冠状动脉CT血管成像iDose4迭代重建与滤波反投影重建图像质量和辐射剂量比较

2013-05-05杨国威许永华陆晓梅杨利霞YANGLixia

中国医学影像学杂志 2013年4期

明康杨国威许永华陆晓梅朱勇杨利霞 YANG Lixia

明康1杨国威1许永华1陆晓梅2朱勇1杨利霞1YANG Lixia

目的比较iDose4迭代重建与滤波反投影（FBP）重建在冠状动脉CT血管成像（CCTA）的图像质量和辐射剂量，评价iDose4迭代重建的临床应用价值。资料与方法所有患者采用FBP和iDose4两种重建方法行64层CCTA检查。对采用iDose4重建的患者根据体重指数（BMI）分为管电压120 kV组和100 kV组；FBP组重建时管电压固定为120 kV。采用四分法评价图像质量，并计算图像信噪比（SNR）和对比噪声比（CNR）。结果 iDose4120 kV组和FBP 120 kV组图像质量评分分别为（3.2±0.8）分和（3.0±0.7）分，SNR分别为16.5±3.8和13.8±3.9，CNR分别为21.6±6.8和17.6±6.6，辐射剂量分别为（5.5±1.6）mSv和（8.5±1.4） mSv，差异均有统计学意义（P＜0.05），其中辐射剂量下降36%。iDose4100 kV组和FBP 120 kV组图像评分分别为（3.1±0.6）分和（3.0±0.8）分，SNR分别为16.8±3.0和17.1±4.4；CNR分别为24.6±6.8和19.8±6.2，辐射剂量为（4.2±1.1）mSv和（8.6±1.2）mSv，差异均有统计学意义（P＜0.05），其中辐射剂量下降51%。结论管电压固定为120 kV时iDose4迭代重建较FBP重建可显著提高图像质量，并降低辐射剂量；低管电压（100 kV）的iDose4迭代重建与高管电压（120 kV）的FBP重建图像质量无显著差异，但可以显著降低辐射剂量。

冠状血管造影术；体层摄影术，X线计算机；迭代重建；滤波反投影；图像质量；辐射剂量

64层螺旋CT机应用于心脏冠状动脉成像，已成为临床诊断和筛查冠心病的重要检查手段[1]。冠状动脉CT血管成像（CCTA）通常采用回顾性心电门控、小螺距和薄层（0.625 mm）扫描来提高图像的分辨率，但因此增加了辐射剂量[2]。Mollet等[3]报道回顾性心电门控64层螺旋CCTA的辐射剂量为10.0～21.4 mSv，超过导管法冠状动脉造影剂量的5.6～5.8 mSv[4]；虽然可以通过降低管电压、管电流和前置心电门控扫描技术等方法来降低辐射剂量，但均有一定的局限性。迭代重建作为一种新的重建方法，不仅可以降低辐射剂量，而且可以优化图像质量[5-7]。本研究旨在比较iDose4迭代重建和滤波反投影（FBP）重建的CCTA的图像质量和辐射剂量，探讨iDose4迭代重建的临床应用价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象收集2009-01～2011-12上海市徐汇中心医院行FBP重建和iDose4迭代重建的41例行CCTA检查的患者，其中男21例，女20例；平均（70.2±8.6）岁；体重（60.4±10.1）kg，身高（163.4±8.1）cm，基础心率（70.2±15.1）次/min。根据患者心率情况，部分心率高于70 次/min的患者在扫描前口服10 mg酒石酸美托洛尔片以控制心率。

1.2 仪器与方法采用Philips Brilliance 64层螺旋CT机，使用回顾性心电门控扫描技术和对比剂跟踪触发技术，感兴趣区设于主肺动脉窗层面的降主动脉，触发阈值设定为120 Hu。达到阈值后嘱患者屏气，6 s后扫描，扫描范围从气管分叉下方1 cm至膈肌。采用双筒高压注射器，18G套管针置入前臂静脉，注射对比剂碘海醇（350 mgI/ml）85 ml，流速5 ml/s，随后等速注入40 ml生理盐水。扫描参数：线束准直0.625 mm，CT球管旋转时间0.4 s，螺距0.2，重建层厚0.9 mm，重建间隔0.45 mm。FBP重建扫描条件为120 kV、800 mA；iDose4迭代重建扫描条件根据患者的体重指数（BMI）分为2组，17例BMI＞28 kg/m2者管电压设定为120 kV，24例BMI≤28 kg/m2者设定为100 kV；管电流为430～735 mA。

