迭代重組聯(lián)合80kV低管電壓在門靜脈成像中的可行性

任占麗 雷雨欣 張喜榮 賈永軍 李豆 于楠 于勇 賀太平

CT 門靜脈血管成像（computed tomography portal venography，CTPV）是目前臨床評(píng)價(jià)門靜脈血管的主要無(wú)創(chuàng)性影像方法［1］，其在門靜脈血管解剖及變異、肝硬化門靜脈高壓及側(cè)支循環(huán)、肝移植進(jìn)行術(shù)前血管評(píng)估等具有重要作用。門靜脈圖像質(zhì)量取決于高對(duì)比劑流速和對(duì)比劑用量，然而會(huì)帶來(lái)對(duì)比劑硬化偽影、輻射相關(guān)性損傷［2］和對(duì)比劑腎?。?］等風(fēng)險(xiǎn)。文獻(xiàn)報(bào)道低管電壓可提升圖像質(zhì)量和降低輻射劑量［4］，但同時(shí)會(huì)引起圖像噪聲增加等問(wèn)題［5］。濾波反投影法（filtered back projection，F(xiàn)BP）作為標(biāo)準(zhǔn)CT 重組算法，其重組獲取的圖像噪聲明顯增加且會(huì)影響圖像質(zhì)量［6］?；诙嗄Ｐ偷亟M（adaptive statistical iterative reconstruction Veo，ASIR-V）作為高級(jí)迭代重組技術(shù)，其采用并納入噪聲模型、物體模型、物理模型，從而提升圖像質(zhì)量并實(shí)現(xiàn)了低劑量條件下更好的圖像密度分辨率和圖像質(zhì)量［7］。因此，本文旨在探討基于多模型迭代重組聯(lián)合80 kV 低管電壓在門靜脈成像中降低輻射劑量和碘對(duì)比劑的可行性。

資料與方法

1.研究對(duì)象

收集2019 年1 月～2020 年3 月在我院行CTPV 檢查患者。納入標(biāo)準(zhǔn)：年齡大于18 歲，自愿參與本研究。排除標(biāo)準(zhǔn)：心、肝、腎功能不全，甲狀腺功能亢進(jìn)、碘對(duì)比劑過(guò)敏、門靜脈疾病異常。通過(guò)納入及排除標(biāo)準(zhǔn)，本研究最終納入CTPV 患者60例并隨機(jī)分為A、B 兩組。A 組男16 例、女14例，平均（55.00±9.75）歲，體重指數(shù)（body mass index，BMI）約（22.66±2.13）kg/m2；B 組男11 例、女19 例，平均（54.43±17.00）歲，BMI 約（22.33±2.93）kg/m2。本研究經(jīng)過(guò)醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有患者在進(jìn)行檢查前均簽署知情同意書。

2.圖像采集及重組

所有檢查均采用GE 公司Revolution CT 檢查機(jī)，患者平躺于檢查床并選擇足先進(jìn)體位，雙上肢上舉抱頭，對(duì)患者甲狀腺及盆腔采用鉛制品進(jìn)行防護(hù)。A 組采用常規(guī)管電壓120 kV 掃描，對(duì)比劑用量450 mg I/kg；B 組采用低管電壓80 kV 掃描，對(duì)比劑用量350 mg I/kg。兩組患者均選取非離子型對(duì)比劑優(yōu)維顯370（370 mg I/ml），采用德國(guó)雙桶高壓注射器經(jīng)右側(cè)肘正中靜脈注入，對(duì)比劑流率4.5 ml/s。動(dòng)脈期采用自動(dòng)閾值觸發(fā)技術(shù)掃描，在第一肝門層面腹主動(dòng)脈管腔內(nèi)放置興趣區(qū)（region of interest，ROI），當(dāng)腹主動(dòng)脈CT 值達(dá)200 HU 時(shí)觸發(fā)動(dòng)脈期數(shù)據(jù)采集，動(dòng)脈期掃描完成后延遲30 s 進(jìn)行門靜脈期圖像采集，采集圖像層厚及層間距均為5 mm，窗寬350 HU，窗位40 HU。原始數(shù)據(jù)掃描采集完成后，A 組采用FBP 重組，B 組采用40%ASIR-V 重組，兩組重組層厚及層間距均為1.25 mm。

3.數(shù)據(jù)測(cè)量及圖像評(píng)價(jià)

將重組1.25 mm 圖像傳送至AW 4.6 工作站進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量和圖像評(píng)價(jià)。分別在門靜脈主干（main portal vein，MPV）、門靜脈左支（left branch of portal vein，LPV）、門靜脈右支（right branch of portal vein，RPV）管腔及門靜脈主干同層面肝右葉、右側(cè)豎脊肌分別放置三個(gè)ROI，記錄每個(gè)ROI 的CT值和標(biāo)準(zhǔn)差（standard deviation，SD）值，取三個(gè)ROI 的CT 值和SD 值平均值來(lái)計(jì)算門靜脈血管的信噪比（signal to noise ratio，SNR）和對(duì)比噪聲比（contrast to noise ratio，CNR），其中門靜脈SNR 定義為門靜脈CT 值與SD 值的比值（公式1），門靜脈CNR 值定義為門靜脈CT 值和肝臟CT 值的差值與右側(cè)豎脊肌SD 值的比值（公式2）。

