低管電壓結合迭代重建在超重患者支氣管動脈CTA的應用研究

林觀生，柳峰，馬周鵬，付文兵

上海中醫藥大學附屬龍華醫院金山分院 a.放射科；b.心血管內科，上海201501

引言

CT血管造影（CT Angiography，CTA）技術已廣泛應用于臨床，對血管疾病具有重要診斷價值，但是CTA導致電離輻射的潛在危害不可忽視[1-2]。支氣管動脈（Bronchial Artery，BA）屬于細小動脈，起源、位置、走行存在一定變異[3]，因而CTA掃描要求范圍大且層面薄，所致輻射劑量大，同時圖像質量也受身體質量指數（Body Mass Index，BMI）因素影響。研究證實在獲得同等質量圖像情況下，超重患者所受輻射劑量比標準體重者更大[4-5]。因此，如何減少超重患者支氣管動脈CTA輻射劑量而又保證圖像質量具有重要意義。既往圖像重建以解析算法應用最為常見，但是隨著計算機技術快速發展，迭代重建算法被頻繁使用，所帶來的優勢凸顯，特別是在低劑量掃描時能明顯降低圖像噪聲而獲得高質量診斷圖像[6]。目前國內外關于超重患者支氣管動脈CTA的研究未見報道，本研究通過采用低管電壓結合迭代重建對超重患者行支氣管動脈CTA，以探討其對成像質量及輻射劑量的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料

前瞻性選擇2018年6月至2019年10月間我院臨床有咯血癥狀而行支氣管動脈CTA的成人患者62例，其中男38例，女 24例，年齡 38～81歲，平均（62.27±10.80）歲。病例納入標準：BMI≥25 kg/m2的超重患者；碘對比劑耐受；心肝腎功能正常；心率齊且在50～100次/min；心臟及大血管無支架植入或金屬外來偽影。排除標準：①孕婦、不能屏氣配合的患者；②夾層動脈瘤、肺栓塞、大量胸腔積液；③圖像運動偽影顯著而無法觀察者；④BA介入治療后。將62例患者按照隨機數字表法分為A、B兩組，各31例進行檢查。本研究經醫院倫理委員會批準，所有患者均知情同意。

1.2 檢查方法

采用西門子SOMATOM Definition AS 64排螺旋CT機，選仰臥位，足先進的方式進床，掃描范圍從頸5下緣至腰1上緣水平。A組采用80 kV低管電壓掃描，圖像行正弦圖確定迭代重建（Sinogram Affirmed Iterative Reconstruction，SAFIRE），強度為3級；B組采用120 kV常規管電壓掃描，行濾波反投影（Filtered Back-Projection，FBP）重建圖像。兩組其余參數均相同，即自動管電流調制技術（A、B兩組管電流調節范圍分別為 154～296 mA、147～283mA），準直64×0.6 mm，轉速0.35s/r，FOV大小為320mm×370 mm，矩陣 512×512，螺距1.2，掃描層厚2 mm；兩組均用碘海醇（濃度350 mgI/mL）對比劑注射，劑量1.2 mL/kg，流率5 mL/s，采用閾值觸發技術，將監測點置于主動脈弓水平層面，設定閾值為100 HU，閾值觸發后延遲6 s開始掃描。

1.3 圖像后處理

將兩組2 mm增強橫斷面圖像拆薄至0.65 mm，并于工作站上行多平面重組（Multiplanar Recombination，MPR）、最大密度投影（Maximum Density Projection，MIP）、容積再現（Volume Rendering，VR）等圖像后處理。

1.4 圖像質量分析

1.4.1 圖像主觀評分

BA的識別：起源于主動脈并經縱隔到達肺門的或由肺門繼續延伸至肺葉支氣管周圍的迂曲小血管影[7-8]。由2名高年資副主任醫師對重組后的BA圖像進行雙盲法評分。評分標準采用5分法[9]：血管邊緣清晰銳利、無偽影，計5分；血管邊緣基本光滑，計4分；血管邊緣輕度偽影但可分辨，計3分；邊緣中度偽影、勉強可分辨，計2分；邊緣模糊并中斷、重度偽影，無法分辨，計1分。將5分定義為優，4分為良，3分為一般，2分為差，1分為極差。評分3～5分者符合診斷要求，為合格圖像，其中4～5分者為優良圖像，統計并比較兩組圖像的優良率及合格率。

1.4.2 圖像客觀評價

選擇橫斷面圖像顯示最粗的BA開口層面的胸主動脈中央位置放置感興趣區（Region of Interest，ROI）并測量其強化后的CT值，避開血管壁鈣化及血管內栓子，ROI設定為30～40 mm2，每例測 5 次，取平均值，標記為 CT1；以 CT1 的標準差作為圖像噪聲（Standard Deviation，SD）；測量同層面同側胸壁皮下脂肪的CT值，盡量取相同位置，每例測量5次，取平均值，標記為CT2。根據公式：SNR=CT1/SD，CNR=(CT1-CT2)/SD，計算SNR和CNR。

