双源双能量CT肺动脉成像辐射剂量与图像质量的比较研究

李勰， 祁丽， 周长圣， 罗松， 张龙江， 卢光明

·双能量CT影像学专题·

双源双能量CT肺动脉成像辐射剂量与图像质量的比较研究

李勰， 祁丽， 周长圣， 罗松， 张龙江， 卢光明

目的比较第一代双源双能量CT(DECT)与第二代双源双能量CT肺动脉成像(CTPA)的辐射剂量和图像质量。方法120例疑似肺栓塞患者行DE-CTPA检查，其中40例患者行第二代双源DECT 80/Sn140 kV检查(第一组)，40例患者行第二代双源DECT 100/Sn140 kV检查(第二组)，40例患者行第一代双源DECT 140/80 kV检查(第三组)。测量每例患者肺动脉主干、肺动脉段、空气及背部脂肪的CT值及标准差，对肺动脉图像进行主观评分，计算图像信噪比(SNR)、对比噪声比(CNR)及每例患者的有效剂量(ED)。结果第一组肺动脉平均CT值[(354.1±73.4) HU]明显高于第二组[(290.1±73.1) HU，P<0.001]和第三组[(303.9±73.3) HU，P<0.001]，但第二组与第三组差异无统计学意义(P=0.399)；第三组平均SNR(24.8±8.4)低于第一组(40.4±12.9，P<0.001)和第二组(44.6±12.9，P<0.001)，但第一组与第二组差异无统计学意义(P=0.115)。第一组平均CNR(435.3±77.7)明显高于第二组(355.8±77.8，P<0.001)和第三组(384.8±79.0，P=0.005)，但第二组与第三组差异无统计学意义(P=0.100)。三组图像主观质量评分差异无统计学意义(P>0.05)。第一组的ED[(1.2±0.3) mSv]明显低于第二组[(2.4±0.7) mSv]和第三组[(3.0±0.7) mSv]，差异均有统计学意义(P<0.05)。结论第二代双源DECT 80/Sn140 kV扫描方案可在大幅度降低辐射剂量的同时获得满足诊断需求的图像。

双源双能量CT；肺栓塞；辐射量；图像质量

肺栓塞(pulmonary embolism,PE)是严重危害人类健康的心血管疾病，发病率仅次于冠心病和高血压[1,2]。早期准确诊断及临床干预是降低PE病死率的关键。CT肺动脉成像(CT pulmonary angiography,CTPA)已经成为临床疑似PE患者的首选检查方法[3]。双源双能量CT(dual energy CT,DECT)技术能同时提供全肺和肺动脉的解剖、灌注及通气信息，成为PE评估的一站式检查手段[4,5]。由于PE患者需进行连续的随访复查，患者累计接受的辐射剂量较高，因此必须降低受检者接受的辐射剂量。通过常规应用自动调节控制曝光软件、降低管电流及管电压的方法可降低患者的CTPA辐射剂量[6]。有文献指出第一代双源DE-CTPA的辐射剂量比常规单能CTPA低[7]。但是关于第二代双源DE-CTPA的辐射剂量和图像质量的文献尚较少。本研究比较两代双源双能量CT的辐射剂量及图像质量，旨在为临床优选出最佳的双源双能量CT扫描参数。

材料与方法

1．研究对象

回顾性研究2013年5月-2014年5月间在我院行双能量CTPA检查的患者120例，其中40例患者(男23例，女17例，年龄18～74岁，平均年龄47岁)行第二代DE-CTPA 80/Sn140 kV检查(第一组)；40例患者(男27例，女13例，年龄14～76岁，平均年龄43岁)行第二代DE-CTPA 100/Sn140 kV 检查(第二组)；40例患者(男21例，女19例，年龄16～84岁，平均年龄50岁)行第一代DE-CTPA 140/80 kV 检查(第三组)。纳入标准：所有行双能量CTPA检查的疑似肺栓塞患者。排除标准：碘对比剂过敏、严重肾病、孕妇及大量胸腔积液患者。

