高级迭代重建算法在双低主动脉CTA中的应用研究

许晨阳 安恒彬 朱绍成 郭濴 王梅云 窦社伟 谭红娜 史大鹏 宁培钢

(河南省人民医院放射科， 河南 郑州 450003)

多层螺旋CT扫描技术的发展日新月异，主动脉CT血管成像(aorta computed tomography angiography,ACTA)也越来越广泛应用于临床疾病诊断与治疗，既往应用滤波反投影算法(filtered back projection ,FBP)重建图像，存在噪声较大，对比噪声比(Comparison Noise Ratio)较低等问题[1]，迭代重建算法(sinogram affirmed iterative reconstruction,SAFIRE)能够有效解决此类问题，它能降低图像噪声，提高图像对比噪声比，在保证图像质量满足影像诊断要求的前提下， 间接降低扫描管电压、辐射剂量及造影剂用量。[2-5]本研究比较不同管电压(80 kV、100 kV)下，不同造影剂使用量(0.7 mL/kg、1.0 mL/kg)下两种不同重建算法(FBP、SAFIRE)对图像噪声、对比噪声比及辐射剂量的影响，从而探讨高级迭代重建算法在双低主动脉CTA中的应用价值。报告如下。

1 资料与方法(Materials and methods)

1.1 一般资料 采用简单随机分组将2017年1—9月在我院行全主动脉CTA扫描的临床患者108例(男70例，女38例)分为实验组(A)和对照组(B)，A组(n=52)，B组(n=56)，体重指数正常(≤2 5 kg/m2)。所有患者试验前均告知使用碘造影剂的相关反应及可能出现的过敏反应，并签订碘造影剂使用知情同意书。本实验经医学伦理委员会批准。

1.2 方法 扫描技术：所有实验对象均采用西门子双源FlashCT(Somatom Definition Flash，Siemens Healthcare，Forchheim，Germany)进行扫描。扫描模式选择Flash Spiral模式，管电压分别为实验组80 kV(52例)、对照组100 kV(56例)，管电流采用自动调节技术，参考管电流为288 mAs/rot，探测器准直为2×64×0.6 mm，螺距3.2。先进行胸腹联合定位像扫描，再进行增强扫描，扫描范围为胸廓入口处至耻骨联合处。增强扫描采用高压注射器，以4.5 mL/s的流速经肘前静脉注入非离子型造影剂(碘普罗胺 370 mgI/mL)，实验组造影剂用量0.7 mL/kg，对照组造影剂用量1.0 mL/kg，注射完毕后随即以4.5 mL/s的流速注入30 ml生理盐水，应用对比剂跟踪技术(bolus tracking)，在主动脉根部层面选择感兴趣区(ROI)检测CT值，当ROI层面内CT值达到100 HU时，延迟5 S自动触发扫描。图像重建:实验组及对照组所有图像均分别应用FBP及SAFIRE重建算法分别进行重建，从而将患者图像分为四组(80 kV+SAFIRE组，80 kV+FBP组，100 kV+SAFIRE组，100 kV+FBP组)，重建层厚0.625 mm；将重建后图像导入影像工作站。客观评价：选择四个层面(升主动脉起始部、主动脉弓、腹主动脉腹腔干开口水平、髂总动脉起始部)，每个层面选择三个感兴趣区(ROI)，每个ROI面积为100 mm2，将ROI完整复制到所选层面图像上，保证所有ROI形态、大小及位置相同，然后分别记录相应层面的CT值、噪声(SD)、对比噪声比(contract-noise-radio，CNR)；CNR计算公式CNR=(CTA-CTB)/SDB，其中，CTA代表测量层面主动脉的CT值，CTB代表所测量主动脉同层面的肌肉CT值，SDB代表所测量主动脉同层面肌肉的SD值。1.3 统计学方法 使用SPSS20.0统计学软件包采用独立样本T检验，对A、B两组患者的辐射剂量、造影剂用量及四组患者主动脉ROI的CT值、SD、CNR、主动脉图像质量主观评分进行统计学分析，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 A组与B组患者临床基本特征比较 主要包括年龄和体重指数(BMI)，A组年龄平均为(59.00±11.00)岁，B组年龄平均为(61.00±11.00)岁，两组间年龄差异无统计学意义(F=0.35,P>0.05)；A组平均体重为(67.14±11.21) kg，B组平均体重为(67.73±14.87) kg，两组间体重差异无统计学意义(F=3.16，P>0.05)；A组体重指数平均为(24.40±3.41) Kg/m2，B组体重指数平均为(23.76±3.96) Kg/m2，两组间体重指数差异无统计学意义(F=0.80,P>0.05)。

2.2 A组与B组患者辐射剂量对比 在基本扫描参数相同的条件下，A组患者接受辐射剂量减少，CTDI及DLP均减少，与B组比较差异有统计学意义(F=24.94、1.92，P<0.01)，均减少67%。A组患者造影剂用量减少，与B组比较差异有统计学意义(F=2.76，P<0.01)，减少28%。见表1。