1.5 輻射劑量

根據CT掃描生成的容積CT劑量指數（Volume CT Dose Index，CTDIvol）及劑量長度乘積（Dose Length Product，DLP）計算有效輻射劑量（Effective Dose，ED），ED=DLP×k，其中 k 取 0.014 mSv·mGy-1·cm-1[9]。

1.6 統計學處理

應用SPSS 16.0軟件分析數據，兩組間的基本資料、動脈CT 值、SD、SNR、CNR、曝光長度、CTDIvol、DLP、ED 均以（±s）表示，采用兩樣本t檢驗；男女性別比、圖像優良率及合格率以%表示，采用χ2檢驗；采用Kappa檢驗2名醫師主觀評分的一致性；以P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 基本資料比較

經比較兩組患者的年齡、性別、身高、心率、體質量、BMI均無統計學差異（P>0.05)（表1），具有可比性。

表1 兩組患者的基本資料比較

2.2 圖像質量評價

A、B 兩組圖像主觀評分分別為 （4.13±0.92）、（3.94±1.12）分，經比較無統計學差異（t=0.742，P>0.05），2 名評價者之間的評分一致性較好（Kappa值為0.883，P<0.01）；兩組圖像優良率（77.42%、70.97%）及合格率（93.55%、87.10%）比較均無差異（P>0.05）（表2）；A組圖像噪聲低于B組，動脈CT值、SNR及CNR均高于B組，經比較有統計學差異（均P<0.05)（表3，圖1）。

表2 兩組圖像質量主觀評分比較

圖1 兩組患者圖像比較

2.3 輻射劑量比較

A組CTDIvol、DLP及ED均顯著低于B組，差異有統計學意義（P<0.05）（表4）。兩組有效劑量分別為（2.81±0.35）和（6.68±0.58）mSv，A組較B組降低57.93%。

3 討論

BA是肺臟重要的營養血管，同時作為責任血管參與支氣管擴張、肺結核、肺癌等疾病變化過程[10-12]。高質量支氣管動脈CTA圖像不但能清晰顯示BA病變，而且能發現支氣管及肺內原發病灶，為臨床治療提供有效幫助[11,13]。對超重患者掃描時往往需要通過增加管電壓、管電流等條件以滿足圖像質量，但是這樣使患者所受ED明顯加大，甚至有時比標準體重者所受ED高出50%[5]，與輻射防護最優化理論中盡量使用低的輻射劑量原則相違背[14]。因此如何優化掃描方案以降低超重患者支氣管動脈CTA輻射劑量一直是業界研究的熱點。

目前，CT技師們多數通過采用降低管電壓、自動調節管電流、增大螺距、提高轉速等低劑量掃描方式以減少受檢者輻射劑量，其中降低管電壓可使輻射劑量呈指數關系下降，是最直接有效的方法[14-15]。文獻報道在胸部掃描時采用100 kV管電壓產生的輻射劑量較120kV管電壓的低34%～46%[5,16-17]，而本研究A組采用80kV管電壓掃描所致CTDIvol、DLP均顯著低于 B 組（P<0.05），患者所受 ED 為（2.81±0.35）mSv，較120 kV劑量降低57.93%，降低幅度大于前人研究結果，明顯降低了輻射風險，掃描安全性提高。

降低管電壓使得X線光子能量減少，加重圖像的線束硬化偽影并使噪聲加大，特別是對BMI值大的患者圖像質量影響較明顯。FBP具有重建速度快、低成本的優勢，但在低管電壓掃描時存在噪聲高、對偽影較敏感等缺陷[18-19]。SAFIRE是西門子公司近年來新開發的一種基于原始數據的迭代重建算法，其運用2個迭代循環對原始數據域反復投射、修正以達到減噪，消除偽影目的而獲得最佳圖像。大量研究證實SAFIRE較FBP能明顯降低噪聲，提高低劑量掃描圖像質量[20-22]。此外低管電壓使X線光子與碘原子結合更緊密，血管CT值因光電效應增強而升高，血管對比度增加?；谏鲜鲈?，本研究A組采用80 kV低管電壓結合SAFIRE所得噪聲低于B組，動脈CT值顯著升高、SNR、CNR也因而升高并高于B組（P<0.05），圖像質量優于B組。

SAFIRE分5個重建強度（S1～S5），圖像噪聲隨強度級別增加而逐步降低。吳夢雄等[22]研究認為S5的降噪能力最強，但會使圖像產生“蠟像感”導致質量變差，而S3才是最恰當之選。本研究SAFIRE的重建強度選用3級，A組圖像主觀評分較高，圖像優良率及合格率與B組比較均無差別（P>0.05），滿足診斷要求。

表3 兩組圖像質量客觀比較

表4 兩組患者輻射劑量比較

當然，本研究也存在一定不足：①樣本量較小，心率不齊、心率小于50次/min或大于100次/min的患者未納入研究，還需進一步擴大樣本量及病例納入范圍進行研究；②SAFIRE重建強度只考慮了S3，未與其他強度比較，有待今后深入研究。

綜上所述，采用低管電壓（80 kV）結合SAFIRE對超重患者行支氣管動脈CTA既能優化圖像質量，又可大幅降低輻射劑量。