雙源雙能量CT肺動脈成像輻射劑量與圖像質(zhì)量的比較研究

李勰， 祁麗， 周長圣， 羅松， 張龍江， 盧光明

·雙能量CT影像學(xué)專題·

雙源雙能量CT肺動脈成像輻射劑量與圖像質(zhì)量的比較研究

李勰， 祁麗， 周長圣， 羅松， 張龍江， 盧光明

目的比較第一代雙源雙能量CT(DECT)與第二代雙源雙能量CT肺動脈成像(CTPA)的輻射劑量和圖像質(zhì)量。方法120例疑似肺栓塞患者行DE-CTPA檢查，其中40例患者行第二代雙源DECT 80/Sn140 kV檢查(第一組)，40例患者行第二代雙源DECT 100/Sn140 kV檢查(第二組)，40例患者行第一代雙源DECT 140/80 kV檢查(第三組)。測量每例患者肺動脈主干、肺動脈段、空氣及背部脂肪的CT值及標(biāo)準(zhǔn)差，對肺動脈圖像進行主觀評分，計算圖像信噪比(SNR)、對比噪聲比(CNR)及每例患者的有效劑量(ED)。結(jié)果第一組肺動脈平均CT值[(354.1±73.4) HU]明顯高于第二組[(290.1±73.1) HU，P<0.001]和第三組[(303.9±73.3) HU，P<0.001]，但第二組與第三組差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.399)；第三組平均SNR(24.8±8.4)低于第一組(40.4±12.9，P<0.001)和第二組(44.6±12.9，P<0.001)，但第一組與第二組差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.115)。第一組平均CNR(435.3±77.7)明顯高于第二組(355.8±77.8，P<0.001)和第三組(384.8±79.0，P=0.005)，但第二組與第三組差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.100)。三組圖像主觀質(zhì)量評分差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。第一組的ED[(1.2±0.3) mSv]明顯低于第二組[(2.4±0.7) mSv]和第三組[(3.0±0.7) mSv]，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。結(jié)論第二代雙源DECT 80/Sn140 kV掃描方案可在大幅度降低輻射劑量的同時獲得滿足診斷需求的圖像。

雙源雙能量CT；肺栓塞；輻射量；圖像質(zhì)量

肺栓塞(pulmonary embolism,PE)是嚴(yán)重危害人類健康的心血管疾病，發(fā)病率僅次于冠心病和高血壓[1,2]。早期準(zhǔn)確診斷及臨床干預(yù)是降低PE病死率的關(guān)鍵。CT肺動脈成像(CT pulmonary angiography,CTPA)已經(jīng)成為臨床疑似PE患者的首選檢查方法[3]。雙源雙能量CT(dual energy CT,DECT)技術(shù)能同時提供全肺和肺動脈的解剖、灌注及通氣信息，成為PE評估的一站式檢查手段[4,5]。由于PE患者需進行連續(xù)的隨訪復(fù)查，患者累計接受的輻射劑量較高，因此必須降低受檢者接受的輻射劑量。通過常規(guī)應(yīng)用自動調(diào)節(jié)控制曝光軟件、降低管電流及管電壓的方法可降低患者的CTPA輻射劑量[6]。有文獻指出第一代雙源DE-CTPA的輻射劑量比常規(guī)單能CTPA低[7]。但是關(guān)于第二代雙源DE-CTPA的輻射劑量和圖像質(zhì)量的文獻尚較少。本研究比較兩代雙源雙能量CT的輻射劑量及圖像質(zhì)量，旨在為臨床優(yōu)選出最佳的雙源雙能量CT掃描參數(shù)。

材料與方法

1．研究對象

回顧性研究2013年5月-2014年5月間在我院行雙能量CTPA檢查的患者120例，其中40例患者(男23例，女17例，年齡18～74歲，平均年齡47歲)行第二代DE-CTPA 80/Sn140 kV檢查(第一組)；40例患者(男27例，女13例，年齡14～76歲，平均年齡43歲)行第二代DE-CTPA 100/Sn140 kV 檢查(第二組)；40例患者(男21例，女19例，年齡16～84歲，平均年齡50歲)行第一代DE-CTPA 140/80 kV 檢查(第三組)。納入標(biāo)準(zhǔn)：所有行雙能量CTPA檢查的疑似肺栓塞患者。排除標(biāo)準(zhǔn)：碘對比劑過敏、嚴(yán)重腎病、孕婦及大量胸腔積液患者。

