迭代重組聯合80kV低管電壓在門靜脈成像中的可行性

任占麗 雷雨欣 張喜榮 賈永軍 李豆 于楠 于勇 賀太平

CT 門靜脈血管成像（computed tomography portal venography，CTPV）是目前臨床評價門靜脈血管的主要無創性影像方法［1］，其在門靜脈血管解剖及變異、肝硬化門靜脈高壓及側支循環、肝移植進行術前血管評估等具有重要作用。門靜脈圖像質量取決于高對比劑流速和對比劑用量，然而會帶來對比劑硬化偽影、輻射相關性損傷［2］和對比劑腎病［3］等風險。文獻報道低管電壓可提升圖像質量和降低輻射劑量［4］，但同時會引起圖像噪聲增加等問題［5］。濾波反投影法（filtered back projection，FBP）作為標準CT 重組算法，其重組獲取的圖像噪聲明顯增加且會影響圖像質量［6］。基于多模型迭代重組（adaptive statistical iterative reconstruction Veo，ASIR-V）作為高級迭代重組技術，其采用并納入噪聲模型、物體模型、物理模型，從而提升圖像質量并實現了低劑量條件下更好的圖像密度分辨率和圖像質量［7］。因此，本文旨在探討基于多模型迭代重組聯合80 kV 低管電壓在門靜脈成像中降低輻射劑量和碘對比劑的可行性。

資料與方法

1.研究對象

收集2019 年1 月～2020 年3 月在我院行CTPV 檢查患者。納入標準：年齡大于18 歲，自愿參與本研究。排除標準：心、肝、腎功能不全，甲狀腺功能亢進、碘對比劑過敏、門靜脈疾病異常。通過納入及排除標準，本研究最終納入CTPV 患者60例并隨機分為A、B 兩組。A 組男16 例、女14例，平均（55.00±9.75）歲，體重指數（body mass index，BMI）約（22.66±2.13）kg/m2；B 組男11 例、女19 例，平均（54.43±17.00）歲，BMI 約（22.33±2.93）kg/m2。本研究經過醫院倫理委員會批準，所有患者在進行檢查前均簽署知情同意書。

2.圖像采集及重組

所有檢查均采用GE 公司Revolution CT 檢查機，患者平躺于檢查床并選擇足先進體位，雙上肢上舉抱頭，對患者甲狀腺及盆腔采用鉛制品進行防護。A 組采用常規管電壓120 kV 掃描，對比劑用量450 mg I/kg；B 組采用低管電壓80 kV 掃描，對比劑用量350 mg I/kg。兩組患者均選取非離子型對比劑優維顯370（370 mg I/ml），采用德國雙桶高壓注射器經右側肘正中靜脈注入，對比劑流率4.5 ml/s。動脈期采用自動閾值觸發技術掃描，在第一肝門層面腹主動脈管腔內放置興趣區（region of interest，ROI），當腹主動脈CT 值達200 HU 時觸發動脈期數據采集，動脈期掃描完成后延遲30 s 進行門靜脈期圖像采集，采集圖像層厚及層間距均為5 mm，窗寬350 HU，窗位40 HU。原始數據掃描采集完成后，A 組采用FBP 重組，B 組采用40%ASIR-V 重組，兩組重組層厚及層間距均為1.25 mm。

3.數據測量及圖像評價

將重組1.25 mm 圖像傳送至AW 4.6 工作站進行數據測量和圖像評價。分別在門靜脈主干（main portal vein，MPV）、門靜脈左支（left branch of portal vein，LPV）、門靜脈右支（right branch of portal vein，RPV）管腔及門靜脈主干同層面肝右葉、右側豎脊肌分別放置三個ROI，記錄每個ROI 的CT值和標準差（standard deviation，SD）值，取三個ROI 的CT 值和SD 值平均值來計算門靜脈血管的信噪比（signal to noise ratio，SNR）和對比噪聲比（contrast to noise ratio，CNR），其中門靜脈SNR 定義為門靜脈CT 值與SD 值的比值（公式1），門靜脈CNR 值定義為門靜脈CT 值和肝臟CT 值的差值與右側豎脊肌SD 值的比值（公式2）。

