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      低千伏大螺距及迭代重建聯(lián)合技術(shù)128層雙源下肢靜脈CTV的圖像質(zhì)量和輻射劑量研究

      2019-09-09 07:28:08周文珍劉圣華楊春霞王麗萍殷信道
      中國醫(yī)療設(shè)備 2019年9期
      關(guān)鍵詞:掃描模式螺距下肢

      周文珍,劉圣華,楊春霞,王麗萍,殷信道

      南京醫(yī)科大學(xué)附屬南京醫(yī)院(南京市第一醫(yī)院) 醫(yī)學(xué)影像科,江蘇 南京 210006

      引言

      下肢深靜脈血栓(Deep Venous Thrombosis,DVT)是常見的外周血管疾病,其較嚴重并發(fā)癥之一是肺栓塞。研究認為90%的深靜脈血栓伴有肺動脈栓塞[1],因此早期診斷DVT,盡早制定合理的治療方案非常重要。CT 靜脈成像(CT Venography,CTV)是診斷下肢深靜脈血栓的有效手段。隨著CT 掃描技術(shù)的不斷發(fā)展,CT 可進行大范圍的掃描,并保證較高的分辨率和較低的噪聲,然而卻伴隨著不斷加大的輻射劑量[2-5]。

      目前有很多技術(shù)可以降低輻射劑量,比如:降低管電壓[5-7],管電流自動控制技術(shù)(Automatic Tube Current Modulation,ATCM)[8],大螺距掃描模式[9-11],迭代重建(Sinogram-Affi rmed Iterative Reconstruction,SAFIRE)[12]等。其中大螺距掃描模式又稱為Flash 掃描模式,是雙源CT 具備的一種較新的低劑量掃描技術(shù)[13]。常用的CT 圖像重建主要有兩類:濾過反投影法重建(Filtering Back-Projection,F(xiàn)BP)和SAFIRE。FBP 重建具有分辨率高、成像速度快的優(yōu)點,但易受統(tǒng)計波動的影響,若投影數(shù)據(jù)量不足,重建圖像質(zhì)量就會明顯下降。為保證獲取完整的投影數(shù)據(jù)量,F(xiàn)BP 重建對于CT 的掃描輻射劑量要求就較高。SAFIRE 重建的算法原理可以有效地克服FBP 重建所存在的問題,目前計算機技術(shù)的飛速進步已經(jīng)使SAFIRE 重建成為研究的熱點。SAFIRE 重建則可以彌補大螺距、低千伏等技術(shù)所引起的圖像噪聲增大,質(zhì)量下降的缺陷,提高圖像質(zhì)量[13]。目前下肢CTV 低劑量的相關(guān)研究報道較多,但多數(shù)為其中單一技術(shù)的應(yīng)用研究。

      本研究采用低千伏、大螺距、ATCM、SAFIRE 重建多項技術(shù)聯(lián)合行下肢靜脈CTV 成像,旨在降低下肢動脈CTV 的輻射劑量,CTV 掃描技術(shù)分別為:100 kVp,大螺距(3.2)聯(lián)合SAFIRE 重建對比120 kVp,標準螺距(1.0),分析前者掃描方案是否能夠增加血管強化同時沒有降低圖像質(zhì)量。

      1 材料與方法

      1.1 研究對象

      本研究為回顧性研究,包括60 例懷疑下肢DVT 的患者[男性46 例,平均年齡(65±16)歲,范圍:23~85 歲],分為兩組,A 組[男性23 例,平均年齡(64±15)歲,范圍:23~85 歲]為2016 年11 月至2018 年6 月于我院經(jīng)臨床診斷懷疑DVT 的患者。該組結(jié)果與既往2014 年1 月至2016年10 月于我院就診的30 例連續(xù)性患者[B 組:男性23 例,平均年齡(66±16)歲,范圍:28~81 歲]進行比較。

