低辐射剂量肝脏CT增强扫描:80kVp结合迭代重建技术的初步研究

姜健,王可,许玉峰,徐莎莎,刘建新,王霄英

·LI-RADS临床应用研究专题·

低辐射剂量肝脏CT增强扫描:80kVp结合迭代重建技术的初步研究

姜健,王可,许玉峰,徐莎莎,刘建新,王霄英

目的:探讨80 kVp管电压结合迭代重建技术(SAFIRE)在正常体重人群肝脏CT增强扫描中应用的可行性。方法:前瞻性地对身体质量指数(BMI)18～24 kg/m2、临床怀疑肝脏疾病的46例患者采用低辐射剂量(80 kVp、420 mAs)进行CT增强扫描,对比剂注射采用个性化方案。以滤波反投影法(FBP)和5种强度SAFIRE(1～5)方法分别进行图像重建。图像质量的客观评估指标:图像噪声、对比噪声比(CNR)、品质指数(FOM)。图像质量的主观评估:对图像噪声、血管显示、伪影及图像整体质量进行主观评分,并对动脉晚期的期相进行评估。结果:图像质量客观评估结果:SAFIRE-5图像的噪声最小,CNR及FOM值最高,与其余5组图像间差异均有统计学意义(P＜0.05)。图像质量主观评估结果: SAFIRE-5图像的噪声、血管显示情况及硬化伪影的评估结果均优于其它5组,但“蜡样”伪影的评分明显低于其它各组,使其图像整体评分受到影响;SAFIRE-3图像的整体评分最高,与其它各组间差异有统计学意义;95.6%(44/46)的动脉晚期图像质量合格。结论:正常体型人群行肝脏CT增强扫描时,使用80kVp结合迭代重建技术及个性化对比剂注射方案,能得到较好的图像质量;此种条件下,建议使用SAFIRE-3进行图像重建。

体层摄影术,X线计算机;管电压;迭代重建技术;图像质量;肝脏疾病

常规腹部CT检查是临床广泛应用的检查方法,但辐射剂量较高[1]。使用低管电压技术可以降低CT的辐射剂量,同时可以提高CT对比增强扫描图像中含碘区域的对比度,对诊断有益[2-3]。但是降低管电压,图像噪声增加,将影响图像质量。与临床常用的滤波反投影重建法(filtered back projection,FBP)相比,迭代重建算法(iterative reconstruction,IR)可以降低图像噪声。而正弦图迭代重建(sinogram-affirmed iterative reconstruction,SAFIRE)作为新一代迭代重建技术,可以更好地降低图像噪声并且提高图像的对比度。本研究旨在探讨低剂量扫描(80 kVp)结合

SAFIRE技术在正常体重人群肝脏CT增强扫描中应用的可行性。

材料与方法

1.一般材料

本研究经医院伦理委员会批准,前瞻性将本院2014年7月-2015年7月临床疑诊肝脏病变需行肝脏CT增强检查的患者纳入研究。共46例患者入组,男28例,女18例,年龄19～78岁,平均(45.6±13.1)岁,身体质量系数(body mass index,BMI)18～24 kg/m2。行腹部CT增强检查前对患者进行风险评估,确定患者无CT增强检查的禁忌证。

2.扫描及后处理方法

使用Siemens Somatom Definition双源CT机。患者仰卧位,扫描方向为头足位。常规行CT平扫和三期动态增强扫描(动脉晚期、门静脉期及延迟期)。其中平扫及动脉晚期的扫描范围自膈顶至肝下缘,门静脉期扫描范围自肝上缘至髂嵴上方,延迟期扫描范围自膈顶至肝下缘。使用双筒高压注射器(Stellant, Medrad,USA)推注对比剂碘佛醇(320 mgI/mL),剂量1.1 mL/kg,注射时间30 s,计算对比剂注射流率,之后立即以相同流率注射30 mL生理盐水冲管。

CT扫描参数:80 kVp,420 mAs,准直128i× 0.6 mm,0.5 s/r,螺距0.6。增强扫描的延迟时间:动脉晚期为注药后35 s,门静脉期为65 s,延迟期为180 s。对动脉晚期图像分别采用FBP及5种重建强度的SAFIRE算法进行重建,共获得6组数据,卷积核分别为B26f及I26f,重建层厚1.0 mm,间隔0.8 mm。将重建后的数据传至后处理工作站,应用3D软件进行分析测量。