2．扫描方法

第一组和第二组的扫描设备为德国西门子生产的第二代双源CT(Definition Flash，Siemens Healthcare，Forchheim)，第三组的扫描设备为第一代双源CT。首先行常规胸部平扫，平扫完成后行增强双能量扫描。双筒高压注射器以4 mL/s的流率经肘静脉注射70～80 mL对比剂(浓度为300 mg I/mL)，随后按相同的流率注射生理盐水20～30 mL以尽量减少腔静脉内残留的对比剂。采用团注示踪法触发扫描，将兴趣区设在肺动脉主干，当CT值达到100 HU后延迟4～6 s触发扫描。扫描方向均为头足方向，扫描范围自胸廓入口到膈肌水平。平扫及增强扫描均采用实时曝光剂量调节(Care Dose 4D)。第一组管电压为80/Sn140 kV，参考管电流为89/38 mAs，第二组管电压为100/Sn140 kV，参考管电流为89/76 mAs，其余扫描参数均一致，螺距0.9，球管旋转时间为0.28 s，准直器128×0.6 mm。第三组管电压为140/80 kV，参考管电流为50/213 mAs，螺距0.9，球管旋转时间为0.33 s，准直器64×0.6 mm。

3.图像重建

扫描结束后原始数据被重建为3组层厚为0.75 mm的数据，分别为高千伏图像、低千伏图像及两者按一定比例(系统默认)融合得到的平均加权图像。第一组的平均加权图像是将80 kV和Sn 140 kV系列的图像以0.6的融合系数(M_0.6)融合而得，是指60%的图像信息来自80 kV图像，40%的图像信息来自Sn 140 kV图像。第二组的平均加权图像是将100 kV和Sn 140 kV系列的图像以0.6的融合系数(M_0.6)融合而得。第3组的平均加权图像是将80 kV和140 kV系列的图像以0.3的融合系数(M_0.3)融合而得。

4.图像质量评估

所有图像数据均传到工作站进行客观和主观评估。客观图像质量的评估是由一位放射科医师在0.75 mm的平均加权图像上测量每例患者肺动脉主干(图1～3)、右肺动脉干、左肺动脉干、任一支右上叶肺动脉、任一支右下叶肺动脉、任一支左上叶肺动脉、任一支左下叶肺动脉、肺动脉主干分叉平面患者体外空气及背部脂肪的CT值和标准差，将肺动脉主干分叉平面体外空气的标准差作为图像噪声。测量时兴趣区应该在避免栓子后尽可能包括充满对比剂的肺动脉管腔。计算每支动脉的信噪比(signal to noise,SNR)和对比噪声比(contrast to noise，CNR)。计算方法如下[8，9]：

由两位有经验的放射科医师独立观察平均加权图像，对肺动脉图像质量进行主观评分。图像评分采用3分法[10]：1分代表肺动脉成像效果好；2分代表肺动脉成像效果一般，仍能诊断；3分代表肺动脉成像效果差，不能诊断。记录肺栓塞的发生率，意见不一致时，共同商议确定最后评分。

5.辐射剂量评估

记录每例患者的CT容积剂量指数(volume CT dose index，CTDIvol)和剂量长度乘积(dose length product，DLP)，计算有效剂量(effective dose，ED)，ED为DLP与转换系数的乘积(0.014 mSv/mGy·cm)[11]。

6.统计学处理

结果

1.三组患者一般资料及PE发病率结果比较

第一、二、三组患者的平均年龄分别为47±16岁、43±18岁、50±18岁，差异无统计学意义(P=0.161)；第一、二、三组患者的男性比例分别为57.5%、67.5%、52.5%，差异无统计学意义(P=0.381)；第一、二、三组患者的PE发病率分别为22.5%、40.0%、37.5%，差异无统计学意义(P=0.199)。

2.三组图像客观质量单向方差分析结果

第二组的图像噪声[(6.6±0.9) HU]高于第一组[(9.2±2.3) HU]和第三组[(12.7±2.5) HU]，各组间差异均有统计学意义(P<0.05)。第一组的肺动脉平均CT值[(354.1±73.4) HU]明显高于第二组[(290.1±73.1) HU，P<0.001]和第三组[(303.9±73.3) HU，P=0.003]，但第二组与第三组的差异无统计学意义(P=0.399)。第三组平均SNR(24.8±8.4)低于第一组(40.4±12.9，P<0.001)和第二组(44.6±12.9，P<0.001)，第一组平均SNR与第二组差异无统计学意义(P=0.115)。第一组平均CNR(435.3±77.7)明显高于第二组(355.8±77.8，P<0.001)和第三组(384.8±79.0，P=0.005)，但第二组与第三组差异无统计学意义(P=0.10，表1，图1～3)。