      1.2 CT掃描技術(shù)

      所有患者均行128 層雙源CT(Defi nition Flash,德國西門子公司)下肢靜脈CTV 檢查。CTV 采用仰臥位,掃描范圍自L1 椎體至踝關(guān)節(jié),一次屏氣,方向為頭側(cè)至足側(cè)。靜脈注射非離子型造影劑(Ultravist 370 mg/mL,德國拜耳公司)120 mL 及30 mL 生理鹽水,注射速率為4 mL/s。CTV 于造影劑注射3 min 后開始掃描。

      A 組掃描方案:管電壓100 kVp;參考管電流210 mAs,應(yīng)用ATCM(CareDose4D,Siemens Healthcare);Flash 模式大螺距(3.2);準直2×64×0.6 mm;層厚5 mm。圖像后處理采用SAFIRE 重建法,卷積核為I26f。

      B 組掃描方案:管電壓120 kVp;參考管電流210 mAs,應(yīng)用ATCM(CareDose4D,Siemens Healthcare);標準螺距(1.0);準直2×64×0.6 mm;層厚5 mm。圖像重建采用FBP 重建,卷積核為B26f。

      1.3 圖像分析

      圖像后處理采用西門子后處理工作站,由兩位有經(jīng)驗的閱片醫(yī)師獨立評價圖像質(zhì)量。如分析結(jié)果不一致,請第三位高年資主任或副主任醫(yī)師閱片,得出一致意見。

      定量分析采用測量血管CT 值的方法進行評價。測量位于以下3 個平面:左側(cè)腎靜脈水平的下腔靜脈(Inferior Vena Cava,IVC),股骨頭水平的右股靜脈(Femoral Vein,F(xiàn)V),腘窩水平的右側(cè)腘靜脈(Popliteal Vein,PV)。測量興趣區(qū)(Region of Interest,ROI)的CT 值。如果管腔內(nèi)出現(xiàn)血栓或者支架金屬偽影,測量放置于左側(cè)肢體。

      使用以下公式計算信噪比(SNR)和對比噪聲比(CNR):

      其中,CTv 是血管強化的CT 值,N 為噪聲,是靜脈ROI 內(nèi)CT 值的標準差,CTm 為鄰近肌肉的CT 值。

      兩名影像科醫(yī)生依據(jù)之前報道的方法[14-18]采用5 個等級法對圖像質(zhì)量進行主觀評分。1 分:差,圖像層次非常不清,顆粒粗大,完全無診斷價值;2 分:欠佳,圖像層次不清,對應(yīng)血管無法達到明確診斷要求;3:中等,血管強化程度可以作出診斷,達到診斷要求;4:良好,血管強化充分,可以明確診斷有或無栓子;5 分:優(yōu)秀,血管強化更明顯,可以充分診斷有或無栓子。

      1.4 輻射劑量

      記錄掃描中每例患者的劑量長度乘積(Dose Length Product,DLP)和CT 容 積 劑 量 指 數(shù)(Volume CT Dose Index,CTDIvol),并記錄患者掃描長度。

      1.5 統(tǒng)計學(xué)分析

      2 結(jié)果

      2.1 患者基本資料

      患者的基本資料,見表1。兩組患者年齡和性別間無明顯的統(tǒng)計學(xué)差異。

      表1 患者基本情況及放射劑量對比

      表1 患者基本情況及放射劑量對比

      A組 (n=30) B組 (n=30) P年齡 (歲) 64±15 66±16 0.813例數(shù) (男/女) 23/7 23/7 —掃描長度 (mm) 1093.58±45.56 1078.89±52.68 0.560掃描時間 (s) 3.02±0.11 14.65±0.90 0.001 CTDIvol (mGy) 1.79±0.08 7.16±0.94 0.007 DLP-Lower extremity CTA (mGy·cm) 226.23±9.60 797.2±96.81 0.001