2．掃描方法

第一組和第二組的掃描設(shè)備為德國西門子生產(chǎn)的第二代雙源CT(Definition Flash，Siemens Healthcare，F(xiàn)orchheim)，第三組的掃描設(shè)備為第一代雙源CT。首先行常規(guī)胸部平掃，平掃完成后行增強雙能量掃描。雙筒高壓注射器以4 mL/s的流率經(jīng)肘靜脈注射70～80 mL對比劑(濃度為300 mg I/mL)，隨后按相同的流率注射生理鹽水20～30 mL以盡量減少腔靜脈內(nèi)殘留的對比劑。采用團注示蹤法觸發(fā)掃描，將興趣區(qū)設(shè)在肺動脈主干，當(dāng)CT值達到100 HU后延遲4～6 s觸發(fā)掃描。掃描方向均為頭足方向，掃描范圍自胸廓入口到膈肌水平。平掃及增強掃描均采用實時曝光劑量調(diào)節(jié)(Care Dose 4D)。第一組管電壓為80/Sn140 kV，參考管電流為89/38 mAs，第二組管電壓為100/Sn140 kV，參考管電流為89/76 mAs，其余掃描參數(shù)均一致，螺距0.9，球管旋轉(zhuǎn)時間為0.28 s，準(zhǔn)直器128×0.6 mm。第三組管電壓為140/80 kV，參考管電流為50/213 mAs，螺距0.9，球管旋轉(zhuǎn)時間為0.33 s，準(zhǔn)直器64×0.6 mm。

3.圖像重建

掃描結(jié)束后原始數(shù)據(jù)被重建為3組層厚為0.75 mm的數(shù)據(jù)，分別為高千伏圖像、低千伏圖像及兩者按一定比例(系統(tǒng)默認)融合得到的平均加權(quán)圖像。第一組的平均加權(quán)圖像是將80 kV和Sn 140 kV系列的圖像以0.6的融合系數(shù)(M_0.6)融合而得，是指60%的圖像信息來自80 kV圖像，40%的圖像信息來自Sn 140 kV圖像。第二組的平均加權(quán)圖像是將100 kV和Sn 140 kV系列的圖像以0.6的融合系數(shù)(M_0.6)融合而得。第3組的平均加權(quán)圖像是將80 kV和140 kV系列的圖像以0.3的融合系數(shù)(M_0.3)融合而得。

4.圖像質(zhì)量評估

所有圖像數(shù)據(jù)均傳到工作站進行客觀和主觀評估。客觀圖像質(zhì)量的評估是由一位放射科醫(yī)師在0.75 mm的平均加權(quán)圖像上測量每例患者肺動脈主干(圖1～3)、右肺動脈干、左肺動脈干、任一支右上葉肺動脈、任一支右下葉肺動脈、任一支左上葉肺動脈、任一支左下葉肺動脈、肺動脈主干分叉平面患者體外空氣及背部脂肪的CT值和標(biāo)準(zhǔn)差，將肺動脈主干分叉平面體外空氣的標(biāo)準(zhǔn)差作為圖像噪聲。測量時興趣區(qū)應(yīng)該在避免栓子后盡可能包括充滿對比劑的肺動脈管腔。計算每支動脈的信噪比(signal to noise,SNR)和對比噪聲比(contrast to noise，CNR)。計算方法如下[8，9]：

由兩位有經(jīng)驗的放射科醫(yī)師獨立觀察平均加權(quán)圖像，對肺動脈圖像質(zhì)量進行主觀評分。圖像評分采用3分法[10]：1分代表肺動脈成像效果好；2分代表肺動脈成像效果一般，仍能診斷；3分代表肺動脈成像效果差，不能診斷。記錄肺栓塞的發(fā)生率，意見不一致時，共同商議確定最后評分。

5.輻射劑量評估

記錄每例患者的CT容積劑量指數(shù)(volume CT dose index，CTDIvol)和劑量長度乘積(dose length product，DLP)，計算有效劑量(effective dose，ED)，ED為DLP與轉(zhuǎn)換系數(shù)的乘積(0.014 mSv/mGy·cm)[11]。

6.統(tǒng)計學(xué)處理

結(jié)果

1.三組患者一般資料及PE發(fā)病率結(jié)果比較

第一、二、三組患者的平均年齡分別為47±16歲、43±18歲、50±18歲，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.161)；第一、二、三組患者的男性比例分別為57.5%、67.5%、52.5%，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.381)；第一、二、三組患者的PE發(fā)病率分別為22.5%、40.0%、37.5%，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.199)。

