軌道同步掃描對頭頸部體模CT血管造影柔性減影圖像質量和輻射劑量的影響

龔啟慧，呂發金，張志偉*，姜 雪，葛 冰

[1.重慶醫科大學附屬第一醫院放射科，重慶 400016；2.佳能醫療系統(中國)有限公司，北京 100015]

頭頸部CT血管造影(CT angiography, CTA)是評價腦血管病的重要影像學手段，但頭頸部血管多毗鄰骨性結構，為直觀顯示血管，常需去除骨遮擋。減影CTA顯示對顱底Willis環、顱內小血管等正常解剖結構和診斷血管狹窄、閉塞、動脈瘤及畸形等具有顯著優勢[1-2]，但易受多種因素，如頭部運動[3]、X線球管位置[4]、掃描參數設置及配準算法選擇[5]等影響。利用軌道同步掃描技術可保證平掃與增強掃描中球管的螺旋軌跡一致[6]。本研究觀察軌道同步掃描對頭頸部CTA減影圖像質量和輻射劑量的影響。

1 材料與方法

1.1 材料 PBU-60型Koyoto Kagaku CT頭頸部體模，由與人體組織相同X線衰減系數的材料制成，模擬成年男性的顱骨、頸椎、腦組織、眼球及顱內主要動脈。

1.2 儀器與方法 采用Canon Aquilion Vision 320排CT機。將3條連接高壓注射器的軟管沿冠狀面環繞，固定于體模頭頸部外側后，分別以5組不同參數行軌道同步和不同步掃描。軌道同步掃描選擇“Orbital”模式，不同步掃描采用常規螺旋方式：A～D組管電壓均為100 kV，管電流分別為300、150、80、40 mA；E組管電壓80 kV，管電流50 mA，機架旋轉速度0.5 s/rot，螺距因子0.813，探測器準直80×0.5 mm，FOV 320 mm×320 mm，重建層厚1 mm，層間距0.8 mm，重建卷積核FC43。之后分別將濃度為6.7 mgI/ml(低)、11.7 mgI/ml(中)及16.7 mgI/ml(高)的對比劑碘美普爾(400 mgI/ml)注入3條軟管進行增強掃描，管電壓100 kV、管電流300 mA，余參數同上。

1.3 圖像后處理及質量評價 將數據導入Canon Vitrea 4.0.693工作站，以Carotid柔性減影軟件進行減影，獲得并存儲10組減影數據，測量相關指標并對圖像質量進行主觀評價。

1.3.1 客觀評價 選取C3橫突(C3橫突層面)、枕骨基底部(下頜頭層面)及頂骨(上矢狀竇層面)共3個減影后易出現骨殘留和偽影的位置，在分別于連續3層圖像上各結構的骨和骨旁軟組織放置1個ROI，保持其大小、位置一致，記錄各ROI的CT值，并計算其標準差(standard deviation, SD)作為噪聲值。見圖1。

1.3.2 主觀評價 由2名具有5年以上工作經驗的影像科主治醫師對減影數據行容積再現(volume rendering, VR)重組，于窗寬200 HU、窗位175 HU下以盲法評價圖像質量，有分歧時經協商達成一致。根據骨殘留和偽影將圖像質量分為4級：Ⅰ級，完全去骨，無殘余高密度影；Ⅱ級，基本去骨，顱頂及顱底少量高密度影；Ⅲ級，去骨不全，顱頂及頸椎少量高密度影，顱底大量高密度影；Ⅳ級，去骨不全，顱頂、顱底及頸椎大量高密度影。評價增強圖像顯示3條軟管的完整性。見圖2。

1.4 輻射劑量 記錄各組參數下掃描的容積CT劑量指數(volume CT dose index, CTDIvol)和劑量長度乘積(dose-length product, DLP)，計算有效劑量(effective dose, ED)。ED=k×DLP，k為成人頭頸部權重因子，k=0.003 1。

1.5 統計學分析 采用SPSS 22.0統計分析軟件。計量資料均不符合正態分布，以中位數(上下四分位數)表示，以Friedman檢驗進行組間比較。采用Mann-WhitneyU檢驗比較圖像質量級別。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 圖像質量