在FBP重建图像中进行CT值的测量。在动脉晚期图像中选择肝门层面,在肝实质内取4个等大的感兴趣区(region of interest,ROI)测量CT值,取其平均值作为肝实质CT值;测量同层面内主动脉的CT值;测量双侧竖脊肌的CT值作为软组织CT值;测量皮下脂肪CT值,计算其标准差(standard deviation, SD)作为图像噪声。在门静脉期、延迟期图像上测量肝实质CT值,方法同上。所有数值的测量都在重建图像的相同层面、相同位置进行。

经治疗，患者皮疹等临床症状完全消退，皮肤无遗留色素沉着，且已经干燥并结痂为治疗显效；经治疗，患者疼痛症状有所缓解，皮疹消退程度在75%～85%之间，皮肤开始小范围结痂为治疗有效；经治疗后患者皮疹等临床症状无明显改善，极少数患者疼痛难忍，皮肤并未出现干燥并结痂现象，甚至极少数患者病情出现加重现象为治疗无效；现阶段临床将治疗总疗效=显效率+有效率。

记录CT设备上提供的扫描时的容积CT剂量指数(CT dose index,CTDIvol)和剂量长度乘积(dose length product,DLP)。根据公式(1)和(2)计算得到有效剂量(effective dose,ED)及体型特异性剂量估计值(size-specific dose estimate,SSDE):

其中k为转换因子,k=0.014Sv/(mGy·cm)。转换系数是通过计算腹部前后径和左右径之和,然后查找线性关系表,得到相应的转换系数[4]。

3.图像分析

图像质量的客观评价指标:肝实质、主动脉和软组织的平均CT值,图像噪声,对比噪声比(contrastnoise ratio,CNR)及图像的品质指数(figure of merit, FOM)[5]。CNR和FOM的计算公式如下:

对动脉晚期的期相进行评估,LI-RADS中指出合格动脉晚期图像的评估标准为由2位有经验的放射科医师采用盲法阅片,评价内容包括:图像噪声评分、血管显示情况(肝动脉、门静脉及肝静脉)、图像硬化伪影、“蜡样”伪影及图像质量整体评分。评分标准见表1。图像质量评分≥3分为符合临床诊断要求,≤2分为不能达到临床诊断要求。同时对动脉晚期的期相进行评估,LI-RADS中提出的合格动脉晚期图像的评估标准:肝动脉显影清楚,门静脉内充盈对比剂,肝静脉内无顺序性对比剂充盈[6]。

表1 图像质量主观评价指标的评分标准

4.统计学分析

采用SPSS 20.0软件进行统计学分析。采用重复测量方差分析对6组重建图像的客观评价指标进行比较。采用非参数秩和检验中的Friedman检验和Wilcoxon检验对6组重建图像的主观评分进行统计学分析。采用Kappa检验评价2位医师对图像质量主观评分的一致性。P＜0.05为差异有统计学意义。

结 果

本研究中动脉晚期CT扫描的辐射剂量: CTDIvol为(8.14±0.00)mGy,DLP为(145.41± 19.27)mGy·cm,ED为(2.08±0.32)mSv,SSDE为(12.37±1.06)mGy。本研究中对比剂平均用量为(76.98±9.13)mL。

2.图像客观评估结果

肝实质在平扫、动脉晚期及门静脉期的CT值分

别为(56.78±5.81)、(73.64±8.98)和(129.65± 19.03)HU。门静脉期肝实质强化值为(72.87± 19.44)HU。在动脉晚期图像上全部患者的主动脉CT值均高于250 HU,平均值为(327.50±44.82)HU。