將重組圖像在AW 4.6 工作站進行容積再現（volume rendering，VR）、最大密度投影（maximum intensity projection，MIP）、多平面重組（multi-planar reconstruction，MPR）和曲面重組（curved-planar reconstruction，CPR）進行主觀評分，由兩名有七年及以上工作經驗的影像科醫師采用五分法對圖像質量進行雙盲法主觀評分。具體評分標準如下：5 分，圖像質量最好，門靜脈對比最好，門靜脈分支顯示最清晰；4 分，圖像質量較好，門靜脈對比較好，門靜脈分支顯示較清晰；3 分，圖像質量一般，門靜脈對比一般，門靜脈分支顯示尚可；2 分，圖像質量較差，門靜脈對比較差，門靜脈分支顯示較差；1 分，圖像質量最差，門靜脈對比不清，門靜脈分支顯示不清；其中，3 分及以上符合臨床診斷要求，2 分及以下不能滿足診斷要求。

4.輻射劑量及對比劑碘含量

記錄兩組患者體重（kg），通過體重及對比劑用量分別計算兩組對比劑碘含量（g）：

記錄兩組患者劑量報告表中容積CT 劑量指數（volume CT dose index，CTDIvol）和劑量長度乘積（dose length product，DLP），并計算有效輻射劑量（effective dose，ED）（公式4）。

注：k 為腹部劑量因子且取值約0.015 mSv/（mGy·cm）

5.統計學分析

采用SPSS 22.0 統計學分析軟件。分類變量采用計數形式表示，并通過卡方（χ2）檢驗進行分析；連續變量采用均數±標準差表示，獨立樣本t 檢驗分析；等級資料使用均數±標準差表示，用Mann-Whitney U 檢驗進行分析；兩名醫師主觀評分一致性采用Kappa 檢驗，其中P＜0.05 為具有統計學意義。

結果

兩組患者一般資料無顯著統計學差異（P＞0.05）。B 組有效輻射劑量（2.14±0.21）mSv、對比劑碘含量（22.14±2.59）g 和A 組（5.54±1.15）mSv和（28.19±4.04）g 間差異具有顯著統計學意義（P＜0.05），其中ED 和對比劑碘含量較A組分別降低約61.4%和21.5%（表1）。

表1 兩組一般資料、輻射劑量和對比劑碘含量比較

B 組門靜脈主干、門靜脈左支及右支CT 值顯著高于A 組（P＜0.05），B組門靜脈SD值顯著低于A組（P＜0.001），B 組SNR 值和CNR 值顯著高于A 組（P＜0.001），且A組和B 組CT 值、SD 值、SNR 值和CNR 值間差異均存在顯著統計學意義（P＜0.001）。兩名醫師對圖像質量主觀評分具有很好的一致性（Kappa 值＞0.800，P值＜0.001），B組圖像主觀評分（4.20±0.71 和4.23±0.68）顯著高于A 組（3.37±0.49 和3.43±0.50），且差異具有統計學意義（P＜0.05）（表2，圖1～3）。

圖1 兩組圖像比較的統計圖。a)CT 值條形統計圖；b)SD 值 條 形統計圖；c)SNR值條形統計圖；d)CNR 值條形統計圖

表2 兩組CT 值、SD 值、SNR 值、CNR 值、主觀評分比較

討 論

隨著CT 設備革新和影像技術的不斷發展，CT 血管成像作為快速且無創性評價血管病變的檢查方法，其在評價血管解剖和血管性病變中發揮著重要作用［8］。CTPV 作為評價門靜脈圖像的無創性成像方式，其較好圖像質量是觀察門靜脈的關鍵，但其管腔內對比劑濃度直接影響CTPV 圖像質量［9］。但也存在對比劑腎病等一系列臨床關注的不良反應，Zhou 等［10］學者對腎動靜脈血管成像的研究發現采用低濃度對比劑可以降低對比劑腎病的發生風險，而低濃度對比劑又會影響血管成像圖像質量。ASIR-V 作為高級迭代重組技術，其在臨床血管成像中可同時減少輻射劑量和提升圖像質量［11］。趙晶等［12］采用迭代重組算法對門靜脈的研究結果發現40%權重迭代重組算法是門靜脈最佳重組權重水平，因此在本研究中對B 組采用40%ASIR-V 進行重組來觀察CTPV 圖像質量。

