256層螺旋CT低輻射劑量掃描聯合迭代重建技術診斷肺動脈栓塞臨床價值研究*

董 燕，楊 勇，楊軍樂，寧文德，董季平，劉 潤△，張軍儉，寧文鋒

1.西安交通大學附屬西安市中心醫院放射科(西安 710003)，2.西安市中醫醫院放射科(西安 710021)

肺動脈栓塞(Pulmonary embolism,PE)在臨床是急危重癥之一，可合并內、外、婦科等許多疾病，且病死率高，是最常見的致死原因之一[1]。因此，提高肺動脈栓塞的診療水平是臨床極為迫切的問題。近幾年來，多層螺旋CT(Multislice spiral computed tomography， MSCT)作為一種無創性檢查，具有掃描速度快、層厚薄及覆蓋廣、高分辨率及對細微病變檢出的高敏感性，廣泛用于全身各個系統疾病的檢出和評價。目前，CT肺動脈血管成像(CT pulmonary angiography，CTPA)已經成為肺動脈栓塞影像診斷的首選方法[2]。但與此同時，因電離輻射導致的危害日益備受關注。既往曾采用降低管電壓或管電流方法降低輻射劑量，但圖像質量不能保證，對最終診斷造成影響。256層螺旋CTiDose圖像迭代重建技術的推出，可在減低輻射劑量的同時明顯優化圖像質量，降低噪聲[3]。本文分別采用常規劑量濾波反投影法(Filtered back projection，FBP)技術和低劑量迭代重建技術對肺動脈栓塞患者行肺動脈CTPA檢查，對比評估兩種技術對肺動脈檢查的圖像質量、噪聲和輻射劑量的影響，探討低輻射劑量聯合iDose迭代重建技術在肺動脈栓塞(CTPA)檢查的可行性以及臨床應用價值。

資料與方法

1 一般資料 選取2013年1月至2016年9月在我院行CTPA檢查的最終確診肺動脈栓塞患者108例，其中男65例，女例43例，年齡15～79歲，平均52．2歲，體質指數(BMI)在20～26.6kg/m2，平均24.7kg/m2。隨機分為常規輻射劑量(120kV)組和低輻射劑量(100kV)組。常規輻射劑量組(A組)采用濾波反投影(FBP)重建，低輻射劑量組分為FBP重建組(B組)及iDose迭代重建算法重建組(C組)，iDose值定義為4。A、B、C三組分別納入36例。所有患者掃描前均簽署對比劑不良反應知情同意書。

2 檢查方法 采用飛利浦256層螺旋CT掃描儀(Philips，iCT)行肺動脈CT增強掃描。患者取仰臥位，頭先進，雙臂上舉，掃描范圍：胸廓入口至肋膈角水平。掃描參數：A組管電壓120 kV，B、C組管電壓100kV，自動管電流調控，探測器準直128×0．625 mm，螺距0．993，層厚0.9 mm，旋轉時間0.5 s。經肘靜脈團注非離子型碘對比劑(350 mgI/ml)25～35 ml，注射速度4.5～5.0 ml/s，注射完成后以相應速率追加注射20 ml生理鹽水。采用自動監測掃描，掃描觸發監測點設為上腔靜脈，觸發閾值110Hu，觸發后4.5 s掃描，掃描范圍28～36 cm。

3 圖像后處理 應用CT主機對肺動脈的圖像進行重建，對每例行多平面重組(Multi-planar reformation，MRP)、最大密度投影(Maximum intensity projection，MIP)、容積成像(Volume rendering，VR)等后處理手段獲得肺動脈主干及其分支的二、三維圖像，觀察肺動脈栓塞的部位、數量及栓子的大小、形態、密度及邊緣情況。常規輻射劑量組(A組)采用濾波反投影(FBP)重建，低輻射劑量組中B組采用FBP重建，C組采用iDose迭代重建算法重建，重建矩陣256×256，重建層厚0.45 mm，層間距0.45 mm。將所有重建圖像傳至Philips后處理工作站(EBW)進行圖像客觀及主觀分析。

