iCT迭代重建技術在低劑量CT肺動脈造影中的應用

鄧國輝 崔鳳 姜永樂 徐鵬鵬

iCT迭代重建技術在低劑量CT肺動脈造影中的應用

鄧國輝 崔鳳 姜永樂 徐鵬鵬

目的評價iCT迭代重建（IR）在CT肺動脈造影中成像質量，探討IR在疑診肺栓塞患者中應用的可行性。方法對90例臨床疑診肺動脈栓塞的患者采用PHILIPS 256層iCT 行CT肺動脈造影（CTPA），患者隨機分為IR組（n=45）和FBP組（n=45）。IR組患者管電壓100KV、管電流100MAs的掃描，idose4（等級4）進行重建，注射對比劑40ml。FBP組患者行常規CTPA檢查，管電壓120KV、管電流100MAs，注射對比劑40ml，采用濾波反投影（FBP）技術重建。統計比較兩組肺動脈主干、尖段（S1）和后基底段（S10）肺動脈的強化程度、圖像噪聲、SNR、CTDIvol、DLP、有效劑量（ED）及圖像的主觀質量評級。采用SPSS 16.0軟件，進行Student t檢驗、四格表χ2檢驗、非參數秩和檢驗、Kappa一致性檢驗進行統計學分析。結果肺動脈主干平均CT值IR組高于FBP組（P＜0.05）；IR組SNRS1和 SNRS10明顯高于FBP組（P≤0.01），IR組圖像噪聲、CTDlvol、DLP及ED均明顯低于FBP組（P≤0.01）。結論采用低劑量掃描迭代重建模式行CTPA檢查能得到臨床滿意的CTPA圖像，能滿足肺栓塞診斷的要求，這種技術可以明顯降低患者的輻射劑量。

迭代重建 CT肺動脈造影 輻射劑量

急性肺動脈栓塞（APE）是常見的急性心血管疾病，CT肺動脈造影（CTPA）憑借其較高的特異性及敏感性、無創等優點，已經成為排除肺動脈栓塞的首選檢查方法[1]。近年來，CT電離輻射的致癌風險以及放射防護與安全問題已經成為關注的焦點[2]，低劑量CT掃描方案的優化也由此成為研究熱點[3]。本研究采用256層螺旋CT進行低劑量CTPA檢查，觀察應用idose4迭代重建（IR）與常規濾波反投影（FBP）重建的圖像質量差異，評價該技術用于低劑量CTPA檢查的可行性。

1 臨床資料

1.1 一般資料 本研究所有患者均簽署知情同意書，并且得到醫院倫理委員會的許可。2014年5月至2016年1月，本院行CTPA檢查的90例患者參加了本研究。其中45例行迭代重建CTPA檢查的患者為IR組，男24例，女21例；年齡26～81歲，平均年齡（59±15）歲。另45例患者采用常規濾波反投影重建CTPA檢查，為FBP組，其中男23例，女22例；年齡22～84歲，平均年齡（63±15）歲。兩組樣本的年齡和性別分布的差異均無統計學意義（P＞0.05），具有可比性。

1.2 掃描設備、參數及CT檢查方法 （1）掃描設備、參數：兩組掃描均采用Philips Brilliance iCT。在IR組采用管電壓100KV和管電流100MAs；FBP組患者采用管電壓120KV與管電流100MAs。其余掃描條件一致：準直128mm×0.625mm，機架旋轉時間0.5s，螺距0.99mm，層厚1mm。掃描范圍自胸廓入口至膈肌水平，掃描方向從足到頭，掃描范圍包括全肺。（2）增強掃描：采用雙筒高壓注射器（MEDRAD Stellant? D CT，Inc），18G套管針（國產），非離子對比劑碘普羅胺（優維顯，Ultravist，拜耳醫藥保健有限公司），濃度370mgI/ml。注射對比劑40ml，后續生理鹽水40ml，通過肘靜脈注射，注射速率為4ml/s。采用團注對比劑跟蹤技術（bolus tracking），觸發點設在肺動脈主干，觸發閾值為100，延遲5s掃描。（3）圖像重建：兩組均重建厚度1.0mm，層間隔1.0mm的軸位圖像，IR組采用idose4（等級 4）IR重建，FBP組采用FBP重建技術，分別重建冠狀位及斜矢狀位。

