不同比例多模型迭代重建對(duì)“三低”CT門靜脈成像圖像質(zhì)量的影響

目前MSCT血管成像的臨床應(yīng)用日益廣泛， CT門靜脈血管成像(CT portal venography， CTPV)仍屬其中的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。臨床通常采用增加對(duì)比劑濃度、應(yīng)用重建新技術(shù)及使用能譜單能量成像等方法來達(dá)到較好的門靜脈成像效果[1-2]，但隨之而來的是對(duì)比劑腎病等一系列不良反應(yīng)。如何在低對(duì)比劑用量、低輻射劑量的前提下獲得較好的門靜脈成像，是目前臨床研究的重點(diǎn)。采用低管電壓可提高血管強(qiáng)化程度和圖像質(zhì)量[3]，但會(huì)增加圖像噪聲；低輻射劑量掃描時(shí)，圖像噪聲亦會(huì)顯著增加[4]。多模型迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction veo， ASIR-V)采用更先進(jìn)的重建模型，可大幅度降低圖像噪聲、提高圖像質(zhì)量[5]，已用于臨床[6-7]。本研究比較不同比例ASIR-V對(duì)“三低”(低對(duì)比劑用量、低輻射劑量、低管電壓)CTPV圖像質(zhì)量的影響。

1 資料與方法

1.1一般資料 收集2017年10月—2017年12月擬于陜西中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院接受上腹部增強(qiáng)掃描的患者。納入標(biāo)準(zhǔn)：年齡≥18歲，臨床需行上腹部增強(qiáng)檢查，自愿參與本研究。排除標(biāo)準(zhǔn)：碘對(duì)比劑過敏，肝、腎功能異常，門靜脈血管病變，呼吸配合不佳影響門靜脈血管顯示。最終納入80例，隨機(jī)分為A組(n=40)和B組(n=40)，A組，男16例，女24例，年齡30～64歲，平均(53.0±9.6)歲；B組，男22例，女18例，年齡35～69歲，平均(57.5±15.2)歲。本研究經(jīng)陜西中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，患者均簽署知情同意書。

1.2儀器與方法 采用GE Revolution CT掃描儀。A組采用常規(guī)掃描方案，前置ASIR-V為0，管電壓120 kV，對(duì)比劑用量450 mgI/kg體質(zhì)量；B組采用“三低”掃描方案，前置ASIR-V為40%，管電壓100 kV，對(duì)比劑用量350 mgI/kg體質(zhì)量；2組其他掃描參數(shù)保持一致，噪聲指數(shù)設(shè)定為10，自動(dòng)管電流技術(shù)，螺距0.992∶1，轉(zhuǎn)速0.5 s/rot，探測(cè)器寬度80 mm，掃描層厚5 mm，層間距5 mm，掃描范圍自膈肌上方1 cm至髂嵴上緣水平。對(duì)比劑采用優(yōu)維顯(370 mgI/ml)，注射時(shí)間30 s，對(duì)比劑流率根據(jù)對(duì)比劑總量和注射總時(shí)間計(jì)算獲得(流率=對(duì)比劑總量/30)。增強(qiáng)掃描采用閾值觸發(fā)技術(shù)，將ROI放置于腹主動(dòng)脈管腔內(nèi)，CT值達(dá)到閾值200 HU時(shí)觸發(fā)動(dòng)脈期掃描，動(dòng)脈期掃描結(jié)束后延遲30、120 s行門靜脈期和延遲期掃描。

表1 A組與B組一般資料比較(±s，n=40)

表1 A組與B組一般資料比較(±s，n=40)

組別男/女(例)年齡(歲)身高(cm)體質(zhì)量(kg)體質(zhì)量指數(shù)(kg/m2)A組16/2453.0±9.6162.80±10.5459.00±6.4522.19±1.90 B組22/1857.5±15.2165.60±6.4061.33±10.4822.24±2.78 t/χ2值1.805-1.639-1.458-1.249-0.094P值0.1790.1050.1500.2150.925

表2 A組與B組輻射劑量及對(duì)比劑碘攝入量比較(±s，n=40)

表2 A組與B組輻射劑量及對(duì)比劑碘攝入量比較(±s，n=40)

組別CTDIvol(mGy)DLP(mGy·cm)ED(mSv)碘攝入量(g)A組13.08±2.10366.99±78.275.50±1.1726.55±2.91 B組5.88±1.24160.35±40.492.41±0.6121.47±3.67 t值18.94315.00715.0077.112P值<0.001<0.001<0.001<0.001

