低管電壓聯(lián)合迭代重建技術(shù)對(duì)自體上肢動(dòng)靜脈內(nèi)瘺CTA成像質(zhì)量及輻射劑量的影響

陳永華，傅鋼澤，潘克華，陳聰，曹?chē)?guó)全

（溫州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院 放射科，浙江 溫州 325015）

自體上肢動(dòng)靜脈內(nèi)瘺（arteriovenous fistula，AVF）是終末期腎病患者長(zhǎng)期血液透析的最主要血管通路，由于反復(fù)穿刺極易出現(xiàn)血管狹窄和血栓形成等并發(fā)癥，需及時(shí)合理地評(píng)估其血管通路情況[1]。近年來(lái)，上肢AVF CT血管成像（computed tomography angiography，CTA）技術(shù)因其微創(chuàng)、快速、精確和直觀的特點(diǎn)，成為了臨床上廣泛開(kāi)展的檢查方法[2-3]，但CT檢查對(duì)人體的輻射效應(yīng)正日益受到高度關(guān)注，特別是CTA掃描范圍大，覆蓋部分胸腹部器官組織，存在一定的潛在危害。迭代重建技術(shù)的出現(xiàn)，使得降低CT輻射劑量成為可能[4]。應(yīng)用于CT血管造影的第3代適應(yīng)性迭代降噪（adaptive iterative dose reduction，AIDR 3D）技術(shù)在這方面更具優(yōu)勢(shì)[4-5]。但目前未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道AIDR 3D技術(shù)用于AVF患者CTA圖像質(zhì)量和輻射劑量方面的研究，故本研究通過(guò)比較低管電壓（100 kV、80 kV）聯(lián)合標(biāo)準(zhǔn)水平AIDR 3D重建技術(shù)組和標(biāo)準(zhǔn)管電壓120 kV聯(lián)合傳統(tǒng)濾波反投影（filtering back projection，F(xiàn)BP）重建技術(shù)的輻射劑量和圖像質(zhì)量，探討低管電壓聯(lián)合標(biāo)準(zhǔn)迭代重建技術(shù)對(duì)圖像質(zhì)量及輻射劑量的影響，以篩選出上肢AVF CTA成像的合理方案。

1 資料和方法

1.1 一般資料 選擇2016年7月至2018年1月臨床懷疑血管通路功能不全的72例維持性左上肢AVF透析患者。其中男37例，女35例，年齡27～84歲，平均（59.4±13.9）歲，BMI（21.50±1.95）kg/m2。原發(fā)疾病包括慢性腎小球腎炎29例，多囊腎3例，糖尿病腎病13例，高血壓腎病19例，藥物性和缺血性腎損害各3例，紅斑狼瘡性腎病5例。透析血管通路包括自體腕部橈動(dòng)脈-頭靜脈內(nèi)瘺或前臂貴要靜脈轉(zhuǎn)位AVF，使用時(shí)間（31.5±29.8）個(gè)月。所有患者均無(wú)嚴(yán)重心肝功能不全及碘劑過(guò)敏史。本研究方案通過(guò)本院倫理委員會(huì)的審核，所有患者均簽署知情同意書(shū)。