6组重建图像的噪声、CNR和FOM值见表2。

表2 6组重建图像的噪声、CNR和FOM值

表3 6组重建图像的主观评分结果及比较

SD、CNR、FOM在6组间比较,差异均有统计学意义(P＜0.05)。进一步两两比较,SAFIRE 1组噪声最大,SAFIRE 5组噪声最小,FBP组与SAFIRE 2组之间的噪声差异没有统计学意义(P＞0.05),其余各组间的差异均有统计学意义SAFIRE 5组的CNR及FOM最大,SAFIRE 1组最小,FBP组与SAFIRE 2组之间的CNR和FOM的差异无统计学意义(P＞0.05),其余各组间的CNR值的差异均有统计学意义,FBP组及SAFIRE 3组之间FOM的差异无统计学意义(P＞0.05),其余各组间FOM值的差异均有统计学意义。

3.图像主观评价结果

两位医师对图像质量的主观评价结果见表3。

SAFIRE 5图像的噪声、血管显示及硬化伪影的得分均高于其它各组,但“蜡样”伪影的得分明显低于其它各组。SAFIRE 3图像的整体评分最高(图1),与其它各组的差异有统计学意义(P＜0.05)。46例受试者的动脉晚期图像上肝动脉、门静脉均可显示,肝静脉内未见顺行性对比剂填充44例。动脉晚期图像的合格率为95.6%。

讨 论

CT检查的广泛应用,使人们在关注其诊断效能的同时,也关注射线辐射的风险。降低辐射的方法有

很多,如降低管电压、自动管电流、缩短扫描长度、减少扫描期相和避免不必要的重复检查等。其中,降低管电压是减少辐射剂量最常用的技术手段之一。本研究发现,针对BMI 18～24 kg/m2的人群,使用80 kVp管电压结合SAFIRE重建技术行肝脏增强CT扫描,可以明显降低患者的辐射剂量,同时提供较好的图像质量。

如何能在保证图像质量的前提下,尽可能地减低患者受到的辐射剂量,是每一个影像医疗工作者所关注的问题,根据患者情况,进行“个性化检查”是主要解决方案。本研究中,涉及个性化的内容,包括患者体型的分层和对比剂注射方案的个性化。个性化的前提,首先是对患者进行分层。根据《中国成人超重与肥胖症预防控制指南》[7],BMI 18～24 kg/m2为正常体重人群。本研究针对这一人群,我们采用80 kVp管电压、420 mAs管电流进行扫描,并且根据患者自身体重个性化计算对比剂用量及注射流率。

由于使用了80 kVp的管电压,本研究中患者接受的辐射剂量(CTDIvol)较其它研究中的120 kVp管电压结合自动管电流技术降低约为40%[8],与近期某些学者的研究结果相似[9-10]。本研究结果表明,在减低患者辐射剂量的条件下,图像的对比度、血管及肝实质在动脉晚期的强化程度仍可以达到临床诊断要求。在如此低辐射剂量的条件下,图像质量合格的原因,是同时应用了优化的迭代重建技术及对比剂注射方案。

当管电压下降时,会增加图像的噪声,本研究中通过迭代重建(SAFIRE 1～SAFIRE 5)来降低图像噪声及增加图像对比度,以纠正管电压降低对图像质量的影响[11]。有研究表明,在低剂量扫描条件下使用SAFIRE重建可以提高组织的对比度[12]。SAFIRE技术采用支持原始数据的噪声模型,该模型可以将原始数据中的噪声投射到图像中,并在每一次迭代算法中被抑制,经过数次循环使图像噪声降低,在尽量少地改变图形锐利度的同时,尽可能地减少硬化伪影,其重建后的图像将不断和原始图像进行对比,得到的图像是一次次迭代重建后的组合,直到得到最佳质量的图像[13]。读片者对图像质量的主观感觉,受多种因素的影响。本研究中SAFIRE 5图像的图像噪声、血管显示及硬化伪影的得分均高于其它各组,但“蜡样”伪影的得分明显低于其它各组。由于读片者对“蜡样”伪影的接受度较低,所以最终的整体图像质量评分,以SAFIRE 3重建图像为最佳,SAFIRE 3是最理想的重建方式。