將重組圖像在AW 4.6 工作站進(jìn)行容積再現(xiàn)（volume rendering，VR）、最大密度投影（maximum intensity projection，MIP）、多平面重組（multi-planar reconstruction，MPR）和曲面重組（curved-planar reconstruction，CPR）進(jìn)行主觀評(píng)分，由兩名有七年及以上工作經(jīng)驗(yàn)的影像科醫(yī)師采用五分法對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行雙盲法主觀評(píng)分。具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如下：5 分，圖像質(zhì)量最好，門靜脈對(duì)比最好，門靜脈分支顯示最清晰；4 分，圖像質(zhì)量較好，門靜脈對(duì)比較好，門靜脈分支顯示較清晰；3 分，圖像質(zhì)量一般，門靜脈對(duì)比一般，門靜脈分支顯示尚可；2 分，圖像質(zhì)量較差，門靜脈對(duì)比較差，門靜脈分支顯示較差；1 分，圖像質(zhì)量最差，門靜脈對(duì)比不清，門靜脈分支顯示不清；其中，3 分及以上符合臨床診斷要求，2 分及以下不能滿足診斷要求。

4.輻射劑量及對(duì)比劑碘含量

記錄兩組患者體重（kg），通過(guò)體重及對(duì)比劑用量分別計(jì)算兩組對(duì)比劑碘含量（g）：

記錄兩組患者劑量報(bào)告表中容積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)算有效輻射劑量（effective dose，ED）（公式4）。

注：k 為腹部劑量因子且取值約0.015 mSv/（mGy·cm）

5.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 22.0 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析軟件。分類變量采用計(jì)數(shù)形式表示，并通過(guò)卡方（χ2）檢驗(yàn)進(jìn)行分析；連續(xù)變量采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，獨(dú)立樣本t 檢驗(yàn)分析；等級(jí)資料使用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，用Mann-Whitney U 檢驗(yàn)進(jìn)行分析；兩名醫(yī)師主觀評(píng)分一致性采用Kappa 檢驗(yàn)，其中P＜0.05 為具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié)果

兩組患者一般資料無(wú)顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05）。B 組有效輻射劑量（2.14±0.21）mSv、對(duì)比劑碘含量（22.14±2.59）g 和A 組（5.54±1.15）mSv和（28.19±4.04）g 間差異具有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），其中ED 和對(duì)比劑碘含量較A組分別降低約61.4%和21.5%（表1）。

表1 兩組一般資料、輻射劑量和對(duì)比劑碘含量比較

B 組門靜脈主干、門靜脈左支及右支CT 值顯著高于A 組（P＜0.05），B組門靜脈SD值顯著低于A組（P＜0.001），B 組SNR 值和CNR 值顯著高于A 組（P＜0.001），且A組和B 組CT 值、SD 值、SNR 值和CNR 值間差異均存在顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.001）。兩名醫(yī)師對(duì)圖像質(zhì)量主觀評(píng)分具有很好的一致性（Kappa 值＞0.800，P值＜0.001），B組圖像主觀評(píng)分（4.20±0.71 和4.23±0.68）顯著高于A 組（3.37±0.49 和3.43±0.50），且差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）（表2，圖1～3）。

圖1 兩組圖像比較的統(tǒng)計(jì)圖。a)CT 值條形統(tǒng)計(jì)圖；b)SD 值 條 形統(tǒng)計(jì)圖；c)SNR值條形統(tǒng)計(jì)圖；d)CNR 值條形統(tǒng)計(jì)圖

表2 兩組CT 值、SD 值、SNR 值、CNR 值、主觀評(píng)分比較

討 論

隨著CT 設(shè)備革新和影像技術(shù)的不斷發(fā)展，CT 血管成像作為快速且無(wú)創(chuàng)性評(píng)價(jià)血管病變的檢查方法，其在評(píng)價(jià)血管解剖和血管性病變中發(fā)揮著重要作用［8］。CTPV 作為評(píng)價(jià)門靜脈圖像的無(wú)創(chuàng)性成像方式，其較好圖像質(zhì)量是觀察門靜脈的關(guān)鍵，但其管腔內(nèi)對(duì)比劑濃度直接影響CTPV 圖像質(zhì)量［9］。但也存在對(duì)比劑腎病等一系列臨床關(guān)注的不良反應(yīng)，Zhou 等［10］學(xué)者對(duì)腎動(dòng)靜脈血管成像的研究發(fā)現(xiàn)采用低濃度對(duì)比劑可以降低對(duì)比劑腎病的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，而低濃度對(duì)比劑又會(huì)影響血管成像圖像質(zhì)量。ASIR-V 作為高級(jí)迭代重組技術(shù)，其在臨床血管成像中可同時(shí)減少輻射劑量和提升圖像質(zhì)量［11］。趙晶等［12］采用迭代重組算法對(duì)門靜脈的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)40%權(quán)重迭代重組算法是門靜脈最佳重組權(quán)重水平，因此在本研究中對(duì)B 組采用40%ASIR-V 進(jìn)行重組來(lái)觀察CTPV 圖像質(zhì)量。