2.1.1 客觀評價 軌道同步掃描在C3橫突層面、下頜頭層面及上矢狀竇層面所獲軟組織CT值和SD值均低于軌道不同步掃描(P均<0.01)，見表1；所獲C3橫突和枕骨基底部骨的CT值和SD值均低于不同步掃描(P均<0.001)，見表2。

軌道同步掃描所獲各層面軟組織CT值和SD值、各部位骨CT值和SD值5組間差異均有統計學意義(P均<0.001)。3個層面軟組織及骨CT值在A、B、C組間及C、D組間差異均無統計學意義(P均>0.05)；軟組織及骨SD值在相鄰2組間差異均無統計學意義(P均>0.05)；其余各組間兩兩比較差異均有統計學意義(P均<0.05)。見表1、2。

圖1 A組減影圖 A、B.分別為軌道同步(A)及不同步(B)掃描所獲C3橫突層面； C、D.分別為軌道同步(C)及不同步(D)掃描所獲下頜頭層面

表1 不同掃描參數下軌道同步與不同步掃描所獲軟組織CT值和SD值比較(HU)

表2 不同掃描參數下軌道同步與不同步掃描所獲骨 CT值和SD值比較(HU)

2.1.2 主觀評價 不同掃描參數下，軌道同步掃描圖像的主觀評價級別均優于不同步掃描(Z=-2.39，P=0.02)。軌道同步及不同步掃描時，低濃度軟管在E組圖像中均不可見，其余組圖像中2條軟管均完整、光滑。見表3。

2.2 輻射劑量 軌道同步與不同步掃描下，A～E組輻射劑量均逐漸降低。相同掃描參數下，軌道同步與不同步掃描時CTDIvol相同，而DLP及ED分別相差3.8 mGy·cm和0.01 mSv。見表4。

3 討論

重建螺旋CT圖像時，需進行數據補充和插值。軌道不同步可使雙期掃描2組數據產生差異，影響減影效果，而軌道同步掃描可改善減影效果[6]，如更好顯示顱內動脈瘤夾閉術后殘余瘤頸及復發動脈瘤[7]。本研究以PBU-60型CT體模為觀察對象，發現軌道同步掃描在C3橫突層面、下頜頭層面及上矢狀竇層面所獲軟組織CT值和SD值均低于軌道不同步掃描，提示軌道同步掃描對背景的抑制效果更優；而骨的CT值均低于不同步掃描，提示軌道不同步掃描圖像中骨殘留更多，近骨處出現放射狀偽影。

表3 不同掃描參數下，軌道同步與不同步掃描 圖像質量評級和軟管顯示情況

表4 不同掃描參數下，軌道同步與不同步掃描的 輻射劑量

本研究以3條含不同濃度碘溶液的軟管模擬腦血管強化[8]。主觀評價結果顯示，不同掃描參數下，軌道同步掃描圖像的主觀評價級別均優于軌道不同步；而軌道同步與不同步掃描顯示軟管增強效果無明顯差異。相同掃描參數下，軌道同步與不同步掃描CTDIvol相同，前者DLP及ED較低，可能與其更好地控制探測器采集X線范圍及控制多期掃描的球管位于同一個劑量較小的起始點而降低輻射劑量[9-10]有關。

本研究設置5組掃描參數，觀察管電流和管電壓是否影響平掃圖像的CT值及SD值，發現軌道同步掃描下所有層面軟組織及骨的CT值在A、B、C組間差異均無統計學意義，軟組織及骨SD值在A組與B組、B組與C組間差異均無統計學意義；主、客觀評價結果顯示，A組與B組圖像質量相同且優于C組，但B組ED較A組降低，提示平掃管電流取150 mA較好。E組以高千伏增強減去低千伏平掃進行能量減影[11]，骨與軟組織的X線衰減系數曲線斜率隨千伏變化不同，減影后骨CT值為負值，故可去骨更徹底；本研究E組骨CT值均低于其他組，經VR后圖像質量級別與A、B組相同，且輻射劑量更低，但能量減影導致低濃度軟管不可見，不利于觀察CT值較低的細小血管。

綜上，軌道同步掃描可降低頭頸部體模CTA柔性減影噪聲，減少偽影，提高去骨效果；減影時適當降低平掃管電流可在獲得滿意圖像質量的同時降低輻射劑量。