低管電壓和低對比劑聯合IMR技術在椎動脈V3段3DCTA中的可行性研究*

楊君琳,翟篤昌,周秀智,劉 蓉,范國華,蔡 武

(蘇州大學附屬第二醫院影像科,江蘇蘇州 215004)

椎動脈V3段位于顱頸交界區,起自寰椎橫突孔,止于跨枕骨大孔處,與寰樞椎解剖關系密切。有關椎動脈與寰椎的解剖及臨床研究已引起學者們的日益關注,但既往大部分定量研究都基于尸體和干骨標本[1-3]。三維CT血管成像(three-dimensional computed tomography angiography,3DCTA)不僅具有快速、經濟、無創的優勢,而且可從多角度、多平面和全方位同時顯示椎動脈和寰椎之間的三維空間關系,反映充滿血流和壓力的椎動脈真實形態學特征,與尸體和干骨標本相比能提供更多有價值的信息[4-5]。然而,隨著3DCTA的廣泛使用,其圖像質量不斷提高的同時,輻射劑量及對比劑劑量也在明顯加大[6]。因此,本研究旨在探討低管電壓自動管電流調節(automatic tube current modulation,ATCM)和低對比劑濃度、劑量及注射速率聯合全模型迭代重建(iterative model reconstruction,IMR)在椎動脈V3段3DCTA中的可行性。現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取從2019年11月至2020年5月臨床懷疑上頸椎、顱頸交界區病變而在本院行頸部椎動脈V3段3DCTA的60例患者納入研究。按照隨機數字表法將患者隨機分成A組、B組,每組各30例。排除標準:(1)妊娠期或者哺乳期婦女;(2)嚴重心、肝、腎功能不全患者;(3)碘對比劑過敏患者;(4)3DCTA圖像存在運動偽影。本研究為前瞻性研究,經醫院倫理委員會批準,所有患者均被告知并簽署知情同意書。

1.2 方法

1.2.1CT檢查方法

患者檢查當天空腹4 h,詢問有無3DCTA掃描檢查的禁忌證。測量身高及體重,計算BMI。掃描范圍:以寰椎后弓為中心上下75 mm。采用Philips Brilliance iCT掃描儀(荷蘭飛利浦公司)行頸部椎動脈V3段3DCTA。采用Bolus-tracking掃描技術,在顱底頸內動脈放置1個感興趣區(region of interest,ROI),觸發閾值120 HU后延遲4.5 s再進行掃描。A組采用80 kV、平均管電流為50 mAs的ATCM,25 mL注射速率為3 mL/s的對比劑碘海醇(碘含量300 mg/mL)聯合IMR技術進行檢查;B組采用120 kV、150 mAs固定管電流,50 mL注射速率為5 mL/s的對比劑碘帕醇(碘含量370 mg/mL)聯合濾波反投影(filtered back projection,FBP)重建技術進行檢查。兩組其他掃描參數相同:螺距為0.992,球管轉動速度為0.5 s/r,矩陣512×512。A組對比劑注射結束后采用3 mL/s注射速率,注射40 mL生理鹽水沖洗;B組對比劑注射結束后采用5 mL/s注射速率,注射40 mL的生理鹽水沖洗。

1.2.2圖像后處理

掃描完成后,對CTA原始數據進行重建,重建間隔為0.45 mm、層厚為0.9 mm。A組采用IMR技術,重建參數為IMR且水平為1級;B組采用FBP技術,重建參數為Standard。數據傳送至Intelli Space Portal工作站(荷蘭飛利浦公司)進行三維重組,方法主要包括容積再現(volume rendering,VR)、最大密度投影(maximum intensity projection,MIP)、多平面重組(multiple planar reconstruction,MPR)。

