低管電壓聯合迭代重建技術對自體上肢動靜脈內瘺CTA成像質量及輻射劑量的影響

陳永華，傅鋼澤，潘克華，陳聰，曹國全

（溫州醫科大學附屬第一醫院 放射科，浙江 溫州 325015）

自體上肢動靜脈內瘺（arteriovenous fistula，AVF）是終末期腎病患者長期血液透析的最主要血管通路，由于反復穿刺極易出現血管狹窄和血栓形成等并發癥，需及時合理地評估其血管通路情況[1]。近年來，上肢AVF CT血管成像（computed tomography angiography，CTA）技術因其微創、快速、精確和直觀的特點，成為了臨床上廣泛開展的檢查方法[2-3]，但CT檢查對人體的輻射效應正日益受到高度關注，特別是CTA掃描范圍大，覆蓋部分胸腹部器官組織，存在一定的潛在危害。迭代重建技術的出現，使得降低CT輻射劑量成為可能[4]。應用于CT血管造影的第3代適應性迭代降噪（adaptive iterative dose reduction，AIDR 3D）技術在這方面更具優勢[4-5]。但目前未見文獻報道AIDR 3D技術用于AVF患者CTA圖像質量和輻射劑量方面的研究，故本研究通過比較低管電壓（100 kV、80 kV）聯合標準水平AIDR 3D重建技術組和標準管電壓120 kV聯合傳統濾波反投影（filtering back projection，FBP）重建技術的輻射劑量和圖像質量，探討低管電壓聯合標準迭代重建技術對圖像質量及輻射劑量的影響，以篩選出上肢AVF CTA成像的合理方案。

1 資料和方法

1.1 一般資料 選擇2016年7月至2018年1月臨床懷疑血管通路功能不全的72例維持性左上肢AVF透析患者。其中男37例，女35例，年齡27～84歲，平均（59.4±13.9）歲，BMI（21.50±1.95）kg/m2。原發疾病包括慢性腎小球腎炎29例，多囊腎3例，糖尿病腎病13例，高血壓腎病19例，藥物性和缺血性腎損害各3例，紅斑狼瘡性腎病5例。透析血管通路包括自體腕部橈動脈-頭靜脈內瘺或前臂貴要靜脈轉位AVF，使用時間（31.5±29.8）個月。所有患者均無嚴重心肝功能不全及碘劑過敏史。本研究方案通過本院倫理委員會的審核，所有患者均簽署知情同意書。

1.2 方法

1.2.1 掃描設備及參數：使用320排容積CT（Aquilion ONE，日本Toshiba公司）行螺旋掃描。患者取仰臥位，進針右上肢舉過頭頂，左上肢伸直平放于身體左側，身體盡量位于掃描床右側使左上肢靠近床的中心，掃描范圍從肩關節上緣至手掌中部。先行定位掃描，再經雙筒高壓注射器（Stellant，美國Medrad公司），以4.0 mL/s的注射速率團注90～100 mL非離子型對比劑碘海醇（350 mgI/mL），隨后以同等速率注射0.9%氯化鈉溶液30 mL。觸發掃描應用對比劑示蹤法，感興趣區（area of interest，ROI，面積約100 mm2）設在升主動脈水平，當ROI內CT值達到閾值150 hU，延遲時間15 s后觸發增強掃描。掃描時管電壓隨機選擇（120 kV、100 kV或80 kV，3組各24例），均采用自動毫安技術（日本Toshiba公司），噪聲指數（noise index，NI）設為常規10。探測器準直64×0.5 mm，螺距0.828，旋轉時間0.5 s/圈，重建層厚0.5 mm，重建間隔0.25 mm，采用軟組織函數（FC8）。CTA檢查掃描結束后，患者立即進行1次血液透析以加速血液中造影劑的清除。

