16排螺旋CT低管电压联合迭代重建技术头颈部血管成像的研究

夏 鹏，蒋兆贯，李宇晴，章逸平，史成程，陈晓琳

（江苏省无锡市中医医院放射科，江苏 无锡 214071）

头颈部CTA作为临床上常用的无创性检查方法，在筛查和诊断头颈部血管病变中发挥着重要作用［1］。但大范围的CTA成像常需较大剂量对比剂维持血管内的浓度，增加了辐射剂量［2］。CT检查导致的射线辐射和对比剂肾病（contrast-induced nephropathy，CIN）越来越受到关注。头颈部CTA“双低”（低剂量对比剂和低X线辐射量）成像亦成为近期CT研究的热点，但研究多集中在64排及以上高档CT［3-4］，而对16排CT研究的不多。本研究探讨16排CT低管电压（90 kV）联合迭代重建技术行头颈部血管CTA的可行性。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2015年10月至2016年3月我院怀疑头颈部血管疾病行头颈部CTA的连续16例患者，其中男11例，女5例；年龄25～83岁，平均（65.9±15.3）岁；体质量指数（body mass index，BMI）20.1～29.9 kg/m2，平均（24.8±3.0）kg/m2。本研究经我院伦理委员会批准，所有患者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用Philips Ingenuity Flex 16排CT行头颈部螺旋扫描。扫描参数：90 kV，200 mAs，扫描速度每圈0.5 s，探测器宽度1.5 mm×16，螺距1.188，重建层厚2 mm，间隔1 mm，触发式扫描，监测层面为主动脉弓，触发阈值80 HU，扫描方向由足侧向头侧，扫描时间 6.26～7.74 s，平均（7.02±0.38）s；对比剂采用碘海醇（300 mgI/mL），使用双筒高压注射器，注射对比剂50 mL，后注射生理盐水30 mL，流率均为4 mL/s。记录剂量长度乘积（dose length product，DLP）。

1.3 图像处理和评价 将原始图像分别采用滤波反投法（filtered back projection，FBP）、iDose 1、iDose 2、iDose 3、iDose 4、iDose 5 重建传至工作站进行图像评价。

客观评价：测量主动脉、颈总动脉、颈内动脉和大脑中动脉各组CT值及标准差（SD），SD作为噪声值（N）。测量时避开明显狭窄侧，如无狭窄取对比剂注射侧的对侧颈总动脉、颈内动脉和大脑中动脉。测量点于颈总动脉选取近端并避开上腔静脉伪影，于颈内动脉选取起始段，于大脑中动脉选取M1段。ROI大小为测量层面管腔面积的1/2，避开狭窄、钙化、软斑块等。

测量同侧颞肌CT值，计算SNR、对比噪声比（CNR），其中，SNR= 血管 CT 值/N，CNR=（血管 CT值-颞肌CT值）/N。

主观评价：由2名有经验的影像诊断医师对6组重建图像进行主观评价，意见不一致时协商取得一致。采用5分法评价图像锐利度、噪声、诊断信心：1分，动脉边缘模糊，噪声大，诊断信心不足；2分，动脉边缘较模糊，图像噪声较大，诊断信心受限；3分，动脉边缘尚锐利，图像噪声小，诊断信心可；4分，动脉边缘较锐利，图像噪声较轻，诊断较有信心；5分，动脉边缘锐利，图像几乎无噪声，诊断有信心。

1.4 统计学分析 采用SPSS 17.0软件进行统计学分析。年龄和BMI以±s表示，各组图像N、SNR、CNR采用随机区组设计资料先行方差齐性检验，方差齐时行方差分析，方差不齐时行非参数秩和检验（Kruskal-Wallis H检验）。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 CT射线剂量报告 16例DLP范围为411.7～460.5 mGy·cm，中位数 452.4 mGy·cm，平均 （442.7±17.7） mGy·cm。