1.3 图像分析采用EBW 4.0后处理工作站Comprehensive Cardiac Analysis（CCA）心脏智能处理软件进行分析。选取同一例患者、冠状动脉主支显示均较佳的同一层面前后2次冠状动脉扫描75%时相进行分析，采用原始轴位图像进行图像质量评价。按照四分法进行图像评分，评分标准：血管边缘锐利，无伪影为4分；血管边缘欠锐利，有少量伪影，但不影响临床诊断为3分；血管边缘中度伪影，管腔模糊，影响诊断为2分；血管边缘严重伪影，不能诊断为1分。由于未行曲面重组图像评估，所以2次检查图像均不观察血管连续性。图像质量由2名有经验的放射科诊断医师采用双盲法进行评价，意见不一致时，协商后得出一致结果。

1.4 图像信噪比（SNR）和对比噪声比（CNR）测量感兴趣区选择与左主干起始部水平的主动脉根部50 mm2范围，测量CT值，以其标准差作为图像噪声，测量5次取平均值，计算SNR，SNR=|μi|/σi,（|μi|为主动脉根部CT值，σi为标准差）。同一层面选择胸肌最厚层面20 mm2感兴趣区，以其标准差作为背景噪声，测量5次取平均值，计算CNR，CNR=|μa-μb|/σb（μa为主动脉根部CT值，μb为胸肌CT值，σb为胸肌标准差）。

1.5 辐射剂量的计算分别记录两组图像CT剂量指数，得出CT剂量长度乘积（DLP），为排除扫描长度引起的剂量改变，扫描长度均定为13 cm。有效辐射剂量（ED）=DLP×k，k为胸部权重指数，k =0.014[mSv/(mGy· cm)]。

1.6 统计学方法应用CS 14.0软件，计量资料组间比较采用配对t检验，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

表1 iDose4120 kV组与FBP 120 kV组CCTA图像质量评分、SNR、CNR和辐射剂量比较

表2 iDose4100 kV组与FBP 120 kV组CCTA图像质量评分、SNR、CNR和辐射剂量比较

2.1 图像质量比较 iDose4120 kV组图像质量评分高于FBP 120 kV组，差异有统计学意义（P＜0.05）（表1、图1）；iDose4120 kV组图像质量评分略高于FBP 120kV组，但差异无统计学意义（P＞0.05）（表2、图2）。

2.2 SNR、CNR及辐射剂量比较与FBP 120 kV组相比，iDose4120 kV组SNR及CNR均显著增高，差异均有统计学意义（P＜0.05）；辐射剂量显著降低，差异有统计学意义（P＜0.05）；辐射剂量平均下降36%（表1）。iDose4100 kV组与FBP 120 kV组SNR差异无统计学意义（P＞0.05），但iDose4100 kV组CNR高于FBP 120 kV组，辐射剂量低于FBP 120 kV组，差异均有统计学意义（P＜0.05），辐射剂量平均下降51%（表2）。

图1

图2

3 讨论

Naidich等[8]于1990年首次提出低辐射剂量的概念，即在其他条件不变的情况下，降低管电流来减低辐射剂量，同时保证图像诊断要求。如何在降少辐射剂量的同时保证甚至进一步提高图像质量是近年来CCTA研究的热点。多年来不断尝试自动曝光控制、降低管电流、增加螺距、降低管电压和前置性心电门控等策略[4,5]，虽然降低了辐射剂量，但这些方法对患者的心率、体重指数都有一定的限制，而且图像质量也受到一定影响，这主要是由目前CT生成图像的基础FBP的内在特征决定的，因为这种算法隐含假定投影数据是无噪声的。然而噪声是投影数据的固有特性，特别是降低辐射剂量条件下，有效成像X线光子数量减少，噪声水平升高。鉴于FBP无法有效处理低剂量噪声，当辐射剂量降低或投影数据采集不足时，重建出的图像质量就会受到影响。

相对于FBP，迭代重建算法的优势是不需要很大量的采样信息，允许空间分辨率与图像噪声去耦合，在减少噪声的同时保持图像的空间分辨率[5]。迭代重建算法包含X线辐射量子统计的更精确建模以及电子噪声，可以通过“反复”重建循环计算处理有限的原始采样数据，实现图像信噪比的提升，所以迭代算法可以明显降低射线辐射剂量，并提高影像质量。Philips公司推出的iDose4图像处理系统是一种高级的迭代重建算法，它在CT数据的投影空间和图像空间构造多噪声模型和解剖模型，在对噪声予以精确刻画和处理的同时，不改变噪声频率分布，保持图像真实呈现，消除蜡像状伪影，提高了图像的分辨率，临床上多用于胸部及腹部CT检查[9,10]。在体模上采用80 kV低管电压和iDose4迭代重建算法模式可以减少最多71%的辐射剂量而不影响图像质量[11]。本研究显示，采用iDose4迭代重建算法结合管电流自动调节模式在100 kV和120 kV的CT扫描较FBP平均可以分别减少辐射剂量51%和36%。

