联合全新迭代算法(ASiR-V)的Revolution CT低keV单能量优化腹部血管成像的价值

孙杰， 倪亚博， 沈云， 田兆荣， 杨建平， 石晓萌， 马小斌， 王志军

多层螺旋CT血管成像(multi-slice CT angiography,MSCTA)已成为评价腹部血管疾病的一种快速、非侵袭性检查方法。常规CT检查在个别部位需要较高浓度及剂量的对比剂来增加血管与周围软组织的对比度，改善计算机断层血管造影(computed tomography angiography,CTA)图像质量，其弊端是增加了图像的硬化伪影[1]。能谱CT改变X线管电压角度进行单能量成像，从而获得最佳单能量，可在正常血管显示、血管性异常及血管受侵评价等方面提供巨大价值。当处于能谱低能量时，X射线衰减的光电效应增加，含碘对比剂更容易发生衰减，相比于常规CT，可在不增加对比剂用量的基础上优化腹部血管质量[2]。早期的宝石能谱CT的临床研究中有利用最佳对比信噪比(contrast-to-noise ratio，CNR)这个客观指标来探讨最佳单能量(keV)，但因单能量重建算法的改变，Revolution CT对于利用单能量(keV)进行临床课题的研究更依赖于主观评分及客观指标的联合使用。也是基于此原因，较之宝石能谱CT的单能量(keV)级别的研究，Revolution CT在此方面的研究相对较少。同时低keV的单能量图像的噪声普遍比较高，而早期的宝石能谱CT的迭代重建算法不能同时针对不同keV的单能量进行处理。本研究在Revolution CT全新的迭代算法自适应统计迭代重建技术(adaptive statistical iterative reconstruction technique，ASiR-V)的条件下利用能谱CT低keV单能量优化腹部血管图像质量的价值，使腹部血管图像对比度与噪声达到一个最好的平衡，即显示腹部血管最好的单能量级别。

材料与方法

1.一般资料

搜集行腹部能谱增强扫描的患者48例，男16例，女32例，年龄43～56岁，平均(54.07±7.25)岁，体重指数平均(23.11±2.06)kg/m2，本研究经院伦理委员会批准。纳入标准：①检查者有完整、标准的腹部CT平扫、动脉期及静脉期增强扫描图像，②扫描方案采用能谱扫描模式。排除标准：①存在碘对比剂禁忌症者；②有腹部手术病史，或者腹部疾病影响腹部血管观察者；③图像伪影明显，观察受限(呼吸伪影、金属伪影)。

2.仪器与方法

采用美国GE Revolution CT设备，应用CT机常规使用的40%迭代算法，80/140 kVp瞬时(0.5 ms)切换能谱扫描，自动管电流(100～500 mA)，探测器宽度为80 mm，螺距0.922:1，球管转速0.6 s/rot，设置噪声指数(NI=11)。患者取仰卧位，扫描范围膈顶部至肾脏下极，后经前臂静脉团注非离子对比剂碘海醇(300 mg/mL)约80～100 mL，流速3.0～3.5 mL/s，首先获得常规平扫图像，其后分别于注射对比剂后30 s、60 s、90 s行增强扫描。图像按照层厚、层间距均为1.25 mm重建，将原始数据传至GE ADW4.7后处理工作站。

3.图像处理及分析

利用GSI软件,重建获得40～140 keV(间隔10 keV)11组单能量图像及120 kVp-like图像。在在门静脉(portal vein,PV)、肠系膜上静脉(superior mesenteric vein,SMV)、肠系膜上动脉(superior mesenteric artery,SMA)、腹主动脉(abdominal Aorta,AA)同层面竖脊肌和前壁下脂肪勾画ROI(面积约20～15mm2，ROI采用copy方式确保面积一致)，用file格式记录并测量单能量40 keV、50 keV、60 keV及70 keV的CT值和标准差(SD)及常规120 kVp-like图像CT值和SD，按照CNR=(CT感兴趣区-CT竖脊肌)/SD前壁下脂肪,其中CT感兴趣区为目标血管的CT值，CT竖脊肌为同层面竖脊肌的CT值，SD前壁下脂肪为图像背景噪声。

图像主观评分：由两位具有5年以上腹部血管诊断经验的放射科医师对常规120 kVp-like图像及40～80 keV(间隔10 keV)图像进行双盲主观评分，应用5级评分法对腹部血管[3]进行评分评价。5分：血管信号强度非常好，血管边缘非常锐利；4分：血管信号强度好，血管边缘比较锐利；3分：血管信号强度适中，血管边缘基本锐利；2分：血管信号强度差，血管边缘欠清晰；1分：血管信号强度很差，血管边缘模糊。同时评价血管-肝实质对比度：非常好(5分)、较好(4分)、好(3分)、稍差(2分)；差(1分)。

4.统计学分析

结 果

1.图像质量主观评分比较

两名观察者达成一致60 keV为观察腹部动静脉血管最佳单能量，60 keV单能量甲、乙主观评分分别为(4.64±0.68)分、(4.71±0.62)分、一致性良好(Kappa值=0.822,P<0.05)，与常规120 kVp-like图像甲、乙主观评分(3.93±0.60)、(3.96±0.70)、一致性良好(Kappa值=0.813，P<0.05)组间差异有统计学意义(P<0.05)；40 keV图像的腹部血管-肝实质对比度增加，但图像噪声明显增大，整体图像粗糙，观察受限；能谱单能量越高、血管增强效果越差，60 keV单能量之后，血管的增强效果变差，继续增加，无法满足影像诊断要求(图1～3)。

