不同比例多模型迭代重建對“三低”CT門靜脈成像圖像質量的影響

目前MSCT血管成像的臨床應用日益廣泛， CT門靜脈血管成像(CT portal venography， CTPV)仍屬其中的難點和熱點。臨床通常采用增加對比劑濃度、應用重建新技術及使用能譜單能量成像等方法來達到較好的門靜脈成像效果[1-2]，但隨之而來的是對比劑腎病等一系列不良反應。如何在低對比劑用量、低輻射劑量的前提下獲得較好的門靜脈成像，是目前臨床研究的重點。采用低管電壓可提高血管強化程度和圖像質量[3]，但會增加圖像噪聲；低輻射劑量掃描時，圖像噪聲亦會顯著增加[4]。多模型迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction veo， ASIR-V)采用更先進的重建模型，可大幅度降低圖像噪聲、提高圖像質量[5]，已用于臨床[6-7]。本研究比較不同比例ASIR-V對“三低”(低對比劑用量、低輻射劑量、低管電壓)CTPV圖像質量的影響。

1 資料與方法

1.1一般資料 收集2017年10月—2017年12月擬于陜西中醫藥大學附屬醫院接受上腹部增強掃描的患者。納入標準：年齡≥18歲，臨床需行上腹部增強檢查，自愿參與本研究。排除標準：碘對比劑過敏，肝、腎功能異常，門靜脈血管病變，呼吸配合不佳影響門靜脈血管顯示。最終納入80例，隨機分為A組(n=40)和B組(n=40)，A組，男16例，女24例，年齡30～64歲，平均(53.0±9.6)歲；B組，男22例，女18例，年齡35～69歲，平均(57.5±15.2)歲。本研究經陜西中醫藥大學附屬醫院倫理委員會批準，患者均簽署知情同意書。

1.2儀器與方法 采用GE Revolution CT掃描儀。A組采用常規掃描方案，前置ASIR-V為0，管電壓120 kV，對比劑用量450 mgI/kg體質量；B組采用“三低”掃描方案，前置ASIR-V為40%，管電壓100 kV，對比劑用量350 mgI/kg體質量；2組其他掃描參數保持一致，噪聲指數設定為10，自動管電流技術，螺距0.992∶1，轉速0.5 s/rot，探測器寬度80 mm，掃描層厚5 mm，層間距5 mm，掃描范圍自膈肌上方1 cm至髂嵴上緣水平。對比劑采用優維顯(370 mgI/ml)，注射時間30 s，對比劑流率根據對比劑總量和注射總時間計算獲得(流率=對比劑總量/30)。增強掃描采用閾值觸發技術，將ROI放置于腹主動脈管腔內，CT值達到閾值200 HU時觸發動脈期掃描，動脈期掃描結束后延遲30、120 s行門靜脈期和延遲期掃描。

表1 A組與B組一般資料比較(±s，n=40)

表1 A組與B組一般資料比較(±s，n=40)

組別男/女(例)年齡(歲)身高(cm)體質量(kg)體質量指數(kg/m2)A組16/2453.0±9.6162.80±10.5459.00±6.4522.19±1.90 B組22/1857.5±15.2165.60±6.4061.33±10.4822.24±2.78 t/χ2值1.805-1.639-1.458-1.249-0.094P值0.1790.1050.1500.2150.925

表2 A組與B組輻射劑量及對比劑碘攝入量比較(±s，n=40)

表2 A組與B組輻射劑量及對比劑碘攝入量比較(±s，n=40)

組別CTDIvol(mGy)DLP(mGy·cm)ED(mSv)碘攝入量(g)A組13.08±2.10366.99±78.275.50±1.1726.55±2.91 B組5.88±1.24160.35±40.492.41±0.6121.47±3.67 t值18.94315.00715.0077.112P值<0.001<0.001<0.001<0.001

1.3圖像重建 A組采用濾波反投影法(filtered back projection， FBP)重建(1種圖像)，重建層厚1.25 mm；B組首先采用FBP重建(1種圖像)，再采用ASIR-V重建，權重分別為10%～100%(間隔10%，10種圖像)，重建層厚1.25 mm。12種重建圖像窗寬均為350 HU，窗位為 40 HU。