1.3 測量及主觀圖像評價 對圖像客觀質量的評估，采用在Philips工作站上感興趣區域（ROI）的測量，由一名＞5年放射工作經驗的醫師進行，使用圓形測量工具。平均值和標準差以HU表示。圖像噪聲以患者胸骨柄前面空氣的標準差來表示。測量肺動脈干（PT），肺尖段動脈（S1），及后基底段動脈（S10）的密度，以CT值表示。ROI盡可能包括測量血管的斷面。信號噪聲比（SNR）是根據下列公式計算：SNR=ROI的CT值/圖像噪聲。主觀圖像質量評價采用了雙盲法，由兩名有＞5年放射科工作經驗的醫師采用5分制來獨立評估。評估的標準[4]為：1級：肺動脈強化好，超過亞段肺動脈分支水平，診斷信心充分。2級：肺動脈強化好，能充分診斷至亞段分支水平。3級：排除肺動脈栓塞至段級分支水平。4級：肺動脈栓塞的診斷信心只限于主干。5級：肺動脈幾乎不強化，無法診斷。所有患者的CTPA檢查均記錄了輻射劑量，用CTDIvol（單位：mGy）和DLP（單位：mGy cm）來表示，這些輻射劑量的數據是在CT檢查患者掃描序列內自動生成的。根據ED=DLP×K，計算ED值（單位mSv；K為換算因子，對于胸部檢查，K值為0.017）。

1.4 統計學方法 采用SPSS 16.0統計軟件。計量資料以（±s）表示。兩組之間性別的差異采用χ2檢驗，以P＜0.05為差異具有統計學意義。兩名觀察者間主觀圖像質量評分采用非參數秩和檢驗，觀察者間差異采用Kappa一致性檢驗，Kappa=0.81～1.0 提示兩者一致性非常好，0.61～0.8提示兩者一致性好，0.41～0.60提示兩者一致性一般，＜0.4提示兩者一致性差。

2 結果

2.1 血管強化程度、圖像噪聲及SNR測量 平均圖像噪聲（11.05±1.53）低于FBP組（12.00±1.23），IR組的肺動脈主干（PT）強化程度（421±107）高于FBP組（382±131），兩組之間差異具有統計學意義（P＜0.05）。S1段、S10段分支肺動脈強化程度兩組比較，差異無統計學意義（P＞0.05）。IR組的平均SNRS1、SNRS10[（42.53±9.62）、（41.87±9.91）]優于FBP組的平均SNRS1、SNRS10[（35.12±9.13）、（35.87±12.08）]，兩組之間差異具有統計學意義（P＜0.01）。

2.2 輻射劑量 IR組的平均輻射劑量CTDIvol、DLP及ED分別為（3.84±0.53）mGy、（108±14）mGy cm和（1.78±0.43）mSv，均顯著低于FBP組[（5.63±0.78）mGy、（134±28）mGy cm和（2.52±0.46）mSv]，兩組之間差異均具有統計學意義（P＜0.01）。

2.3 肺動脈成像主觀評價結果 所有患者均檢查成功。在主觀圖像質量等級的數據顯示，IR組和FBP組的圖像質量評級均為1級或2級，兩組差異無統計學意義（P＞0.05）。IR組兩名觀察者的平均圖像質量分數和標準差為（1.19±0.45）和（1.12±0.33），Kappa值為0.79。FBP組兩名觀察者的平均圖像質量評分與標準差為（1.21±0.35）和（1.10±0.41），Kappa值為0.76。

2.4 典型病例圖 見圖1、2。

圖2 IR組圖像

3 討論

多層螺旋CTPA是目前用來排除肺栓塞最常用的檢查方法。然而，單次CT掃描的輻射劑量雖處于國際規定的安全范圍內，但X線對人體具有傷害，使CT成為醫源性放射損傷的主要源頭[5]。近年來，低劑量CT 檢查技術已成為醫學影像界共同關注的焦點。醫療衛生行業管理及監督機構不斷出臺相關法律法規來指導生產廠家及科研機構開發更先進、更有效的創新設計。同時，也規范了醫療行業從業人員在實際工作中合理使用低劑量，遵守輻射的合理及最低化（ALARA）原則，在滿足臨床診斷要求的前提下盡量降低患者劑量。

X線輻射劑量主要由球管電壓和管電流所決定。管電流易于修改，且降低輻射劑量的作用較為顯著，所以成為最常用的降低輻射劑量的方法。本研究采用固定毫安秒的方法來降低管電流，通過降低管電壓降低輻射劑量。X線的質量由管電壓決定，將管電壓降低，X線光子能量即降低，光電效應會增強，CT值會升高，血管和周圍實質的對比度增高，因此，低管電壓更適用于CT血管成像。