2.三組圖像客觀質(zhì)量單向方差分析結(jié)果

第二組的圖像噪聲[(6.6±0.9) HU]高于第一組[(9.2±2.3) HU]和第三組[(12.7±2.5) HU]，各組間差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。第一組的肺動脈平均CT值[(354.1±73.4) HU]明顯高于第二組[(290.1±73.1) HU，P<0.001]和第三組[(303.9±73.3) HU，P=0.003]，但第二組與第三組的差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.399)。第三組平均SNR(24.8±8.4)低于第一組(40.4±12.9，P<0.001)和第二組(44.6±12.9，P<0.001)，第一組平均SNR與第二組差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.115)。第一組平均CNR(435.3±77.7)明顯高于第二組(355.8±77.8，P<0.001)和第三組(384.8±79.0，P=0.005)，但第二組與第三組差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.10，表1，圖1～3)。

圖1 24歲，女，80/Sn140 kV CTPA圖像示肺動脈干興趣區(qū)放置位置及CT值。圖2 46歲，男，100/Sn140 kV CTPA圖像示肺動脈干興趣區(qū)放置位置及CT值。圖3 17歲，女，140/80 kV CTPA圖像示肺動脈主干興趣區(qū)放置位置及CT值。圖4 24歲，女，80/Sn140 kV CTPA最大密度投影圖像示肺動脈清楚顯示，主觀圖像質(zhì)量評分為1分。圖5 46歲，男，100/Sn140 kV CTPA最大密度投影圖像示肺動脈清楚顯示，主觀圖像質(zhì)量評分為1分。圖6 17歲，女，140/80 kV CTPA最大密度投影圖像示肺動脈清楚顯示，主觀圖像質(zhì)量評分為1分。

表1 三組肺動脈測量的CT值、SNR及CNR比較

注：相同的上標(biāo)字母代表差異無統(tǒng)計學(xué)意義，反之差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

3.三組圖像主觀質(zhì)量評分的比較

三組圖像主觀質(zhì)量評分間差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05，圖4～6)，但第三組的主觀圖像質(zhì)量評分(1.33±0.47)略高于第一組(1.23±0.42)和第二組(1.18±0.38)。第一組觀察者的一致性好(κ=0.662，P<0.001)，第二組觀察者的一致性非常好(κ=0.908，P<0.001)，第三組觀察者的一致性非常好(κ=0.886，P<0.001)。

4.三組患者輻射劑量比較

第一組的DLP、CTDIvol和ED均明顯低于第二組和第三組，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(表2)。第一組的ED比第二組降低了50%，比第三組降低了60%，第二組的ED比第三組降低了20%。

表2 三組患者輻射劑量比較

討論

本研究表明與第一代雙源DECT 140/80 kV和第二代雙源DECT100/Sn140 kV的掃描方案相比，采用第二代雙源DECT的80 /Sn140 kV掃描方案進行肺動脈血管成像，可在降低輻射劑量的同時獲得滿足診斷要求的圖像。

近年來，為了降低患者接受的輻射劑量，常規(guī)應(yīng)用自動調(diào)節(jié)控制曝光軟件、降低管電流及管電壓等技術(shù)相繼被提出并應(yīng)用于臨床[6]。由于管電壓的平方與輻射劑量成正比，將管電壓從140 kV或120 kV降低到100 kV或80 kV，可以減少40%～50%的輻射劑量[12,13]。以往研究大多通過降低管電壓從而達到降低輻射劑量的目的。本研究通過比較第一代雙源DECT和第二代雙源DECT的掃描方案，得出通過降低管電流和聯(lián)合錫濾器銳化球管技術(shù)，能達到降低輻射劑量的目的。本研究第二組的低管電壓球管管電壓為100 kV，其余兩組中低管電壓球管管電壓均為80 kV。本研究發(fā)現(xiàn)，第一組的有效輻射劑量最低，第二組次之，第三組最高；第一組的高管電壓球管的管電流(38 mAs)比第二組(76 mAs)降低了50%，輻射劑量也降低了50%，而第一組的低管電壓球管管電流(89 mAs)比第三組(213 mAs)降低了58%，輻射劑量降低了60%。盡管第二組的低管電壓球管管電壓(100 kV)高于第三組(80 kV)，但第二組的輻射劑量仍較第三組降低了20%，這提示廠家設(shè)定的管電流是降低輻射劑量中一個不容忽視的因素，亦表明行第二代雙源DE-CTPA檢查的患者接受的輻射劑量比行第一代雙源DE-CTPA檢查的患者接受的輻射劑量少，行第二代雙源DE-CTPA 80/Sn140 kV檢查的患者輻射劑量降低更為顯著。

