雙低劑量聯合iDose4迭代重建在CTPA中的應用

楊楊，范文亮，雷子喬，余建明

華中科技大學同濟醫學院附屬協和醫院 放射科，湖北 武漢 430022

引言

肺動脈CT血管造影（CT Pulmonary Angiography，CTPA）因快速、無創等優點已廣泛應用于臨床[1]，其對于診斷亞段以上肺動脈栓塞（Pulmonary Embolism，PE）的敏感度和特異度高。PE可迅速致死，被認為是僅次于心肌梗死和中風的第三大常見急性心血管疾病。急性和慢性肺栓塞均為腔內充盈缺損，其中急性肺栓塞的診斷標準包括：① 動脈完全閉塞，不能使整個管腔均勻顯示；② 與相同分支順序的肺動脈相比，肺動脈可能增大；③ 被靜脈注射造影劑包圍的中央動脈充盈缺損；④ 外周腔內充盈缺損，與動脈壁形成銳角。慢性肺栓塞的征象包括：血管迂曲、狹窄后擴張、主肺動脈增大和支氣管動脈增大，伴隨馬賽克灌注模式或偏心血管增厚內的鈣化。栓塞事件發生后，患者可能有繼發于右心衰的循環衰竭的風險。早期發現急性右心室衰竭可以采取最合適的治療方案，基于三級中心研究的現行指南建議在申請CTPA之前使用臨床概率評分（Wells標準或日內瓦評分）和D-二聚體檢測。

隨著CT血管造影在常規和急診護理中的應用增加，患者暴露于電離輻射的情況也急劇增加，病人通過CT接受的輻射劑量問題一直受到臨床醫生與患者的廣泛關注，這是從反應性態度向預防性態度的重大轉變[2-3]。但是單純的低劑量CT圖像無法滿足診斷要求，因為它們通常比正常劑量對應的圖像質量低。因此，通常需要采取特定的對策來防止圖像質量下降。盡管CTPA的輻射照射量通常不如腹部或骨盆CT檢查高，但平均估計有效劑量仍然可以達到15 mSv[4]。濾波反投影算法（Filtered Back Projection，FBP）是現代CT掃描儀圖像重建（從測量數據轉換為圖像）的基礎，該技術自20世紀70年代初CT發明以來一直被使用。FBP是一種快速、直接的CT圖像生成方法[5]。然而，這種簡單性的代價是較低輻射下的圖像質量可能不太理想，因為FBP假設了一個“理想系統”，并將數據（包括其中存在的所有噪聲）繪制到圖像中[6]。它由兩個主要步驟組成，即過濾數據（沿探測器方向）和執行反向投影操作，其中數據沿測量方向繪制圖像[7]。近年來以迭代重建算法（Iterative Reconstruction，IR）為代表的新方法被應用于臨床：基于模型的迭代重建算法可以提高圖像質量、空間分辨率、低對比度檢測能力和邊緣銳度[8]。iDose4是飛利浦醫療公司推出的第四代IR算法，其提供了一種獨特的方法來管理患者掃描防護中的重要因素：低能量、低劑量和低注射對比度成像。iDose4重建算法首先分析投影數據，識別并校正最嘈雜的CT測量值（信噪比不佳或低光子數），包含光子統計信息的模型將應用于每個投影，以檢測非常嘈雜的測量結果[9-10]。本研究的目的是探討CTPA檢查中使用雙低劑量聯合iDose4方案對圖像質量和患者輻射暴露的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇2020年1至5月我院臨床疑診PE而行CTA檢查的患者54例（表1），其中男性28例，女性26例，年齡26～78歲，平均（58.25±8.37）歲。納入標準：無碘對比劑過敏史；無明顯心、肝、腎等相關疾病；體內無金屬植入物、血管內無支架。本研究經過華中科技大學倫理委員會批準。

表1 兩組被試一般情況統計

1.2 檢查方法

使用飛利浦公司生產的IQon Spectral CT機掃描，患者仰臥位，足先進，掃描范圍同常規肺部掃描范圍，所有患者被指示屏住呼吸以最小化運動偽影，并且CTPA圖像是在單次屏氣時獲得的。掃描采用自動毫安秒技術，掃描參數：常規組為120 kVp，造影劑50 mL（320 mgI/mL），注射速率4 mL/s，之后追加30 mL生理鹽水，延遲時間設置為6 s；雙低劑量組為80 kVp，對比劑35 mL（320 mgI/mL），注射速率4 mL/s，延遲時間設置為6 s，iDose4重建。兩組重建層厚均為1 mm。

1.3 圖像后處理質量評價方法

在飛利浦后處理工作站對原始圖像行多平面重組、最大密度投影（Maximum Intensity Projection，MIP）及容積重建（Volume Rendering，VR）等處理。圖像的質量評分由兩位高年資放射科醫生根據診斷要求采用雙盲法進行：肺動脈主干及分支顯示清晰，對比度良好為5分；主干及分支顯示良好，符合診斷為4分；顯示一般，對比度一般為3分；分支顯示影響診斷為2分；無法診斷為1分。為了檢測CT對比度差異較小的異常，并提高肺栓塞的顯著性，有必要調整顯示窗口的寬度和水平進行觀察。測量記錄各主要肺動脈分支CT值，記錄兩組患者容積CT劑量指數（CT Dose Index Volume，CTDIvol）、劑量長度乘積（Dose Length Product，DLP）。

