雙源CT肺動脈成像雙能量與單能量掃描的圖像質量及輻射劑量

羅顯麗，李邦國，劉 盼，孫 輝，黃婷婷，王 夢，張雪梅

（遵義醫學院附屬醫院放射科，貴州 遵義 563003）

雙源CT肺動脈成像雙能量與單能量掃描的圖像質量及輻射劑量

羅顯麗，李邦國，劉 盼，孫 輝，黃婷婷，王 夢，張雪梅

（遵義醫學院附屬醫院放射科，貴州 遵義 563003）

目的：評估雙源CT肺動脈成像雙能量掃描與常規掃描（單能掃描）的圖像質量及輻射劑量，探討雙源CT肺動脈成像合適的掃描方案。方法：收集臨床懷疑肺栓塞并行flash雙源CT肺動脈成像患者235例，按掃描方式不同將患者分為A、B、C 3組，A、B 兩組為雙能量掃描，A 組（77例，80/Sn140 kV）；B 組（80例，100/Sn140 kV），C 組為常規掃描（78例，Care kV 選擇輸出管電壓）。測量3組肺動脈1～3級分支、背部肌肉CT值及背景噪聲并計算信噪比（SNR）及對比噪聲比（CNR），同時對3組圖像進行圖像質量評分，統計分析3組圖像質量及輻射劑量，以P＜0.05為差異有統計學意義。結果：A組雙上葉肺動脈CT值與B、C兩組比較，差異無統計學意義（P＞0.05）；B組與C組比較，差異有統計學意義（P＜0.05），B組低于C組；其余肺動脈CT值3組間差異均無統計學意義（P＞0.05）。A組背景噪聲較其他兩組高，相應的SNR及CNR低于其他兩組（P＜0.05）。3組圖像質量均滿足肺栓塞診斷要求，圖像質量主觀評分差異無統計學意義（P＞0.05），兩名觀察者間一致性較好。圖像質量主觀評價良好（1～2分）的比例超過90%，且3組間差異無統計學意義（P＞0.05）。A組CTDIvol、DLP、ED明顯低于其他兩組（P＜0.05），其中ED較C組減少46.8%。結論：與常規掃描相比，雙源CT肺動脈成像雙能量掃描（80/Sn140 kV）可以在圖像滿足診斷要求的同時明顯減低X線輻射劑量。

肺動脈；輻射劑量；體層攝影術，X線計算機

CT肺動脈成像 （CT pulmonary angiography，CTPA）已經成為可疑肺栓塞（Pulmonary embolism，PE）患者首選影像檢查方法[1]，但常規掃描很難獲得肺的功能學信息，且對外周小栓子診斷困難。雙源CT雙能量技術一次掃描可同時獲得全肺的薄層解剖圖像和肺的功能信息，提高外周小栓子檢出率的同時可評估患者預后[2-4]。本研究評估雙源CT肺動脈成像雙能量掃描與常規掃描圖像質量及輻射劑量，以尋找雙源CT肺動脈成像中最佳掃描方式。

1 材料與方法

1.1 一般資料

收集2014年3月—2015年9月我院臨床懷疑PE并行flash雙源CTPA患者235例。按掃描模式不同將其分為3組，A組77例：80/Sn140 kV，男36例，女 41 例，平均年齡（57.7±14.1）歲；B 組 80 例：100/Sn140 kV，男 41例，女 39例，平均年齡（62.4±13.3）歲；C 組 78例：120 kV，男 34 例，女 44 例，平均年齡（61.4±16.5）歲。所有受檢者體質量指數17～27 kg/m2，無碘過敏史及嚴重的心、腎功能不全，檢查前均簽署CT增強檢查知情同意書。

1.2 CT檢查

掃描結束后將所有原始數據重建為層厚0.75mm、層間距0.7 mm的圖像并傳至MMWP后處理工作站，其中A、B兩組重建卷積核均為D26f，C組為B26f。

1.3 圖像質量分析

客觀分析法：一名研究生測量所有患者肺動脈1～3級分支共7個肺血管ROI的CT值及肺動脈主干分叉層面背部肌肉CT值。肺動脈干為第1級分支，左、右主肺動脈為第2級分支，肺葉動脈為第3級分支。其中，測量右上肺動脈CT值時需除外前段肺動脈（為避免上腔靜脈高濃度對比劑的影響）。所測肺動脈ROI盡可能遠，但管腔直徑≥4 mm[5]；范圍盡可能大但不超過所測血管斷面的2/3[6]，以避免部分容積效應。當所測血管內有栓子時，則不測量。計算各級肺動脈信噪比（Signal noiseratio，SNR）及對比噪聲比（Contrast noise ratio，CNR）。 SNR=肺動脈CT 值/背景噪聲（Background noise，BN）。 CNR=肺動脈CT值-肌肉CT值/BN。BN為肺動脈主干分叉層面患者前方空氣CT值的標準差（ROI取90～100 mm2）。