降低管電壓可使產(chǎn)生的X線光譜的平均能量更接近碘的K緣，由此可提高靶血管及含碘實質(zhì)器官的CT值[14]。Waaijer等[15]的研究表明當(dāng)管電壓從120 kV降至90 kV時，每毫克碘的CT值增加43%。本研究結(jié)果顯示，第一組的肺動脈平均CT值較第二組的平均CT值增加18%。而兩個球管管電壓均相同的第一組和第三組的CT值卻相差16%，這可能是兩組的融合系數(shù)不同所致，第一組的平均加權(quán)圖像是由60%的80 kV數(shù)據(jù)與40%的Sn140 kV數(shù)據(jù)融合而成，而第三組的平均加權(quán)圖像則由30%的80 kV數(shù)據(jù)與70%的140 kV數(shù)據(jù)融合而成。

在保持管電流不變或輕微調(diào)整管電流的情況下，降低管電壓會導(dǎo)致圖像噪聲的增大。本研究結(jié)果顯示，第一組的圖像噪聲較第二組升高了約39%，但同時，低管電壓能夠增加動脈強化程度，所以這能在一定程度上彌補噪聲對圖像的影響，且兩組圖像平均SNR差異無統(tǒng)計學(xué)意義，第一組平均CNR較第二組升高了約22%，因此，在滿足診斷需求的情況下，允許圖像噪聲在一定范圍內(nèi)升高；而第一組與第三組的低管電壓球管均采用80 kV，圖像噪聲卻相差28%，且第一組平均SNR及CNR均明顯高于第三組，這可能是因為經(jīng)過錫濾器銳化的140 kV高管電壓球管可提高空間分辨力及降低圖像噪聲[16]。升高管電壓及球管錫濾器的應(yīng)用是導(dǎo)致第二組平均SNR高于第三組且兩組圖像噪聲相差48%的原因。綜合而言，相比第一代DECT，采用第二代DECT 80/Sn140 kV的掃描方案可提高肺動脈CT值，且SNR提高63%，有利于對肺動脈病變的觀察。

總之，相比第一代雙源DECT，第二代雙源DECT不僅能提高圖像質(zhì)量，還可更大程度地降低輻射劑量，而第二代雙源DECT的80 /Sn140 kV掃描方案在保證圖像質(zhì)量的前提下，輻射劑量進一步降低，建議在第二代雙源雙能量CT肺動脈成像時常規(guī)應(yīng)用。

[1]Ro A,Kageyama N,Tanifui T,et al.Autopsy-proven untreated previous pulmonary thromboembolism:frequency and distribution in the pulmonary artery and correlation with patients' clinical characteristics[J].J Thromb Haemost,2011,9(5):922-927.

[2]路莉,張龍江.雙源雙能量CT在肺栓塞中的應(yīng)用[J].放射學(xué)實踐,2011,26(8):899-901.

[3]Remy-Jardin M,Pistolesi M,Goodman LR,et al.Management of suspected acute pulmonary embolism in the era of CT angiography:a statement from the Fleischner Society[J].Radiology,2007,245(2):315-329.

[4]Nikolaou K,Thieme S,Sommer W,et al.Diagnosing pulmonary embolism: new computed tomography applications[J].J Thorac Imaging,2010,25(2):151-160.

[5]Zhang LJ,Chai X,Wu SY,et al.Detection of pulmonary embolism by dual energy CT:correlation with perfusion scintigraphy and histopathological findings in rabbits[J].Eur Radiol,2009,19(12):2844-2854.

[6]McCollough CH,Primak AN,Braun N,et al.Strategies for reducing radiation dose in CT[J].Radiol Clin North Am,2009,47(1):27-40.

[7]Kang MJ,Park CM,Lee CH,et al.Dual-energy CT:clinical applications in various pulmonary diseases[J].Radiographics,2010,30(3):685-698.

[8]Li Q,Yu H,Zhang L,et al.Combining low tube voltage and iterative reconstruction for contrast-enhanced CT imaging of the chest-Initial clinical experience[J].Clin Radiol,2013,68(5):e249-253.

[9]Hou DJ,Tso DK,Davison C,et al.Clinical utility of ultra high pitch dual source thoracic CT imaging of acute pulmonary embolism in the emergency department:are we one step closer towards a non-gated triple rule out[J].Eur J Radiol,2013,82(10):1793-1798.

