低管電壓與低濃度對比劑聯合迭代重建技術在主動脈CT血管成像中的應用

侯 凱，周國鋒，陸秀良，曾蒙蘇，顧君英

復旦大學附屬中山醫院放射科，上海市影像醫學研究所，復旦大學上海醫學院影像學系，上海 200032

主動脈CT血管成像(computed tomography angiography，CTA)是診斷主動脈及其重要分支血管病變的主要影像學工具，具有無創、便捷的優勢，尤其對主動脈夾層和主動脈瘤的術前術后評估具有較高的臨床價值[1-2]。但CTA檢查中患者必須接受較高的輻射劑量，且面臨碘對比劑應用所致的一系列不良反應。在保證圖像質量的前提下，如何解決上述問題成為目前研究的熱點。近年來，以低輻射劑量及低濃度對比劑為特點的“雙低”成像模式逐漸被應用于CTA掃描，取得了初步成效[3-4]。因此，本研究探討低濃度對比劑(300 mgI/mL)、低管電壓(80 kVp)結合迭代重建算法(AIDR 3D)行320排CT胸腹主動脈成像的可行性，為其后續臨床應用提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料 2017年1月至6月本院行胸腹主動脈 CTA檢查的患者80例，避免過度肥胖患者，80例患者體質量均在80 kg以下。采用隨機分組的方法將 80例患者分為常規模式組與雙低模式組，每組各 40 例。排除孕婦、哺乳期婦女及對碘對比劑過敏、嚴重肝腎功能不全、心功能不全患者。本研究通過醫院倫理委員會審核批準，所有患者檢查前均知情同意并簽署知情同意書。

1.2 設備儀器及掃描參數 采用Toshiba Aquilion One 320排動態容積CT掃描機同時聯合美高雙筒高壓注射器經肘正中靜脈團注對比劑(370 mgI/mL和300 mgI/mL)。掃描范圍自胸廓上口至恥骨聯合下緣，采用對比劑智能自動追蹤技術，監測層面選取氣管隆突下方1 cm水平處的主動脈降段，選擇層面 CT 閾值達到 150 HU 延遲3 s屏氣后掃描。

常規模式組參數:管電壓 120 kVp，管電流為自動毫安(70～300 mAs)，準直器寬度64×0.5 mm，X 線管轉速0.5 s/周，螺距0.8，層厚5 mm。對比劑濃度 370 mgI/mL、注射流率 4.0 mL/s、用量1 mL/kg，對比劑注射后以流率4.0 mL/s注入30 mL生理鹽水。雙低模式組參數:采用超低管電壓80 kVp，其他掃描參數同常規模式組。對比劑濃度 300 mgI/mL，注射方案同常規模式組。兩組掃描數據均采用AIDR 3D迭代算法重建。

1.3 圖像質量分析 利用工作站自帶軟件測量CT圖像中的升主動脈、降主動脈、腹主動脈、髂總動脈和股動脈的CT值、噪聲SD值，并計算管腔內的信噪比(SNR)。計算公式：SNR=血管平均CT值/SD值。要求不同患者相同節段測量點盡量保持一致。按照5分法主觀評價圖像質量，5 分:主動脈充盈佳，管壁光滑，四級以上分支顯示好；4分：主動脈充盈佳，管壁光滑，三級以上分支顯示良好；3分：主動脈充盈尚可，管壁不光滑，二級以上分支顯示尚可；2分：主動脈充盈不佳，只顯示一級分支，不能滿足診斷；1分：主動脈充盈差，分支未顯示；0分：動脈未顯示。其中3～5分判定為可診斷圖像，0～2分判定為無法診斷圖像。由2名副高級以上職稱的放射科醫師對5個動脈段圖像質量采用雙盲法評價，評分不一致時由2人共同閱片達成一致意見。

1.4 輻射劑量評估 掃描結束后計算患者接受的輻射劑量，1次完整的 CT 檢查者所接受的輻射劑量(DLP)。有效劑量(effective dose，ED; mSv)= DLP×k，轉換系數k=0.014 mSv/(mGy·cm)。

