双低剂量联合iDose4迭代重建在CTPA中的应用

杨杨，范文亮，雷子乔，余建明

华中科技大学同济医学院附属协和医院 放射科，湖北 武汉 430022

引言

肺动脉CT血管造影（CT Pulmonary Angiography，CTPA）因快速、无创等优点已广泛应用于临床[1]，其对于诊断亚段以上肺动脉栓塞（Pulmonary Embolism，PE）的敏感度和特异度高。PE可迅速致死，被认为是仅次于心肌梗死和中风的第三大常见急性心血管疾病。急性和慢性肺栓塞均为腔内充盈缺损，其中急性肺栓塞的诊断标准包括：① 动脉完全闭塞，不能使整个管腔均匀显示；② 与相同分支顺序的肺动脉相比，肺动脉可能增大；③ 被静脉注射造影剂包围的中央动脉充盈缺损；④ 外周腔内充盈缺损，与动脉壁形成锐角。慢性肺栓塞的征象包括：血管迂曲、狭窄后扩张、主肺动脉增大和支气管动脉增大，伴随马赛克灌注模式或偏心血管增厚内的钙化。栓塞事件发生后，患者可能有继发于右心衰的循环衰竭的风险。早期发现急性右心室衰竭可以采取最合适的治疗方案，基于三级中心研究的现行指南建议在申请CTPA之前使用临床概率评分（Wells标准或日内瓦评分）和D-二聚体检测。

随着CT血管造影在常规和急诊护理中的应用增加，患者暴露于电离辐射的情况也急剧增加，病人通过CT接受的辐射剂量问题一直受到临床医生与患者的广泛关注，这是从反应性态度向预防性态度的重大转变[2-3]。但是单纯的低剂量CT图像无法满足诊断要求，因为它们通常比正常剂量对应的图像质量低。因此，通常需要采取特定的对策来防止图像质量下降。尽管CTPA的辐射照射量通常不如腹部或骨盆CT检查高，但平均估计有效剂量仍然可以达到15 mSv[4]。滤波反投影算法（Filtered Back Projection，FBP）是现代CT扫描仪图像重建（从测量数据转换为图像）的基础，该技术自20世纪70年代初CT发明以来一直被使用。FBP是一种快速、直接的CT图像生成方法[5]。然而，这种简单性的代价是较低辐射下的图像质量可能不太理想，因为FBP假设了一个“理想系统”，并将数据（包括其中存在的所有噪声）绘制到图像中[6]。它由两个主要步骤组成，即过滤数据（沿探测器方向）和执行反向投影操作，其中数据沿测量方向绘制图像[7]。近年来以迭代重建算法（Iterative Reconstruction，IR）为代表的新方法被应用于临床：基于模型的迭代重建算法可以提高图像质量、空间分辨率、低对比度检测能力和边缘锐度[8]。iDose4是飞利浦医疗公司推出的第四代IR算法，其提供了一种独特的方法来管理患者扫描防护中的重要因素：低能量、低剂量和低注射对比度成像。iDose4重建算法首先分析投影数据，识别并校正最嘈杂的CT测量值（信噪比不佳或低光子数），包含光子统计信息的模型将应用于每个投影，以检测非常嘈杂的测量结果[9-10]。本研究的目的是探讨CTPA检查中使用双低剂量联合iDose4方案对图像质量和患者辐射暴露的影响。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择2020年1至5月我院临床疑诊PE而行CTA检查的患者54例（表1），其中男性28例，女性26例，年龄26～78岁，平均（58.25±8.37）岁。纳入标准：无碘对比剂过敏史；无明显心、肝、肾等相关疾病；体内无金属植入物、血管内无支架。本研究经过华中科技大学伦理委员会批准。

表1 两组被试一般情况统计

1.2 检查方法

使用飞利浦公司生产的IQon Spectral CT机扫描，患者仰卧位，足先进，扫描范围同常规肺部扫描范围，所有患者被指示屏住呼吸以最小化运动伪影，并且CTPA图像是在单次屏气时获得的。扫描采用自动毫安秒技术，扫描参数：常规组为120 kVp，造影剂50 mL（320 mgI/mL），注射速率4 mL/s，之后追加30 mL生理盐水，延迟时间设置为6 s；双低剂量组为80 kVp，对比剂35 mL（320 mgI/mL），注射速率4 mL/s，延迟时间设置为6 s，iDose4重建。两组重建层厚均为1 mm。

1.3 图像后处理质量评价方法

在飞利浦后处理工作站对原始图像行多平面重组、最大密度投影（Maximum Intensity Projection，MIP）及容积重建（Volume Rendering，VR）等处理。图像的质量评分由两位高年资放射科医生根据诊断要求采用双盲法进行：肺动脉主干及分支显示清晰，对比度良好为5分；主干及分支显示良好，符合诊断为4分；显示一般，对比度一般为3分；分支显示影响诊断为2分；无法诊断为1分。为了检测CT对比度差异较小的异常，并提高肺栓塞的显著性，有必要调整显示窗口的宽度和水平进行观察。测量记录各主要肺动脉分支CT值，记录两组患者容积CT剂量指数（CT Dose Index Volume，CTDIvol）、剂量长度乘积（Dose Length Product，DLP）。

1.4 统计学分析

采用SPSS 23.0软件对两组患者图像主观质量评分采用中位数加四分位法，肺动脉各段CT值及患者辐射剂量数据进行统计学分析（独立样本t检验）。

2 结果

两组图像质量主观评分均为4分以上，常规组为（4.3±0.3）分，双低剂量组为（4.2±0.2）分，差异无统计学意义（P>0.05）。双低剂量组肺动脉各段CT值均高于常规剂量组（表2）。双低剂量组CTDIvol、DLP值较常规剂量组大幅降低约43%，差异有统计学意义（表3）。

表2 两组被试肺动脉CT值（±s）

表2 两组被试肺动脉CT值（±s）

?

