描后采用AIDR 3D 迭代算法重建。AIDR 3D是320排CT配置的高級(jí)迭代重建算法，其原理是通過分析CT采集信號(hào)的物理特性得到統(tǒng)計(jì)學(xué)模型，利用該模型在投射空間來識(shí)別電子和量子噪聲，并進(jìn)行去除。得到的原始數(shù)據(jù)在圖像重建空間再根據(jù)解剖模型進(jìn)行反復(fù)對(duì)照，通過迭代計(jì)算法去除噪聲并加強(qiáng)組織結(jié)構(gòu)的顯示。因此，AIDR 3D迭代重建算法替代FBP算法完成圖像重建，在保證圖像質(zhì)量的前提下大幅降低了患者的有效輻射劑量、有效抑制噪聲，提高圖像的SNR[8-9]。本研究結(jié)果顯示，試驗(yàn)組與對(duì)照組主動(dòng)脈 CTA 圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。試驗(yàn)組主動(dòng)脈管腔內(nèi)各個(gè)節(jié)段SNR均大于對(duì)照組，兩組除股動(dòng)脈節(jié)段SNR差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其余4個(gè)節(jié)段差異都有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。關(guān)于股動(dòng)脈節(jié)段SNR試驗(yàn)組與對(duì)照組差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，筆者認(rèn)為股動(dòng)脈節(jié)段的體層較胸腹部較薄，80 kVp與120 kVp的管電壓在此處衰減差異較小，即對(duì)SNR的差異影響較小。兩組圖像質(zhì)量完全可以滿足診斷要求。并且，對(duì)照組患者接受輻射劑量為4.71 mSv，試驗(yàn)組患者接受輻射劑量為2.10 mSv，試驗(yàn)組患者有效降低了55%的輻射劑量，大幅降低了輻射的危害。

綜上所述，應(yīng)用300 mgI/mL對(duì)比劑、80 kVp管電壓結(jié)合AIDR 3D迭代重建行320排主動(dòng)脈CTA成像，圖像質(zhì)量能滿足臨床診斷要求，且有效地降低了輻射劑量，值得臨床推廣使用。