2.2 图像质量客观评价结果（表1） ①主动脉节段：各组CT值差异无统计学意义（P＞0.05）；噪声、SNR和CNR差异均有统计学意义（均P＜0.05）。以FBP法重建图像噪声最大，iDose 5图像最小；SNR和CNR以FBP法重建图像最小，iDose 5图像最大。②颈总动脉节段：各组CT值、噪声、SNR和CNR差异均无统计学意义（均P＞0.05）。iDose 5图像噪声、SNR、CNR与FBP图像两两比较差异均有统计学意义（均P＜0.05）。FBP法重建图像噪声最大，iDose 5图像最小；FBP法重建图像SNR和CNR最小，iDose 5法重建图像最大（图1）。③颈内动脉节段：各组CT值、噪声、SNR和CNR差异均无统计学意义（均P＞0.05）。两两比较发现，SNR和CNR以FBP法重建图像最小，iDose 5图像最大，差异均有统计学意义（均P＜0.05）。④大脑中动脉节段：各组CT值、噪声、SNR和CNR差异均无统计学意义（均P＞0.05）。两两比较发现，iDose 1图像SNR和CNR最小，iDose 5图像最大，差异均有统计学意义（均P＜0.05）。

2.3 图像质量主观评价结果（表2） 16例中，每例得到6组重建图像，其中5分61组，4分29组，3分6组，无3分以下的重建图像，所有图像质量均满足临床要求。

3 讨论

头颈部CTA已广泛应用于筛查和诊断头颈部血管病变，但由此产生的辐射剂量、潜在的CIN风险及重要并发症也越来越受到临床关注［5］。目前“双低”技术在64排以上CT头颈部血管成像中得到广泛运用，但仍有许多基层医院使用16排CT，无法使用“双低”技术行头颈CTA检查，而目前16排CT随着机器性能提高，越来越多的配置了迭代技术。16排CT可在不影响影像诊断质量的前提下降低头颈部CTA辐射剂量及对比剂用量。

理论上，CT的辐射剂量与管电压的平方呈线性相关，因此，降低管电压能有效降低CT辐射剂量。曹国全等［6］研究了 80、100和 120 kV管电压条件下脑血管CT成像中的容积CT剂量指数（volume CT dose index，CTDIvol）、DLP 及有效剂量，结果发现管电压为100 kV时的上述指标较120 kV条件下分别降低39.29%、39.52%和39.42%；而当管电压降至80 kV时，上述指标则分别降低66.88%、67.02%和67.31%。Sun等［7］也有类似的研究结果。由此可见，低管电压CT成像是一种降低CT辐射剂量的有效方法。本研究采用16排CT机，选择90 kV的管电压，患者的DLP平均值为（442.7±17.7）mGy·cm。 在后续研究中，可进一步降低管电压，观察并比较CT辐射剂量。

表1 不同节段血管腔、不同重建方法CT值、图像噪声、SNR、CNR比较（±s）

表1 不同节段血管腔、不同重建方法CT值、图像噪声、SNR、CNR比较（±s）

注：FBP，滤波反投影法；CNR，对比噪声比。※Kruskal-Wallis H检验。

节段 评价指数 FBP iDose 1 iDose 2 iDose 3 iDose 4 iDose 5 F/χ2值 P值主动脉 CT 值（HU） 367.4±44.0 373.2±42.8 375.1±49.8 368.7±48.6 367.9±45.8 369.1±44.8 0.076 0.996噪声（HU） 47.2±24.0 45.3±22.7 36.8±15.3 32.7±13.3 32.3±14.2 30.1±11.4 2.719 0.044※SNR 9.3± 3.8 10.1± 4.4 11.6± 4.0 12.8± 4.6 13.5± 5.6 13.8± 5.0 11.423 0.035 CNR 7.9± 3.3 8.5± 3.7 9.8± 3.5 10.8± 3.9 11.3± 4.7 11.6± 4.4 2.446 0.040颈总动脉 CT 值（HU） 360.8±48.2 370.9±45.6 371.1±50.0 368.4±47.0 369.8±44.9 370.0±44.4 0.110 0.990噪声（HU） 28.0±17.8 22.1±11.6 20.1± 8.8 22.5±10.7 20.4± 9.5 19.1±11.5 1.129 0.351 SNR 19.2±14.6 21.1±10.2 21.4± 9.1 20.5±10.9 21.0± 7.3 58.2± 8.0 4.504 0.479※CNR 16.1±12.2 17.7± 8.5 18.1± 8.1 17.3± 9.5 17.6± 6.1 23.7±15.8 4.460 0.485※颈内动脉 CT值（HU） 364.0±42.5 358.5±48.9 362.7±51.4 373.9±47.3 361.9±44.5 360.1±49.8 0.212 0.957噪声（HU） 30.1±17.9 30.2±19.2 25.8±20.8 19.0±15.8 23.1±16.2 19.6±17.8 1.199 0.316 SNR 16.6±10.1 21.4±17.5 25.1±18.0 31.6±19.2 31.4±29.0 39.5±32.4 7.897 0.162※CNR 14.0± 8.4 17.8±14.5 21.2±15.3 26.6±16.2 26.4±24.5 33.2±27.2 7.860 0.164※大脑中动脉 CT值（HU） 329.3±41.7 316.4±29.4 311.1±37.5 316.3±27.7 321.6±30.9 344.0±78.6 1.152 0.339噪声（HU） 40.8±17.3 49.3±23.5 43.7±23.5 41.4±21.7 37.7±21.8 38.9±20.0 0.598 0.701 SNR 9.8± 5.0 8.0± 4.3 9.4± 7.1 8.8± 2.9 10.8± 8.0 12.4± 9.9 1.026 0.407 CNR 8.1± 4.4 6.5± 3.4 7.7± 6.4 7.2± 2.5 8.8± 4.4 10.2± 7.9 1.002 0.421