4 圖像數據的處理分析和評價

4.1 圖像質量的主觀評價: 將各組圖像在隱藏患者掃描參數的情況下，由2位經驗豐富的放射影像科副主任醫師采用盲法閱片，閱片時使用相同范圍窗寬、窗位，分別觀察軸位、MPR、MIP、VR圖像及細節顯示，按照5分法分別對兩組圖像質量進行評價，標準如下：5分:圖像質量很好，肺動脈主干及亞段級肺動脈顯示清晰，診斷可信度很強；4分:圖像質量較好，肺動脈主干及亞段級肺動脈顯示較好，適用于診斷；3分:圖像質量一般，肺動脈級亞段級肺動脈顯示一般，可用于診斷；2分:圖像質量較差，肺動脈級亞段級肺動脈顯示較差，不能用于診斷；1分:圖像質量很差，噪聲多，肺動脈級亞段級肺動脈顯示差，不能用于診斷。評分≥3分為適于診斷的要求，<3分則為不適于診斷的要求。

4.2 圖像噪聲的客觀評價: 分別在縱膈窗測量肺動脈分叉平面肺動脈、斜方肌、前胸壁脂肪層的中央均勻區域的CT均值及其標準差(SD)，測量時同時避開栓子形成區，ROI面積為100～110mm2，計算信噪比(SNR)及對比噪聲比(CNR)。比較 SD 值，SD 值越小，說明圖像噪聲越低，圖像的質量越好，偽影越少[4]，計算公式(1)、(2)如下：

(1)：SNR=SI肺動脈/背景噪聲

(2)：CNR=(SI肺動脈-SI斜方肌)/背景噪聲

其中SI肺動脈為肺動脈CT值均值；SI斜方肌為任一側斜方肌CT值均值。背景噪聲為前胸壁脂肪層CT值標準差(SD)的平均值[5]。

4.3 輻射劑量評估:記錄由CT機顯示的受檢者X線劑量參數，包括劑量長度乘積(Dose-length product，DLP)和容積CT劑量指數(CT dose index of volume，CDTIvol)。 計算有效輻射劑量(ED)，公式(3)如下表示:

(3)：ED=DLP×k

其中k代表不同部位轉換系數，胸部掃描時k=0.014mSv/(mGy·cm)[6]。

5 統計學方法 采用SPSS17.0統計學軟件分析。組間主觀評分比較采用非參數Mann-Whitney U檢驗。CT值、CNR、SNR采用配對樣本t檢驗，通過單因素方差分析比較三組的ED、DLP，P<0.05為差異有統計學意義。

結 果

1 主觀分析結果 本研究中三組肺動脈CTPA圖像質量均能夠滿足診斷需求(圖1 ①-⑥)，圖像質量主觀評分均≥3分。常規輻射劑量A組與低輻射劑量B、C組比較，B組總體圖像質量評分稍低，C組總體圖像質量與A組比較，差異均無統計學意義(P>0.05)，見表1。

2 噪聲客觀評價分析 三組比較肺動脈、斜方肌及前胸壁脂肪CT值、SNR及CNR，除A、C組差異無統計學意義外(P>0．05)，A、B兩組及B、C兩組比較差異均有統計學意義(P<0．05)。不同輻射劑量A、B兩組比較，輻射劑量小，圖像噪聲相對增高，SNR及CNR減小(P<0.05)；相同輻射劑量B、C兩組，C組圖像噪聲顯著降低(P<0.05)，而SNR及CNR均顯著升高(P<0.05)，即同樣輻射劑量下，應用iDose迭代重建組圖像質量均優于FBP組，見表2。

3 輻射劑量比較 三組各36例患者資料的年齡、性別 、BMI 等數據比較差異無統計學意義(P>0.05)。以有效劑量(Effective dose，ED)評價放射劑量，B、C兩組CTDIvol、DLP、ED均比A組減低，其中ED比A組減低分別約18.0%、19.67%，差異有統計學意義(P<0.05)，見表3。