1.4圖像評價

1.4.1客觀評價 采用AW 4.6工作站，于軸位薄層圖像上，在門靜脈主干、門靜脈左支、門靜脈右支、肝臟及同層面豎脊肌分別放置3個ROI，門靜脈測量ROI放置于管腔中央并約占管腔面積的2/3，肝臟ROI放置應避開血管區域，記錄ROI的CT值和標準差(standard deviation， SD)，取3個ROI值的平均值。分別計算門靜脈主干、門靜脈左支、門靜脈右支的SNR和CNR，SNR=CT值/SD值，CNR=(門靜脈CT值-肝臟CT值)/豎脊肌SD值。

1.4.2主觀評價 由2名具有5年或以上工作經驗的影像科醫師，參考歐洲放射指南推薦的CT圖像質量相關評分標準[8]，采用5分法以盲法對圖像質量進行評分：5分，圖像質量好，血管對比度和分支顯示好，無明顯噪聲，完全滿足臨床診斷需要；4分，圖像質量較好，血管對比度和分支顯示較好，輕度噪聲，可以滿足臨床診斷需要；3分，圖像質量中等，血管對比度和分支顯示一般，中等程度噪聲，基本滿足臨床診斷需要；2分，圖像質量較差，血管對比度和分支顯示不清，存在明顯噪聲，影響臨床疾病診斷；1分，圖像質量很差，血管分支無法顯示，存在嚴重圖像噪聲，完全不能用于臨床診斷。3分及以上可用于臨床診斷，2分及以下無法滿足臨床診斷。

1.5輻射劑量和碘攝入量 分別記錄A組和B組CT容積劑量指數(volumetric CT dose index, CTDIvol)、劑量長度乘積(dose length product, DLP)，并計算有效輻射劑量(effective dose, ED)，ED=DLP×k，k為腹部輻射劑量換算因子，k=0.015 mSv/(mGy·cm)。根據患者體質量和對比劑濃度計算碘攝入量，碘攝入量(g)=體質量(kg)×對比劑濃度(mgI/kg)×0.001。

1.6統計學分析 采用SPSS 19.0統計分析軟件。計量資料用±s表示。以獨立樣本t檢驗比較2組患者一般資料、輻射劑量及碘攝入量；以χ2檢驗比較2組間性別差異；以單因素方差分析比較多組圖像間CT值、SD值、SNR和CNR，兩兩比較采用LSD-t檢驗。多組圖像間主觀評分間比較采用Kruskal-WallisH檢驗，2名醫師間評分的一致性采用Kappa檢驗(Kappa值≥0.75為一致性好，0.4

2 結果

A組與B組患者性別、年齡、身高、體質量、體質量指數差異均無統計學意義(P均>0.05，表1)。B組CTDIvol、DLP、ED及對比劑碘攝入量均低于A組(P均<0.001，表2)，ED和碘攝入量較A組分別降低55.47%和19.30%。

2.1圖像質量客觀評價 不同重建算法圖像的門靜脈主干、門靜脈左支、門靜脈右支CT值間差異無統計學意義(P均>0.05，表3)，SD、SNR和CNR差異均有統計學意義(P均<0.001，表3、4)。B組圖像SD值隨ASIR-V比例增加而呈依次遞減趨勢，SNR和CNR呈逐漸升高趨勢，其中40%～100% ASIR-V門靜脈圖像的SD值低于A組圖像(120 kV-FBP)、SNR和CNR值均高于A組圖像(120 kV-FBP，P均<0.05)。

