低輻射劑量腎動(dòng)脈CTA的掃描參數(shù)及重建方法優(yōu)化研究

雷平貴， 羅艷， 王小林， 鄒迅， 馮輝， 毛巨江， 郭志榮， 焦俊

腎動(dòng)脈CTA檢查是診斷腎動(dòng)脈疾病的常用檢查方法，多排螺旋CT血管成像技術(shù)因其掃描速度快，檢查時(shí)間短，層厚薄，同時(shí)兼具優(yōu)質(zhì)的空間和時(shí)間分辨力，已獲得臨床廣泛應(yīng)用。然而，相關(guān)研究表明，常規(guī)的CT檢查具有較高的輻射劑量，輻射劑量的增加會(huì)有致癌風(fēng)險(xiǎn)[1]；另外，泌尿系CT增強(qiáng)掃描往往需要進(jìn)行多期掃描，然而，多期掃描會(huì)使患者接受更多的輻射劑量。使用降低管電壓的方法可使輻射劑量顯著降低[2-3]；另外，基于原始數(shù)據(jù)的迭代重建( Iterative reconstruction，IR ) 技術(shù)的使用可以降低圖像噪聲，減少線束硬化偽影，聯(lián)合降低管電壓的方法得到的圖像滿足臨床診斷要求同時(shí)降低輻射劑量[4-5]。本研究旨在探討80 kVp條件下腎動(dòng)脈CTA檢查的可行性，并尋找顯示腎動(dòng)脈CTA最佳的迭代重建參數(shù)。

材料與方法

1.一般資料

回顧性搜集本院2016年1月-6月臨床懷疑泌尿系病變而行泌尿系CT增強(qiáng)檢查的40例患者的連續(xù)性病例資料，所有的患者的BMI均小于28 kg/m2。其中80 kVp組20例，男9例，女11例，年齡32～79歲，平均(59.90±13.71)歲，體質(zhì)量指數(shù)(body mass index，BMI)為16～26 kg/m2，平均(20.30±3.03) kg/m2。120 kVp組20例，男10例，女10例，年齡40～73歲，平均(55.70±10.60)歲， BMI為15～28 kg/m2，平均(20.05±4.51) kg/m2。

2.CT掃描方案

采用Siemens Somatom Definition AS+ 128層螺旋CT掃描儀。掃描參數(shù)：①80 kVp組：管電壓80 kVp，管電流500～600 mAs，準(zhǔn)直128×0.6 mm，0.5 s/r，螺距0.6；②120 kVp組：管電壓120 kVp，管電流200～250 mAs，其它參數(shù)同80 kVp組。采用Stellant Medrad雙筒高壓注射器推注非離子型對比劑碘伏醇(370 mg I/mL)80 mL，注射流率3.5 mL/s。注入對比劑后25～30 s開始行腎動(dòng)脈CTA檢查。

3.圖像處理

將所有原始數(shù)據(jù)傳至SyngoMMWP(Version 2008A)；Siemens Medical Solutions處理工作站進(jìn)行橫軸面重建，層厚1 mm，層間距1 mm。使用迭代重建(SAFIRE)算法，在主機(jī)上重建出120 kVp組1組和80 kVp組5組不同迭代重建強(qiáng)度(S1～S5)的迭代重建圖像用于客觀評(píng)價(jià)，利用多平面重組(multiple planar reformation，MPR)和最大密度投影(maximum intensity projection，MIP)技術(shù)對圖像進(jìn)行重組，獲得腎動(dòng)脈主干及其分支的二維及三維圖像用于主觀評(píng)價(jià)。

4.圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)

利用Siemens工作站“Viewing”軟件，調(diào)入S1、S2、S3、S4及S5五組圖像。CT值測量包括兩側(cè)腎動(dòng)脈、豎脊肌及空氣，并記算空氣CT值的標(biāo)準(zhǔn)差(standard deviation，SD)，定義空氣CT值的標(biāo)準(zhǔn)差為背景噪聲。然后計(jì)算出腎動(dòng)脈對比噪聲比(contrast-to-noise，CNR)和信噪比(signal-to-noise，SNR)，CNR=(CT腎動(dòng)脈-CT軟組織)/SD，SNR= CT腎動(dòng)脈/SD。