圖2 女，45 歲，肝左葉血管瘤，采用120 kV+450 mg I/kg+FBP 重 組。a)最 大密度投影；b)門靜脈冠位圖；a) 和b)主觀評分均為3 分圖3 男，肝右后葉下段小囊腫，80 kV+350 mg I/kg+40%ASIR-V 重組。a)最大密度投影；b)門靜脈冠位圖；a)和b)主觀評分均為4分

本研究中將B 組管電壓降低至80 kV，有效輻射劑量和對比劑碘含量較常規120 kV 管電壓成像時明顯減少，與CT 輻射劑量與掃描管電壓相關，其中輻射劑量與管電壓的平方成正比，采用低管電壓成像時CT 輻射劑量顯著減低［13］。同時低管電壓掃描時X 線光子能量降低而光電效應放大，會增加血管腔內碘對比劑的衰減幅度從而降低對比劑碘含量［14］。Chen 等［15］對冠狀動脈研究發現在相似圖像質量情況下采用70kV 管電壓可有效輻射劑量降低75.3% 和對比劑用量減少42.4%。尹曉霞等［16］采用低管電壓研究CT 肺動脈造影，結果發現80 kV 在保證圖像質量前提下可使CT 肺動脈成像有效輻射劑量降低約50%。馬周鵬等［17］對支氣管動脈CT 血管成像進行研究結果顯示80 kV 管電壓使有效輻射劑量減少約67%。Hou 等［18］在胸主動脈腔內修復術后CT 血管造影隨訪中采用80 kV 管電壓時對比劑減少約60%。本研究中B 組80 kV 成像時有效輻射劑量和碘對比劑較常規120 kV 分別降低約61.4%和21.5%，與上述研究結果相似，其輻射劑量和對比劑碘含量之間存在的小差異可能與各研究中對比劑注射方案、個體循環差異有關。

門靜脈CT 值通常達到150 HU 可獲得更好的CTPV 成像質量［19］，在本研究中A、B 兩組采用不同管電壓和對比劑注射方案，其門靜脈CT 值均可以滿足臨床診斷需求。在本研究中B 組80 kV 低管電壓成像時門靜脈主干、門靜脈左支及右支CT值顯著高于A 組（P＜0.05），這與低管電壓掃描時產生X 射線能量更接近碘物質k 邊緣值（33 keV），從而增加光電效應和并引起較小的康普頓散射，從而在低管電壓成像時可以增加門靜脈碘濃度和CT 值有關［20］。低管電壓成像時會引起圖像噪聲增加和對比劑硬化偽影，但B 組采用40%ASIR-V重組進行圖像評價，門靜脈SD 值顯著低于A 組，且SNR 值、CNR 值、主觀評分均顯著高于A 組（P＜0.05），表明ASIR-V 重組可降低圖像噪聲和提升圖像質量。Pontone 等［21］對CT 冠狀動脈進行研究發現60%ASIR-V 可以獲取最佳圖像質量。ASIR-V 重組作為高級迭代重組技術，其采用先進迭代重組模型（噪聲模型、物體模型、物理模型）來平衡圖像噪聲，從而提升圖像質量。

本研究對門靜脈成像采用低管電壓和ASIR-V進行聯合成像，不僅顯著降低輻射劑量（約61.4%）和碘對比劑（約21.5%），還可獲得更好的門靜脈血管圖像質量。本研究局限性：樣本量較小，僅選取正常CTPV 患者進行研究。有待在以后進一步擴大樣本量，將低管電壓、高級迭代重組技術逐步應用于臨床肝硬化、肝移植術前評價患者身上。CT 門靜脈成像作為臨床評價門靜脈血管常用方法，低管電壓和迭代重組技術的聯合應用為實現低劑量CTPV 成像提供了可能。