1.3圖像重建 A組采用濾波反投影法(filtered back projection， FBP)重建(1種圖像)，重建層厚1.25 mm；B組首先采用FBP重建(1種圖像)，再采用ASIR-V重建，權(quán)重分別為10%～100%(間隔10%，10種圖像)，重建層厚1.25 mm。12種重建圖像窗寬均為350 HU，窗位為 40 HU。

1.4圖像評(píng)價(jià)

1.4.1客觀評(píng)價(jià) 采用AW 4.6工作站，于軸位薄層圖像上，在門靜脈主干、門靜脈左支、門靜脈右支、肝臟及同層面豎脊肌分別放置3個(gè)ROI，門靜脈測(cè)量ROI放置于管腔中央并約占管腔面積的2/3，肝臟ROI放置應(yīng)避開血管區(qū)域，記錄ROI的CT值和標(biāo)準(zhǔn)差(standard deviation， SD)，取3個(gè)ROI值的平均值。分別計(jì)算門靜脈主干、門靜脈左支、門靜脈右支的SNR和CNR，SNR=CT值/SD值，CNR=(門靜脈CT值-肝臟CT值)/豎脊肌SD值。

1.4.2主觀評(píng)價(jià) 由2名具有5年或以上工作經(jīng)驗(yàn)的影像科醫(yī)師，參考?xì)W洲放射指南推薦的CT圖像質(zhì)量相關(guān)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)[8]，采用5分法以盲法對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)分：5分，圖像質(zhì)量好，血管對(duì)比度和分支顯示好，無明顯噪聲，完全滿足臨床診斷需要；4分，圖像質(zhì)量較好，血管對(duì)比度和分支顯示較好，輕度噪聲，可以滿足臨床診斷需要；3分，圖像質(zhì)量中等，血管對(duì)比度和分支顯示一般，中等程度噪聲，基本滿足臨床診斷需要；2分，圖像質(zhì)量較差，血管對(duì)比度和分支顯示不清，存在明顯噪聲，影響臨床疾病診斷；1分，圖像質(zhì)量很差，血管分支無法顯示，存在嚴(yán)重圖像噪聲，完全不能用于臨床診斷。3分及以上可用于臨床診斷，2分及以下無法滿足臨床診斷。

1.5輻射劑量和碘攝入量 分別記錄A組和B組CT容積劑量指數(shù)(volumetric CT dose index, CTDIvol)、劑量長度乘積(dose length product, DLP)，并計(jì)算有效輻射劑量(effective dose, ED)，ED=DLP×k，k為腹部輻射劑量換算因子，k=0.015 mSv/(mGy·cm)。根據(jù)患者體質(zhì)量和對(duì)比劑濃度計(jì)算碘攝入量，碘攝入量(g)=體質(zhì)量(kg)×對(duì)比劑濃度(mgI/kg)×0.001。

1.6統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。計(jì)量資料用±s表示。以獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較2組患者一般資料、輻射劑量及碘攝入量；以χ2檢驗(yàn)比較2組間性別差異；以單因素方差分析比較多組圖像間CT值、SD值、SNR和CNR，兩兩比較采用LSD-t檢驗(yàn)。多組圖像間主觀評(píng)分間比較采用Kruskal-WallisH檢驗(yàn)，2名醫(yī)師間評(píng)分的一致性采用Kappa檢驗(yàn)(Kappa值≥0.75為一致性好，0.4

2 結(jié)果

A組與B組患者性別、年齡、身高、體質(zhì)量、體質(zhì)量指數(shù)差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05，表1)。B組CTDIvol、DLP、ED及對(duì)比劑碘攝入量均低于A組(P均<0.001，表2)，ED和碘攝入量較A組分別降低55.47%和19.30%。

2.1圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià) 不同重建算法圖像的門靜脈主干、門靜脈左支、門靜脈右支CT值間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05，表3)，SD、SNR和CNR差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.001，表3、4)。B組圖像SD值隨ASIR-V比例增加而呈依次遞減趨勢(shì)，SNR和CNR呈逐漸升高趨勢(shì)，其中40%～100% ASIR-V門靜脈圖像的SD值低于A組圖像(120 kV-FBP)、SNR和CNR值均高于A組圖像(120 kV-FBP，P均<0.05)。