1.2 方法

1.2.1 掃描設(shè)備及參數(shù)：使用320排容積CT（Aquilion ONE，日本Toshiba公司）行螺旋掃描?；颊呷⊙雠P位，進(jìn)針右上肢舉過(guò)頭頂，左上肢伸直平放于身體左側(cè)，身體盡量位于掃描床右側(cè)使左上肢靠近床的中心，掃描范圍從肩關(guān)節(jié)上緣至手掌中部。先行定位掃描，再經(jīng)雙筒高壓注射器（Stellant，美國(guó)Medrad公司），以4.0 mL/s的注射速率團(tuán)注90～100 mL非離子型對(duì)比劑碘海醇（350 mgI/mL），隨后以同等速率注射0.9%氯化鈉溶液30 mL。觸發(fā)掃描應(yīng)用對(duì)比劑示蹤法，感興趣區(qū)（area of interest，ROI，面積約100 mm2）設(shè)在升主動(dòng)脈水平，當(dāng)ROI內(nèi)CT值達(dá)到閾值150 hU，延遲時(shí)間15 s后觸發(fā)增強(qiáng)掃描。掃描時(shí)管電壓隨機(jī)選擇（120 kV、100 kV或80 kV，3組各24例），均采用自動(dòng)毫安技術(shù)（日本Toshiba公司），噪聲指數(shù)（noise index，NI）設(shè)為常規(guī)10。探測(cè)器準(zhǔn)直64×0.5 mm，螺距0.828，旋轉(zhuǎn)時(shí)間0.5 s/圈，重建層厚0.5 mm，重建間隔0.25 mm，采用軟組織函數(shù)（FC8）。CTA檢查掃描結(jié)束后，患者立即進(jìn)行1次血液透析以加速血液中造影劑的清除。

1.2.2 圖像重建和后處理：120 kV組行傳統(tǒng)的FBP重建；低管電壓100 kV及80 kV 2組再行AIDR 3D標(biāo)準(zhǔn)水平重建。3組重建后的圖像均傳送到后處理工作站（Vitrea Fx4.0）進(jìn)一步分析。由2位經(jīng)驗(yàn)豐富的放射科醫(yī)師對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行最大密度投影（maximum intensity projection，MIP）、曲面重建（curved planar reconstruction，CPR）和容積再現(xiàn)（volume reproduction，VR）三維重建。

1.2.3 圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)：頸根部至中指末端體厚分布差異較大，故每例患者在血管斷面上測(cè)量以下層面血管內(nèi)的CT值：肱動(dòng)脈中段、肘關(guān)節(jié)段（尺骨鷹嘴起始水平）、分叉上方1 cm水平肱動(dòng)脈段以及近內(nèi)瘺吻合口2 cm橈動(dòng)脈，每個(gè)ROI重復(fù)測(cè)量3次CT值，取其平均數(shù)。ROI面積根據(jù)實(shí)際情況盡可能大，但應(yīng)避開(kāi)血管壁及鈣化。根據(jù)測(cè)量并計(jì)算平均CT值得到血管內(nèi)密度（vascular density，VD）。平均肌肉密度（muscle density，MD）通過(guò)測(cè)量肱二、肱三頭肌中心區(qū)（上臂中段水平）CT值的平均值獲得，ROI面積為4 mm×4 mm。測(cè)量肱動(dòng)脈分叉上方1 cm水平肱動(dòng)脈的CT值，其標(biāo)準(zhǔn)差（SD）作為圖像噪聲。根據(jù)以下公式計(jì)算出信噪比（signal noise ratio，SNR）和對(duì)比噪聲比（contrast noise ratio，CNR）。公式如下：SNR=VD/SD；CNR=（VD-MD）/SD。

1.2.4 圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)：由2位經(jīng)驗(yàn)豐富的主治醫(yī)師采用四分法分別對(duì)所有實(shí)驗(yàn)組的軸位圖像及VR、MIP、CPR等重建圖像質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)[6]：4分為圖像質(zhì)量良好，血管顯示清晰；3分為圖像質(zhì)量尚可，不影響分析；2分為圖像質(zhì)量較差，影響分析；1分為圖像質(zhì)量很差，無(wú)法觀察血管。評(píng)分不統(tǒng)一時(shí)2位醫(yī)師共同閱片、商議并達(dá)成一致。

1.2.5 AVF血管分析：所有患者由2位主治醫(yī)師共同評(píng)閱，以一致意見(jiàn)為診斷結(jié)果。主要評(píng)價(jià)內(nèi)容如下：內(nèi)瘺血管的流入動(dòng)脈、吻合口及引流靜脈有無(wú)狹窄及程度，有無(wú)瘤樣擴(kuò)張、管腔內(nèi)血栓、管壁鈣化等情況。測(cè)量狹窄段血管的內(nèi)徑及相鄰正常血管內(nèi)徑來(lái)判定狹窄程度，狹窄程度分為：輕度或無(wú)狹窄（0%～49%），中度狹窄（50%～74%），重度狹窄（75%～99%），完全閉塞（100%）[2]。吻合口與引流靜脈同時(shí)存在狹窄時(shí)，內(nèi)瘺血管狹窄的程度以程度高的結(jié)果為最終評(píng)級(jí)。