1.2.2 圖像重建和后處理：120 kV組行傳統的FBP重建；低管電壓100 kV及80 kV 2組再行AIDR 3D標準水平重建。3組重建后的圖像均傳送到后處理工作站（Vitrea Fx4.0）進一步分析。由2位經驗豐富的放射科醫師對數據進行最大密度投影（maximum intensity projection，MIP）、曲面重建（curved planar reconstruction，CPR）和容積再現（volume reproduction，VR）三維重建。

1.2.3 圖像質量客觀評價：頸根部至中指末端體厚分布差異較大，故每例患者在血管斷面上測量以下層面血管內的CT值：肱動脈中段、肘關節段（尺骨鷹嘴起始水平）、分叉上方1 cm水平肱動脈段以及近內瘺吻合口2 cm橈動脈，每個ROI重復測量3次CT值，取其平均數。ROI面積根據實際情況盡可能大，但應避開血管壁及鈣化。根據測量并計算平均CT值得到血管內密度（vascular density，VD）。平均肌肉密度（muscle density，MD）通過測量肱二、肱三頭肌中心區（上臂中段水平）CT值的平均值獲得，ROI面積為4 mm×4 mm。測量肱動脈分叉上方1 cm水平肱動脈的CT值，其標準差（SD）作為圖像噪聲。根據以下公式計算出信噪比（signal noise ratio，SNR）和對比噪聲比（contrast noise ratio，CNR）。公式如下：SNR=VD/SD；CNR=（VD-MD）/SD。

1.2.4 圖像質量主觀評價：由2位經驗豐富的主治醫師采用四分法分別對所有實驗組的軸位圖像及VR、MIP、CPR等重建圖像質量進行綜合評價。評分標準[6]：4分為圖像質量良好，血管顯示清晰；3分為圖像質量尚可，不影響分析；2分為圖像質量較差，影響分析；1分為圖像質量很差，無法觀察血管。評分不統一時2位醫師共同閱片、商議并達成一致。

1.2.5 AVF血管分析：所有患者由2位主治醫師共同評閱，以一致意見為診斷結果。主要評價內容如下：內瘺血管的流入動脈、吻合口及引流靜脈有無狹窄及程度，有無瘤樣擴張、管腔內血栓、管壁鈣化等情況。測量狹窄段血管的內徑及相鄰正常血管內徑來判定狹窄程度，狹窄程度分為：輕度或無狹窄（0%～49%），中度狹窄（50%～74%），重度狹窄（75%～99%），完全閉塞（100%）[2]。吻合口與引流靜脈同時存在狹窄時，內瘺血管狹窄的程度以程度高的結果為最終評級。

1.2.6 輻射劑量：由于上肢內瘺CTA掃描范圍自肩關節到手掌部，包括了大部分的胸部、腹部左半側，轉換系數k值缺乏統一，故不再計算有效劑量。本研究采用根據掃描參數自動生成的容積CT劑量指數（volume CT dose index，CTDIvol）和劑量長度乘積（dose length product，DLP）作為輻射劑量進行統計。不包括定位像和檢測峰值時間的輻射劑量。

1.3 統計學處理方法 采用SPSS 20.0統計軟件進行數據分析。計量資料進行正態性檢驗，符合正態分布的參數采用表示，使用單因素方差分析進行3組間患者年齡、BMI、掃描長度、輻射劑量、噪聲、SNR和CNR的比較，LSD法進行組間兩兩比較。圖像質量主觀評分不符合正態性分布，采用M（P25，P75）表示，3組間差異使用Kruskal-Wallis H檢驗。計數資料包括3組間的性別、高血壓病史及內瘺狹窄程度，使用χ2檢驗進行統計。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 內瘺情況及一般資料的比較 72例自體AVF患者CTA發現吻合口狹窄29例，輕度、中度、重度或閉塞者分別為16例、8例及5例；引流靜脈節段性或多發節段性狹窄58例（見圖1），輕度、中度、重度或閉塞者分別為19例、22例及17例。吻合口及引流靜脈同時存在狹窄15例；72例自體AVF中引流靜脈附壁血栓17例、瘤樣擴張34例、多發鈣化斑5例。3組患者的年齡、性別、BMI、高血壓病史、掃描長度及內瘺血管狹窄程度的差異均無統計學意義（P＞0.05）。見表1。