主觀分析法：2名有經驗的影像診斷醫師采用雙盲法分別對3組重組后的圖像進行圖像質量評分，意見不一致時共同商議確定。先以右下肺動脈作為靶動脈，若右下肺病變影響肺動脈觀察，則選擇左下肺動脈，按從右到左，從下到上的順序依次進行。評分標準為[5]：1分：圖像質量好，能夠清晰顯示亞段以下肺動脈分支；2分：圖像質量良好，能準確排除亞段PE；3分：圖像質量中等，能準確排除肺段PE，但段以下PE不能完全除外；4分：圖像質量較差，但仍能夠診斷肺葉PE，葉以下PE診斷不確切。5分：無診斷價值，需重新掃描。

所有ROI的測量及圖像質量主觀評估均在0.75 mm薄層軸位圖像上進行，其中A、B兩組在融合圖像上進行。

1.4 輻射劑量評估

掃描完成后由機器自動生成容積CT劑量指數（CT dose index volume，CTDIvol） 和劑量長度乘積（Dose length product，DLP），記錄增強掃描時的 CTDIvol值和DLP值并計算有效劑量 （Effective dose，ED），ED=k×DLP，胸部的 k 值為 0.014。

1.5 統計學方法

高校管理模式要想實現根本轉變，首先在堅持以人為本的原則上樹立新的管理理念，不斷提高學校的創新能力，并激發全體教職工的工作積極性，以此來實現高校內部資源的組合優化；其次是落實管理制度的改革，為每個教師培養出責任意識；最后人才的補充實行競聘上崗，讓有能力的人在行政崗位上工作，從而激活行政管理隊伍。

2 結果

2.1 一般資料

3組病例的年齡、性別差異均無統計學意義（F值及 P 值分別為 2.183、0.940及 0.115、0.625）。

2.2 圖像質量

3組肺動脈各級分支CT值及BN比較見表1。3組雙上肺動脈CT值差異有統計學意義（P＜0.05），B組低于C組，但A組與B、C兩組比較均無明顯差異，其余各組間差異均無統計學意義（P＞0.05）。3組BN 比較差異均有統計學意義（P＜0.05）（圖 1）。

3組肺動脈1～3級分支ROI的SNR及CNR比較見表2。3組SNR及CNR比較差異均有統計學意義（P＜0.05），A 組最低，C 組最高。

3組圖像均能滿足PE的診斷，圖像質量主觀評分分別為 1.36±0.61、1.28±0.55、1.26±0.50，差異無統計學意義（P＞0.05），觀察者間的一致性均較好（Kappa=0.767、0.781、0.821）（表 3）。 3 組圖像質量主觀評分良好的比例分別為 93.5%（72/77）、95.0%（76/80）、97.5%（76/78），差異均無統計學意義（χ2=1.391，P=0.511），圖像大部分均能清晰顯示亞段及亞段以下PE（圖 2）。

表1 3組肺動脈1～3級分支7個不同ROI的CT值及BN比較（HU）

表2 3組肺動脈7個不同ROI的SNR及CNR比較

圖1 雙源CTPA雙能量掃描80/Sn140 kV（圖 1a）、100/Sn140 kV（圖 1b）與常規掃描（圖1c）背景噪聲顯示圖。Figure 1. Background noise map of dual-energy scanning with 80/Sn140 kV(Figure 1a),100/Sn140 kV(Figure 1b)and conventional scanning(Figure 1c)in dualsource CTPA.

圖2 雙源CTPA雙能量掃描 80/Sn140 kV（圖2a）、100/Sn140 kV（圖2b）與常規掃描（圖2c）MIP圖。三者均能清晰顯示亞段或亞段以下小栓塞（箭頭），圖像質量評分均為1分。Figure 2. MIP map of dual-energy scanning with 80/Sn140 kV(Figure 2a),100/Sn140 kV(Figure 2b)and conventional scanning(Figure 2c)in dual-source CTPA.All of them can clearly show subsegment or subsegment below PE,and the image quality scores were one point.