降低了管電壓，雖然減低了輻射劑量，但卻導致圖像噪聲的增強。Philips idose4軟件的核心是對原始數據進行IR處理，新一代IR算法具有雙空間、多噪聲模型和解剖模型等特點，在對噪聲予以精確刻畫和處理的同時，采取解剖模型使重建過程加速，可以提高圖像分辨力，并且保持圖像更真實地呈現，消除了蠟像狀偽影，在更低劑量下獲得可滿足診斷要求的圖像。本研究采用低劑量CTPA掃描結合idose4軟件，與傳統FBP圖像進行對比，評價IR技術對低劑量圖像的影響。本資料結果表明，IR組圖像的噪聲較FBP組明顯降低，肺動脈主干的CT值由于迭代重建而提高，所以SNR明顯提高。Leipsic等[6]認為，在低劑量胸部CT中，相比傳統FBP算法，利用IR技術可使圖像質量更好，且噪聲更低。本資料結果亦表明，通過管電壓降低輻射劑量，應用IR技術可提高CTPA的圖像質量。但是本資料僅對idose4（等級 4）進行了分析，未對其他等級間進行比較，而且管電流固定僅降至100mAs，未將更低毫安秒納入研究。

在本資料的IR組，作者觀察到平均CTDIvol、DLP和ED為3.84mGy、1088mGy cm和1.78mSv，平均輻射劑量值比FBP組的結果更低。可以看出，基于IR重建的CTPA檢查，在保證圖像質量的同時，又降低了輻射劑量。Hara等[7]報道，迭代重建的輻射劑量比FBP降低32%～65%時，圖像質量仍不下降。Prakash等[8]發現，與FBP比較，迭代重建的輻射劑量降低27.6%，且圖像噪聲明顯下降，可以在降低輻射劑量的同時保證圖像質量。通常，在PE患者臨床的治療中，需要多次行CTPA檢查來觀察臨床治療的效果，這也增加了患者輻射損害的風險，而基于IR的CTPA掃描方案為患者提供了一種相對安全的復查手段。

[1] Schoepf UJ,Savino G,Lake DR,et al．The age of CT pulmonary angiography．J Thorac Imaging,2005,20(4):273-279．

[2] 劉士遠,于紅．積極推進胸部低劑量CT掃描的臨床應用．中華放射學雜志,2010,44(1):6-7．

[3] Valentin J． International commission on radiation protection．Managing patient dose in multidetector computed tomography(MDCT), ICRP publication 102． Ann ICRP, 2007,37(1): 1-79．

[4] Yuan R,Shuman WP,Earls JP,et al．Reduced Iodine Load at CT Pulmonary Angiography with Dual-Energy Monochromatic Imaging:Comparison with Standard CT Pulmonary Angiography-A Prospective Randomized Trial．Radiology,2012,262(1):290-297．

[5] Berrington,De Gonzalez A,Darby S．Risk of cancer from diagnostic X-rays, Estimates for the UK and 14 other countries．Lancet,2004,363(9406):345-351．

[6] Leipsic J,Nguyen G,Brown J,et al．A prospective evaluation of dose reduction and image quality in chest CT Using adaptive statistical iterative Reconstruction．AJR Am J Roentgen ol,2010,195(5):1095-1099．

[7] Hara AK,Paden RG,Sliva AC,et al．Iterative Reconstruction technique for reducing body radiation dose at CT:Feasibility study．AJR Am J Roentgenol,2009,193(3):764-771．

[8] Prakash P,Kalra MK,Kamabadakone AK,et al．Reducing abdominal CT radiation dose with adaptive statistical Iterative Reconstruction technique．Invest Radiol,2010,45(4):202-210．

ObjectiveTo evaluate the imaging quality of iterative reconstruction （IR） in the CT pulmonary artery angiography with iCT and investigate the feasibility of the application of IR in the patients with suspected pulmonary embolism.Methods90 patients clinically suspected pulmonary embolism who underwent computed tomography pulmonary angiography （CTPA） in PHILIPS iCT were collected and randomly divided into 2 groups，IR group（n=45）and FBP group（n=45），IR group were scaned in 100kV，100mAs，40mL contrast material，reconstructed with idose4（grade=4）. FBP group were scaned in normal mode （120kV，100mAs，40mL contrast material），reconstructed with FBP. PA enhancement，image noise，SNR，CTDIvol，DLP，ED and subjective quality ratings of images were recorded and compared with the pulmonary artery trunk，apex segment（S1）and posterior basal segment（S10） pulmonary artery on the two groups. Using SPSS 16.0 software，the Student t test，the chi square test，the nonparametric rank sum test and the Kappa consistency test were used for statistical analysis.ResultsThe mean CT value of the pulmonary artery trunk in the IR group was higher than that in the FBP group（P＜0.05），SNRS1 and SNRS10 of the IR group were significantly higher than that of the FBP group（P≤0.01）. CTDIvol，DLP，image noise and ED of the IR group were significantly lower than group FBP（P≤0.01）.ConclusionsThe iterative reconstruction CTPA examination can obtain clinically satisfactory CTPA images in the low dose mode，which meets the requirement of pulmonary embolism diagnosis，and this technique can obviously reduce the radiation dose of patients.

Iterative reconstruction Computed tomography Pulmonary angiography Radiation dose

杭州市衛生計劃生育委員會項目（2013A51）

310007 杭州市中醫院放射科