多模态迭代ASiR-V 算法联合低管电压扫描在头颈部CT 血管成像中的应用研究

邵 针，彭芳芳

（济宁市兖州区人民医院影像科 山东 济宁 272100）

CT 血管成像（CT angiography，CTA）是一种无创、快速、简便的血管疾病检查方法。目前临床上对于脑血管、颈部血管的疾病诊断与评估主要使用头颈部CTA 检查[1]，然而，CTA 检查需要连续多期扫描且扫描条件多于平扫，从而导致头颈部CTA 扫描辐射剂量较大[2]。相关研究表明[3]约2%的癌症发生率与医用辐射相关，因此降低患者所受辐射对减少医疗性患癌风险具有重要意义。多模态迭代重建ASiR-V 算法是一种非线性混合过滤技术，能有效识别数据噪声，将原始空间上的噪声通过复杂迭代运算进行对比矫正[4]，因此ASiR-V 重建算法具有提升图像质量的效果，能有效改善因降低扫描条件而导致的图像噪声，从而达到提升图像质量的目的。因此本研究拟进行多模态迭代重建ASiR-V 算法联合低管电压进行头颈部CTA 扫描，探讨该联合方案在头颈部CTA 检查中的可行性。

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾性选取2022年3月—2023年3月在济宁市兖州区人民医院申请头颈部CTA 检查的85 例患者，其中男45 例，女40 例。纳入标准：符合头颈部血管病变的患者。排除标准：①患有严重心律失常、碘过敏史等无法进行检查或图像不满足测量要求的患者；②存在头颈部血管金属支架，影响CT 值测量与主观评价的图像。

1.2 方法

1.2.1 分组方法 回顾性分析头颈部CTA 的患者并进行分组，A 组（n=43）采用80 kV 管电压进行血管成像，成像后采用ASiR-V 算法进行图像重建；B 组（n=42）采用120 kV 管电压进行血管成像，成像后采用常规滤波反投影法进行图像重建。

1.2.2 设备 采用通用电气256 排螺旋CT（GE Revoulution 256CT），扫描层厚0.5 mm，层间距0.5 mm，矩阵1 024×1 024，螺距0.6，机架旋转速度0.6 s/r，使用16G 直通静脉留置针建立静脉通道，注射药物为碘佛醇（350 mg/mL）（江苏恒瑞医药股份有限公司/国药准字H20143027），注射20 mL0.9%氯化钠注射液，使用双筒注射方案。采用阈值触发法，主动脉弓CT 值达100 HU 时进行扫描。

1.3 图像后处理与质量评价

1.3.1 图像客观评价 使用GE 工作站，进行血管三维重建、最大密度投影重建。对两组患者左右颈内动脉、左右椎动脉、左右大脑中动脉CT 值进行测量并记录数据。左右颈内动脉均值ROI1、左右椎动脉均值ROI2、左右大脑中动脉均值ROI3，感兴趣测量不包括血管壁、钙化斑块。测量图像ROI 中的CT 值，以ROI 中CT 值的标准差SD为血管噪声，测量颈部肌肉CT值的标准差SD为背景噪声。计算头颈部CTA的信噪比（SNR）和对比度噪声比（CNR）。

1.3.2 图像主观评价 将扫描后图像传输至GE 后处理工作站，进行最大密度投影、曲面重建等重建。图像质量评价标准为4 分法，具体评分如下：优质图像对比，血管分支无边缘伪影为4 分；适中图像对比，血管分支部分边缘伪影为3 分；图像边缘伪影明显，血管观察困难为2 分；血管腔内不清，无法诊断为1 分[5]。两位影像科医师在双盲情况下进行评估。

1.3.3 患者辐射剂量评价 记录所有患者头颈部CTA 扫描所产生的辐射剂量，参数包括：CTDIvol、DLP、ED，ED=DLP×K，颈部K=0.0059[6]。

1.4 统计学方法

采用SPSS 21.0 统计软件进行数据分析，符合正态分布的计量资料以均数±标准差（）表示，行t检验；计数资料以频数（n）、百分率（%）表示，采用χ2检验；图像评分一致性采用Kappa检验，Kappa值≥0.75 为一致性优良，两组图像评分采用秩和检验，以P＜0.05 为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 两组患者一般资料与检查成功率比较

两组患者性别比例、年龄差异均无统计学意义（P＞0.05），见表1。

表1 患者一般资料统计

2.2 两组患者血管CT 值、图像质量比较

两组左右颈内动脉、左右椎动脉、左右大脑中动脉CT 值、头颈部CTA 噪声、DLP、CTDIvol、ED 差异显著（P＜0.01），头颈部血管SNP、CNP 差异不具有统计学意义（P＞0.05）。见表2 ～表4、图1。两名评分者图像评分一致性优良（Kappa=0.946、0.905），见表5，两组评分不具有统计学意义（Z=0.863，P＜0.01）。