2.2圖像質(zhì)量主觀評(píng)分 2名醫(yī)師對(duì)圖像質(zhì)量的主觀評(píng)分一致性好(Kappa值均>0.75，P均<0.001)，且不同重建方法圖像間主觀評(píng)分差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.001，表5)。B組50%～100% ASIR-V重建門靜脈圖像主觀評(píng)分均高于A組圖像(120 kV-FBP，P均<0.05)，以80% ASIR-V圖像的主觀評(píng)分最高。B組重建圖像中，隨著ASIR-V比例由0逐漸增加至80%，圖像質(zhì)量主觀評(píng)分逐漸增加；當(dāng)ASIR-V比例超過80%時(shí)，圖像質(zhì)量的主觀評(píng)分隨ASIR-V比例增加而逐漸減低，其中80% ASIR-V圖像的主觀評(píng)分與70%和90% ASIR-V圖像主觀評(píng)分間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)，見圖1、2。

表3 不同重建算法圖像門靜脈CT值及SD值比較(±s)

表3 不同重建算法圖像門靜脈CT值及SD值比較(±s)

重建算法CT值(HU)門靜脈主干門靜脈左支門靜脈右支SD門靜脈主干門靜脈左支門靜脈右支120 kV-FBP155.06±15.71154.91±17.26154.19±17.6626.66±3.0326.39±4.2326.41±4.54 100 kV-FBP156.97±14.30155.46±15.88160.36±14.5436.27±4.4835.07±5.2433.72±5.23 10% ASIR-V156.96±14.24155.99±14.73164.72±13.7433.42±4.1632.26±4.8631.07±4.85 20% ASIR-V157.01±14.25156.66±16.97160.21±14.4330.29±3.8228.90±4.8128.14±4.42 30% ASIR-V157.04±14.23156.01±14.51160.16±14.3827.47±3.5326.33±4.0425.51±4.07 40% ASIR-V157.09±14.24156.00±14.42160.11±14.3324.61±3.5723.23±3.6322.62±3.68 50% ASIR-V157.11±14.23156.05±14.29159.75±14.3221.63±2.9220.47±3.2320.03±3.35 60% ASIR-V157.15±14.29156.01±14.19159.99±14.2518.87±3.1217.43±2.8717.22±3.04 70% ASIR-V157.19±14.33156.08±14.14159.91±14.2015.91±2.4414.72±2.5814.74±2.80 80% ASIR-V157.27±14.36156.03±14.02159.88±14.2313.18±2.2911.90±2.2812.08±2.59 90% ASIR-V157.31±14.32156.02±13.98159.79±14.1810.88±2.329.45±2.079.82±2.51 100% ASIR-V157.64±15.71155.90±13.92159.65±14.088.39±2.386.81±1.947.40±2.40 F值0.0640.4560.638353.300309.202259.667P值0.9980.9290.798<0.001<0.001<0.001

表4 不同重建算法圖像門靜脈SNR及CNR比較(±s)

表4 不同重建算法圖像門靜脈SNR及CNR比較(±s)

重建算法SNR門靜脈主干門靜脈左支門靜脈右支CNR門靜脈主干門靜脈左支門靜脈右支120 kV-FBP5.89±0.946.00±1.096.02±1.311.75±0.621.75±0.611.72±0.64 100 kV-FBP4.39±0.614.52±0.764.84±0.731.51±0.391.45±0.461.61±0.41 10% ASIR-V4.76±0.664.94±0.885.38±1.101.63±0.411.59±0.471.88±1.09 20% ASIR-V5.25±0.735.72±1.455.80±0.891.81±0.482.02±1.731.93±0.49 30% ASIR-V5.80±0.826.06±1.086.40±1.011.96±0.491.92±0.562.09±0.52 40% ASIR-V6.49±0.976.87±1.247.23±1.162.20±0.542.15±0.612.33±0.58 50% ASIR-V7.38±1.077.80±1.408.16±1.362.45±0.602.40±0.682.59±0.65 60% ASIR-V8.51±1.359.18±1.729.53±1.672.82±0.692.75±0.772.98±0.74 70% ASIR-V10.08±1.5810.91±2.1711.19±2.103.24±0.783.17±0.883.42±0.84 80% ASIR-V12.29±2.2413.58±2.9113.78±2.913.84±0.933.75±1.054.05±1.01 90% ASIR-V15.06±3.1917.28±4.2017.24±4.314.48±1.274.39±1.394.70±1.37 100% ASIR-V20.14±5.2524.94±8.7023.77±7.715.72±1.435.53±1.615.94±1.58 F值237.046166.084170.575124.76769.71099.452P值<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001

