80 kV管电压下迭代重建算法联合自动管电流调制技术在低剂量头颈部CT血管造影中的应用▲

黄 涛 马隆佰 陆玉敏 毛一朴 官晓晖 余水莲 李 传 刘愈明

(广西壮族自治区人民医院CT室,南宁市 530021,电子邮箱：29536643@qq.com)

头颈部动脉硬化及狭窄是老年人发生脑血管意外的重要因素,头颈部CT血管造影(computed tomography angiography,CTA)能清楚地显示头颈部血管图像,对病变血管的定位、斑块性质及狭窄程度的判断具有较大的优势,临床上头颈部CTA已经成为筛查头颈部血管病变的重要检查方法[1]。但是,头颈部CTA扫描范围较广,并且在扫描范围内有甲状腺、晶状体等对辐射敏感的器官,其辐射危害不容忽视，因此,降低头颈部CTA的辐射剂量显得尤为重要。既往关于头颈部CTA低剂量扫描的研究多集中于采用100 kV管电压、固定管电流来扫描[2-3],而采用80 kV管电压、自动管电流扫描的研究鲜有报道。本研究探讨80 kV管电压下采用迭代重建算法联合自动管电流调制技术在头颈部CTA中的应用价值。

1 资料与方法

1.1 临床资料 选择2019年4月至2019年12月于我院行头颈部CTA检查的100例患者作为研究对象。纳入标准：临床因头晕、头痛、肢体无力、口角麻木或自发性蛛网膜下腔出血等原因拟行头颈部CTA检查的患者。排除标准：对碘对比剂过敏者；严重心血管疾病患者；肾功能不全患者；不能配合完成CTA检查者；体质指数≥30 kg/m2者；妊娠期女性。采用随机数字表法将患者分为对照组和观察组,各50例。其中对照组男性28例,女性22例,年龄30～84(63.36±11.27)岁,体质指数16.85～29.41(23.63±2.89)kg/m2,扫描范围312.75～388.35(350.85±22.16)mm；观察组男性26例,女性24例,年龄19～84(61.82±11.79)岁,体质指数18.90～29.41(23.38±2.12)kg/m2,扫描范围312.30～371.10(343.61±15.44)mm。两组患者的性别、年龄、体质指数及扫描范围差异均无统计学意义(均P>0.05),具有可比性。本研究通过本院伦理委员会审查批准(编号：Z20190231),所有患者均对本研究知情并签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用飞利浦公司Brilliance iCT 256层CT扫描仪进行CTA检查。患者取仰卧位,头先进,身体躺于检查床正中,双上臂置于身体两侧,检查时平静呼吸,避免吞咽动作,做好非检查部位敏感器官辐射防护。扫描范围自主动脉弓水平至颅顶水平,对照组管电压120 kV,固定管电流250 mAs,图像重建算法采用滤波反投影法(filtered back projection,FBP)；观察组管电压80 kV,自动管电流调制技术(DoseRight模式),采用iDose43级迭代重建算法进行图像重建。其余扫描参数均相同,具体为：准直器选择128 mm×0.625 mm,转速0.5 s/转,螺距0.814,矩阵512×512,视野250 mm×250 mm,层厚0.9 mm,层间距0.45 mm。使用双筒高压注射器经右侧肘正中静脉团注碘帕醇对比剂(370 mgI/mL)(上海博莱科信谊药业有限责任公司，生产批号：1906013F)50 mL,注射速率5 mL/s,然后以相同速率追加生理盐水30 mL冲管。采用智能对比剂追踪技术设置扫描延迟时间,将感兴趣区设置在降主动脉内,阈值设为140 HU,触发后4～5 s启动扫描。

