等中心掃描聯合AIDR3D重建在降低CCTA成像輻射劑量中的應用價值

沈梓璇，肖夢強，劉金豐，張 萌，劉曉玲，陳 俊，黃培楷，王忠德

冠狀動脈CT血管成像(coronary CT angiography，CCTA)已成為非侵襲性診斷冠狀動脈疾病的首選檢查方法[1]，但相對其他部位的掃描，具有輻射劑量較高的缺陷。如何降低CCTA輻射劑量逐漸成為學者研究的關注點[2]。AIDR3D是對原始高噪聲圖像行迭代重建(iterative reconstruction，東芝稱AIDR3D)，使圖像噪聲降低到合理水平，是降低CT輻射劑量的新方法，已成為冠狀動脈CT成像未來的研究方向之一[3-4]。等中心技術將掃描部位置于機架孔中心，從而提高圖像質量。本文對懷疑冠心病病人進行CCTA檢查，采用相同管電壓、不同管電流、不同重建方法、不同位置，對比分析各組圖像質量和輻射劑量，擬探討低管電流、等中心掃描聯合AIDR3D技術降低CCTA中輻射劑量的效果。現作報道。

1 資料與方法

1.1 一般資料 2016年11月30日至2018年6月25日我院臨床懷疑冠心病行CCTA檢查病人108例，均有憋悶感、心前區疼痛等臨床癥狀，其中男59例，女49例，年齡38～89歲。本研究方案經廣東省中醫院珠海醫院倫理委員會批準。病例納入標準：年齡≥18歲，心率<70次/分，體質量指數(BMI)為18～26 kg/m2。排除標準：心臟起搏器病人，呼吸偽影較重病人，掃描范圍內有金屬內固定病人。全部病人對研究知情同意且簽署知情同意書。108例病人隨機分為A、B、C組，各組均為36例。A組常規掃描體位，管電流為智能毫安；B、C組等中心位置(心臟位于CT機架孔的中心)，管電流分別為智能毫安的90%、60%。A組行濾波反投影法重建和AIDR3D重建分別得到Af、Aa組，B、C組行AIDR3D重建。檢查前靜息狀態下測量心率和血壓，病人心率>70次/分則給予倍他樂克25～50 mg(無倍他樂克禁忌證)。4組病人的年齡、BMI差異均無統計學意義(P>0.05)(見表1)，具有可比性。

表1 各組年齡、BMI比較

1.2 掃描方法 本研究所有病例均采用前瞻性心電門控技術東芝320排動態CT掃描，病人采取仰臥位，腳先進。掃描范圍以心臟下緣為起點，向上延伸14 cm。所有病人水平定位線為腋中心。A組行常規位置掃描，即以正中線作為垂直定位線；B、C組行等中心掃描，掃描前行超聲檢查在體表標出心臟最左、最右緣，沿心臟最左、最右緣做垂線，以兩垂線的中心線作為垂直定位線。掃描參數：管電壓均為120 kV、FOV均為180 mm×180 mm，A組管電流為智能毫安，B、C組等中心位置管電流分別為智能毫安的90%、60%。定位掃描完后，經肘靜脈團注碘海醇(350 mgI/mL，江蘇、中國)，劑量為0.8 mL/kg，注射速率為5.0 mL/s，18 mL 0.9%氯化鈉溶液沖管。采用團注示蹤法、閾值280 Hu。

1.3 圖像處理 CCTA檢查后，4組病人采用心動周期75%圖像，圖像質量欠佳時先行心電編輯，A組使用濾波反投影法重建(filtered back projection，FBP)和AIDR3D，其余3組行AIDR3D重建，將CT原始數據重建為薄層圖像，層厚為0.5 mm，層距為0.3 mm，矩陣:256×256，將得到各組薄層圖像傳至東芝后處理工作站(VitreaFX3.0)，采用多平面重組(multiplaner reformatting,MPR)、容積再現(Volume Rendering,VR)、最小密度投影(maximum intensity projection,MIP)、曲面重建(curved planar reformat,CPR)。

