低管電壓聯合ATCM、ASIR在CTPA檢查中的應用研究

曾陽東，張輝陽，蘇壽紅，凌秀梅，劉志永，劉崢

（桂林醫(yī)學院附屬醫(yī)院放射科，廣西 桂林 541001）

0 引言

CT肺動脈造影( CT pulmonary angiography，CTPA)是一項無創(chuàng)的、快速的CT檢查技術，由于其診斷敏感度和特異度都比較高，已經基本取代了傳統的有創(chuàng)性DSA檢查，成為診斷肺栓塞的首選檢查[1]。但是，目前CT檢查已經成為醫(yī)源性輻射最主要的原因，而且輻射損傷與有效輻射劑量呈正相關性。因此，在CT檢查過程中，如何最大程度地降低輻射劑量，同時確保圖像質量滿足臨床診斷需求，是近些年來放射界的熱點研究方向。降低輻射劑量的方法有多種，并廣泛應用于臨床，但在CTPA檢查中多種技術聯合研究的報道比較少見。本研究中筆者將利用自適應迭代重建算法（ASIR）結合自動毫安調節(jié)技術（NI值為11），分別設置不同管電壓進行CTPA檢查，探討管電壓對CT值及圖像質量的影響，及相同噪聲指數情況下不同管電壓和輻射劑量的關系。

1 材料與方法

1.1 研究對象與分組

收集桂林醫(yī)學院附屬醫(yī)院2018年1月至2019年12月申請 CTPA檢查的90例患者，按就診順序隨機分成三組，即120KV組、100KV組、80KV組，每組30例。本研究經過桂林醫(yī)學院附屬醫(yī)院倫理委員會批準。入選標準：臨床申請CTPA檢查的患者；無碘對比劑過敏；意識清醒，可配合完成CT檢查的全部過程；簽署知情同意書。 剔除標準：有碘對比劑過敏史的患者；肝腎功能重度不全患者；伴有甲狀腺毒癥者；不能配合檢查者；未簽署知情同意書者。各組患者的年齡、體重、身高和BMI之間差異無統計學意義(P＞0.05) ，見表1。

1.2 儀器與方法

1.2.1 儀器與材料

美國GE公司生產的256排revolution CT機，AW4.7圖像后處理工作站；由ACIST Empower公司生產的雙筒高壓注射器；宇壽醫(yī)療公司生產的一次性高壓注射器及連接導管；潔瑞醫(yī)用制品公司生產的靜脈留置針，型號為18-20G；應用碘普羅胺370mgI/mL對比劑。

1.2.2 掃描方法

三組患者分別使用120 KV、100 KV和80 KV管電壓掃描，自動管電流（范圍100-400 mA，預設噪聲指數為11），掃描之前進行呼吸訓練，先進行平掃，然后再進行肺動脈成像掃描，仰臥位，兩手上舉；掃描范圍及方向：肋膈角水平至肺尖；螺旋掃描，轉速0.28s/周，探測器寬度80mm，螺距0.992:1，層厚5mm并同步重建0.625mm，重建算法標準算法，矩陣：512×512，FOV350mm；應用智能追蹤（Smart-Prep）技術，動態(tài)監(jiān)測點設于肺動脈干，觸發(fā)閾值為80Hu，觸發(fā)后延遲3.0s自動掃描；對比劑使用碘普羅胺370 mgI/ mL，總量45 mL，注射速率5 mL/ s，對比劑注射后采用相同速率注射30 mL生理鹽水，三組掃描數據采取權重值為50%的 ASIR技術進行重建，檢查數據信息傳輸至 GE AW4.7工作站經VR、MIP、MPR和CPR等重組處理。