图1 SMA的VR图。a) 常规120kVp-like图; b) 40keV图; c) 60keV图。

2.图像质量的客观评价

SMA、AA、SMV及PV在常规120 kVp-like图像与不同低keV单能量间CT值、CNR及SD的比较。随着低keV单能量能级的升高，图像CT值、CNR及SD均呈下降趋势，其中CT系统默认的最佳单能量40 keV单能量的CT、CNR、SD值最高；40 keV与主观评价60 keV比较，CT值、CNR及SD值组间差异有统计学意义(P<0.05)；常规120 kVp-like图像与60 keV比较，各血管CT值、CNR及背景噪声SD组间差异有统计学意义(P<0.05,表1、2)。

表1 不同低keV单能量SMV及PV图像质量客观指标定量参数比较

讨 论

CT血管成像(CTA)可清晰地显示腹部血管的起源和解剖变异，并可进一步评估血管管腔内病变，能够直观、快速和无创地显示病变部位、程度及相应的受累肠段。目前，CTA已经取代血管造影，成为腹部血管病变的临床诊断和外科手术前最重要的检查方法[4-5]。能谱CT通过重建出40～140 keV的101个单能量图像，针对特定组织或病变，可选取相对于某一背景的最佳观察图像，其中能谱低能级水平可增加血管与周围组织的对比，提升组织密度分辨力和细节显示能力[6-7]，可利用此优势提高CTA的图像质量， 再者Revolution CT全新的迭代算法ASiR-V，是包含了噪声 、物理 、物体3种建模的多模型迭代重建算法，降低辐射剂量、改善图像治疗的效果显著，在临床应用中有很好的推广价值[8]，重要的是Revolution CT能够实现在同时应用ASiR-V的条件下进行能谱多参数定量分析，这是明显区别与早期的宝石能谱CT在血管成像中应用。

图2 SMA的轴面图。a) 常规120 kVp-like图像,SMA显示较好，管壁边缘锐利，血管与软组织对比度不及60 keV图像； b) 40 keV图像噪声增加，SMA管壁观察受限; c) 60 keV图像。 图3 PV的轴面图，★为PV。a) 常规120 kVp-like图像，PV显示较好，血管与软组织对比度不及60 keV图像; b) 40 keV图像中PV观察明显受限; c) 60 keV图像。

表2 不同低keV单能量SMA及AA图像质量客观指标定量参数比较

本研究RevolutionCT单能量分析是在CT机默认40%ASiR-V权重的基础上对腹部血管不同低keV进行评价，基于全新迭代算法改进， Revolution CT可预设前置ASiR-V降低检查辐射剂量，后置ASiR-V可优化图像质量。 本次结果中腹部动静脉血管的最佳主观评分在60 keV单能量，此水平血管图像对比度与噪声达到了最优。 颜利辉[9]研究中前置ASiR-V40%的有效辐射剂量较ASiR-V0%降低了57.12%。 本研究中应用40% ASiR-V的检查剂量低于常规血管成像，具有良好的推广价值。 殷小平等[10]认为60 keV+40%ASiR在肠系膜上动静脉血管成像可进一步优化图像质量。本文中未对单能量联合不同后置ASiR-V展开研究，但可以肯定后置ASiR-V在优化图像方面具有重要意义。研究表明[11-12]CTA检查管腔内CT值>250～350 HU可满足影响诊断,CT值<250 HU表明血管增强效果不良。本研究中低能量水平可明显改善腹部血管的增强效果，单能量>60 keV，SMV及PV的增强效果不佳，>70 keV，SMA及AA的增强效果不佳，各血管系统常规120 kVp-like图像的CT值≤250 HU，增强效果不及能谱低能量水平。各组40～70 keV低能量的CNR均高于常规120 kVp-like图像，提示能谱CT低keV单能量可有效提升图像的对比度，相比于常规120 kVp-like图像，SMV、PV、SMA、AA在60 keV单能量的CNR提升了26.2%、32.7%、29.7%、15.31%。学者[13-14]研究证明宝石能谱单能量对血管的评价优于常规扫描。系统默认的最佳单能量40 keV的CNR稍高于主观评分最佳单能量60 keV，而SMV、PV、SMA及AA在60 keV的SD值比40 keV的降低了46.6%、46.7%、45.0%、46.6%，因此可认为60 keV的单能量是平衡腹部血管对比度与噪声的最佳单能量，这与殷小平等[10]通过宝石能谱CT后处理软件得到最佳CNR曲线，获得最佳单能量范围在55～64 keV之间的结果是一致的。虽然60 keV的SD值大于常规图像，但图像整体不影响其诊断效能，综合评价60 keV腹部血管能谱成像优于常规图像，可望替代常规图像应用于临床诊断。

本研究的不足：本研究样本例数较少，有待进一步扩大样本量研究单能量价值；其次，单能量共有110组单能量(间隔1 keV)，本研究采用间隔10 keV稍大。再者，本研究未对能谱单能量成像联合不同权重ASiR-V进行分析，需要进一步研究。

综合图像主客观分析评价，应用单能量60 keV进行腹部动静脉血管成像，既保证了腹部实质脏器增强扫描的图像质量，也改善了腹部肠系膜血管及门静脉的成像质量，在一定程度上降低了对比剂引发的危害。