1.2.3圖像評價

圖像質量客觀評價:關閉及掩蓋掃描參數和患者相關信息,在1名高年資放射醫師的指導下,由1名放射醫師測量并記錄寰椎后弓水平連續3個層椎動脈CT值(CT椎動脈)及密度均勻的椎旁肌肉CT值(CT肌肉),在椎動脈上勾畫平均面積為7 mm2的圓形ROI,在椎旁肌肉上勾畫平均面積為30 mm2的圓形ROI(圖1),ROI應避免觸及血管壁及斑塊,計算3次測量數據的平均值。采用公式[6]計算信噪比(signal noise ratio,SNR)、對比噪聲比(contrast noise ratio,CNR)、圖像敏感度(figure of merit,FOM)[7]。主觀評價:關閉及掩蓋患者信息,由兩名放射醫師對兩組2D圖像及3DCTA圖像進行主觀評價,圖像質量評分為1～5分。5分:圖像質量優秀,對比度好,顆粒均勻,椎動脈V3段血管邊界清晰,無偽影,容易診斷;4分:圖像質量好,對比度較好,顆粒比較均勻,椎動脈V3段顯示好,存在少許偽影,可以診斷;3分:圖像質量可,對比度一般,顆粒欠均勻,椎動脈V3段顯示尚可,邊緣稍毛糙,存在偽影,診斷不受影響;2分:圖像質量不佳,對比度較差,圖像顆粒粗,椎動脈V3段血管邊緣毛糙,存在明顯偽影,明顯影響診斷;1分:圖像質量差,對比度差,顆粒粗,椎動脈V3段血管顯示不清,圖像存在嚴重偽影,不能診斷。達到臨床診斷要求的圖像質量評分需≥3分。

圖1 血管及椎旁肌肉ROI示意圖

1.2.4輻射劑量及對比劑劑量

記錄并比較兩組CT掃描自動生成的患者所接受輻射劑量參數,包括:容積劑量指數(volume CT dose index,CTDIvol)、劑量長度乘積(dose length product,DLP),并計算有效劑量(effective dosage,ED)[1]。計算并比較兩組對比劑碘攝入量。對比劑攝入量=對比劑濃度×對比劑劑量,對比劑碘流率=對比劑濃度×對比劑注射速率。

1.3 統計學處理

2 結 果

2.1 兩組患者一般資料比較

兩組患者的性別構成、年齡、BMI比較,差異均無統計學意義(P>0.05),具有可比性,見表1。

表1 兩組患者一般資料比較

2.2 圖像質量評價

2.2.1客觀評價

兩組圖像寰椎后弓層面椎動脈CT值比較,差異無統計學意義(P>0.05);A組椎動脈的噪聲小于B組,SNR、CNR、FOM均大于B組,差異有統計學意義(P<0.05),見表2。

表2 兩組患者椎動脈的主、客觀評價指標比較

2.2.2主觀評價

A組圖像質量評分為(4.78±0.41)分,B組為(4.85±0.35),兩組比較差異無統計學意義(P>0.05),均達到臨床診斷要求。2位診斷醫師在評價圖像質量方面一致性好(Kappa=0.899,P<0.05)。

2.3 兩組輻射劑量及對比劑劑量比較

A組CTDIvol、DLP、ED均大幅低于B組,差異有統計學意義(P<0.05),見表3。A、B組每例患者對比劑碘攝入量分別為7.5、18.5 g,對比劑碘流率分別為0.9、1.85 mg/s,A組相比于B組,碘攝入量及碘流率分別下降了59.5%、51.4%。

表3 兩組患者輻射劑量比較[M(Q1,Q3)]

3 討 論

椎動脈V3段存在較多轉折,在頸椎C1～C2融合時更容易受到損傷[8]。近年來,隨著多層螺旋CT技術的快速發展,3DCTA因其后處理功能強大、無創、敏感度高、適用性廣等優點逐漸成為頭頸部血管成像的首選。劉凱等[9]發現CTA圖像能夠顯示椎動脈V3各亞段動脈分支的顯示率和排列方式。陳耀康等[10]采用雙源CTA研究椎動脈V3段的變異,發現其能夠較好地顯示椎動脈V3段的正常解剖和椎動脈溝橋形成等常見變異。然而,在3DCTA圖像質量得到提高的同時,患者接受的輻射劑量也在加大,與對比劑相關的腎臟損傷問題逐漸得到重視。在圖像質量符合臨床診斷的要求下,降低患者的輻射劑量及對比劑碘攝入量對患者具有重要意義[11-13]。隨著CT技術的快速發展,多種輻射劑量、碘負荷、對比劑碘流率降低策略被單獨或聯合應用于3DCTA檢查[14-15]。