表5 不同重建算法圖像的主觀評(píng)分一致性

3 討論

門靜脈是肝臟主要供血血管，占肝臟血液供應(yīng)的70%～75%。CTPV可清晰顯示門靜脈血管走行及其與病變的關(guān)系，是目前評(píng)估門靜脈血管的主要影像學(xué)檢查方法。既往多采用增加對(duì)比劑用量和濃度等方法來提高CTPV圖像質(zhì)量，但存在潛在危害性[9]。迭代重建是目前CT圖像重建的主要方式，其中自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction， ASIR)、基于模型迭代重建(model-based iterative reconstruction, MBIR)均可不同程度降低圖像噪聲和提高圖像質(zhì)量，但ASIR比例過高會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重蠟狀偽影，而MBIR重建時(shí)間過長，臨床應(yīng)用有限。ASIR-V是近年快速發(fā)展的CT重建技術(shù)，在MBIR的基礎(chǔ)上丟棄了光學(xué)模型，保留了噪聲、物體和物理三大模型[10]，從而降低了圖像噪聲、提高了圖像質(zhì)量，可獲得與MBIR重建相似的圖像質(zhì)量，同時(shí)達(dá)到與ASIR接近的重建速度[11]。

本研究中B組采用低管電壓、低對(duì)比劑、前置40% ASIR-V掃描方案，門靜脈主干、左支及右支CT值可達(dá)到常規(guī)120 kV和450 mgI/kg體質(zhì)量的強(qiáng)化效果，表明低管電壓可增加血管與鄰近組織的強(qiáng)化對(duì)比，可能與低管電壓掃描時(shí)穿透被檢者的X線能量更加接近碘離子的吸收光譜，增加血管的光電效應(yīng)，從而血管對(duì)比度得到進(jìn)一步提升有關(guān)[12]。低輻射劑量掃描會(huì)增加圖像噪聲。本研究結(jié)果顯示，40%～100%后置ASIR-V重建圖像SD明顯低于常規(guī)劑量掃描(A組)，SNR和CNR明顯高于常規(guī)劑量掃描(A組)，且50%～100%后置ASIR-V門靜脈重建圖像的主觀評(píng)分均高于常規(guī)劑量掃描(A組)，提示在“三低”CTPV中，前置40% ASIR-V掃描可有效降輻射劑量[13]，低管電壓可提升血管強(qiáng)化，較高比例后置ASIR-V可以較好地抑制圖像噪聲、提高圖像SNR和CNR。本研究B組重建圖像中，隨ASIR-V重建比例增加，圖像噪聲逐漸降低、SNR和CNR逐漸增加，且后置ASIR-V重建圖像質(zhì)量明顯優(yōu)于FBP重建圖像，與Benz等[14]研究結(jié)果相似，表明ASIR-V重建算法可有效降低圖像噪聲、提高圖像質(zhì)量。本研究B組重建圖像中，ASIR-V比例由10%增加至80%時(shí)，圖像主觀評(píng)分逐漸增高，但當(dāng)ASIR-V比例超過80%時(shí)，圖像質(zhì)量主觀評(píng)分隨ASIR-V比例逐漸增加(90%、100%)呈現(xiàn)逐漸減低趨勢(shì)，分析其原因?yàn)檫^高比例的ASIR-V會(huì)過度抑制圖像噪聲，使部分門靜脈小分支顯示不清，圖像產(chǎn)生嚴(yán)重的“蠟狀偽影”，進(jìn)而降低了圖像主觀評(píng)分，與張卓璐等[15]研究結(jié)果一致；提示80% ASIR-V重建可為臨床提供最優(yōu)的門靜脈圖像質(zhì)量。

圖1不同重建方法CT圖像 A.A組圖像(120 kV-FBP)，主觀評(píng)分4分； B～E.B組圖像，分別為FBP重建及50%、80%、100% ASIR-V重建，主觀評(píng)分分別為3分、4分、5分、4分

圖2 不同重建方法CTPV圖像 A.A組圖像(120 kV-FBP)，主觀評(píng)分4分； B～F.B組圖像，分別為FBP重建及40%、60%、80%、100% ASIR-V重建，主觀評(píng)分分別為3分、3分、4分、5分、4分

本研究的不足：①樣本量較??；②僅采用120 kV和100 kV管電壓值；③所用對(duì)比劑濃度為350 mgI/kg體質(zhì)量，未探討采用更低對(duì)比劑濃度的可行性。

綜上所述，后置ASIR-V可以顯著降低圖像噪聲和提高圖像質(zhì)量，且50%～100%后置ASIR-V重建可在低輻射劑量、低對(duì)比劑和高圖像質(zhì)量間取得平衡，80% ASIR-V是CTPV的最佳重建比例。