1.2.6 輻射劑量：由于上肢內(nèi)瘺CTA掃描范圍自肩關(guān)節(jié)到手掌部，包括了大部分的胸部、腹部左半側(cè)，轉(zhuǎn)換系數(shù)k值缺乏統(tǒng)一，故不再計(jì)算有效劑量。本研究采用根據(jù)掃描參數(shù)自動(dòng)生成的容積CT劑量指數(shù)（volume CT dose index，CTDIvol）和劑量長(zhǎng)度乘積（dose length product，DLP）作為輻射劑量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。不包括定位像和檢測(cè)峰值時(shí)間的輻射劑量。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理方法 采用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。計(jì)量資料進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，符合正態(tài)分布的參數(shù)采用表示，使用單因素方差分析進(jìn)行3組間患者年齡、BMI、掃描長(zhǎng)度、輻射劑量、噪聲、SNR和CNR的比較，LSD法進(jìn)行組間兩兩比較。圖像質(zhì)量主觀評(píng)分不符合正態(tài)性分布，采用M（P25，P75）表示，3組間差異使用Kruskal-Wallis H檢驗(yàn)。計(jì)數(shù)資料包括3組間的性別、高血壓病史及內(nèi)瘺狹窄程度，使用χ2檢驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 內(nèi)瘺情況及一般資料的比較 72例自體AVF患者CTA發(fā)現(xiàn)吻合口狹窄29例，輕度、中度、重度或閉塞者分別為16例、8例及5例；引流靜脈節(jié)段性或多發(fā)節(jié)段性狹窄58例（見(jiàn)圖1），輕度、中度、重度或閉塞者分別為19例、22例及17例。吻合口及引流靜脈同時(shí)存在狹窄15例；72例自體AVF中引流靜脈附壁血栓17例、瘤樣擴(kuò)張34例、多發(fā)鈣化斑5例。3組患者的年齡、性別、BMI、高血壓病史、掃描長(zhǎng)度及內(nèi)瘺血管狹窄程度的差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。見(jiàn)表1。

圖1 左上肢自體AVF術(shù)后患者VR（A）及MIP（B）重建圖

2.2 輻射劑量的比較 100 kV組與80 kV組的CTDIvol與DLP明顯低于120 kV組（P＜0.05），輻射劑量分別下降28.2%、29.2%和23.5%、27.6%；100 kV組與80 kV組間的CTDIvol與DLP差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。見(jiàn)表2。

2.3 左上肢血管CTA圖像質(zhì)量評(píng)價(jià) 3組圖像（見(jiàn)圖2）質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表3。①VD：在標(biāo)準(zhǔn)AIDR 3D重建條件下，隨著管電壓降低VD明顯增高（P＜0.05）。②噪聲：100 kV組與120 kV組圖像噪聲無(wú)明顯差異（P＞0.05），當(dāng)管電壓降到80 kV時(shí)，圖像噪聲開(kāi)始增大，與100 kV及120 kV組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。③SNR和CNR：80 kV組的SNR和CNR最高，比120 kV組分別提高了67.5%、78.6%，但與100 kV組比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。④主觀評(píng)分：低管電壓組（100 kV、80 kV）與常規(guī)120 kV組圖像主觀評(píng)分差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），主觀評(píng)分平均值均大于3，圖像質(zhì)量良好，左上肢AVF血管及流入動(dòng)脈、引流靜脈顯示清晰。