1.4 統計學分析

采用SPSS 23.0軟件對兩組患者圖像主觀質量評分采用中位數加四分位法，肺動脈各段CT值及患者輻射劑量數據進行統計學分析（獨立樣本t檢驗）。

2 結果

兩組圖像質量主觀評分均為4分以上，常規組為（4.3±0.3）分，雙低劑量組為（4.2±0.2）分，差異無統計學意義（P>0.05）。雙低劑量組肺動脈各段CT值均高于常規劑量組（表2）。雙低劑量組CTDIvol、DLP值較常規劑量組大幅降低約43%，差異有統計學意義（表3）。

表2 兩組被試肺動脈CT值（±s）

表2 兩組被試肺動脈CT值（±s）

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表3 兩組被試輻射劑量比較（±s）

表3 兩組被試輻射劑量比較（±s）

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圖1為常規組圖像，其中圖1a為VR圖像，質量良好，評分4分；圖1b為橫斷面圖像，顯示肺動脈充盈良好，上腔靜脈及肺靜脈強化較明顯；圖1c為MIP圖像，肺動脈各分支顯示良好。圖2為雙低劑量組圖像，其中圖2a為VR圖像，質量良好，評分4分；圖2b為橫斷面圖像，顯示肺動脈充盈較好，上腔靜脈及肺靜脈強化較弱；圖2c為冠狀位圖像，顯示該患者左肺下葉動脈分支充盈缺損，血栓形成。

圖1 常規組圖像

圖2 雙低劑量組圖像

3 討論

CTPA是診斷肺動脈栓塞首選的輔助檢查方法，但因其使用X射線成像，故而具有潛在的輻射危害[11]，因此采用低輻射劑量及對比劑劑量技術行CTPA檢查具有重要的臨床意義。在CTPA檢查中使用的碘化造影劑可能會導致老年患者對比劑誘發腎病，常損害腎功能。造影劑誘發腎病的發生概率是醫院獲得性腎功能衰竭的第三常見原因，與注射碘量成正比[12]。因此，降低碘負荷可有效預防造影劑腎病，幫助患者避免透析、降低醫療費用。此外，減少碘化造影劑用量對右心功能受損患者也有好處，因為即使低滲透造影劑也會在靜脈回流時從間質中抽出，并可能導致右心室過載。本研究雙低劑量組采用低濃度對比劑，碘總量較常規劑量組減少37%。由于金屬植入物而使肺血管模糊的條紋偽影可以使研究產生不確定因素，重復的CT掃描并不能改善這個問題，并且可能需要肺血管造影的額外成像。上腔靜脈高密度造影劑產生的條紋偽影可使鄰近肺動脈模糊不清，這種偽影可以通過在注射造影劑后立即追加注入鹽水來達到一定程度的緩解。呼吸運動偽影是CTPA不確定的最常見原因，可導致肺栓塞的誤診。這些偽影在肺窗設置下最明顯，這常會使得栓塞部位在這個解剖層面的診斷不確定性提高。隨著高階多層螺旋CT的廣泛應用，使用較短的屏氣時間，可減少呼吸運動偽影。圖像的噪聲可能造成對節段和亞段肺血管的評價困難，并可能導致不確定的CT肺血管造影和肺栓塞的誤診[13]。如果所有其他掃描參數保持不變，輻射劑量和管電壓之間的關系是指數關系（即管電壓從120 kVp降至80 kVp，減少了74%的輻射劑量）[14]。CT球管X線發生器以較低的能量發射的X射線光子具有較低的速度，從而降低了動能，其與在120 kVp管電壓下發射的“正常”能量光子相比，由于患者身體吸收增加，到達探測器的低能光子將減少，對圖像有貢獻的光子數越少，圖像噪聲（斑點）就越大[15]。如果劑量變得太低，光子饑餓效應的偽影和電子噪聲將會對圖像質量逐漸產生影響[16]。低kVp下增加的圖像噪聲可以通過將管電流-時間乘積設置到更高的水平來補償。與管電流相比，管電壓對高原子序數物質（如骨或碘）的X射線吸收有影響，而軟組織的衰減對kVp沒有明顯的依賴性[17]。當峰值管電壓從120 kVp降至80 kVp時，代表性X射線光子能量分別從66 keV降至52 keV[18-19]。iDose4通過迭代過程，對有噪聲的數據進行去除，并保留邊緣。此過程可確保保留下層結構的衰減梯度，從而在保留空間分辨率的同時允許大幅降低噪聲[20-21]。本研究中兩組圖像質量主觀評分均為4分以上（雙低組4.2±0.2，常規組：4.3±0.3），差異無統計學意義（P>0.05），但是運用iDose4的雙低劑量組CTDIvol、DLP值較常規劑量組大幅降低約43%，大大降低了檢查過程中的輻射劑量。由于血液和造影劑混合不良導致的雙側下葉血流相關偽影可導致造影增強的短暫中斷，進而導致CTPA的不確定和肺栓塞的誤診，造影劑增強的短暫中斷可能與吸氣或者是圖像采集前從下腔靜脈進入右心房、右心室和肺動脈的未增強血液有關。然而，要明確該診斷可能需要進一步的影像學檢查來排除隱藏在低強化血管中的血栓，如MonoE單能量重建圖像。本研究的一個局限性是iDose4和FBP兩組方案之間的比較數據并非來源于同一個個體（一個被試者只能用一種方法掃描一次），而是來自不同的個體。

4 結論

綜上所述，低管電壓低劑量聯合iDose4迭代重建技術在CTPA成像中，能在保證圖像質量的同時，安全顯著地降低有效輻射劑量及減少對比劑的用量，具有較高的臨床應用價值。