2.3 輻射劑量

3組輻射劑量比較見表4和圖3。3組輻射劑量差異均有統計學意義（P＜0.05），A 組 CTDIvol、DLP、ED分別較B、C組兩組減少14.1%、14.8%、13.8%和50.8%、47.4%、46.8%。

表3 3名觀察者對不同掃描模式圖像質量主觀評分

圖3 雙源CTPA雙能量掃描（圖3a，3b）與常規掃描（圖3c）CTDIvol、DLP顯示圖。Figure 3.CTDIvol,DLP map of dual-energy scanning(Figure 3a,3b)and conventional scanning(Figure 3c)in dual-source CTPA.

表4 3組輻射劑量比較

3 討論

PE是臨床上較常見的具有潛在致死性的急危重癥，具有較高的發病率及死亡率，然而其臨床表現及實驗室檢查缺乏特異性，延遲診斷將增加患者30天死亡率及住院時間[7]。因此，即使臨床評分為低度可能性者也常需行CTPA檢查以排除可能存在的PE，這就導致行CTPA檢查的患者越來越多，尤其在急診科，6年內增加了5倍[8]。文獻報道，一次CTPA檢查，老年女性患者患乳腺癌的風險超過20/100000，育齡期婦女就更明顯[9]。因此，在圖像質量滿足診斷要求的同時盡可能降低CTPA檢查的輻射劑量尤為重要。

雙源CT雙能量成像一次掃描可同時獲得全肺的薄層解剖圖像及功能學信息，較傳統CT灌注成像減少了空間及時間上的配準不良，也明顯降低了傳統CT多次灌注導致的高輻射劑量而逐漸應用于臨床，其單次對比增強可同時獲得低千伏、高千伏及類似120 kV管電壓的3種不同能量數據，可以根據患者不同體質量指數而優選最佳管電壓圖像進行PE的診斷。然而常規掃描是目前臨床上最為常見的一種掃描方式，雖然雙能量掃描沒有增加受檢者的輻射劑量[5-6]，但其是否較常規掃描增加了受檢者輻射劑量一直是國內外關注并爭論的問題。De Zordo等[6]研究發現雙能量掃描的輻射劑量與常規掃描相似甚至更高；戴穎鈺等[10]研究也表明雙能量掃描與常規掃描輻射劑量無差別；而Bauer等[5]研究發現80/Sn140 kV掃描比常規掃描明顯減低了受檢者的輻射劑量，但對比3個研究的掃描參數發現，常規掃描的螺距明顯高于雙能量掃描。螺距增加可以減少采集數據的容積重疊，縮短患者接觸輻射的時間從而減少受檢者的輻射劑量。文獻報道，螺距從2.6增加到3.2，輻射劑量減少17%[11]。因此本研究在相同掃描參數下進行輻射劑量的對比研究更有可比性。雖然本研究80/Sn140kV低球管參考管電流（179mAs）高于 100/Sn140 kV（89 mAs）和常規掃描（160 mAs），但其輻射劑量仍明顯低于100/Sn140 kV及常規掃描，分析可能與該組對應參考管電壓（80 kV）均低于以上兩組（100 kV和120 kV）有關。盡管管電流和管電壓均可影響輻射劑量，但管電壓是其主要因素，它與輻射劑量的平方呈正比，在其他掃描參數不變的情況下，管電壓從120 kV降至100 kV可以使CTPA有效輻射劑量減少47.8%[12]。

Care kV技術可以根據檢查目的及受檢者的體型，參考預先設定的圖像質量標準，由低到高自動選擇能實現的最低管電壓進行掃描從而降低輻射劑量，其在不影響圖像質量的前提下可降低30.36%的有效輻射劑量[13]。因此本研究中常規掃描開啟Care kV。雖然本研究中常規掃描輻射劑量保持相對較低的水平，但雙能量掃描輻射劑量明顯低于常規掃描，80/Sn140 kV有效輻射劑量較常規掃描低46.8%，筆者分析可能與flash雙源CT能譜純化技術的應用有關。該設備在高千伏球管前安裝了錫濾過器，可以去除高千伏球管發出的低能量光子而減少不必要的散射線穿過人體從而降低輻射劑量。此外，本研究100/Sn140 kV 的 DLP（206.0 mGy·cm）明顯低于相同掃描參數下文獻報道的233.5 mGy·cm[6]，可能與本研究雙能量掃描X-Care軟件開啟有關。該軟件可以選擇性地屏蔽對輻射敏感器官 （如晶狀體、乳腺等）的直接照射而降低受檢者輻射劑量[14]。