表1 研究對(duì)象一般情況及臨床特征比較（每組n=24）

表2 不同電壓組輻射劑量比較（每組n=24

表2 不同電壓組輻射劑量比較（每組n=24

與120 kV組比：aP＜0.05

CTDIvol（mGy） 8.5± 1.1 6.1± 1.0a 6.5± 0.6a ＜0.001 DLP（mGy.cm） 653.9±95.1 463.0±80.1a 473.2±47.0a ＜0.001

表3 不同電壓組圖像質(zhì)量比較（每組n=24）

圖2 3組分別采用FBP（A）和AIDR 3D重建（B、C）圖像

3 討論

自體AVF作為維持性血液透析患者的首選通路，在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中容易造成內(nèi)瘺血管的功能不全，CTA檢查在評(píng)估內(nèi)瘺血管功能不全的臨床應(yīng)用中越來(lái)越常見(jiàn)[3]。如何在維持圖像質(zhì)量的情況下盡量減少CT檢查的輻射劑量具有重要的臨床意義。傳統(tǒng)的FBP重建算法對(duì)計(jì)算機(jī)設(shè)備要求低、重建快，但降低輻射劑量時(shí)噪聲增加明顯。近年來(lái)隨著迭代重建技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，其降噪聲、改善圖像質(zhì)量能力已得到臨床肯定[4-5]。YAMADA等[7]將AIDR 3D應(yīng)用于成人胸部CT掃描，在保證圖像質(zhì)量符合閱片診斷的情況下，輻射劑量可降低64.2%。柴亞如等[8]分析前置多模型迭代重建算法對(duì)腹部增強(qiáng)CT掃描圖像影響，發(fā)現(xiàn)40%前置迭代重建圖像質(zhì)量最優(yōu)并可降低約44.9%的輻射劑量。近年來(lái)已有較多文獻(xiàn)報(bào)道了迭代重建算法結(jié)合低管電壓、低管電流在冠脈、頸動(dòng)脈CTA中的應(yīng)用[4，6，9]；這些研究成果也為自體上肢AVF CTA方案的優(yōu)化提供了理論基礎(chǔ)。隨著迭代重建算法水平的提高，迭代算法的降噪聲、提高CNR作用更加明顯[10]；不過(guò)也有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)過(guò)高的迭代重建水平會(huì)導(dǎo)致圖像重建速度偏慢，產(chǎn)生的平滑效果會(huì)對(duì)CTA圖像產(chǎn)生蠟樣狀偽影，特別是對(duì)小血管成像，可能掩蓋部分病理改變[9]。因此本研究低管電壓組采用標(biāo)準(zhǔn)水平的AIDR 3D算法，以兼顧降噪聲能力和臨床實(shí)用性。

輻射劑量與管電壓的平方成正比，與管電流呈線(xiàn)性相關(guān)，因此降管電壓相對(duì)于管電流降低輻射劑量更為有效[6，10]。本研究結(jié)果顯示隨著管電壓從120 kV降到100 kV，患者接受的輻射CTDIvol與DLP明顯減低，輻射劑量分別下降了28.2%和29.2%。PAN等[11]使用100 kV管電壓行下肢CTA掃描與常規(guī)120 kV管電壓檢查比較，發(fā)現(xiàn)輻射劑量下降了54%。本研究在同等管電壓條件下，CTDIvol與DLP降低幅度相對(duì)略低，筆者認(rèn)為這差異主要受檢查部位和研究對(duì)象一般特征的不同共同所致。本研究管電壓降至80 kV時(shí)輻射劑量未見(jiàn)繼續(xù)明顯下降，與100 kV組差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這與LIU等[12]使用256排80 kV低管電壓下肢CTA的研究結(jié)果有差異，對(duì)比常規(guī)120 kV組其DLP降低65.8%，原因除了CT機(jī)器與檢查部位不同，主要是采用固定管電流（140 mAs），而本研究采用自動(dòng)毫安秒調(diào)節(jié)技術(shù)。降低管電壓使X線(xiàn)的穿透力減低，會(huì)造成到達(dá)探測(cè)器的光電子量減少，從而引起重組圖像的噪聲增大[10-11]；尤其是上肢CTA檢查時(shí)范圍廣包括部分胸腹部，光子散射及衰減明顯增加了圖像噪聲，當(dāng)管電壓降至80 kV時(shí)CT機(jī)為保證圖像質(zhì)量會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)并明顯提高毫安秒?yún)?shù)，從而抵消了降管電壓帶來(lái)的降輻射劑量效果，可見(jiàn)一味單純降低管電壓對(duì)降低輻射劑量不是一貫有效。