1.3 图像质量分析

1.3.1 主观评分：将扫描结果的原始数据传至飞利浦工作站(Extended Brilliance Workspace，EBW)进行后处理,包括容积再现、最大密度投影及曲面重建。由两位资深的影像科副主任医师采用双盲法对图像质量进行评分,当意见不一致时则共同讨论达成一致意见后做出最终评分。评分标准[4]：图像无明显噪声,头颈部血管主干、分支及远端显示清晰,血管边缘光滑锐利,完全满足诊断要求为5分；图像噪声较小,头颈部血管主干及分支显示清楚,远端显示较好,血管边缘光滑,能满足诊断要求为4分；图像噪声较大,头颈部血管主干及分支显示尚可,远端显示欠佳,血管边缘轻度模糊,基本能满足诊断要求为3分；图像噪声较大,头颈部血管主干显示尚可,分支及远端显示欠佳,血管边缘毛糙,不能满足诊断要求为2分；图像噪声极大,头颈部血管主干及分支显示不清,血管边缘明显毛糙,完全不能满足诊断要求为1分。主观评分≥3分为满足诊断要求。

1.3.2 客观评价：由1名工作10年以上的影像科主管技师在EBW后处理工作站完成客观评价。评价标准[5]：测量左右颈总动脉、左右颈内动脉、基底动脉和左右大脑中动脉的CT值,作为评价动脉强化程度的客观指标,并记录基底动脉CT值的标准差(standard deviation,SD),以基底动脉SD值作为图像的噪声,同时测量基底动脉相同层面左侧颞肌的CT值。测量时感兴趣区面积为10～30 mm2,避开血管壁、钙化及病变区域,每处测量3次,取平均值作为最终结果。计算基底动脉层面的信噪比(signal to noise ratio,SNR)和对比噪声比(contrast to noise ratio,CNR),SNR=基底动脉CT值/SD值,CNR=(基底动脉CT值-颞肌CT值)/SD值。

1.4 辐射剂量 扫描结束后,设备根据扫描参数自动提供容积CT剂量指数(volume computed tomography dose index,CTDIvol)及剂量长度乘积(dose length product,DLP),据此计算出有效剂量：有效剂量=DLP×k,参照欧盟委员会关于CT质量标准指南[6],本研究k值取0.0031 mSv/(mGy·cm)。

1.5 统计学分析 采用SPSS 22.0软件进行统计分析。计量资料以(x±s)表示,组间比较采用两独立样本t检验,计数资料以例数和百分比表示,率的比较采用χ2检验,等级资料比较采用秩和检验。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 两组患者图像质量的主观评价的比较 所有患者均完成CTA检查,两组图像主观评分均≥3分，均能满足诊断要求(见图1、图2),两组患者图像质量的主观评分差异无统计学意义(z=-0.618,P=0.536)，见表1。

图1 对照组的CTA重建图像

图2 观察组的CTA重建图像

表1 两组患者图像质量主观评分的比较(n)

2.2 两组患者图像客观评价的比较 观察组左右颈总动脉、左右颈内动脉、基底动脉、左右大脑中动脉的CT值、基底动脉SD值、SNR和CNR均高于对照组(均P<0.05)。见表2。

表2 两组患者图像客观评价的比较(x±s)

组别n左大脑中动脉CT值(HU)右大脑中动脉CT值(HU)基底动脉SD值(HU)SNRCNR对照组50376.47±68.64374.35±65.8037.87±6.429.44±2.247.48±2.05观察组50506.00±76.06496.05±80.0046.10±7.9010.91±2.709.28±2.57 t值-8.940-8.308-5.711-2.970-3.875P值<0.001<0.001<0.001 0.004<0.001

2.3 两组患者的辐射剂量的比较 观察组患者的CTDIvol、DLP及有效剂量均低于对照组(均P<0.05),见表3。观察组有效剂量较对照组下降约55.7%。

表3 两组患者的辐射剂量的比较(x±s)

3 讨 论

头颈部CTA可以清楚地显示头颈部血管病变,且操作简便、快捷,为常规检查方法并可替代有创性的数字减影血管造影检查[7],然而,常规剂量的头颈部CTA检查对患者的辐射剂量大,甚至会增加患者发生癌症的风险[8]。国际放射防护委员会提出辐射防护与安全最优化理论,推荐在获得满足诊断要求的图像质量的同时,尽可能降低辐射剂量原则[9]。因此,优化扫描参数,降低辐射剂量,一直是临床和科研领域关注的热点问题。