64層CTPA平均CTDIvol及DLP分別為 （8.5±2.6） mGy、（235±117） mGy·cm，而 BN（13±6） HU[5]是比較低的。本研究80/Sn140 kV的CTDIvol及DLP僅為（6.1±1.0） mGy、（175.6±40.6） mGy·cm，圖像噪聲只有 （11.30±2.57）HU。因此，盡管本研究80/Sn140 kV圖像噪聲高于100/Sn140 kV和常規掃描，相應的SNR及CNR低于以上兩組，但3組圖像質量評分無差別，且BN低于文獻報道的（12±3）HU[5]，因為圖像噪聲控制在一定范圍內對病變診斷影響不大。肺血管CT值超過200～250 HU，可以提高CTPA診斷準確性[15]，本研究80/Sn140 kV肺動脈平均CT值均超過330 HU。此外，CT迭代重建技術在降低噪聲的同時提高CNR及SNR，滿足PE診斷并明顯降低輻射劑量，很好解決噪聲相對較高這一問題[16-17]。

總之，雙源CTPA中，與常規掃描相比，雙能量掃描（80/Sn140 kV）在滿足PE診斷需求的同時明顯減低受檢者輻射劑量。

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Image quality and radiation dose of dual-energy scanning and single-energy scanning with dual-source CT in pulmonary angiography

LUO Xian-li,LI Bang-guo,LIU Pan,SUN Hui,HUANG Ting-ting,WANG Meng,ZHANG Xue-mei
(Department of Medical Radiology,the Affiliated Hospital of Zunyi Medical University,Zunyi Guizhou 563003,China)

Objective:To evaluate image quality and radiation dose of dual-energy scanning protocol and conventional scanning protocol(single-energy scanning)with dual-source CT in pulmonary angiography and to investigate the optimal scanning protocols of dual-source CT pulmonary angiography.Methods:Two hundred and thirty-five patients with clinically suspected pulmonary embolism underwent flash dual-source CT pulmonary angiography were collected,and divided into three groups：group A(DE,80/Sn140 kV)(n=77);group B(DE,100/Sn140 kV)(n=80);group C(tube voltage was selected automatically by Care kV)(n=78).The CT attenuation values of pulmonary arteries(grade 1～3)and dorsal muscle,and background noise were measured.Corresponding signal to noise ratio(SNR)and contrast to noise ratio(CNR)were calculated.Meanwhile,two experienced radiologists assessed the image quality of the three groups.Image quality and radiation exposure were compared between groups,and P＜0.05 was considered statistically significant.Results:CT attenuation values in bilateral upper lobe pulmonary artery have no difference significantly(P＞0.05)between group A and group B/C.The value of the group B was lower than that of in group C(P＜0.05),there was no significant difference(P＞0.05)in others compares.Compared to the other of two groups,image noise in group A were higher than others,and while its corresponding CNR and SNR for all measured pulmonary arteries were lower than others group(P＜0.05).The image quality meet the diagnostic requirements for pulmonary embolism in all groups,and the image quality score of three groups has no statistically significant difference(P＞0.05)with good interobserver agreement.The image quality with good to excellent(1～2 score)grade of all subjective was more than 90%,and no significantly difference was between the groups(P＞0.05).The values of CTDIvol,DLP,and ED were significantly lower in group A than that in group B and group C(P＜0.05),and the mean ED values of group A was lower 46.8%than that of group C.Conclusion:Compared with conventional scanning protocol in dual-source CTPA,the dual-energy scanning protocol(80/Sn140 kV)with the diagnostic image quality allows a significant radiation dose reductions.

Pulmonary artery;Radiation dosage;Tomography,X-ray computed

R322.121；R814.42

A

1008-1062（2017）02-0140-05

2016-05-31；

2016-06-23

羅顯麗（1990-），女，貴州貴定人，住院醫師。 E-mail：luoxl8090@163.com

李邦國，遵義醫學院附屬醫院放射科，563000。E-mail：lbg2015@163.com

國家自然科學基金項目（81460265）。