1.5 統計學處理 采用SPSS 19.0軟件，對兩組患者年齡、BMI、有效輻射劑量、平均 CT 值及SNR 進行兩組獨立樣本t檢驗，兩名醫師對5個動脈段圖像質量評分進行χ2檢驗。檢驗水準(α)為0.05。

2 結 果

2.1 患者診斷結果及基線資料對比 兩組患者均順利完成檢查，無藥物不良反應，掃描數據均可滿足診斷要求。常規模式組與雙低模式組患者年齡[(60.1±9.3)歲vs(61.2±10.1)歲]、性別(男/女：19/21vs23/17)及BMI[(23.7±2.7) kg/m2vs(24.4±3.7) kg/m2]差異無統計學意義，具有可比性。兩組CTA影像均達到診斷標準，具體影像診斷結果見表1。

表1 2組患者主動脈CTA檢查影像診斷結果

2.2 圖像質量的主觀評價 結果(圖1、圖2)表明：常規模式組40例共顯示升主動脈、降主動脈、腹主動脈、髂總動脈和股動脈節段196個，4個節段因為巨大腹主動脈瘤對比劑未到達髂動脈及股動脈，掃描已經完成。在顯示的節段中評為5分135個，4分51個，3分5個，<3分5個。3～5分可診斷節段共有191個，占95.5%(191/200)。雙低模式組40例共顯示升主動脈、降主動脈、腹主動脈、髂總動脈和股動脈節段198個。2個節段因為巨大腹主動脈瘤對比劑未到達髂動脈及股動脈，掃描已經完成。在顯示的節段中評為5分137個，4分53個，3分3個，<3分5個。3～5分可診斷節段共有193個，占96.5%(193/200)。2組可診斷的節段差異無統計學意義(χ2=0.26，P=0.61)，2名資深醫生評分一致性好(Kappa=0.61)。

圖1 典型患者常規模式下主動脈CTA影像

患者男, 55歲,B型主動脈夾層，管電壓120 kVp，對比劑370 mgI/mL.A:VR圖像示主動脈主干及其分支顯示清晰.B:紅色圓圈標記處的升主動脈CT值為432 HU,SD值為11 HU；降主動脈CT值為423 HU,SD值為12.6 HU.C:紅色圓圈標記處的腹主動脈CT值為394.6 HU,SD值為18.7 HU；髂總動脈CT值為395.7 HU,SD值為10.0 HU；股總動脈CT值為383.6 HU,SD值為10.7 HU

圖2 典型患者雙低模式下主動脈CTA影像

患者男, 59歲,B型主動脈夾層，管電壓80 kVp，對比劑300 mgI/mL.A:VR圖像示主動脈主干及其分支顯示清晰.B:紅色圓圈標記處的升主動脈CT值為529 HU,SD值為16 HU；降主動脈CT值為453 HU,SD值為18.9 HU.C:紅色圓圈標記處的腹主動脈CT值為515.6 HU,SD值為12.2 HU；髂總動脈CT值為501.9 HU,SD值為14.9 HU；股動脈CT值為528.3 HU,SD值為20.6 HU

2.3 圖像質量的客觀評價 結果(表2)表明：雙低模式組主動脈管腔內5個節段CT值明顯高于常規模式組，差異有統計學意義(P<0.05)。兩組圖像均應用迭代重建算法，當管電壓由120 kVp降至80 kVp時，迭代算法的降噪聲作用和提高SNR作用會更加明顯。雙低模式組主動脈管腔內各個節段SNR均大于常規模式組，兩組除股動脈節段SNR差異無統計學意義外，其余4個節段差異均有統計學意義(P<0.05)。

表2 各組患者主動脈CTA管腔內各個節段CT值、SD值及SNR的比較

2.4 輻射劑量的比較 結果(表3)表明：常規模式組DLP均值為(336.64±78.44) mGy·cm，ED為(4.71±1.10) mSv；雙低模式組DLP均值為(149.70±45.05) mGy·cm，ED為(2.10±0.63) mSv。雙低模式組較常規模式組有效輻射劑量降低55%，差異有統計學意義(P<0.05)。常規模式組患者平均有效碘量為27.75 g，雙低模式組患者平均有效碘量為22.50 g，雙低模式組較常規模式組有效碘量降低18.92%。