图1 两组患者各血管CT 值比较

表2 两组患者各部位血管CT 值比较（± s，HU）

表2 两组患者各部位血管CT 值比较（± s，HU）

组别左颈内动脉右颈内动脉A 组（n=43）342.5±29.3351.0±25.8 B 组（n=42）284.1±28.4267.2±26.7 t 9.32814.716 P＜0.001＜0.001组别左椎动脉右椎动脉A 组（n=43）346.8±28.3326.8±21.3 B 组（n=42）278.4±24.1268.4±22.1 t 11.98412.406 P＜0.001＜0.001组别左大脑中动脉右大脑中动脉A 组（n=43）336.8±22.3341.2±23.6 B 组（n=42）259.4±23.2262.4±22.8 t 15.68315.651 P＜0.001＜0.001

表3 两组患者头颈部CTA 噪声、对比度噪声比、信噪比比较（± s）

表3 两组患者头颈部CTA 噪声、对比度噪声比、信噪比比较（± s）

组别头颈部CTA 噪声头颈部CNR头颈部SNR A 组（n=43）16.43±2.5124.67±2.5328.12±3.88 B 组（n=42）10.53±2.3125.54±3.1729.77±4.11 t 11.2691.4001.904 P＜0.0010.1120.173

表4 两组患者辐射剂量比较（± s）

表4 两组患者辐射剂量比较（± s）

组别DLP/（mGy·cm）CTDIvol/mGyED/mSv A 组（n=43）338.44±45.369.15±1.232.11±0.44 B 组（n=42）701.21±54.3318.95±1.474.33±0.53 t 33.44833.36521.032 P＜0.001＜0.001＜0.001

表5 两组CTA 评分一致性比较

3 讨论

目前头颈部血管微创治疗、头颈部动脉支架等手术均需进行头颈部CTA 检查，同时对于术后随访也需要使用头颈部CTA 检查进行，因此由头颈部CTA 检查所带来的辐射剂量与日俱增[7]。CTA 检查的基本要求是满足诊断的同时符合辐射剂量最低化原则（as low as reasonably achievable，ALARA），因此，如何获得良好的图像质量同时降低头颈部CTA 辐射剂量是本研究的重点。本研究采用多模态迭代重建ASiR-V 算法联合低管电压头颈部CTA 扫描发现，采用ASiR-V 算法的A 组80 kV 扫描与常规滤波反投影法的B 组120 kV 扫描获得图像在主观评价与客观评价中均无明显差异，两种扫描方案均能满足临床需求，但A 组辐射剂量明显降低，其中DLP、CTDIvol、ED 下降52.2%、51.7%、51.3%，有效减少头颈部CTA 检查辐射。

头颈部CTA 检查所致的电离辐射能造成DNA 双链结构断裂，此种损伤是一种随机性的染色体畸变[8]。因此避免辐射损伤发生是所有CT 检查的重要一环，也是制定ALARA 的关键证据。本研究中辐射剂量的下降主要是通过管电压调节，管电压大小是影响CT 扫描辐射的主要因素，调节管电压进行降低辐射剂量的效果比调节管电流与控制螺距等方案明显，因此本研究采用的是调整管电压大小进行辐射调整。然而，低管电压在有效降低辐射的同时会导致图像噪声的明显增高[9]，主要原因是管电压减小导致X 线球管射线束硬度下降，对于物质穿透后的均匀性改变，进而使得图像CT 值标准差出现变化，出现颗粒感与图像噪声增加[10]。本研究在80 k V 管电压的同时采用多模态迭代重建ASiR-V 算法进行图像噪声的矫正，对于射线束渐弱导致的图像噪声上升，通过非线性混合过滤技术，计算原始空间，减小噪声输出，达到提高图像SNR 与CNR 的效果。

在头颈部CTA 检查中提高血管内CT 值也能达到提高CTA 图像SNR 与CNR 的效果，但提高血管内CT 值需使用高碘对比剂，高碘浓度又可能导致对比剂肾病（contrast induced nephropathy，CIN）的发生，不利于患者长期复查使用[11]，因此如何在不增加对比剂浓度的同时增加血管内CT 值亦是本研究需要探讨的主要内容。本研究中两组患者使用相同浓度与剂量的对比剂，但A 组80 k V 管电压条件下CT 值明显高于B 组120 k V 管电压CT 值，其主要原因是80 k V 管电压所产生的射线束能量最接近碘的K 缘，在能量输出与33.2 k e V 相近时会发生以光电效应为主的射线衰减，增加对比剂的CT 值，亦就是能够提高血管内CT值[12-13]。因此在低管电压扫描条件选择中，建议使用80 kV 管电压进行扫描。

综上所述，多模态迭代重建ASiR-V 算法联合低管电压扫描能有效降低头颈部CTA 检查辐射剂量，同时能获得满足临床诊断需求的图像质量。