圖2 女，45 歲，肝左葉血管瘤，采用120 kV+450 mg I/kg+FBP 重 組。a)最 大密度投影；b)門靜脈冠位圖；a) 和b)主觀評(píng)分均為3 分圖3 男，肝右后葉下段小囊腫，80 kV+350 mg I/kg+40%ASIR-V 重組。a)最大密度投影；b)門靜脈冠位圖；a)和b)主觀評(píng)分均為4分

本研究中將B 組管電壓降低至80 kV，有效輻射劑量和對(duì)比劑碘含量較常規(guī)120 kV 管電壓成像時(shí)明顯減少，與CT 輻射劑量與掃描管電壓相關(guān)，其中輻射劑量與管電壓的平方成正比，采用低管電壓成像時(shí)CT 輻射劑量顯著減低［13］。同時(shí)低管電壓掃描時(shí)X 線光子能量降低而光電效應(yīng)放大，會(huì)增加血管腔內(nèi)碘對(duì)比劑的衰減幅度從而降低對(duì)比劑碘含量［14］。Chen 等［15］對(duì)冠狀動(dòng)脈研究發(fā)現(xiàn)在相似圖像質(zhì)量情況下采用70kV 管電壓可有效輻射劑量降低75.3% 和對(duì)比劑用量減少42.4%。尹曉霞等［16］采用低管電壓研究CT 肺動(dòng)脈造影，結(jié)果發(fā)現(xiàn)80 kV 在保證圖像質(zhì)量前提下可使CT 肺動(dòng)脈成像有效輻射劑量降低約50%。馬周鵬等［17］對(duì)支氣管動(dòng)脈CT 血管成像進(jìn)行研究結(jié)果顯示80 kV 管電壓使有效輻射劑量減少約67%。Hou 等［18］在胸主動(dòng)脈腔內(nèi)修復(fù)術(shù)后CT 血管造影隨訪中采用80 kV 管電壓時(shí)對(duì)比劑減少約60%。本研究中B 組80 kV 成像時(shí)有效輻射劑量和碘對(duì)比劑較常規(guī)120 kV 分別降低約61.4%和21.5%，與上述研究結(jié)果相似，其輻射劑量和對(duì)比劑碘含量之間存在的小差異可能與各研究中對(duì)比劑注射方案、個(gè)體循環(huán)差異有關(guān)。

門靜脈CT 值通常達(dá)到150 HU 可獲得更好的CTPV 成像質(zhì)量［19］，在本研究中A、B 兩組采用不同管電壓和對(duì)比劑注射方案，其門靜脈CT 值均可以滿足臨床診斷需求。在本研究中B 組80 kV 低管電壓成像時(shí)門靜脈主干、門靜脈左支及右支CT值顯著高于A 組（P＜0.05），這與低管電壓掃描時(shí)產(chǎn)生X 射線能量更接近碘物質(zhì)k 邊緣值（33 keV），從而增加光電效應(yīng)和并引起較小的康普頓散射，從而在低管電壓成像時(shí)可以增加門靜脈碘濃度和CT 值有關(guān)［20］。低管電壓成像時(shí)會(huì)引起圖像噪聲增加和對(duì)比劑硬化偽影，但B 組采用40%ASIR-V重組進(jìn)行圖像評(píng)價(jià)，門靜脈SD 值顯著低于A 組，且SNR 值、CNR 值、主觀評(píng)分均顯著高于A 組（P＜0.05），表明ASIR-V 重組可降低圖像噪聲和提升圖像質(zhì)量。Pontone 等［21］對(duì)CT 冠狀動(dòng)脈進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)60%ASIR-V 可以獲取最佳圖像質(zhì)量。ASIR-V 重組作為高級(jí)迭代重組技術(shù)，其采用先進(jìn)迭代重組模型（噪聲模型、物體模型、物理模型）來(lái)平衡圖像噪聲，從而提升圖像質(zhì)量。

本研究對(duì)門靜脈成像采用低管電壓和ASIR-V進(jìn)行聯(lián)合成像，不僅顯著降低輻射劑量（約61.4%）和碘對(duì)比劑（約21.5%），還可獲得更好的門靜脈血管圖像質(zhì)量。本研究局限性：樣本量較小，僅選取正常CTPV 患者進(jìn)行研究。有待在以后進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量，將低管電壓、高級(jí)迭代重組技術(shù)逐步應(yīng)用于臨床肝硬化、肝移植術(shù)前評(píng)價(jià)患者身上。CT 門靜脈成像作為臨床評(píng)價(jià)門靜脈血管常用方法，低管電壓和迭代重組技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用為實(shí)現(xiàn)低劑量CTPV 成像提供了可能。