2.2圖像質量主觀評分 2名醫師對圖像質量的主觀評分一致性好(Kappa值均>0.75，P均<0.001)，且不同重建方法圖像間主觀評分差異均有統計學意義(P均<0.001，表5)。B組50%～100% ASIR-V重建門靜脈圖像主觀評分均高于A組圖像(120 kV-FBP，P均<0.05)，以80% ASIR-V圖像的主觀評分最高。B組重建圖像中，隨著ASIR-V比例由0逐漸增加至80%，圖像質量主觀評分逐漸增加；當ASIR-V比例超過80%時，圖像質量的主觀評分隨ASIR-V比例增加而逐漸減低，其中80% ASIR-V圖像的主觀評分與70%和90% ASIR-V圖像主觀評分間差異均有統計學意義(P均<0.05)，見圖1、2。

表3 不同重建算法圖像門靜脈CT值及SD值比較(±s)

表3 不同重建算法圖像門靜脈CT值及SD值比較(±s)

重建算法CT值(HU)門靜脈主干門靜脈左支門靜脈右支SD門靜脈主干門靜脈左支門靜脈右支120 kV-FBP155.06±15.71154.91±17.26154.19±17.6626.66±3.0326.39±4.2326.41±4.54 100 kV-FBP156.97±14.30155.46±15.88160.36±14.5436.27±4.4835.07±5.2433.72±5.23 10% ASIR-V156.96±14.24155.99±14.73164.72±13.7433.42±4.1632.26±4.8631.07±4.85 20% ASIR-V157.01±14.25156.66±16.97160.21±14.4330.29±3.8228.90±4.8128.14±4.42 30% ASIR-V157.04±14.23156.01±14.51160.16±14.3827.47±3.5326.33±4.0425.51±4.07 40% ASIR-V157.09±14.24156.00±14.42160.11±14.3324.61±3.5723.23±3.6322.62±3.68 50% ASIR-V157.11±14.23156.05±14.29159.75±14.3221.63±2.9220.47±3.2320.03±3.35 60% ASIR-V157.15±14.29156.01±14.19159.99±14.2518.87±3.1217.43±2.8717.22±3.04 70% ASIR-V157.19±14.33156.08±14.14159.91±14.2015.91±2.4414.72±2.5814.74±2.80 80% ASIR-V157.27±14.36156.03±14.02159.88±14.2313.18±2.2911.90±2.2812.08±2.59 90% ASIR-V157.31±14.32156.02±13.98159.79±14.1810.88±2.329.45±2.079.82±2.51 100% ASIR-V157.64±15.71155.90±13.92159.65±14.088.39±2.386.81±1.947.40±2.40 F值0.0640.4560.638353.300309.202259.667P值0.9980.9290.798<0.001<0.001<0.001

表4 不同重建算法圖像門靜脈SNR及CNR比較(±s)

表4 不同重建算法圖像門靜脈SNR及CNR比較(±s)

重建算法SNR門靜脈主干門靜脈左支門靜脈右支CNR門靜脈主干門靜脈左支門靜脈右支120 kV-FBP5.89±0.946.00±1.096.02±1.311.75±0.621.75±0.611.72±0.64 100 kV-FBP4.39±0.614.52±0.764.84±0.731.51±0.391.45±0.461.61±0.41 10% ASIR-V4.76±0.664.94±0.885.38±1.101.63±0.411.59±0.471.88±1.09 20% ASIR-V5.25±0.735.72±1.455.80±0.891.81±0.482.02±1.731.93±0.49 30% ASIR-V5.80±0.826.06±1.086.40±1.011.96±0.491.92±0.562.09±0.52 40% ASIR-V6.49±0.976.87±1.247.23±1.162.20±0.542.15±0.612.33±0.58 50% ASIR-V7.38±1.077.80±1.408.16±1.362.45±0.602.40±0.682.59±0.65 60% ASIR-V8.51±1.359.18±1.729.53±1.672.82±0.692.75±0.772.98±0.74 70% ASIR-V10.08±1.5810.91±2.1711.19±2.103.24±0.783.17±0.883.42±0.84 80% ASIR-V12.29±2.2413.58±2.9113.78±2.913.84±0.933.75±1.054.05±1.01 90% ASIR-V15.06±3.1917.28±4.2017.24±4.314.48±1.274.39±1.394.70±1.37 100% ASIR-V20.14±5.2524.94±8.7023.77±7.715.72±1.435.53±1.615.94±1.58 F值237.046166.084170.575124.76769.71099.452P值<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001