物質(zhì)的CT值會(huì)隨著管電壓的改變而發(fā)生改變，降低管電壓后含碘造影劑的血管由于碘的K緣效應(yīng)，血管的CT值會(huì)明顯升高[10]。本研究中隨著管電壓降低，左上肢血管CT值大幅度升高，從120 kV時(shí)CT值（353.2±56.0）hU升高至80 kV時(shí)（689.3±50.1）hU，效果顯著。但是降低管電壓后圖像噪聲不可避免會(huì)顯著增加，而迭代重建算法可以彌補(bǔ)低管電壓帶來(lái)的噪聲增高問(wèn)題。320排容積CT上AIDR 3D算法可以通過(guò)多次的迭代和校正更新，重建出高質(zhì)量和低噪聲的圖像。本研究由于聯(lián)合標(biāo)準(zhǔn)水平的迭代重建技術(shù)，100 kV組的圖像噪聲相對(duì)120 kV組差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而圖像SNR和CNR明顯提高，可見(jiàn)AIDR 3D算法的強(qiáng)大降噪聲能力，這與PAN等[11]在下肢血管造影中報(bào)道一致。當(dāng)管電壓繼續(xù)下降至80 kV時(shí)，雖然聯(lián)合迭代重建算法，但相比較120 kV和100 kV組圖像噪聲可見(jiàn)增大，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而圖像SNR和CNR與100 kV組相比提高不顯著，這與陳丹等[13]在胸主動(dòng)脈低劑量造影中的研究相符，和曹?chē)?guó)全[10]等研究仿真人胸部模型80 kV胸部血管成像，聯(lián)合標(biāo)準(zhǔn)AIDR 3D重建圖像的SNR和CNR要優(yōu)于100 kV的結(jié)果存在差異；由于人體比模型更加復(fù)雜多樣，可見(jiàn)本研究結(jié)果更具優(yōu)勢(shì)和臨床價(jià)值。

本研究3組72例患者圖像主觀評(píng)分平均值均≥3分，圖像質(zhì)量良好，可清晰、直觀地顯示血液透析患者自體上肢AVF血管及流入動(dòng)脈、引流靜脈。通過(guò)MIP及VR融合重建三維顯示完整的血管走行圖像及血管腔狹窄或瘤樣擴(kuò)張情況，結(jié)合軸位血管橫斷面及CPR重建準(zhǔn)確顯示有無(wú)血栓形成及管腔狹窄程度，幫助臨床醫(yī)師對(duì)造瘺血管情況有更全面的了解，并指導(dǎo)臨床對(duì)內(nèi)瘺不全患者采取進(jìn)一步處理。

本研究的局限性：①本研究患者BMI集中在17.80～27.11 kg/m2，本研究結(jié)論是否同樣適合肥胖和特別瘦小的患者，還有待進(jìn)一步的研究。②320排容積CT的AIDR 3D重建水平分“輕”“標(biāo)準(zhǔn)”及“強(qiáng)”三種水平，本研究只應(yīng)用了常用的“標(biāo)準(zhǔn)”水平進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)水平“強(qiáng)”重建的降噪及對(duì)圖像的影響還需進(jìn)一步研究。

綜上所述，在上肢自體AVF CT血管成像中，低管電壓100 kV聯(lián)合標(biāo)準(zhǔn)水平AIDR 3D重建技術(shù)可得到比常規(guī)劑量FBP重建組更高質(zhì)量的圖像，而患者的輻射劑量可降低約30%，是合理的CTA掃描方案。