5.圖像質(zhì)量評(píng)估

由2名有經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)學(xué)影像科副主任醫(yī)師采用“5分法”對80 kVp最佳圖像組和120 kVp組進(jìn)行獨(dú)立閱片，≥3分認(rèn)為符合臨床診斷要求，包括整體圖像質(zhì)量評(píng)估及圖像細(xì)節(jié)評(píng)估。整體圖像質(zhì)量評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)：5分，優(yōu)，圖像質(zhì)量很好，血管內(nèi)很好對比對比劑增強(qiáng)，圖像噪聲小或無，無偽影，血管邊界非常清晰銳利；4分，良，圖像質(zhì)量好，血管內(nèi)較好對比增強(qiáng)，圖像噪聲低于平均，有或無偽影，血管邊界清晰；3分，中，圖像質(zhì)量較好，血管內(nèi)可接受或良好的對比增強(qiáng)，噪聲平均或低于平均，或存在噪聲，但不影響對血管觀察，血管邊界較清晰；2分，差，圖像質(zhì)量差，血管內(nèi)對比增強(qiáng)較低，噪聲高于或等于平均，或存在偽影，影響圖像的觀察，但可從背景中識(shí)別血管；1分，很差，圖像質(zhì)量很差，血管內(nèi)對比劑增強(qiáng)不滿意，嚴(yán)重影響圖像的觀察，不易從背景中識(shí)別血管。圖像細(xì)節(jié)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)：MPR和MIP圖像對腎動(dòng)脈分支的評(píng)分：1分，可識(shí)別腎動(dòng)脈主干；2分，可識(shí)別腎動(dòng)脈第1級(jí)分支；3分，可識(shí)別腎動(dòng)脈第2級(jí)分支；4分，可識(shí)別腎動(dòng)脈第3級(jí)分支；5分，可識(shí)別腎動(dòng)脈第4級(jí)分支。記錄雙能量CT設(shè)備上所示的容積CT劑量指數(shù)(volume CT dose index，CTDIvol)，并計(jì)算出每一個(gè)患者的體型特異性劑量評(píng)估(size specific dose estimate，SSDE)值[6]。

表1 80 kVp組和120 kVp組客觀評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)表

表2 80 kVp組和120 kVp組CNR及SNR

表3 80 kVp組和120 kVp組CT值及噪聲

6.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

結(jié) 果

1.輻射劑量

80 kVp組和120 kVp組的CTDIvol分別為(10.26±1.45) mGy和(14.95±2.79) mGy(t=6.660，P=0.000)，DLP分別為(241.70±71.82) mGy和(374.30±174.80) mGy(t=3.138，P=0.003)，ED分別為(3.63±1.08) mGy和(5.62±2.62) mGy(t=3.136，P=0.004)，SSDE分別為(16.33±2.36) mGy和(22.83±1.96) mGy(t=9.479，P=0.000)。

2.圖像質(zhì)量客觀評(píng)估

80 kVp組各組迭代重建強(qiáng)度圖像與120 kVp組的客觀評(píng)價(jià)：不同kVp條件下，6組重建圖像的雙側(cè)腎動(dòng)脈、軟組織、空氣CT值及空氣SD測量值見表1。6組圖像中腎動(dòng)脈CNR和SNR的客觀評(píng)價(jià)見表2。6組圖像中僅有空氣的CT值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，雙側(cè)腎動(dòng)脈的CT值、CNR、SNR及SD差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。80 kVp組腹主動(dòng)脈及雙側(cè)腎動(dòng)脈CT值均>500 HU，120 kVp組腹主動(dòng)脈及雙側(cè)腎動(dòng)脈CT值均>310 HU。

80 kVp組S4圖像與120 kVp組FBP圖像客觀評(píng)價(jià)比較：80 kVp組S4圖像與120 kVp組FBP圖像CT值客觀評(píng)價(jià)見表3。兩組圖像中，雙側(cè)腎動(dòng)脈CT值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。兩組空氣CT值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。80 kVp組S4圖像與120 kVp組FBP圖像CNR及SNR見表4，兩組圖像雙側(cè)腎動(dòng)脈CNR和SNR差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

