双低剂量方案联合SAFIRE 技术在胸痛三联征CTA 中的应用

柳惠彬，唐劲松，李华灿

福建省第二人民医院影像科，福建 福州350001

胸痛三联征CTA 可在一次检查中同时评价肺动脉、胸主动脉及冠状动脉，对临床急性胸痛三联征的早期诊断、降低并发症的发生率和病死率具有重要意义［1］。由于胸痛三联征的扫描范围大，且肺动脉和主动脉对比剂达峰时间不同，检查过程中辐射剂量和对比剂剂量均较大。在保证图像质量的同时降低辐射剂量和对比剂用量，减少患者的辐射危害和对比剂肾毒性是近年来研究的热点［2-5］。随着迭代重建算法的发展，CT 的降噪效果明显提高，使得CTA 检查过程中管电压和对比剂浓度的降低得以实现。本研究主要探讨正弦图确定迭代重建（sinogram-affirmded iterarive reconstruction，SAFIRE）技术联合低管电压、低对比剂浓度方案在胸痛三联征CTA 检查中应用的可行性。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取我院2019 年6 月至2022 年8 月以胸痛为主要症状行胸痛三联征一站式CTA 检查的80 例患者，随机分为A、B、C、D 组各20 例。A 组男11 例，女9 例，平均年龄（63.4±5.9）岁，平均心率（72.3±8.9）次/min，平均BMI（21.7±1.7）kg/cm2；B 组男10 例，女10 例，平均年龄（65.8±6.7）岁，平均心率（72.5±11.6）次/min，平均BMI（21.5±2.4）kg/cm2；C 组男13 例，女7 例，平均年龄（66.9±3.9）岁，平均心率（72.8±9.1）次/min，平均BMI（21.3±2.0）kg/cm2；D 组男11 例，女9 例，平均年龄（64.5±4.8）岁，平均心率（70.3±7.6）次/min，平均BMI（20.0±1.6）kg/cm2；4 组一般资料比较差异均无统计学意义（均P＞0.05）。

纳入标准：临床诊断胸痛三联征；BMI 正常（18.5～25.0 kg/m2）；无严重碘对比剂过敏史；无严重心肝肾功能不全；无呼吸功能障碍；心率＜80 次/min。排除标准：检查过程无法配合；检查时呼吸突然急促无法屏气者。本研究经医院伦理委员会审批通过（伦理号：SPHFJP-K2019026-02），患者已签署知情同意书。

1.2 仪器与方法

采用Siemens 128 层螺旋CT（Somatom Definition AS+型），应用自带的SAFIRE 迭代重建算法。4 组均采用回顾式心电门控螺旋扫描。患者进行呼吸训练，口服美托洛尔25 mg，静待30 min 后检查（急诊除外）。首选右手臂肘正中静脉置22 号留置针管，检查前2 min 舌下含服硝酸甘油以扩张血管（部分急诊患者及硝酸甘油禁忌证者除外）。根据心率选择相应的扫描螺距（范围0.2～0.5），探测器准直64×0.6 mm，矩阵512×512，使用ECG 管电流调制技术。A、C 组采用120 kV，B、D 组采用100 kV。扫描范围自主动脉弓上方2 cm 至膈面，触发ROI 置于升主动脉中部，直径约10 mm，触发阈值为100 HU。选用双筒高压注射器经肘正中静脉注入碘海醇，注射流率5.0 mL/s，A、B 组对比剂碘浓度370 mg/mL，C、D 组对比剂碘浓度300 mg/mL，剂量均为1.5 mL/kg 体质量；后以相同流率各注入40 mL 生理盐水+对应浓度对比剂混合液。

4 组患者各重建2 种数据，其中一种数据根据心动周期及心电图编辑软件选择理想期相小视野重建，用以观察冠状动脉（冠脉），卷积核采用B26f；另一种数据选择大视野重建，用以观察主动脉及肺动脉，卷积核采用B30f；2 种数据重建层面、层距均为1.0 mm。将重建图像传至Siemens syngo via 2.0 工作站进行图像后处理。对冠脉主干及主要分支行VR、MIP 及CPR；对主动脉、肺动脉主干及其分支行VR、MIP 和MPR。通过以上方式多角度、多方式呈现冠脉、主动脉、肺动脉各大血管及主要分支的开口、走行、管壁及管腔内情况。

1.3 图像质量分析

1.3.1 主观分析 由2 名具有10 年以上工作经验的主治医师采用双盲法随机对主动脉、肺动脉及冠脉的图像质量进行分析。1 分为图像质量差，血管边缘完全显示不清，错层伪影十分突出；2 分为图像质量中等，部分血管边缘显示不清，错位和/或伪影较严重；3 分为图像质量良好，血管边缘少许不清，部分错位和/或伪影；4 分为图像质量优良，血管边缘清楚，无错层及伪影［6］。