目前,CT检查中降低辐射剂量的方法主要有降低管电压、降低管电流、缩短曝光时间以及采用迭代重建技术重建图像等[10-11]。根据X线强度计算公式，I=KiZU2(其中I为X线强度，K为比例系数，i为管电流，Z为阳极靶原子序数，U为管电压),CT辐射剂量与管电压的平方成正比,本研究中观察组的管电压为80 kV,目的是更大限度地降低患者的辐射剂量。由于传统的FBP算法比较简单而且重建速度快,临床上常用此方法进行图像重建,但该法未考虑体素、焦点、探测器的实际大小及X线光子的系统光学与统计学波动,因而对噪声和伪影较为敏感,导致在采用低剂量扫描时不能很好地处理图像噪声,难以实现辐射剂量的大幅度下降,限制了低剂量扫描技术的临床应用[12]。随着计算机处理技术的快速发展,各大CT扫描仪生产厂商都有其各自的迭代重建产品,iDose4是飞利浦公司推出的一种迭代重建技术,其特点是具有双空间、多噪声模型与解剖模型,在精确处理噪声的同时,应用解剖模型加速重建过程,可很好地消除蜡像状伪影,提高图像分辨率,明显降低图像噪声,保证图像质量[13]。Yang等[14]将iDose4迭代重建技术应用于小儿心脏CT血管成像中,结果显示,在保证图像质量及诊断率的同时,有效辐射剂量下降了53%。Arapakis等[15]的研究也显示,将iDose4迭代重建算法应用于成人胸-腹-盆腔的CT扫描中,其主观图像噪声、清晰度、对比度及诊断信心评分均高于FBP图像,且辐射剂量降低46.5%。本研究结果显示,观察组患者的CTDIvol、DLP及有效剂量均低于对照组(均P<0.05),且辐射剂量较对照组降低了约55.7%,而且两组的图像质量都能满足诊断要求(主观评分均≥3分),且主观评分差异无统计学意义(P>0.05)；图像质量客观评价方面,观察组左右颈总动脉、左右颈内动脉、基底动脉、左右大脑中动脉的CT值、基底动脉SD值、SNR和CNR均高于对照组(均P<0.05),表明采用迭代重建技术可以在低剂量扫描的同时,降低图像噪声,并提高图像质量,与上述研究结果相似。

CT辐射剂量和图像质量主要受被检者体型的影响,在CT检查中,应该根据被检者的不同体型设置不同的管电流,执行个性化的扫描方案。自动管电流调制技术根据被检者的体型、在Z轴上的不同厚度以及不同组织的X线衰减特性,在不影响图像质量的前提下智能调节管电流,从而减少辐射剂量[16]。本研究采用的CT机型自动管电流调制技术有DoseRight和Z-DOM两种模式,本研究使用DoseRight技术,在扫描完定位像并确定扫描范围后,计算机系统参照CT定位像检测被检者的体型、扫描部位的形状及X射线衰减系数,推荐适宜且较低的毫安秒进行扫描。本研究在80 kV管电压下,采用自动管电流调制技术扫描时，管电流在210～575 mAs范围内随患者体型改变,平均(387.10±98.79)mAs,结果显示,观察组有效剂量较对照组低(P<0.05),但图像质量并未下降,因此,在临床中使用自动管电流调制技术可以既降低被检者的辐射剂量,又体现CT检查中辐射剂量的个体化原则,值得推广。

综上所述,采用迭代重建技术联合自动管电流调制技术行低剂量头颈部CTA检查,可以在保证图像质量的前提下,有效地降低辐射剂量,实现辐射剂量个体化的效果,符合尽可能降低辐射剂量原则,值得临床应用推广。但本研究未纳入体质指数≥30 kg/m2的患者,因此重度肥胖患者是否适用80 kV管电压扫描仍有待进一步探讨；自动管电流调制技术未使用Z-DOM模式,也没有根据患者的体质指数进行更细的分组以探讨最低的参考毫安秒,因此本研究结论仍有待进一步研究验证。