      2.2 輻射劑量

      輻射劑量相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。A、B 兩組下肢動脈CTA 平均DLP 分別為(226.23±9.60)mGy·cm 和(797.2±96.81 )mGy·cm,兩組間存在統(tǒng)計學(xué)差異(P<0.001)。A、B 兩組評價掃描時間分別為(3.02±0.11) s 和(14.65±0.09 )s,兩組間存在統(tǒng)計學(xué)差異(P<0.001),兩組間掃描長度沒有統(tǒng)計學(xué)差異。

      2.3 圖像分析

      所有患者下腔靜脈、股靜脈、腘靜脈均可診斷(A 組,n=30;B 組,n=30)(圖1),其中A 組有1 條股靜脈,另有3 條腘靜脈(A 組,n=1;B 組,n=2)于左側(cè)進行測量,因為右側(cè)具有較重的偽影或者彌漫性栓塞。

      圖1 兩組掃描模式的CTV影像

      A 組所有的平均CT 值均較B 組高,并具有統(tǒng)計學(xué)差異(表2)。IVC 平均CT 值分別為(143.54±19.74)HU 和(109.84±13.59) HU,F(xiàn)V 平均CT 值分別為(145.47±23.62) HU 和(110.32±15.87) HU,PV 平 均CT 值 分 別 為(139.29±24.13 )HU 和(111.49±19.72) HU。A 組所有測量的靜脈圖像噪聲均較第一組高。

      表2 血管強化CT程度及噪聲

      表2 血管強化CT程度及噪聲

      注:*表示B組與A組相比,P<0.05 。

      血管強化程度 (HU) 圖像噪聲A組 (n=30) B組 (n=30) A組 (n=30) B組 (n=30)IVC 143.54±19.74 109.84±13.59* 23.79±3.73 14.32±3.12*FV 145.47±23.62 110.32±15.87* 18.33±4.21 13.84±3.01*PV 139.29±24.13 111.49±19.72* 14.97±5.18 9.62±4.17*

      兩組圖像的SNR 和CNR 之間無統(tǒng)計學(xué)差異(表3)。

      表3 兩組SNR和CNR結(jié)果

      表3 兩組SNR和CNR結(jié)果

      注:*表示B組與A組相比,P>0.05,兩組無統(tǒng)計學(xué)差異。

      SNR CNR A組 (n=30) B組 (n=30) A組 (n=30) B組 (n=30)IVC 6.01±1.60 7.76±1.49* 4.41±1.01 4.53±1.22*FV 7.83±1.98 7.87±1.86* 5.46±1.97 4.68±1.75*PV 9.29±2.23 11.17±2.16* 6.26±2.10 6.89±1.79*

      兩位閱片者對圖像質(zhì)量評分的結(jié)果一致性良好(k=0.759)。平均主觀圖像質(zhì)量評分B 組(4.31±0.38)較A 組高(4.17±0.62)(表4),但是二者之間無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.342)。

      表4 兩組圖像質(zhì)量評分結(jié)果

      表4 兩組圖像質(zhì)量評分結(jié)果

      A組 B組 P下腔靜脈區(qū) 4.01±0.52 4.40±0.29 0.191股靜脈區(qū) 4.16±0.61 4.33±0.41 0.332腘靜脈區(qū) 4.34±0.74 4.21±0.45 0.482

      3 討論

      隨著CTA 成像硬件和影像后處理軟件的不斷完善和發(fā)展,目前下肢靜脈CTV 已經(jīng)成為靜脈血管病變可靠的影像學(xué)手段。CT 掃描的缺陷在于較高的放射劑量[2-5],如何降低CTV 的輻射劑量也就成為關(guān)注的熱點,目前已經(jīng)有較多的降低輻射劑量研究,其中降低管電壓,ATCM,大螺距掃描模式,SAFIRE 重建為研究較多的領(lǐng)域,但是目前的研究多為其中單一技術(shù)的運用研究。本研究采用低千伏、ATCM、大螺距掃描模式以及SAFIRE 重建聯(lián)合掃描模式,以達到最大程度的降低輻射劑量。