3.圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)

兩位閱片者主觀評(píng)價(jià)：兩位影像科醫(yī)師對80 kVp組最佳圖像S4和120 kVp組圖像的盲法主觀評(píng)價(jià)結(jié)果見表5～6。圖像質(zhì)量整體評(píng)分：兩組腎動(dòng)脈CTA圖像質(zhì)量均能滿足診斷要求，圖像質(zhì)量主觀評(píng)分均≥3分。閱片者A對S4圖像質(zhì)量整體評(píng)估：3分3例，4分13例，5分4例；120 kVp組圖像質(zhì)量整體評(píng)估：4分14例，5分6例；兩組間主觀評(píng)分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=-1.348，P>0.05)。S4圖像病變診斷信心：3分1例，4分3例，5分16例；120 kVp組圖像診斷信心：4分9例，5分11例；兩組間主觀評(píng)分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=-1.508，P>0.05)。圖像質(zhì)量細(xì)節(jié)評(píng)估：S4圖像MPR顯示血管分支：4分16例，5分4例；120 kVp組MPR顯示血管分支：3分4例，4分11例，5分5例；兩組間主觀評(píng)分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=-0.721，P>0.05)。S4圖像MIP顯示血管分支：4分9例，5分11例；120 kVp組MIP顯示血管分支：4分11例，5分9例；兩組間主觀評(píng)分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=-0.624，P>0.05)。

表4 80 kVp組和120 kVp組CNR及SNR

表5 閱片者A對80 kVp組(S4)和120 kVp組(FBP)主觀評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)表

表6 閱片者B對80 kVp組(S4)和120 kVp組(FBP)主觀評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)表

閱片者B對S4圖像質(zhì)量整體評(píng)估：3分3例，4分14例，5分3例；120 kVp組圖像質(zhì)量整體評(píng)估：4分16例，5分4例；兩組間主觀評(píng)分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=-1.215，P>0.05)。S4圖像病變診斷信心：3分1例，4分4例，5分15例；120 kVp組圖像診斷信心：3分1例，4分6例，5分13例；兩組間主觀評(píng)分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=-0.642，P>0.05)。S4圖像質(zhì)量細(xì)節(jié)評(píng)估：MPR顯示血管分支：3分1例，4分13例，5分6例；MIP顯示血管分支：4分8例，5分12例。120 kVp組圖像質(zhì)量細(xì)節(jié)評(píng)估：MPR顯示血管分支：3分2例，4分11例，5分7例；MIP顯示血管分支：4分9例，5分11例；兩組間圖像質(zhì)量細(xì)節(jié)主觀評(píng)分差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

兩位閱片者主觀評(píng)價(jià)的一致性分析：用80 kVp組主觀評(píng)價(jià)最佳圖(S4)與120 kVp組圖對兩位閱片者主觀評(píng)價(jià)結(jié)果的一致性進(jìn)行分析，得到表7。閱片者對80 kVp組最佳圖S4在MPR顯示血管分支的一致性較低外，整體圖像質(zhì)量、診斷信心及MIP顯示血管分支的主觀評(píng)分表現(xiàn)出了較好的一致性。

表7 兩位閱片者對兩組主觀評(píng)價(jià)一致性

討 論

多排螺旋CT的CTA檢查技術(shù)具有高效、安全、方便等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于臨床進(jìn)行血管狹窄的篩選診斷。然而CTA在檢查過程中伴隨的輻射劑量存在著致癌風(fēng)險(xiǎn)，因此在掃描過程中降低CT的輻射劑量亟待解決。相關(guān)研究證明，迭代重建技術(shù)結(jié)合低管電壓在獲得高質(zhì)量圖像的同時(shí)能有效降低患者所受的輻射劑量[3,5,7]。