CT增强扫描所使用的含碘对比剂对于肾脏的毒性作用也越来越被人们所重视,尤其是针对那些有肾功能损伤的患者[14]。在低管电压条件下,碘的衰减增加,同等剂量的碘在图像上的CT值增高。因而在低管电压条件下,如果对强化程度的要求不变,可适当降低对比剂用量,减少对比剂带来的风险[15]。通常认为在120 kVp条件下行腹部CT增强检查时,注射碘对比剂的剂量达到520～600 mgI/kg即可满足肝脏疾病的临床诊断要求。在理论推测和CTA的研究中已证实,当使用80 kVp管电压时,若想达到与120 kVp管电压相同的CT值,需碘量只需120 kVp条件下的64%[9,16]。本研究以此为依据,在使用80 kVp管电压时,受试者所需碘量只要达到352 mgI/kg即可。因此,在CT增强检查过程中,根据受试者体重及对比剂浓度,计算得到受试者注射的含碘对比剂总量。

在肝脏CT增强检查技术中,除了要求强化程度足够,更要求在合适的增强扫描时相采集图像,目前公认动脉晚期图像对肝脏富血供病变、尤其是肝细胞肝癌的检出和诊断最有价值[17]。多数研究者认为固定注药时间更易于准确选择各个期相的扫描时间[18],对无循环异常的患者,通常推荐注药时间为30 s。本研究采用固定注药时间为30 s、并延迟5 s启动动脉晚期扫描,发现所有动脉晚期图像上主动脉的CT值均高于250 HU,46例受试者肝动脉、门静脉均可显示,44例受试者肝静脉内未见对比剂填充,获得了合格的动脉晚期图像。

本研究存在一定的局限性。首先,受试者的数量较少,应该进一步收集;其次,本研究的结果只适用于BMI 18～24 kg/m2的正常体型人群,应进一步对其它BMI组人群进行研究。

总之,正常体型人群行肝脏CT增强扫描时,可使用80 kVp结合迭代重建技术及个性化注药方案,能得到较好的图像质量。此种条件下,建议使用SAFIRE 3进行图像重建。

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Low dose in contrast-enhanced CT scan of liver:80kVp with sinogram affirmed iterative reconstruction technique

JIANG Jian,WANG Ke,XU Yu-feng,et al.Department of Radiology,the First Hospital of Peking University,Beijing 100034,China

Objective:To evaluate the feasibility of 80kVp with sinogram affirmed iterative reconstruction(SAFIRE) technique in liver contrast-enhanced CT scan of normal weight adults.Methods:Forty-six patients with body mass index of 18～24kg/m2and suspected of hepatic diseases were prospectively recruited and then underwentliver contrast-enhanced CT using low dose(80kVp and 420 mAs)and personalized contrast injection protocol.Filtered back projection(FBP)and five SAFIRE algorithms were used respectively for image reconstruction,and 6 sets of images were obtained for each patient. For objective evaluation,image noise,contrast-to-noise ratio(CNR)and figure of merit(FOM)were measured and calculated.For subjective evaluation,subjective score of image noise,vessel conspicuity,artifacts and overall image quality were assessed,as well as the timing of late arterial phase.Results:For objective analysis,images with SAFIRE-5 algorithm showed the least image noise and the highest CNR and FOM,with statistical difference from those of the other 5 groups(P＜0.05).For subjective analysis,images with SAFIRE-5 algorithm showed the highest scores of image noise,vessel conspicuity and beam hardening artifacts,and the least score of reconstruction artifacts.As for overall image quality,the image scores of SAFIRE-3 were the highest compared with the other 5 groups.95.6%(44/46)of the patients could obtain appropriate images in late arterial phase.Conclusion:In liver contrast-enhanced CT,80kVp with iterative reconstruction technique and personalized contrast media injection protocol can obtain high quality post-contrast images;SAFIRE-3 algorithm is recommended for image reconstruction.

Tomography,X-ray computed;Tube voltage;Iterative reconstruction technique;Image quality;Liver disease

R814.42;R875

A

1000-0313(2016)04-0316-05

10.13609/j.cnki.1000-0313.2016.04.008

2016-03-03

2015-03-28)

100034 北京,北京大学第一医院医学影像科

姜健(1989-),女,辽宁省大连人,博士研究生,主要从事影像新技术研究工作。

王霄英,E-mail:cjr.wangxiaoying@vip.163.com