表5 不同重建算法圖像的主觀評分一致性

3 討論

門靜脈是肝臟主要供血血管，占肝臟血液供應的70%～75%。CTPV可清晰顯示門靜脈血管走行及其與病變的關系，是目前評估門靜脈血管的主要影像學檢查方法。既往多采用增加對比劑用量和濃度等方法來提高CTPV圖像質量，但存在潛在危害性[9]。迭代重建是目前CT圖像重建的主要方式，其中自適應統計迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction， ASIR)、基于模型迭代重建(model-based iterative reconstruction, MBIR)均可不同程度降低圖像噪聲和提高圖像質量，但ASIR比例過高會產生嚴重蠟狀偽影，而MBIR重建時間過長，臨床應用有限。ASIR-V是近年快速發展的CT重建技術，在MBIR的基礎上丟棄了光學模型，保留了噪聲、物體和物理三大模型[10]，從而降低了圖像噪聲、提高了圖像質量，可獲得與MBIR重建相似的圖像質量，同時達到與ASIR接近的重建速度[11]。

本研究中B組采用低管電壓、低對比劑、前置40% ASIR-V掃描方案，門靜脈主干、左支及右支CT值可達到常規120 kV和450 mgI/kg體質量的強化效果，表明低管電壓可增加血管與鄰近組織的強化對比，可能與低管電壓掃描時穿透被檢者的X線能量更加接近碘離子的吸收光譜，增加血管的光電效應，從而血管對比度得到進一步提升有關[12]。低輻射劑量掃描會增加圖像噪聲。本研究結果顯示，40%～100%后置ASIR-V重建圖像SD明顯低于常規劑量掃描(A組)，SNR和CNR明顯高于常規劑量掃描(A組)，且50%～100%后置ASIR-V門靜脈重建圖像的主觀評分均高于常規劑量掃描(A組)，提示在“三低”CTPV中，前置40% ASIR-V掃描可有效降輻射劑量[13]，低管電壓可提升血管強化，較高比例后置ASIR-V可以較好地抑制圖像噪聲、提高圖像SNR和CNR。本研究B組重建圖像中，隨ASIR-V重建比例增加，圖像噪聲逐漸降低、SNR和CNR逐漸增加，且后置ASIR-V重建圖像質量明顯優于FBP重建圖像，與Benz等[14]研究結果相似，表明ASIR-V重建算法可有效降低圖像噪聲、提高圖像質量。本研究B組重建圖像中，ASIR-V比例由10%增加至80%時，圖像主觀評分逐漸增高，但當ASIR-V比例超過80%時，圖像質量主觀評分隨ASIR-V比例逐漸增加(90%、100%)呈現逐漸減低趨勢，分析其原因為過高比例的ASIR-V會過度抑制圖像噪聲，使部分門靜脈小分支顯示不清，圖像產生嚴重的“蠟狀偽影”，進而降低了圖像主觀評分，與張卓璐等[15]研究結果一致；提示80% ASIR-V重建可為臨床提供最優的門靜脈圖像質量。

圖1不同重建方法CT圖像 A.A組圖像(120 kV-FBP)，主觀評分4分； B～E.B組圖像，分別為FBP重建及50%、80%、100% ASIR-V重建，主觀評分分別為3分、4分、5分、4分

圖2 不同重建方法CTPV圖像 A.A組圖像(120 kV-FBP)，主觀評分4分； B～F.B組圖像，分別為FBP重建及40%、60%、80%、100% ASIR-V重建，主觀評分分別為3分、3分、4分、5分、4分

本研究的不足：①樣本量較小；②僅采用120 kV和100 kV管電壓值；③所用對比劑濃度為350 mgI/kg體質量，未探討采用更低對比劑濃度的可行性。

綜上所述，后置ASIR-V可以顯著降低圖像噪聲和提高圖像質量，且50%～100%后置ASIR-V重建可在低輻射劑量、低對比劑和高圖像質量間取得平衡，80% ASIR-V是CTPV的最佳重建比例。