表1 各組圖像質量主觀評價

表2 各組圖像質量客觀評價指標

注:與A組比較，*P<0.05；與B組比較，#P<0.05

表3 各組輻射劑量比較(k=0.014mSv)

討 論

肺動脈栓塞(PE)是內、外源性栓子阻塞肺動脈的主干及分支,從而導致一系列的肺循環功能障礙的臨床癥狀，是臨床上常見的心血管急重癥之一，可合并內、外、婦科等許多疾病，病死率極高。及時、準確地做出診斷對指導臨床治療至關重要。但迄今為止，對該病仍存在認識不足，漏診、誤診多。因此，提高肺動脈栓塞的診療水平是臨床極為迫切的問題[7]。近幾年來，CT作為一種無創性檢查，具有高分辨率及對細微病變檢出的高敏感性，廣泛用于全身各個系統疾病的檢出和評價。目前，CT肺動脈成像(CTPA)以其無創、操作簡便快速以及診斷準確度高等優點已經成為肺動脈栓塞診斷的一線影像學檢查方法。但隨著多層螺旋CT(Multislice computed tomography)的飛速發展，CT在臨床運用的廣度和深度達到了前所未有的高度。據文獻報道，美國每年CT檢查數量超過6千萬次，在我國檢查人群亦有大幅度的增加和擴展，與此同時，因電離輻射導致的危害，如腫瘤和遺傳效應等也日益備受關注。低劑量對肺動脈成像而言，常規CTPA輻射劑量偏高，患者在治療過程中需要反復多次復查。在肺動脈栓塞的診斷中，進行多層螺旋CT檢查，使用低劑量對比劑，所獲得的橫斷面圖像及三維重建圖像完全能夠滿足診斷要求，肺動脈顯示較好，而肺靜脈基本不顯示或者顯影很淡，有利于肺動脈和肺靜脈的區分[8]。在美國，低劑量CT掃描已經廣泛應用于肺癌的篩查[9]，那么在肺栓塞患者肺動脈CTPA檢查及復查過程中，如何在保證圖像質量的前提下盡可能降低受檢者輻射劑量，成為臨床研究和CT設備研發的重要課題之一[10]。

①、②：患男，54歲，BMI為25.1，120kV，采用濾波反投影(FBP)重建，軸位及CPR圖像;③、④：患男,69歲，BMI為24.3，100kV，采用濾波反投影(FBP)重建，軸位及MPR圖像;⑤、⑥：患女，64歲，BMI為23.0，100kV，采用iDose4迭代重建算法重建，工作站行VR及CPR重建圖像

圖1 三組肺動脈CTPA圖像

CT檢查過程中，X線輻射劑量主要由球管電壓和管電流所決定[11]，既往臨床上降低輻射劑量的方法，主要通過降低管電流、增加螺距、降低管電壓等[9]。患者所接受的輻射劑量與管電壓的平方呈正比，適當降低管電壓可大幅度降低CT輻射劑量，在一定范圍內，管電壓的降低，不僅可以增加中心血管的增強顯示，還可以增加外周血管的增強顯示，從而提高周圍血管小栓子的顯示，提高影像質量。同時由于管電壓的降低增加了X線與被檢體作用的光電效應，使得不同密度組織尤其是高原子序數組織間的吸收差別增大，可增加對比度，提高圖像的CT值；同時降低管電壓使X線穿透作用減弱，使到達探測器的X線光子數減少，導致重組圖像的SNR、CNR升高[11]。以往低輻射劑量掃描，在心血管系統已經取得一定研究成果[12]，本研究結果顯示，在肺動脈栓塞患者中，其他掃描參數一定的條件下，與A組120kV管電壓組比較，B、C兩組100kV管電壓組的有效輻射劑量(ED)降低18%～19.6%；而與A組相比，采用同樣重建技術的B組圖像噪聲(SD)增加35.5%。所以，單純降低掃描條件會增加圖像噪聲，降低圖像質量，從而降低了診斷的可靠性。那么，如何實現在低劑量檢查的同時，提高或不降低圖像質量，是臨床的重要需求和近年來CT研究的熱點[13]。