表3 两组被试辐射剂量比较（±s）

表3 两组被试辐射剂量比较（±s）

?

图1为常规组图像，其中图1a为VR图像，质量良好，评分4分；图1b为横断面图像，显示肺动脉充盈良好，上腔静脉及肺静脉强化较明显；图1c为MIP图像，肺动脉各分支显示良好。图2为双低剂量组图像，其中图2a为VR图像，质量良好，评分4分；图2b为横断面图像，显示肺动脉充盈较好，上腔静脉及肺静脉强化较弱；图2c为冠状位图像，显示该患者左肺下叶动脉分支充盈缺损，血栓形成。

图1 常规组图像

图2 双低剂量组图像

3 讨论

CTPA是诊断肺动脉栓塞首选的辅助检查方法，但因其使用X射线成像，故而具有潜在的辐射危害[11]，因此采用低辐射剂量及对比剂剂量技术行CTPA检查具有重要的临床意义。在CTPA检查中使用的碘化造影剂可能会导致老年患者对比剂诱发肾病，常损害肾功能。造影剂诱发肾病的发生概率是医院获得性肾功能衰竭的第三常见原因，与注射碘量成正比[12]。因此，降低碘负荷可有效预防造影剂肾病，帮助患者避免透析、降低医疗费用。此外，减少碘化造影剂用量对右心功能受损患者也有好处，因为即使低渗透造影剂也会在静脉回流时从间质中抽出，并可能导致右心室过载。本研究双低剂量组采用低浓度对比剂，碘总量较常规剂量组减少37%。由于金属植入物而使肺血管模糊的条纹伪影可以使研究产生不确定因素，重复的CT扫描并不能改善这个问题，并且可能需要肺血管造影的额外成像。上腔静脉高密度造影剂产生的条纹伪影可使邻近肺动脉模糊不清，这种伪影可以通过在注射造影剂后立即追加注入盐水来达到一定程度的缓解。呼吸运动伪影是CTPA不确定的最常见原因，可导致肺栓塞的误诊。这些伪影在肺窗设置下最明显，这常会使得栓塞部位在这个解剖层面的诊断不确定性提高。随着高阶多层螺旋CT的广泛应用，使用较短的屏气时间，可减少呼吸运动伪影。图像的噪声可能造成对节段和亚段肺血管的评价困难，并可能导致不确定的CT肺血管造影和肺栓塞的误诊[13]。如果所有其他扫描参数保持不变，辐射剂量和管电压之间的关系是指数关系（即管电压从120 kVp降至80 kVp，减少了74%的辐射剂量）[14]。CT球管X线发生器以较低的能量发射的X射线光子具有较低的速度，从而降低了动能，其与在120 kVp管电压下发射的“正常”能量光子相比，由于患者身体吸收增加，到达探测器的低能光子将减少，对图像有贡献的光子数越少，图像噪声（斑点）就越大[15]。如果剂量变得太低，光子饥饿效应的伪影和电子噪声将会对图像质量逐渐产生影响[16]。低kVp下增加的图像噪声可以通过将管电流-时间乘积设置到更高的水平来补偿。与管电流相比，管电压对高原子序数物质（如骨或碘）的X射线吸收有影响，而软组织的衰减对kVp没有明显的依赖性[17]。当峰值管电压从120 kVp降至80 kVp时，代表性X射线光子能量分别从66 keV降至52 keV[18-19]。iDose4通过迭代过程，对有噪声的数据进行去除，并保留边缘。此过程可确保保留下层结构的衰减梯度，从而在保留空间分辨率的同时允许大幅降低噪声[20-21]。本研究中两组图像质量主观评分均为4分以上（双低组4.2±0.2，常规组：4.3±0.3），差异无统计学意义（P>0.05），但是运用iDose4的双低剂量组CTDIvol、DLP值较常规剂量组大幅降低约43%，大大降低了检查过程中的辐射剂量。由于血液和造影剂混合不良导致的双侧下叶血流相关伪影可导致造影增强的短暂中断，进而导致CTPA的不确定和肺栓塞的误诊，造影剂增强的短暂中断可能与吸气或者是图像采集前从下腔静脉进入右心房、右心室和肺动脉的未增强血液有关。然而，要明确该诊断可能需要进一步的影像学检查来排除隐藏在低强化血管中的血栓，如MonoE单能量重建图像。本研究的一个局限性是iDose4和FBP两组方案之间的比较数据并非来源于同一个个体（一个被试者只能用一种方法扫描一次），而是来自不同的个体。

4 结论

综上所述，低管电压低剂量联合iDose4迭代重建技术在CTPA成像中，能在保证图像质量的同时，安全显著地降低有效辐射剂量及减少对比剂的用量，具有较高的临床应用价值。