图1 24岁，女，80/Sn140 kV CTPA图像示肺动脉干兴趣区放置位置及CT值。图2 46岁，男，100/Sn140 kV CTPA图像示肺动脉干兴趣区放置位置及CT值。图3 17岁，女，140/80 kV CTPA图像示肺动脉主干兴趣区放置位置及CT值。图4 24岁，女，80/Sn140 kV CTPA最大密度投影图像示肺动脉清楚显示，主观图像质量评分为1分。图5 46岁，男，100/Sn140 kV CTPA最大密度投影图像示肺动脉清楚显示，主观图像质量评分为1分。图6 17岁，女，140/80 kV CTPA最大密度投影图像示肺动脉清楚显示，主观图像质量评分为1分。

表1 三组肺动脉测量的CT值、SNR及CNR比较

注：相同的上标字母代表差异无统计学意义，反之差异有统计学意义。

3.三组图像主观质量评分的比较

三组图像主观质量评分间差异无统计学意义(P>0.05，图4～6)，但第三组的主观图像质量评分(1.33±0.47)略高于第一组(1.23±0.42)和第二组(1.18±0.38)。第一组观察者的一致性好(κ=0.662，P<0.001)，第二组观察者的一致性非常好(κ=0.908，P<0.001)，第三组观察者的一致性非常好(κ=0.886，P<0.001)。

4.三组患者辐射剂量比较

第一组的DLP、CTDIvol和ED均明显低于第二组和第三组，差异均有统计学意义(表2)。第一组的ED比第二组降低了50%，比第三组降低了60%，第二组的ED比第三组降低了20%。

表2 三组患者辐射剂量比较

讨论

本研究表明与第一代双源DECT 140/80 kV和第二代双源DECT100/Sn140 kV的扫描方案相比，采用第二代双源DECT的80 /Sn140 kV扫描方案进行肺动脉血管成像，可在降低辐射剂量的同时获得满足诊断要求的图像。

近年来，为了降低患者接受的辐射剂量，常规应用自动调节控制曝光软件、降低管电流及管电压等技术相继被提出并应用于临床[6]。由于管电压的平方与辐射剂量成正比，将管电压从140 kV或120 kV降低到100 kV或80 kV，可以减少40%～50%的辐射剂量[12,13]。以往研究大多通过降低管电压从而达到降低辐射剂量的目的。本研究通过比较第一代双源DECT和第二代双源DECT的扫描方案，得出通过降低管电流和联合锡滤器锐化球管技术，能达到降低辐射剂量的目的。本研究第二组的低管电压球管管电压为100 kV，其余两组中低管电压球管管电压均为80 kV。本研究发现，第一组的有效辐射剂量最低，第二组次之，第三组最高；第一组的高管电压球管的管电流(38 mAs)比第二组(76 mAs)降低了50%，辐射剂量也降低了50%，而第一组的低管电压球管管电流(89 mAs)比第三组(213 mAs)降低了58%，辐射剂量降低了60%。尽管第二组的低管电压球管管电压(100 kV)高于第三组(80 kV)，但第二组的辐射剂量仍较第三组降低了20%，这提示厂家设定的管电流是降低辐射剂量中一个不容忽视的因素，亦表明行第二代双源DE-CTPA检查的患者接受的辐射剂量比行第一代双源DE-CTPA检查的患者接受的辐射剂量少，行第二代双源DE-CTPA 80/Sn140 kV检查的患者辐射剂量降低更为显著。