3 討 論

隨著CTA檢查的普遍推廣，主動脈CTA以其無創的檢查手段成為診斷胸腹主動脈病變首選的影像學方法。臨床上為了獲得較高的圖像質量，常規使用120 kVp管電壓和370 mgI/mL對比劑。高千伏管電壓和高濃度對比劑存在放射輻射和對比劑腎病雙重風險。因此，采用降低管電壓和降低對比劑濃度的方式來減少輻射和對比劑腎病的風險成為目前研究的熱點。

臨床上降低CTA檢查患者的輻射劑量方法有多種，除了降低管電壓，還有降低管電流和運用迭代重建算法等。但降低管電壓是一種最為簡單、有效的方法。這是因為輻射劑量與管電壓的平方成正比，且與120 kVp比較，80 kVp時X線束中的平均光子能量更接近碘的吸收閾值(33.2 keV)，提高了對比劑和組織的CT值和兩者間的對比度[5]。但CT值過高同時會產生硬化效應，不利于斑塊性質的分析，此時即可通過采用低濃度對比劑的方式解決此問題。

采用低濃度對比劑，降低患者碘攝取的總量，可以降低造影劑腎病發生的幾率[6]。本研究中試驗組使用低濃度(300 mgI/mL)的對比劑，兩組患者檢查時注射對比劑的總量相近，但換算碘攝入總量試驗組明顯較對照組少，試驗組在保證圖像質量的同時減少了對比劑腎病的發生率，減少了患者因對比劑濃度過高發生不良反應的可能性。并且，低濃度對比劑攝入的試驗組患者 CT值均在 350～500 HU。 CT 值過低則降低組織的對比及病灶的顯示，CT值過高則影響對鈣化等病變的鑒別，同時會增加硬化效應。本研究中試驗組主動脈5個節段管腔內 CT 值明顯高于對照組，差異有統計學意義(P<0.05)，圖像質量完全可以滿足診斷要求。

本研究中試驗組采用300 mgI/mL低濃度對比劑結合80 kVp的管電壓卻能產生比對照組370 mgI/mL高濃度對比劑結合120 kVp管電壓更高的 CT 值，與Wintermark等[7]的研究相符。但試驗組圖像在常規濾波反投影(FBP)算法下的噪聲卻大幅增加，影響了對圖像細節的診斷。因此，在降低管電壓的同時如何降低圖像噪聲顯得尤為關鍵。本研究中試驗組使用80 kVp、SURE Exposure 3D技術掃描后采用AIDR 3D 迭代算法重建。AIDR 3D是320排CT配置的高級迭代重建算法，其原理是通過分析CT采集信號的物理特性得到統計學模型，利用該模型在投射空間來識別電子和量子噪聲，并進行去除。得到的原始數據在圖像重建空間再根據解剖模型進行反復對照，通過迭代計算法去除噪聲并加強組織結構的顯示。因此，AIDR 3D迭代重建算法替代FBP算法完成圖像重建，在保證圖像質量的前提下大幅降低了患者的有效輻射劑量、有效抑制噪聲，提高圖像的SNR[8-9]。本研究結果顯示，試驗組與對照組主動脈 CTA 圖像質量主觀評價差異均無統計學意義。試驗組主動脈管腔內各個節段SNR均大于對照組，兩組除股動脈節段SNR差異無統計學意義，其余4個節段差異都有統計學意義(P<0.05)。關于股動脈節段SNR試驗組與對照組差異無統計學意義，筆者認為股動脈節段的體層較胸腹部較薄，80 kVp與120 kVp的管電壓在此處衰減差異較小，即對SNR的差異影響較小。兩組圖像質量完全可以滿足診斷要求。并且，對照組患者接受輻射劑量為4.71 mSv，試驗組患者接受輻射劑量為2.10 mSv，試驗組患者有效降低了55%的輻射劑量，大幅降低了輻射的危害。

綜上所述，應用300 mgI/mL對比劑、80 kVp管電壓結合AIDR 3D迭代重建行320排主動脈CTA成像，圖像質量能滿足臨床診斷要求，且有效地降低了輻射劑量，值得臨床推廣使用。