1.3 圖像質量評價

1.3.1 圖像質量客觀評價

圖像質量客觀評價參考王素雅等[2]的評價方法，分別測量主肺動脈，左、右肺動脈干及各肺動脈近端 CT值( SI)及其標準差 SD，計算其平均值 SI血管、 SD血管，感興趣區(qū)(ROI)的 CT值為強化程度， SD值為噪聲； ROI測量選取待測血管的管徑中心，畫圓形，面積5mm2，測量時避開血管邊緣、肺動脈栓子及上腔靜脈線束硬化偽影；以主肺動脈層面的椎旁肌肉為背景組織，測量兩側椎旁肌肉的CT值并計算其均值(SI肌肉)；以血管平均噪聲 SD血管作為圖像噪聲，信噪比(SNR)為ROI的強化CT值與圖像噪聲之間的比值，對比噪聲比(CNR)為ROI和背景組織的強化CT值之差與血管SD值的比值，即根據公式[3]SNR=SI血管/SD血管，CNR=(SI血管-SI肌肉)/SD血管。

表1 一般資料比較（±s）

表1 一般資料比較（±s）

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1.3.2 圖像質量主觀評分

由2位高年資放射科主治醫(yī)生，根據橫斷位圖像、MPR圖像的各段肺動脈強化程度以及肺和縱隔的清晰度、胸壁軟組織的噪聲大小并結合VR圖像判斷圖像的質量:5分為噪聲不明顯，圖像質量優(yōu)異；4分為噪聲增多，圖像質量良好；3分為噪聲較明顯，圖像質量為中等，尚達到診斷要求；2分為圖像質量較差，影響準確診斷；1分為圖像質量很差，未達診斷要求[4]。

1.4 輻射劑量評估

當CT檢查結束時，設備自動生成一份輻射劑量報告（DoseReport），報告內包含有容積CT劑量指數(CTDIvol)及劑量長度(DLP)等信息。根據劑量長度可以計算輻射有效劑量(effectivedose，ED)，其公式為ED=k·DLP，根據歐盟委員會[5]關于CT的質量標準指南，K值為0.017mSv/(mGy·cm)。

1.5 統計學分析

應用SPSS 17.0軟件對本研究所有數據進行統計學分析，計算所得數值保留到小數點后2位，并以±s表示。對各組CT檢查圖像CT值、背景噪聲、有效輻射劑量進行單因素方差分析，如方差齊的采取最小顯著差數法( LSD)，不齊則采用Dunnet-t檢驗；圖像主觀評分組間對照用Kruskal-Wallis檢驗。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 輻射劑量

在其他掃描參數一致的情況下，容積 CT劑量指數（CTDIvol）、有效輻射劑量（ED）隨著管電壓的降低而顯著降低，各組間差異有顯著統計學意義（P=0.000）；100 KV管電壓組的ED比120 KV組的降低了25.13%，而80 KV管電壓組的ED比120 KV組的更是降低了42.18%（表2）。

表2 輻射劑量比較（±s）

表2 輻射劑量比較（±s）

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2.2 圖像質量

在其他參數一致的情況下，肺動脈平均CT值隨著管電壓的降低而升高，組間的差異有顯著統計學意義（F=4.968，P=0.009）；背景噪聲（SD）隨著管電壓的降低而升高，組間的差異有顯著統計學意義（F=5.582，P=0.004）；信噪比（SNR）、對比噪聲比（CNR）差異無統計學意義（P＞0.05）；各組血管VR、MIP、MPR圖像顯示良好（圖1），評分均≥3分，各組圖像主觀評分差異無統計學意義（F=1.219，P=0.301）。詳見表3。

圖1 分別為三組VR、MIP、MPR圖像，B3、C3MPR圖像可清楚顯示血栓充盈缺損征象（箭頭所示）

表3 圖像質量比較（±s）

表3 圖像質量比較（±s）

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3 討論

3.1 降低輻射劑量的主要技術

3.1.1 自動管電流調節(jié)技術

管電流與CT輻射劑量之間呈線性關系，電流越大，產生的X線量就越多。自動管電流調節(jié)技術(ATCM)的基本原理是基于人體解剖衰減特異的差異，人體結構是不規(guī)則的，體部的橫斷面左右徑大于前后徑，導致左右方向X線衰減程度高于前后方向。當進行CT檢查時，把噪聲指數（NI）設置為固定值，管電流隨著身體的厚度、密度的變化而變化，當掃描比較薄的身體部位或密度比較小的部位時，電流自動降低，從而降低了輻射劑量，同時又保證了圖像質量[6]。吳枕戈等[7]采用16排螺旋 CT，在管電壓都是120 KV的條件下，管電流40 mAs組比100 mAs組的圖像質量有所下降，但不影響診斷，而前者的輻射劑量比后者的下降了72.5%。