[10]Hunsaker AR,Oliva IB,Cai T,et al.Contrast opacification using a reduced volume of iodinated contrast material and low peak Kilovoltage in pulmonary CT angiography objective and subjective evaluation[J].AJR,2010,195(2):118-124.

[11]Stolzmann P,Scheffel H,Schertler T,et al.Radiation dose estimates in dual-source computed tomography coronary angiography[J].Eur Radiol,2008,18(3):592-599.

[12]Szucs-Farkas Z,Kurmann L,Strautz T,et al.Patient exposure and image quality of low dose pulmonary computed tomography angiography:comparison of 100 and 80kVp protocols[J].Invest Radiol,2008,43(12):871-876.

[13]Bjorkdahl P,Nyman U.Using 100- instead of 120kVp computed tomography to diagnose pulmonary embolism almost halves the radiation dose with preserved diagnostic quality[J].Acta Radiol,2010,51(3):260-270.

[14]Godoy MC,Naidich DP,Marchiori E,et al.Basic principles and postprocessing techniques of dual-energy CT：illustrated by selected congenital abnormalities of the thorax[J].Thorac Imaging,2009,24(2):152-159.

[15]Waaijer A,Prokop M,Velthuis BK,et al.Circle of Willis at CT angiography:dose reduction and image quality-reducing tube voltage and increasing tube current settings[J].Radiology,2007,242(3):832-839.

[16]Bauer RW,Kramer S,Renker M,et al.Dose and image quality at CT pulmonary angiography-comparison of first and second generation dual-energy CT and 64-slice CT[J].Eur Radiol,2011,21(10):2139-2147.

《請您診斷》欄目征文啟事

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具體格式要求請參見本刊(一個完整病例的第一部分請參見本刊正文首頁，第二部分請參見2個月后的雜志最后一頁，如第一部分問題在1期雜志正文首頁，第二部分答案則在3期雜志正文末頁)

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ComparisonofradiationdoseandimagequalityofCTpulmonaryangiographyusingdual-sourcedual-energyCT

LI Xie,QI Li,ZHOU Chang-sheng,et al.

Department of Medical Imaging,Jinling Hospital,Southern Medical University,Nanjing 210002,P.R.China

Objective:To compare radiation dose and image quality of CT pulmonary angiography(CTPA) using first generation and second-generation dual-source dual-energy CT(DECT).MethodsA total of 120 patients(40 in each group) underwent CTPA on a dual-source CT scanner(group 1:second generation DECT,40 patients,80/Sn140 kV;group 2:second generation DECT,40 patients,100/Sn140kV；group 3,first generation DECT,40 patients,140/80kV).The mean CT attenuations and standard deviations(SD) of main pulmonary,pulmonary arteries,the air,and the fat of the back at the level of the pulmonary trunk were measured.CT value,signal to noise ratio(SNR),contrast to noise ratio(CNR),and effective dose(ED) of pulmonary artery images were compared.ResultsThe CT values in the pulmonary arteries were significantly higher in group 1 [(354.1±73.4)HU,P<0.001] than those in group 2 [(290.1±73.1) HU，P<0.001] and group 3 [(303.9±73.3) HU，P<0.001];however,no difference was found in CT values between groups 2 and 3(P=0.399).Mean SNR were lower in group 3(24.8±8.4) than group 1(40.4±12.9,P<0.001) and group 2(44.6±12.9,P<0.001),however,no difference was found for SNR between groups 1 and 2(P=0.115).Mean CNR were significantly higher in group 1(435.3±77.7) than group 2(355.8±77.8,P<0.001) and group 3(384.8±79.0,P=0.005),however,no difference was found for CNR between groups 2 and 3(P=0.1).Mean ED were the lowest(P<0.001) in group 1.ConclusionSecond generation dual-source DECT with 80/Sn140 kV protocols allows for significant dose reduction and diagnostic image quality.

Dual energy CT；Pulmonary embolism；Radiation dose；Image quality

210002 南京，南方醫(yī)科大學(xué)附屬臨床醫(yī)學(xué)院/南京軍區(qū)南京總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科

李勰(1990-)，女，廣東人，碩士研究生，主要從事低輻射劑量肺動脈CT成像研究工作。

盧光明，E-mail：cjr.luguangming@vip.163.com

R563.5; R814.42

A

1000-0313(2014)09-1003-05

10.13609/j.cnki.1000-0313.2014.09.006

2014-08-01

2013-08-18)