表2 6种重建方法图像质量总体主观评价结果 组

降低管电压不可避免地增加CT图像噪声，而图像噪声是影响图像质量的重要因素，尤其是对脑动脉这种小血管CT成像影响更明显［8］。因此，如何合理降低管电压以减少CT辐射剂量，同时减少噪声对图像质量的影响亦是重要的研究课题。迭代重建算法是CT图像重建的2种方法之一（另一个方法是解析重建，FBP），通常使用最大似然-期望最大化法进行计算［9］，能有效去除噪声并加强组织结构的显示。本研究比较了FBP和迭代重建技术iDose 1、iDose 2、iDose 3、iDose 4 和 iDose 5 重建图像的噪声、SNR、CNR及血管腔内的CT值变化情况。结果发现，各血管节段运用不同图像重建方法重建的图像中，血管腔内的CT值均无明显差异（均P＞0.05），这是因为相同物质CT值的大小变化主要与管电压相关，当降低管电压，X线光子能量降低，高原子序数元素的组织或结构（如血管中的含碘对比剂）光电效应显著增强，导致该组织对X线的衰减增加，表现为其CT值显著升高。而本研究管电压固定为90 kV，理论上各种图像重建算法对CT值无影响，结果也证明了这一点。

降低管电压不但能减少患者的辐射剂量，还能增加含碘对比剂的CT值，降低对比剂用量［10］，相对64排以上CT，16排CT头颈部CTA需更长的扫描时间，减少更多的对比剂使用量，具有更重要的意义。本研究图像满意，既减少了对比剂用量、降低了CIN发生率，又为基层患者节约了医疗费用。

本研究中迭代重建算法图像噪声、SNR、CNR普遍优于FBP重建算法图像，尤以主动脉段明显，上述3个指标在不同重建算法图像中的差异均有统计学意义（均P＜0.05），而在迭代重建图像中，随着迭代水平的提高，噪声逐步减小，以iDose 5算法图像噪声、SNR、CNR 为佳。

16排CT因为探测器数目及扫描速度的影响，参数选择受到限制。本研究扫描速度每圈0.5 s，螺距1.188，探测器宽度1.5 mm，扫描完头颈时间约7 s，层厚2 mm，间隔1 mm重建，较薄层扫描使用更少的对比剂用量及较轻的脑静脉伪影，但在细节显示方面仍有差距。本组在颈内动脉及大脑中动脉节段不同重建方法图像上噪声、SNR、CNR差异均无统计学意义。

本研究表明，在16排CT上相对于FBP图像算法，迭代重建算法能有效减少图像噪声，提高横断面图像质量及脑血管的三维图像质量，同时减少了对比剂用量。因此，在高水平迭代重建时，其强大的降噪能力对低管电压扫描噪声水平升高进行弥补，使得由于降低管电压而引起的噪声变化相对不明显，今后笔者将进一步研究更低管电压联合迭代重建应用于16排头颈部血管CTA的可行性。