1.4 圖像分析 包括客觀指標噪聲、信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)、對比信噪比(contrast-to-noise ratio,CNR)及主觀指標(評分)。客觀指標：由1位副主任醫師測量主支氣管CT值及標準差(SD)、冠狀動脈根部CT值及周圍組織CT值(傳到東芝工作站薄層橫斷面圖像)3次，取均值及SD均值，ROI約為15 mm2。噪聲=SD的絕對值，SNR=支氣管平均值/SD的絕對值，CNR=(冠狀動脈根部CT值-周圍組織CT值)/SD的絕對值。主觀指標：根據美國心臟病協會制訂的冠狀動脈15段分段法，采用4分評價法對冠狀動脈圖像質量進行評分。優秀(4分，見圖1D、2C、3C)：圖像質量很好，無運動偽影；良好(3分，見圖1C第1～3段)：圖像質量好，輕微偽影；較差(2分，見圖1C第4段)：圖像質量一般，明顯偽影，但仍能做出較正確診斷；差(1分)：圖像質量較差或極差，診斷困難甚至無法正確診斷。由2位高年資心血管影像診斷主治醫師采用雙盲法評估，結果不一致時，請上級醫師討論決定，形成統一意見后錄入結果。

1.5 輻射劑量 記錄每例輻射劑量,根據掃描參數機器自動生成劑量長度乘積(dose length product,DLP,mGy·cm)，有效劑量(effectivedose,ED,mSv)=DLP×k，k=0.014 mSv·mGy-1·cm-1(歐盟委員會關于CT的質量最新標準指南)[5]。

1.6 統計學方法 采用方差分析、SNK法、Kappa檢驗。

2 結果

A、B、C各組輻射劑量依次降低(P<0.01)。Af組圖像質量評分低于其他3組(P<0.01)，其他3組評分差異無統計學意義(P>0.05)。噪聲方面，Af組最高(P<0.01)，其次為C組(P<0.01)，Aa和B組之間差異無統計學意義(P>0.05)，但低于Af組和C組(P<0.01)；SNR和CNR兩指標方面規律一致，均為Aa和B組之間差異無統計學意義(P>0.05)，最高(P<0.01)，其次為C組(P<0.01)，Af組最低(P<0.01)(見表2和圖1～3)。

表2 各組輻射劑量、平均分數、噪聲、SNR、CNR的比較

3 討論

隨著CT軟硬件、圖像數據采集及重建算法的進步，冠狀動脈CT造影得以簡單實現，冠狀動脈CT造影的圖像質量、診斷能力明顯提高，已成為診斷冠狀動脈疾病的重要檢查方法之一，但輻射劑量較高限制其廣泛應用。在保證影像質量的前提下,探索減低輻射劑量的辦法，是近來CT設備發展和影像檢查研究的熱點之一[5]。有多種減低輻射劑量措施，單純降低管電流或管電壓的會降低圖像質量，降低輻射劑量程度有限。相關研究顯示，降低管電流或管電壓聯合新的圖像重建算法，可在滿足臨床診斷需要的前提下大幅降低CCTA輻射劑量[6-8]。

本研究采用等中心掃描結合低管電流AIDR3D技術以降低CCTA的輻射劑量。CT設計制造時，射線束的投射是被定義在CT機架的等中心位置，多層螺旋CT的射線束為錐形，在球管及探測器掃描運動中，機架孔中心位置接受的射線多、質量好，掃描部位位于機架孔中心稱為等中心，否則會增加病人的輻射劑量和/或增加圖像噪聲[9]。依據等中心掃描原理，等中心掃描應用廣泛，只要靶器官為偏離人體中心器官，靶器官移位到CT掃描機架中心都能夠降低劑量，如心臟、髖關節、肩關節等臨床常見掃描部位，本研究結果與閆士舉等[9]研究均得到等中心掃描可降低輻射劑量。根據閆士舉等[9]研究，圖像質量相同前提下，與常規掃描輻射劑量相比較，偏離中心越遠的靶器官移位到CT掃描機架中心，降低CT掃描輻射劑量的比例越大。FBP具有重建速度快、存儲數據少的優點，但圖像重建過程中不能分辨圖像數據采集的基本成分，將采集過程中量子、電子噪聲帶到重建圖像中去，從而降低圖像質量[10]。AIDR3D技術首先在投影空間通過使用和修正各向異性濾波器，自適應性地使圖像質量在噪聲抑制和細節保留之間取得平衡，多次進行圖像空間濾波噪聲抑制，從而到達目標圖像[11]。