1.3.2 客观分析 由1 名有经验的主治医师在不知情的情况下，分别取主动脉窦部、肺动脉主干及右侧冠脉近段血管作为观察目标，设置窗宽800 HU，窗位300 HU 观察，在对应管腔内取尽量大的圆形或椭圆形ROI 测量CT 值及CT 值标准差分别记录为CT值（CT）和噪声值（N）；同时选取邻近心包内脂肪的CT 值作为背景CT 值（CT背景），根据公式计算主动脉窦部图像的SNR 和CNR［7-8］，公式分别为SNR=CT/N，CNR=（CT-CT背景）/N。

1.4 辐射剂量

记录CT 计算机自动生成的胸痛三联征序列的容积CT 剂量指数（volume CT dose index，CTDIvol）、剂量长度乘积（dose length product，DLP）；计算有效辐射剂量（effective dose，ED），公式为ED=DLP×k胸部，k胸部取0.014 mSv·mGy·cm［9］。

1.5 统计学分析

2 结果

2.1 4 组图像CT 值及图像质量比较（表1，2；图1～3）

图1～3 不同扫描方案胸痛三联征CTA 图像 注：图1 患者，女，58 岁，反复心悸、胸闷、胸痛1 年，加剧1 个月，心率68 次/min，100 kV、300 mg/mL 方案扫描。图1a 为VR 图，清晰显示主动脉、肺动脉及冠脉各主干即分支血管走行及形态；图1b，1c 为CPR图，管壁边缘显示清晰，部分管壁粗细不均匀，提示少许非钙化斑块形成；图1d 测量主动脉窦部CT 值（☆）、肺动脉主干CT 值（↑）及心包内脂肪背景CT 值（白色○）。图2 患者，男，65 岁，反复胸闷、胸痛1 年，加剧2 周，心率70 次/min，120 kV、370 mg/mL 方案扫描。VR 图较图1a 对比图像质量有所提升。图3 患者，男，72 岁，反复胸闷、胸痛3 年，加剧1 周，心率72 次/min，100 kV、370 mg/mL方案扫描，图3a 为VR 显示该方案的图像质量较图1a，图2 高；图3b 为CPR 图显示管壁内部分高、低密度斑块形成并管腔轻度狭窄；图3c 为主动脉MPR 图显示主动脉内夹层形成

表1 采用不同管电压与对比剂浓度的4 组图像CT 值比较（HU，）

表1 采用不同管电压与对比剂浓度的4 组图像CT 值比较（HU，）

注：A 组与D 组比较，右侧冠状动脉近段、肺动脉的CT 值，差异无统计学意义，均P＞0.05。

在CT 值方面，B 组明显高于其他各组；A、B 组差异有统计学意义（P＜0.001）；A 组略高于D 组，但差异无统计学意义（P＞0.05）；C 组CT 值最低。在噪声值（N）方面，D 组最高，B 组次之，A 组最低，各组间差异有统计学意义（P＜0.001）。在SNR、CNR 及图像质量评分方面，B 组最高，A 组略高于D 组，C 组最低，各组间差异有统计学意义（P＜0.05）。

表2 采用不同管电压与对比剂浓度的4 组图像质量比较（）

表2 采用不同管电压与对比剂浓度的4 组图像质量比较（）

注：N，主动脉窦部噪声值；a，F 值；b，z 值。

2.2 4 组图像辐射剂量比较（表3）

表3 采用不同管电压与对比剂浓度的4 组图像辐射剂量比较（）

表3 采用不同管电压与对比剂浓度的4 组图像辐射剂量比较（）

注：CTDIvol，容积CT 剂量指数；DLP，剂量长度乘积；ED，有效辐射剂量。

B、D 组的ED 比A、C 组下降约47.6%，差异有统计学意义（P＜0.001）。B、D 组的CTDIvol 与A、C 组比较，差异有统计学意义（P＜0.001）。B、D 组的DLP与A、C 组比较，差异有统计学意义（P＜0.001）。