3.1.2 低管電壓技術

根據X線強度公式（I=KiZU2）中知道，比例系數K及陽極靶材料的原子序數Z固定不變，X線強度與管電壓的平方呈正比，所以從理論上講，降低球管的電壓，輻射劑量降低的效果會更好。戴麗娟等[10]利用256層螺旋CT進行CTPA檢查，結果管電壓為80KVp的試驗組的輻射劑量比管電壓為120KVp的對照組下降了38%，而兩組圖像質量評分差異無統計學意義。本研究設置了120KV、100KV、80KV三組不同管電壓掃描組，在其他參數一致的情況下，輻射劑量隨著管電壓的降低而明顯下降，圖像噪聲稍升高，但差異沒差異有統計學意義，SNR、CNR反而有所升高，這是因為CT值隨著管電壓的降低而明顯升高的緣故；另外，本研究圖像主觀評分并沒差異有統計學意義，線束硬化偽影并沒有相應增多而影響診斷，其最主要的原因應該是得益于ASIR的聯合應用。

3.1.3 迭代重建技術

自適應迭代重建算法可以在降低輻射劑量的同時降低圖像的噪聲，進而提高圖像質量。ASIR的原理: 首先預設一個前提，然后計算期望的圖像投影，并與實際投影進行比較，初始時圖像往往是不理想的，經過計算修正系數，不斷對對象進行修正后，再對新的迭代過程進行反復修正，直到迭代過程結束，生成最終的圖像，并在最終重建中改善噪聲質量[11]。與傳統的濾波反投影算法（filter back- projection， FBP）不同，ASIR是一種通過數學模型選擇性識別和去除圖像噪聲的迭代重構技術，使用迭代重建技術能在較低輻射劑量的情況下獲得更好的圖像質量[12]。

3.1.4 增大螺距

在其他參數不變的情況下，螺距越大，X線的輻射劑量就越低。所以，理論上講，增大螺距能夠降低輻射劑量，但是此方法往往也會導致Z軸的空間分辨率降低，從而使圖像質量受到影響。所以，放射界一直都比較謹慎的使用此法降低輻射劑量。

3.1.5 多種技術聯合降低輻射劑量

需要保證圖像質量的前提下，應用一種低輻射劑量的效果往往是不明顯的，所以聯合多種技術降低輻射劑量的方法越來越得到業(yè)界的認可。劉欣[13]、張麗[14]等利用低管電壓聯合應用迭代重建技術，不但可以降低患者的有效劑量，并且CTPA圖像的質量得到明顯提高。本研究應用低管電壓并結合ATCM、ASIR技術，設置ASIR權重值為50%，固定NI值為11，結果表明是切實可行的。

3.1.6 儀器發(fā)展對輻射劑量的影響

進入21世紀以后，多層螺旋 CT的發(fā)展越來越迅速，排數越來越多。排數越多，探測器的寬度越大，旋轉一周所覆蓋范的掃描范圍就越大，因而各臟器掃描可以節(jié)省了曝光時間，也就減少了輻射劑量。Rizzo等[15]利用64排和16排螺旋CT分別進行盆腔掃描，結果顯示前者輻射劑量較后者下降了約24.5%。本實驗應用美國 GE公司256排 revolution CT機，該設備擁有16 cm寬的探測器，球管轉速可達0.28 s/周，為本實驗低輻射劑量研究提供了先進的設備保障。雖然不可能每個醫(yī)院都擁有最先進的CT機，但目前的多層螺旋CT基本都具備ASIR及ATCM等技術，設置多種技術聯合的低劑量掃描模式并不復雜。

4 結論

應用低管電壓結合ATCM及ASIR技術降低CTPA檢查輻射劑量的方案是可行的，輻射劑量隨著管電壓的降低而明顯下降。設置80KV低管電壓聯合ATCM技術和權重值為50%的ASIR重建，輻射劑量大幅度下降，CTPA圖像質量能滿足診斷需求。