表1 A组与B组辐射剂量及造影剂用量对比

2.3 各组患者主动脉CT成像主客观图像质量比较：A组+SAFIRE升主动脉、主动脉弓、腹主动脉及髂总动脉ROI噪声低于A组+FBP，两者差异有统计学意义(F=7.96,0.12,9.98,0.16；P<0.01)；A组+SAFIRE的ROI对比噪声比高于A组+FBP，两者差异有统计学意义(F=11.80,1.60,2.21,1.64；P<0.01)；B组+SAFIRE升主动脉、主动脉弓、腹主动脉及髂总动脉ROI噪声低于B组+FBP，两者差异有统计学意义(F=7.32,2.06,0.12,0.33；P<0.05)；B组+SAFIRE的ROI对比噪声比高于B组+FBP图像对比噪声比，两者差异有统计学意义(F=2.54,12.90,5.04,7.03；P<0.05)；A组+SAFIRE升主动脉、主动脉弓、腹主动脉及髂总动脉ROI噪声低于B组+FBP，两者差异有统计学意义(F=7.32,2.06,0.12,0.33；P<0.05)；A组+SAFIRE的ROI对比噪声比高于B组+FBP，两者差异有统计学意义(F=0.02，6.03,10.22,12.22；P<0.05)。A组+SAFIRE的ROI噪声高于B组+SAFIRE，两者差异有统计学意义(F=16.39,25.39，7.78，2.75；P<0.01)；A组+SAFIRE的ROI对比噪声比低于B组+SAFIR，两者差异有统计学意义(F=6.80,25.67,20.03,24.94；P<0.01)。图像质量主观评分A组+SAFIRE高于B组+FBP(F=0.31，P>0.05)，B组+SAFIRE高于A组+SAFIRE(F=0.001，P>0.05)。B组+SAFIRE高于B组+FBP(F=0.01，P>0.05)。见表2。

表2 各组患者主动脉CT成像客观图像质量及主观质量评分比较

注：P1值为A组+FBP与A组+SAFIRE比较，P2值为B组+FBP与B组+SAFIRE比较，P3值为B组+FBP与A组+SAFRE比较，P4值为A组+SAFIRE与B组+SAFIRE比较。

3 讨 论

主动脉CTA扫描领域通常较大，扫描层数相对较多，患者受辐射剂量也较大，存在损害 DNA 的潜在作用，与一些恶性肿瘤的发生也存在一定相关性[6]。X线与人体组织主要发生两种物理反应：康普顿效应和光电效应[7]，而影响辐射剂量的主要因素是后者。光电效应能否发生又取决于两个因素：组织有效原子序数和管电压[8]。曹国全等[9]应用迭代重建技术联合低电压(80kV)行胸主动脉CTA扫描，在图像CNR与120kV管电压扫描无统计学意义前提下，辐射剂量却下降了约69%，与本研究所得结果基本一致。但是由于80kV管电压平均能量较低，X线穿透力不足，特别是在体厚较大的层面，还是会产生较大噪声，特别是用传统FBP重建图像时，图像噪声较大，颗粒感强，主动脉血管壁显示毛糙欠清，影响图像质量及影像诊断。SAFIRE是第二代迭代重建技术，利用矩阵代数，选择性地识别并去除图像噪声，使图像噪声降低，并能最大限度保证图像细节信息不被丢失，保持和提高图像的空间分辨率，进而有效提高了图像质量[10]，第二代迭代重建技术除了建立系统统计模型之外，还建立了系统光学模型，从而使体素、X射线光子初始位置和探测器几何因素均通过模型进行模拟，空间分辨率和对比噪声比进一步提高[11]。更重要的是，SAFIRE算法可以有效地在图像过程中将由于X线减少而产生的量子噪声排除[12]。Winklehner等[13]应用双源CT进行体部 CTA扫描， 采用 SAFIRE重建对一个球管的原始数据进行重组，图像噪声较双球管FBP重组降低9.4% ，而辐射剂量则减少了一半。

本研究中，相同管电压扫描条件下，使用SAFIRE重建的图像质量客观评价的对比噪声比较使用FBP算法为高；试验组(80kV)图像质量客观评价的噪声、对比噪声比与对照组(100kV)比较，差异有统计学意义(P<0.05)，但是两组间图像质量主观评分均值差异无统计学意义，也说明应用在低电压扫描前提下，虽然图像噪声及CNR有所降低，但由于运用SAFIRE重建算法，图像质量不至于影响诊断，从而验证了低剂量扫描的可行性。实验组造影剂用量为0.7 mL/kg，对照组造影剂用量为1.0 mL/kg，实验组造影剂平均用量较对照组减少28%，通过应用迭代重建技术，虽然两组图像的噪声及CNR差异有统计学意义，两组图像主观评分均值差异无统计学意义，这说明本研究中降低造影剂剂量对图像质量的影响较小，不影响影像诊断。付传明[14]等的通过应用双低技术(低电压、低对比剂碘量)技术，使实验组较对照组平均碘量减 少47.77%，但两组图像间CNR差异无统计学意义，究其原因，80 kV管电压产生的光子能量较100 KV管电压产生的光子能量更易被对比剂中碘原子的K缘吸收，从而提高血管增强扫描后的CT值，增加了血管与周围组织的对比度[15]。再加上应用迭代重建算法，使图像的噪声进一步减低，对比噪声比进一步提高。

综上所述，在保证图像质量符合影像诊断要求的前提下，低管电压、低造影剂使用量联合迭代重建算法能有效降低辐射剂量及患者接受碘量，必将在提高主动脉CT成像质量中得到越来越广泛的应用。