3 讨论

近年来，胸痛三联征CTA 一站式检查因时效性高、检查便捷，对临床特别是胸痛中心甄别高危胸痛患者的病因具有重要意义而被广泛应用［10］。但其存在扫描范围较广、辐射剂量大、对比剂用量较大等不足，特别是由于肺动脉和主动脉的强化达峰时间相差6 s 以上，扫描时须在增大扫描视野和范围的同时加大对比剂用量，以保证肺动脉、主动脉和冠脉的显示［11］。扫描范围增大，电离辐射随之增加，相关研究显示医源性辐射占所有辐射损伤的98.2%，其中影像辐射最大的是CTA［12］。同时大剂量对比剂的应用，也增加了对比剂肾病的风险［13-14］。如何合理降低对比剂用量和辐射剂量且保证图像质量以满足临床诊断是近些年研究的热点。近几年胸痛三联征CTA 低剂量的研究主要集中在高端CT，如双源CT等［15-18］，对128 层螺旋CT 双低剂量方案的研究国内报道较少［19］。

评价CTA 图像质量的一个重要参数是目标血管的强化程度［20］，而强化程度依赖于碘流率，碘流率=注射流率×对比剂浓度，虽然降低对比剂浓度可降低碘对比剂的肾毒性，但同时会降低血管的强化程度。目前，临床上直观评价血管强化程度的主要指标是血管强化后的CT 值。本研究中C、D 组的对比剂浓度分别较对应相同kV 条件A、B 组的强化程度明显下降，C 组主动脉窦部CT 值［（466.4±24.6）HU］较A 组［（526.2±40.0）HU］降低约30%。

CT 值不仅与目标血管的强化程度即碘流率有关，还与扫描时采用的管电压有关。CT 值是指CT 影像中单个像素所对应的物质对X 射线线性平均衰减系数的大小，而X 射线的线性平均衰减系数与物质本身的密度有关。当X 线光子能量为33 KeV 时，最接近电子结合能，光电效应最强。当X 线穿过高密度物质碘对比剂时，光电效应占优势，当管电压由120 kV 降至100 kV，光子能量减少，线性衰减系数增大，在碘对比剂浓度不变的前提下，其CT 值反而升高。本研究表明，B、D 组主动脉窦部CT 值分别比对应相同对比剂浓度A、C 组的CT 值高。同时，本研究发现B、D 组的对比剂辐射剂量远比A、C 组低，ED 从（8.2±0.6）mSv 降至（4.3±0.7）mSv。这是因为根据X 线强度计算公式I=K·Z·U2（I 表示X 线强度，Z 表示管电流，K 表示比例系数，U 表示管电压），X 线的强度与管电压的2 次方呈正比，即管电压越高，辐射剂量越高，因此降低管电压可数倍降低辐射剂量。Jun 等［21］研究表明，当管电压从100 kV 降至80 kV时，冠脉CTA 的辐射剂量降低了70%。因此，本研究B 组采用100 kV、对比剂碘浓度370 mg/L 的扫描方案降低了辐射伤害的同时也提高了图像CT 值，能获得较满意的图像质量。

管电压决定X 射线的穿透能力，即X 线的质；为提高CT 值，一味地降低管电压会降低X 线的穿透力，从而增大图像的噪声值［22］。本研究中D 组的噪声最高，这主要与管电压（100 kV）低有关，低管电压对图像的SNR 和CNR 也有影响。近年来，迭代重建算法的引入很大程度解决了噪声的问题，本研究采用Siemens SAFIRE 算法，其根据原始数据建立数学模型，将此模型上的像素值转化为新的像数值，再用预测噪声模式下的理想像素值与之对比，从而有选择地识别出图像中的统计误差和噪声并将其消除，再连续重复以上过程，直到得到或接近预测噪声模式下的理想像素值为止，从而降低图像的噪声［23］，提高SNR 和CNR，得到满意的图像质量。本研究4 组方案中，B、D 组虽然噪声较A、C 组有所升高，但图像SNR 和CNR 仍能满足临床诊断需求；相比B 组方案，D 组方案对比剂浓度明显下降，虽然图像质量没B 组高，却也能得到满意的图像，满足临床诊断需要，综合考虑辐射伤害和碘对比剂的肾毒性伤害，D组为最佳扫描方案。

综上所述，SAFIRE 技术降低了图像的噪声，提高了图像的SNR 和CNR，让低管电压和低对比剂浓度方案在胸痛三联征CTA 检查中的应用得以实现。本研究的不足之处：患者的BMI 均在正常范围，未对不同BMI 特别是＞25 kg/m2的患者进行细化研究；图像质量和诊断结果未与血管造影进一步对比；图像质量分析存在一定的主观性，未行多人分析和一致性检验；另外，在降低辐射剂量上，仅采用回顾式心电门控螺旋扫描，后续将对不同BMI 患者采用不同等级的管电压进行研究，并根据心率情况加入前瞻式心电门控扫描方式的研究，以获得更客观、更合理的扫描方案。