圖1 左上肢自體AVF術后患者VR（A）及MIP（B）重建圖

2.2 輻射劑量的比較 100 kV組與80 kV組的CTDIvol與DLP明顯低于120 kV組（P＜0.05），輻射劑量分別下降28.2%、29.2%和23.5%、27.6%；100 kV組與80 kV組間的CTDIvol與DLP差異無統計學意義（P＞0.05）。見表2。

2.3 左上肢血管CTA圖像質量評價 3組圖像（見圖2）質量評價結果見表3。①VD：在標準AIDR 3D重建條件下，隨著管電壓降低VD明顯增高（P＜0.05）。②噪聲：100 kV組與120 kV組圖像噪聲無明顯差異（P＞0.05），當管電壓降到80 kV時，圖像噪聲開始增大，與100 kV及120 kV組比較差異有統計學意義（P＜0.05）。③SNR和CNR：80 kV組的SNR和CNR最高，比120 kV組分別提高了67.5%、78.6%，但與100 kV組比較差異無統計學意義（P＞0.05）。④主觀評分：低管電壓組（100 kV、80 kV）與常規120 kV組圖像主觀評分差異無統計學意義（P＞0.05），主觀評分平均值均大于3，圖像質量良好，左上肢AVF血管及流入動脈、引流靜脈顯示清晰。

表1 研究對象一般情況及臨床特征比較（每組n=24）

表2 不同電壓組輻射劑量比較（每組n=24

表2 不同電壓組輻射劑量比較（每組n=24

與120 kV組比：aP＜0.05

CTDIvol（mGy） 8.5± 1.1 6.1± 1.0a 6.5± 0.6a ＜0.001 DLP（mGy.cm） 653.9±95.1 463.0±80.1a 473.2±47.0a ＜0.001

表3 不同電壓組圖像質量比較（每組n=24）

圖2 3組分別采用FBP（A）和AIDR 3D重建（B、C）圖像

3 討論

自體AVF作為維持性血液透析患者的首選通路，在長期的使用過程中容易造成內瘺血管的功能不全，CTA檢查在評估內瘺血管功能不全的臨床應用中越來越常見[3]。如何在維持圖像質量的情況下盡量減少CT檢查的輻射劑量具有重要的臨床意義。傳統的FBP重建算法對計算機設備要求低、重建快，但降低輻射劑量時噪聲增加明顯。近年來隨著迭代重建技術的應用與發展，其降噪聲、改善圖像質量能力已得到臨床肯定[4-5]。YAMADA等[7]將AIDR 3D應用于成人胸部CT掃描，在保證圖像質量符合閱片診斷的情況下，輻射劑量可降低64.2%。柴亞如等[8]分析前置多模型迭代重建算法對腹部增強CT掃描圖像影響，發現40%前置迭代重建圖像質量最優并可降低約44.9%的輻射劑量。近年來已有較多文獻報道了迭代重建算法結合低管電壓、低管電流在冠脈、頸動脈CTA中的應用[4，6，9]；這些研究成果也為自體上肢AVF CTA方案的優化提供了理論基礎。隨著迭代重建算法水平的提高，迭代算法的降噪聲、提高CNR作用更加明顯[10]；不過也有學者研究發現過高的迭代重建水平會導致圖像重建速度偏慢，產生的平滑效果會對CTA圖像產生蠟樣狀偽影，特別是對小血管成像，可能掩蓋部分病理改變[9]。因此本研究低管電壓組采用標準水平的AIDR 3D算法，以兼顧降噪聲能力和臨床實用性。