正弦圖確認(rèn)迭代重建(sinogram affirmed iterative reconstruction，SAFIRE)算法是一種基于原始數(shù)據(jù)的迭代重建算法，該算法直接應(yīng)用原始數(shù)據(jù)反復(fù)插入進(jìn)行迭代重建，目的是減少噪聲及維持圖像的清晰度，迭代次數(shù)從1到5，可以一步步增加，使圖像噪聲進(jìn)一步減低[3,8]。SAFIRE很早就被提出，但受當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)軟硬件的限制而未得到廣泛使用。近年來，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，軟件及硬件設(shè)施的發(fā)展，SAFIRE在頭頸部、胸部、腹部等領(lǐng)域都有研究進(jìn)展，與傳統(tǒng)的FBP重建圖像相比，SAFIRE圖像質(zhì)量得到改善[8-12]，因此利用該技術(shù)在保證圖像質(zhì)量的前提下可以減低輻射劑量。本研究在80 kVp條件下使用碘對比劑對腎血管進(jìn)行顯影，并利用迭代重建技術(shù)，可以明確顯示腎動(dòng)脈的正常或異常解剖結(jié)構(gòu)、主要分支血管的走行及腎臟與周圍組織器官的關(guān)系，還可提供清晰的血管斷面解剖和重建圖像。所得圖像與120 kVp掃描條件下圖像進(jìn)行對比，其圖像質(zhì)量清晰，具有較高的對比噪聲比及信噪比，能滿足臨床的診斷需求(圖1～2)。

圖1 男，72歲，80 kVp條件下聯(lián)合使用SAFIRE迭代重建(S4)所得的圖像，整體圖像質(zhì)量、腎動(dòng)脈主干及分支在MIP及MPR上滿足臨床診斷要求。a)橫軸面圖像；b)橫軸面MIP圖像；c)冠狀面MIP圖像。圖2 男，42歲，120 kVp條件下使用FBP重建所得的圖像，圖像的對比度低于80 kVp條件下所得圖像。a)橫軸面圖像；b)橫軸面MIP圖像；c)冠狀面MIP圖像。

之所以利用迭代重建強(qiáng)度為4的80 kVp組圖像與120 kVp組圖像作比較，主要是因?yàn)殡S著迭代次數(shù)的增多，圖像的噪聲確實(shí)降低，對比噪聲比和信噪比均增高，然而，圖像的"蠟樣"偽影逐漸加重[3，8]，觀察血管選擇強(qiáng)度次數(shù)為4比較合適。在低kVp條件下，器官或者組織的CT值會(huì)發(fā)生變化，圖像的對比度增加，同時(shí)噪聲也會(huì)增加。因此，在80 kVp條件下，對于增強(qiáng)后的實(shí)質(zhì)器官及血管的CT值發(fā)生了明顯變化，CT值顯著增高，圖像的對比度也增高，在利用迭代重建技術(shù)的情況下，圖像的噪聲減低，所以圖像的CNR和SNR增高，提高了圖像質(zhì)量。另外，在本研究中，80 kVp條件下聯(lián)合使用迭代重建技術(shù)，提高了病變與正常組織之間的對比度，有利于對病變的檢出與診斷。

CT檢查越多，患者接受輻射劑量就越大，意味著患者患癌的風(fēng)險(xiǎn)增加[1]。然而對于一些需要多期掃描和復(fù)查的患者來說，在保證圖像質(zhì)量的前提下要降低輻射劑量，這對患者來說很有必要；另外，患者接受的輻射劑量與管電壓成指數(shù)關(guān)系，與管電流呈線性關(guān)系，本研究保證好的圖像質(zhì)量的情況下盡量地使患者接受更少的輻射劑量；但是由于腹部的前后徑及左右徑較大，為了得到能滿足臨床診斷要求的圖像，筆者提高了管電流，得到了滿足臨床診斷要求的圖像的同時(shí)降低了輻射劑量。

本研究樣本量較少，應(yīng)進(jìn)一步搜集更多受試者進(jìn)行資料擴(kuò)充。另外，在以后的研究中，筆者將對不同BMI的患者制定個(gè)性化掃描方案及重建參數(shù)的選擇。

綜上所述，正常體型受檢者在見接受腎動(dòng)脈CTA檢查時(shí)，可使用80 kVP管電壓結(jié)合迭代重建技術(shù)的條件進(jìn)行照射，降低了圖像的噪聲，可獲得滿意的圖像質(zhì)量并且降低了輻射劑量。在80 kVp條件下，腎動(dòng)脈CTA的圖像重建中，筆者推薦使用SAFIRE-4為重建迭代強(qiáng)度。

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