本研究采用前瞻性心電門控技術，在CCTA掃描時默認管電流為智能毫安，以迭代算法進行圖像重建。結果顯示，采用等中心掃描聯合AIDR3D重建組(B組)圖像質量最好，對照組(Af組)最差。采用等中心聯合AIDR3D重建的3組，圖像質量隨著輻射劑量降低而降低。采用等中心掃描90%智能毫安組(B組)較常規位置智能毫安組(Aa組)，輻射劑量降低25%，主、客觀圖像質量無差別。對比Af組，等中心掃描60%智能毫安組(C組)輻射劑量降低約51%，主、客觀圖像質量明顯優于前者。即使劑量最低的C組，優秀率加良好率仍高達97%，能夠滿足臨床診斷需求，低管電流等中心掃描聯合AIDR3D重建能夠明顯降低輻射劑量。

本研究分別評價Af、Aa、、B、C組490、490、484、482段血管，各組優秀血管率分別為72.0%、91.0%、93.4%、85.5%，各組優秀加良好血管率分別為94.5%、99.6%、99.0%、97.0%。在圖像質量無差別的前提下，單純采用等中心掃描技術可降低約1/4輻射劑量。低劑量等中心掃描聯合AIDR3D重建組與對照組對比，降低51%的輻射劑量，圖像主觀、客觀質量均優于對照Af組。多位學者采用高輻射劑量(5.5～8.6 mSv)CCTA掃描FBP重建作為對照組，降低50%輻射劑量，得到迭代重建與FBP重建圖像質量基本相同[12-13]。本研究采用輻射劑量常規劑量組3.39 mSv CCTA掃描FBP重建作為對照組，理論上采用低輻射劑量FBP重建作為對照組，圖像質量無差別的情況下，要降低50%輻射劑量更加困難，但通過采用等中心聯合AIDR3D技術，即使降低51%輻射劑量，圖像質量仍優于對照組。多數文獻中采用測量主動脈根部或冠狀動脈根部來評價客觀圖像質量[2,6-7,12-14]，該方法無法避免病人的心率和心功能的差異及注射時肘靜脈造影劑回流速度的影響，本研究采用主支氣管CT值的標準差為噪聲、支氣管平均值/標準差的絕對值為信噪比，評價客觀圖像質量，主支氣管管徑較粗，其內為空氣，基本不受其他因素影響，能夠更加準確反映圖像質量的優劣；單純采用噪聲、信噪比只能反圖像整體的質量，不能完全反映冠狀動脈的質量，結合以前研究優點，又采用CNR評價指標，改指標直接反應冠狀動脈圖像質量；噪聲、SNR和CNR即評價圖像整體質量又評價冠狀動脈質量。與陳明等[14]在心率對320排CT冠狀動脈成像圖像質量和輻射劑量影響的研究中心率<65次/分組相比較，機器設備相同條件下，本研究B組中圖像質量優秀的血管占比與其基本相當，但病人接受的輻射劑量卻明顯降低，約為其輻射劑量的38%。李建浩等[15]心率和掃描時相與320排CT冠脈CTA輻射劑量的相關性研究的文獻中，該研究心率<65次/分組的輻射劑量為3.63 mSv，與本研究C組在機器設備、BMI、前瞻性心電門控技術等其條件基本相同，C組輻射劑量只有1.67 mSv，約為其輻射劑量的46%，圖像質量無差別。

本研究不足之處，單純評價冠狀動脈CT圖像質量，未評價冠狀動脈狹窄和未與DSA對比，排除體質量較重、體質量較輕及高心率病人。

綜上，AIDR3D算法明顯優于常規的FBP重建算法，等中心掃描優于常規位置掃描，圖像主觀、客觀質量相同前提下，等中心技術聯合AIDR3D能夠明顯降低CCTA檢查輻射劑量。