輻射劑量與管電壓的平方成正比，與管電流呈線性相關，因此降管電壓相對于管電流降低輻射劑量更為有效[6，10]。本研究結果顯示隨著管電壓從120 kV降到100 kV，患者接受的輻射CTDIvol與DLP明顯減低，輻射劑量分別下降了28.2%和29.2%。PAN等[11]使用100 kV管電壓行下肢CTA掃描與常規120 kV管電壓檢查比較，發現輻射劑量下降了54%。本研究在同等管電壓條件下，CTDIvol與DLP降低幅度相對略低，筆者認為這差異主要受檢查部位和研究對象一般特征的不同共同所致。本研究管電壓降至80 kV時輻射劑量未見繼續明顯下降，與100 kV組差異無統計學意義，這與LIU等[12]使用256排80 kV低管電壓下肢CTA的研究結果有差異，對比常規120 kV組其DLP降低65.8%，原因除了CT機器與檢查部位不同，主要是采用固定管電流（140 mAs），而本研究采用自動毫安秒調節技術。降低管電壓使X線的穿透力減低，會造成到達探測器的光電子量減少，從而引起重組圖像的噪聲增大[10-11]；尤其是上肢CTA檢查時范圍廣包括部分胸腹部，光子散射及衰減明顯增加了圖像噪聲，當管電壓降至80 kV時CT機為保證圖像質量會自動調節并明顯提高毫安秒參數，從而抵消了降管電壓帶來的降輻射劑量效果，可見一味單純降低管電壓對降低輻射劑量不是一貫有效。

物質的CT值會隨著管電壓的改變而發生改變，降低管電壓后含碘造影劑的血管由于碘的K緣效應，血管的CT值會明顯升高[10]。本研究中隨著管電壓降低，左上肢血管CT值大幅度升高，從120 kV時CT值（353.2±56.0）hU升高至80 kV時（689.3±50.1）hU，效果顯著。但是降低管電壓后圖像噪聲不可避免會顯著增加，而迭代重建算法可以彌補低管電壓帶來的噪聲增高問題。320排容積CT上AIDR 3D算法可以通過多次的迭代和校正更新，重建出高質量和低噪聲的圖像。本研究由于聯合標準水平的迭代重建技術，100 kV組的圖像噪聲相對120 kV組差異無統計學意義，而圖像SNR和CNR明顯提高，可見AIDR 3D算法的強大降噪聲能力，這與PAN等[11]在下肢血管造影中報道一致。當管電壓繼續下降至80 kV時，雖然聯合迭代重建算法，但相比較120 kV和100 kV組圖像噪聲可見增大，差異有統計學意義，而圖像SNR和CNR與100 kV組相比提高不顯著，這與陳丹等[13]在胸主動脈低劑量造影中的研究相符，和曹國全[10]等研究仿真人胸部模型80 kV胸部血管成像，聯合標準AIDR 3D重建圖像的SNR和CNR要優于100 kV的結果存在差異；由于人體比模型更加復雜多樣，可見本研究結果更具優勢和臨床價值。

本研究3組72例患者圖像主觀評分平均值均≥3分，圖像質量良好，可清晰、直觀地顯示血液透析患者自體上肢AVF血管及流入動脈、引流靜脈。通過MIP及VR融合重建三維顯示完整的血管走行圖像及血管腔狹窄或瘤樣擴張情況，結合軸位血管橫斷面及CPR重建準確顯示有無血栓形成及管腔狹窄程度，幫助臨床醫師對造瘺血管情況有更全面的了解，并指導臨床對內瘺不全患者采取進一步處理。

本研究的局限性：①本研究患者BMI集中在17.80～27.11 kg/m2，本研究結論是否同樣適合肥胖和特別瘦小的患者，還有待進一步的研究。②320排容積CT的AIDR 3D重建水平分“輕”“標準”及“強”三種水平，本研究只應用了常用的“標準”水平進行實驗，對水平“強”重建的降噪及對圖像的影響還需進一步研究。

綜上所述，在上肢自體AVF CT血管成像中，低管電壓100 kV聯合標準水平AIDR 3D重建技術可得到比常規劑量FBP重建組更高質量的圖像，而患者的輻射劑量可降低約30%，是合理的CTA掃描方案。