本研究中,A組相比于B組輻射劑量大幅降低,對比劑碘攝入量僅為B組的40.%(7.5/18.5),與前期研究[6]相比有所減低,這主要是因為本研究進一步降低了ATCM技術的平均管電流(50 mAs)及對比劑劑量(25 mL)。YOU等[16]報道,當管電壓由120 kV降低至100 kV時,ED下降了25.47%,低于YU等[17]報道的降低程度(71%)。但在YU等[17]的研究中,當管電壓由120 kV下降到80 kV時,ED下降了76%。上述兩者研究存在差異可能是采用了不同的掃描方案:YOU等[16]的研究中,兩組均采用ATCM技術;YU等[17]的研究中,管電壓為120 kV的掃描方案中采用固定管電流。相比于固定管電流結合低管電壓,ATCM技術結合低管電壓可以進一步降低ED。本研究發現,從管電壓由120 kV降至80 kV,ED大幅下降,可能是因為本研究在采用ATCM技術的同時,平均管電流僅為50 mAs,均低于上述文獻所報道的管電流。

降低對比劑濃度、注射速率及劑量能夠減低對比劑使用帶來的損傷,但同時也會降低血管CT強化程度。降低管電壓可通過減少康普頓效應,增加光電效應,提高碘對比劑的衰減值及圖像對比度[18],從而彌補因注射速率降低、對比劑濃度降低及注射劑量下降所引起的血管強化程度降低。該方案更有利于患有腎病的患者,因為較高的對比劑滲透壓、黏度、注射率、劑量與腎臟損傷均有密切聯系[19-20]。然而,僅僅對掃描參數進行優化可能會導致圖像的噪聲和偽影大量增加,尤其是在管電壓較低的情況下,這會導致CT圖像診斷質量變差,影響診斷。所以,本研究為克服管電壓降低所帶來的圖像質量降低的問題,引入了IMR技術。IMR技術是將X線束建立的多個模型、焦點、X線束、體素和探測器的幾何形狀均納入計算,通過前向、后向重建,在投影數據域及圖像數據域分別進行迭代運算,不斷更新原始數據,最終得到低噪聲、高分辨率的CT圖像,有助于降低與FBP重建算法相關的量子噪聲,解決CT掃描輻射劑量降低所致圖像噪聲及偽影的增加[21-23]。此外,IMR可以通過不斷縮小理想模型與采集數據之間的差異,生成最真實、最優的圖像[24-26]。NIESTEN等[27]通過比較FBP、混合迭代重建(hybrid iterative reconstruction,HIR)及IMR算法下頭頸部CTA的圖像質量,發現IMR明顯改善了整體圖像質量,降低了圖像噪聲,而FBP重建后的圖像質量最差。CHENG等[23]采用IMR技術結合低管電壓掃描,評估低輻射劑量下兒童頭頸部CTA的圖像質量,發現與FBP比較,IMR技術在保持診斷圖像質量的同時還能降低輻射劑量,這與本研究結論一致。HAMAGUCHI等[28]通過對比IMR與自適應統計迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction,ASIR)技術對顱內小動脈的顯影能力,發現IMR技術可以在不增加輻射劑量和對比劑用量的情況下,更好地顯示顱內小動脈。

本研究使用80 kV的掃描方案來評估椎動脈V3段血管,與常規的120 kV掃描方案比較,血管SNR和CNR值有所提高,這與MIHL等[26]報道的結果一致。A組的FOM高于B組,表明IMR不僅能補償管電壓降低聯合ATCM所造成的圖像噪聲增加,同時能夠提高單位輻射劑量對椎動脈CNR、SNR及FOM的貢獻效率,椎動脈的噪聲也有相應的改善。因此,盡管采用了低管電壓、低管電流、低對比劑濃度及低注射速率,但掃描圖像客觀圖像質量指標得到提高,主觀評分無差異,故椎動脈V3段雙低劑量3DCTA掃描聯合IMR技術是可行的。

綜上所述,低管電壓ATCM和低對比劑濃度、劑量及注射速率聯合IMR技術不僅可保證椎動脈V3段3DCTA圖像質量,還減少了患者所接受的輻射劑量,降低了對比劑碘攝入量及碘流率。