      在諸多降低輻射劑量的技術(shù)中,降低千伏是比較有效的一種,有研究報道掃描千伏自120 kVp 降至100 kVp,下肢CTV 輻射劑量可以降低33%[15]。本研究采用了100 kVp的低千伏參數(shù),有效降低了輻射劑量。ATCM 技術(shù)可在保證圖像質(zhì)量的基礎(chǔ)上有效降低X 射線輻射劑量。有研究使用個體化的管電流來,于身體不同部位的CT 檢查中對患者受到的輻射劑量進行研究,依據(jù)患者的身高和體重采用ATCM 技術(shù)已經(jīng)在目前的CT 檢查中獲得越來越多的重視與運用[8]。增大螺距是另一種降低輻射劑量的技術(shù),增大螺距可以縮短掃描時間,從而降低輻射劑量[9-11]。大螺距掃描模式是西門子雙源CT 具備的一種較新的掃描模式,最初是該模式用于低劑量冠狀動脈成像,近來,許多研究將該技術(shù)應(yīng)用于其他部位的成像[19-23],其主要目的是降低輻射劑量,而本研究則是將Flash 掃描模式運用于下肢靜脈CTV 成像。另外,得益于計算機技術(shù)和圖像重建算法的不斷發(fā)展以及低劑量成像的需求,SAFIRE 重建技術(shù)逐步在CT 領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注,SAFIRE 重建可以提高圖像質(zhì)量降低圖像噪聲,SAFIRE 技術(shù)的原理是首先對X 線光子分布進行原始估計,在此基礎(chǔ)上估算每個投影方向上探測器獲得的可能計數(shù)(即正投影),再將正投影數(shù)據(jù)與探測器實際采集的投影數(shù)據(jù)進行比較,用于更新原始數(shù)據(jù);不斷重復(fù)此過程,經(jīng)過數(shù)次在圖像空間上的SAFIRE 重建,圖像的噪聲顯著降低,圖像的清晰度保持不變[12]。本研究中低千伏大螺距組血管強化的CT 值以及圖像噪聲均較標準螺距組高,并具有統(tǒng)計學(xué)差異。之前的一些研究也支持本研究的結(jié)果[15-18,24]。隨著電壓的降低,X 線束中的平均光子能量更接近碘的光譜吸收邊緣,從而獲得更高的碘衰減值。因此在較低輻射劑量下,增加碘的吸收能達到更高的增強效果[24]。低千伏和大螺距會導(dǎo)致圖像噪聲增加,通過SAFIRE 重建技術(shù)可以改善圖像質(zhì)量[12,25-26]。因此本研究結(jié)果中雖然A 組的圖像噪聲較高,但是兩組圖像的SNR,CNR 以及兩組的圖像質(zhì)量并無統(tǒng)計學(xué)差異,表明低劑量掃描模式下采用SAFIRE 重建不但可以降低圖像噪聲,且可提高圖像的SNR 及CNR,從而在同等條件下提高圖像質(zhì)量。

      在本研究中聯(lián)合多種降低劑量的技術(shù)行下肢靜脈CTV檢查,相對于標準掃描模式,DLP 降低了72%。主觀圖像質(zhì)量兩組間無統(tǒng)計學(xué)意義,閱片者之間的一致性較好,說明該技術(shù)具備可重復(fù)性。

      本研究尚存在一定局限性。首先,研究的樣本量較小;其次,由于本研究為回顧性研究,對照組的身高及體重沒有記錄,因此沒有比較組間患者的體重指數(shù);第三,血管強化程度會受心功能影響,本研究沒有考慮在內(nèi)。

      總而言之,在雙源CT 下肢靜脈成像中,100 kVp、大螺距模式聯(lián)合SAFIRE 重建技術(shù)的掃描模式與標準掃描模式相比,可以提供較高質(zhì)量的圖像同時,著降低放射劑量,具有廣闊的臨床應(yīng)用前景。

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