本研究比较同一患者使用不同重建方法（间隔至少1年以上且BMI无变化）的CCTA扫描图像质量评分和辐射剂量。采用低管电压（100 kV）的iDose4迭代重建算法CT检查，在保证图像质量的同时，患者接受的辐射剂量为（4.2±1.1）mSv，明显少于FBP的（8.6±1.2） mSv，甚至低于常规导管法冠状动脉造影的辐射剂量（5.6～5.8mSv），为CCTA在临床上进一步推广和常规冠心病筛查提供了循证医学证据。而运用120 kV的iDose4迭代重建算法CT检查虽然辐射剂量不如100 kV管电压下降明显，但图像质量明显提高。

采用低管电压（100 kV或80 kV）可以更大程度地降低辐射剂量，但是由于低管电压射线的穿透力减弱，患者所吸收的辐射剂量有可能会显著大于计算值；而采用120 kV时虽然有效辐射剂量增加，但射线穿透力增加可以明显提高图像质量。因此，在相同图像质量的前提下，低管电压是否能真正地降低患者吸收的辐射剂量，即由于射线穿透力因素的影响，受检者的实际辐射生物效应剂量是否真正减少，仍需进一步深入研究。

综上所述，与FBP比较，CCTA使用iDose4迭代重建算法结合管电流自动控制扫描模式，能在保证和显著提高图像质量的同时，明显降低有效辐射剂量；而且采用低管电压（100 kV）较高管电压（120 kV）能更多地降低有效辐射剂量，但采用120 kV时图像质量明显提高。由于本研究是回顾性研究，选择的病例必须分别行FBP和iDose4CCTA扫描检查，故收集的样本量相对较小，而且原始影像数据重建后处理均使用3级iDose4，尚未对其他级别的重建图像质量和重建所需时间进行分析。

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（责任编辑张春辉）

Comparison of Image Quality and Radiation Dose Between iDose4and Filter Back-projection in Coronary Artery CT Angiography

MING Kang YANG Guowei XU Yonghua LU Xiaomei ZHU Yong YANG Lixia

Purpose To compare the image quality and radiation dose between iDose4and filter back-projection (FBP) in coronary artery CT angiography (CCTA), and to evaluate the value of clinical application of iDose4.Materials and Methods 64-slice CCTA was applied to all patients using FBP and iDose4. The patients using iDose4were classified into 120 kV group and 100 kV group based on body mass index (BMI). The image quality was evaluated using quartering method, and the signal to noise ratio (SNR) and contrast to noise ratio (CNR) were also calculated.Results There was significant differences in the scores of image quality (3.2±0.8 vs 3.0±0.7), SNR (16.5±3.8 vs 13.8±3.9), CNR (21.6±6.8 vs 17.6±6.6) and radiation dose [(5.5±1.6) mSV vs (8.5±1.4) mSV] for iDose4120 kV group and FBP 120 kV group (P＜0.05), and the decreased radiation dose reached 36% of FBP 120 kV group. For iDose4100 kV group and FBP 120 kV group, there was evident differences in the scores of image quality (3.1±0.6 vs 3.0±0.8), SNR (16.8±3.0 vs 17.1±4.4), CNR (24.6±6.8 vs 19.8±6.2) and radiation dose [(4.2±1.1) mSv vs (8.6±1.2) mSv] (P＜0.05), and the decreased radiation dose reached 51% of FBP 120 kV group.Conclusion iDose4can improve the image quality and decrease the radiation dose compared with FBP when tube tension is set as 120 kV. There is no significant difference for the iDose4100 kV and FBP 120 kV, but iDose4can decrease radiation dose.

Coronary angiography; Tomography, X-ray computed; Iterative reconstruction; Filter back-projection; Image quality; Radiation exposure

10.3969/j.issn.1005-5185.2013.04.019

1. 上海市徐汇中心医院，中国科学院上海临床中心医学影像科上海 200031

2. 飞利浦（中国）投资有限公司医疗保健事业部上海 200023

许永华

Department of Radiology, Shanghai Xuhui District Center Hospital, Shanghai 200031, China

Address Correspondence to: XU Yonghua

E-mail: yhxu@scrc.ac.cn

R543.3；R445.3

2012-07-07

修回日期：2013-03-20

中国医学影像学杂志