降低管电压可使产生的X线光谱的平均能量更接近碘的K缘，由此可提高靶血管及含碘实质器官的CT值[14]。Waaijer等[15]的研究表明当管电压从120 kV降至90 kV时，每毫克碘的CT值增加43%。本研究结果显示，第一组的肺动脉平均CT值较第二组的平均CT值增加18%。而两个球管管电压均相同的第一组和第三组的CT值却相差16%，这可能是两组的融合系数不同所致，第一组的平均加权图像是由60%的80 kV数据与40%的Sn140 kV数据融合而成，而第三组的平均加权图像则由30%的80 kV数据与70%的140 kV数据融合而成。

在保持管电流不变或轻微调整管电流的情况下，降低管电压会导致图像噪声的增大。本研究结果显示，第一组的图像噪声较第二组升高了约39%，但同时，低管电压能够增加动脉强化程度，所以这能在一定程度上弥补噪声对图像的影响，且两组图像平均SNR差异无统计学意义，第一组平均CNR较第二组升高了约22%，因此，在满足诊断需求的情况下，允许图像噪声在一定范围内升高；而第一组与第三组的低管电压球管均采用80 kV，图像噪声却相差28%，且第一组平均SNR及CNR均明显高于第三组，这可能是因为经过锡滤器锐化的140 kV高管电压球管可提高空间分辨力及降低图像噪声[16]。升高管电压及球管锡滤器的应用是导致第二组平均SNR高于第三组且两组图像噪声相差48%的原因。综合而言，相比第一代DECT，采用第二代DECT 80/Sn140 kV的扫描方案可提高肺动脉CT值，且SNR提高63%，有利于对肺动脉病变的观察。

总之，相比第一代双源DECT，第二代双源DECT不仅能提高图像质量，还可更大程度地降低辐射剂量，而第二代双源DECT的80 /Sn140 kV扫描方案在保证图像质量的前提下，辐射剂量进一步降低，建议在第二代双源双能量CT肺动脉成像时常规应用。

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ComparisonofradiationdoseandimagequalityofCTpulmonaryangiographyusingdual-sourcedual-energyCT

LI Xie,QI Li,ZHOU Chang-sheng,et al.

Department of Medical Imaging,Jinling Hospital,Southern Medical University,Nanjing 210002,P.R.China

Objective:To compare radiation dose and image quality of CT pulmonary angiography(CTPA) using first generation and second-generation dual-source dual-energy CT(DECT).MethodsA total of 120 patients(40 in each group) underwent CTPA on a dual-source CT scanner(group 1:second generation DECT,40 patients,80/Sn140 kV;group 2:second generation DECT,40 patients,100/Sn140kV；group 3,first generation DECT,40 patients,140/80kV).The mean CT attenuations and standard deviations(SD) of main pulmonary,pulmonary arteries,the air,and the fat of the back at the level of the pulmonary trunk were measured.CT value,signal to noise ratio(SNR),contrast to noise ratio(CNR),and effective dose(ED) of pulmonary artery images were compared.ResultsThe CT values in the pulmonary arteries were significantly higher in group 1 [(354.1±73.4)HU,P<0.001] than those in group 2 [(290.1±73.1) HU，P<0.001] and group 3 [(303.9±73.3) HU，P<0.001];however,no difference was found in CT values between groups 2 and 3(P=0.399).Mean SNR were lower in group 3(24.8±8.4) than group 1(40.4±12.9,P<0.001) and group 2(44.6±12.9,P<0.001),however,no difference was found for SNR between groups 1 and 2(P=0.115).Mean CNR were significantly higher in group 1(435.3±77.7) than group 2(355.8±77.8,P<0.001) and group 3(384.8±79.0,P=0.005),however,no difference was found for CNR between groups 2 and 3(P=0.1).Mean ED were the lowest(P<0.001) in group 1.ConclusionSecond generation dual-source DECT with 80/Sn140 kV protocols allows for significant dose reduction and diagnostic image quality.

Dual energy CT；Pulmonary embolism；Radiation dose；Image quality

210002 南京，南方医科大学附属临床医学院/南京军区南京总医院医学影像科

李勰(1990-)，女，广东人，硕士研究生，主要从事低辐射剂量肺动脉CT成像研究工作。

卢光明，E-mail：cjr.luguangming@vip.163.com

R563.5; R814.42

A

1000-0313(2014)09-1003-05

10.13609/j.cnki.1000-0313.2014.09.006

2014-08-01

2013-08-18)