因此，很多學者致力于CT圖像重建算法的革新，適度減低輻射劑量的同時也提高CT分辨率。Katsevich[14]提出的精確濾波反投影(Filtered back projection，FBP)方程式，即以快速容積采集重建圖像，顯著提高長軸方向分辨率，然而卻無法避免噪聲干擾，尤其是低劑量情況下，因此要達到低劑量掃描就不能保證圖像質量，對最終診斷造成影響。256層螺旋CT iDose圖像迭代重建技術的推出，它采用了雙模型迭代重建——解剖模型和噪聲模型[15]：不僅噪聲模型可以將濾波反投影法難以處置的噪聲進行數學建模和處理；同時解剖模型還可保證快速運算的實施，是確保解剖細節信息的基礎。因此可以很好地處理電子噪聲或是其它物理因素所導致的圖像偽影，明顯降低圖像噪聲，能實現低劑量掃描條件下的圖像重建，并能保證優秀的圖像質量[16-17]。因此在對于某些疾病的診斷中采用iDose技術，掃描時適度調節及減低輻射劑量，通過計算重建圖像，就可以實現圖像質量滿足診斷要求的前提下顯著降低輻射劑量[4]。

本研究中，分為常規劑量組及低劑量組，常規劑量組采用常規FBP算法重建，低劑量組分為兩組，分別以FBP算法及iDose迭代重建算法重建，結果表明，三組圖像無明顯統計學差異，低劑量組FBP算法組在圖像主觀評價中，圖像質量稍遜于常規輻射劑量組，而應用迭代重建算法重建圖像與常規劑量FBP算法組無明顯差異，圖像均可滿足診斷需要。說明在降低了掃描條件之后，同樣FBP重建圖像質量略有下降，但iDose迭代重建算法重建圖像質量無明顯下降。從表1顯示，2名閱片醫師認為病變圖像顯示佳，肺動脈主干及亞段級肺動脈顯示清晰，栓子清晰可辨，對于三組圖像在病變顯示上的評價均≥3分，可以認為：應用低輻射劑量且合并 iDose迭代重建技術并未降低病灶的檢出能力。據文獻報道，在相同的掃描條件下應用迭代重建技術可以有效提高冠狀動脈CTA圖像質量，本研究也得到了相似的結果。客觀評價來看，A、C兩組無明顯統計學差異，同樣在FBP重建情況下，低輻射劑量組圖像SNR及CNR減小。而同樣輻射劑量下，迭代重建組噪聲減低，SNR及CNR增高，即相同低輻射劑量下，應用迭代重建技術重建組圖像質量優于FBP重建組。因此，實現了降低管電壓的同時，采用iDose迭代重建技術重建，同樣可以得出質量較高較清晰的圖像。

本研究的局限性有以下幾個方面：僅降低管電壓，未研究低管電壓聯合管電流調控對圖像質量的影響；另外，管電壓的設定還應考慮患者個體情況尤其體質量指數(BMI)[9]，對于BMI過高患者，降低管電壓直接影響圖像質量。本研究三組個體BMI均位于20～26.6kg/m2之間，對于>26.6kg/m2或<20kg/m2未納入；另外未考慮心輸出量因素對肺動脈顯影的影響[18]；未考慮對比劑的流速、流量對本實驗的影響；本研究為初步研究，樣本量偏少，需要擴大樣本進一步的研究。

綜上所述，低輻射劑量聯合iDose迭代重建技術進行肺栓塞患者肺動脈CTPA初步診斷及復查，可以獲得滿足臨床診斷需要的圖像，并顯著降低被檢查者的輻射劑量，此方法具有重要的臨床應用價值。

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