低管电压结合迭代重建技术在不同BMI患者的头颈部CT血管成像中的应用研究

尤 佳 代 岳 李菁菁 程 丽 张秀莉 刘 琦 刘 颖 徐 凯

2 徐州医学院附属医院影像科

头颈部CT血管成像（computer tomography angiography，CTA）检查在临床上的应用日益广泛，它能清楚地显示颈内动脉、椎基底动脉及Willis环，但是头颈CTA扫描范围大，层面薄，患者所受的辐射剂量相对较大，此范围内有晶状体、甲状腺等对射线敏感的器官，可能对患者会造成潜在的损伤[1]。目前，降低管电压是减少辐射剂量最常用的方法，但是图像噪声会增加[2]。如何降低患者 CT检查中所接受的辐射剂量并保证图像质量已成为业界关注的焦点之一。自适应统计迭代重建（adaptive statistical iterative reconstruction，ASiR）技术是一种较新的CT图像重建算法，与传统的滤波反投影(filtered back projection，FBP)重建方法相比，能够在低剂量扫描的同时获得清晰的图像质量[3]。虽然头颈CTA低剂量或低对比剂剂量扫描方面研究较多[4-5]，但头颈CTA低剂量扫描中，关于不同体重指数(body mass index，BMI)对图像质量和辐射剂量的影响少有报道，本研究旨在探讨利用低电压技术结合ASiR迭代重建技术在不同BMI患者头颈部CTA扫描中对图像质量及辐射剂量的临床应用价值。

方 法

1.患者资料

连续选取2014年3月～2014年10月于我院行头颈CTA检查的患者186例，其中男118例，女68例，年龄25～79岁，平均（58.48±11.31）岁。病例入组的排除标准：①患者年龄＜18周岁或＞80周岁；②患者的头颈部大血管主干任何一个明显狭窄或闭塞；③既往对碘对比剂过敏者、有严重心肾功能疾病的患者。所有患者检查前均签署知情同意书。

2.扫描方法

CT扫描采用GE Optima CT660 128层CT机(GE Healthcare，USA)。探测器宽度64×0.625mm，螺距1.375，层 厚1.25mm，层间距0.625mm，旋转时间0.5s/周，SFOV 320mm×320mm，矩阵512×512，采用自动管电流技术（NI=8）。对比剂均使用碘海醇（350 mgI/ml，通用电气药业上海有限公司），采用Missouri高压注射(Ulrich，德国)，注射剂量为体重×1ml/kg，注射速率 4.0 ml/s，追加生理盐水30ml。在头颈部正位定位像上，选取支气管分叉下1cm的横断面作为观察层面，ROI定位在升主动脉层面，设置触发扫描CT阈值为120 HU，延迟5.5s开始触发扫描，扫描范围为主动脉弓至颅顶。

3.扫描方案

将186例患者随机分为A、B组，A组94例，B组92例。A组（常规剂量组）的扫描参数为120 kV，采用FBP重建，B组（低剂量组）为100kV，采用ASiR40迭代重建。BMI是判断肥胖程度的常用指标，BMI=体重（kg）/身高2（m2），A组和B组按照BMI进一步分组，A1组和B1组：BMI＜24 kg/m2为正常或偏瘦患者；A2组和B2组：24 kg/m2≤BMI＜28 kg/m2为超重或偏胖患者；A3组和B3组：BMI≥28 kg/m2为肥胖患者[6]。

4.图像后处理及辐射剂量

将图像传至GE AW4.5工作站进行后处理。扫描结束后，记录两组的的CT容积剂量指数(CT dose index volume，CTDIvol)和剂量长度乘积(dose length product，DLP)。

5.图像质量评价

5.1 客观评价（参考Zhang的测量方法[5]）：①血管CT值(感兴趣区（region of interest，ROI）血管)的测量：在横断面图像上选取头部（双侧大脑中动脉M1段）、颈部（双侧颈动脉窦）以及胸廓入口处（主动脉弓），于血管中心放置ROI测量CT值，避开血管壁的钙化。②图像噪声的测量：在大脑中动脉和颈动脉窦水平，将ROI置于同层身体左右两侧的空气内，所测CT值标准差的平均值分别作为头部、颈部的图像噪声。在主动脉弓水平，将ROI置于同层胸壁上方空气内，所测CT值标准差作为胸廓入口处的图像噪声。③背景衰减值（ROI背景）的测量：在大脑中动脉水平，将ROI置于同层的两侧颞肌内，取CT值的平均值作为头部的背景衰减值。在颈动脉窦和主动脉弓水平，将ROI置于同层的两侧椎旁肌肉内，取CT值的平均值分别作为颈部和胸廓入口处的背景衰减值。④信噪比(signal to noise ratio，SNR)：为血管CT值与图像噪声的比值(SNR=ROI血管/图像噪声)，分别计算每个患者的头部、颈部以及胸廓入口处的SNR。⑤对比噪声比(contrast to noise ratio，CNR)：为血管CT值与背景衰减值差值与图像噪声的比值(CNR=(ROI血管-ROI背景)/图像噪声)，分别计算每个患者的头部、颈部以及胸廓入口处的CNR。

5.2 主观评价：由2名主治医师以上有经验的放射科医师参照 Löve的4分法进行图像质量评估[7]，评估时采用盲法：1分：图像质量差，图像噪声较大，组织结构显示不清，不能满足诊断要求；2分：图像质量一般，图像噪声较大，部分组织结构显示不清，但基本能满足诊断要求；3分：图像质量良好，图像噪声尚可，结构显示清楚，能满足诊断要求；4分：图像质量优质，图像噪声小，组织结构显示清晰，对比良好，完全能满足诊断要求。

6.统计学分析

所有统计学处理均应用SPSS16.0统计软件进行。①A1组和B1组，A2组和B2组以及A3组和B3组患者年龄、BMI比较采用两独立样本t检验，患者性别情况比较采用χ2检验。②A1组和B1组，A2组和B2组以及A3组和B3组患者的CTDIvol、DLP、血管CT值、图像噪声、SNR和CNR比较采用两独立样本t检验。③采用Mann-Whitney检验比较A1组和B1组，A2组和B2组以及A3组和B3组的主观图像质量评分，采用Kappa检验分析2名医师评价不同组图像质量的一致性。Kappa值=0.81～1.00提示两者一致性非常好；Kappa值=0.61～0.80提示两者一致性好；Kappa值=0.41～0.60提示两者一致性一般；Kappa值＜0.40提示两者一致性差。以P＜0.05为差异具有统计学意义。

结果

图1 根据不同BMI分组，2名医师对低剂量组(B组)的图像评分均高于常规剂量组（A组），并且2名医师关于评价低剂量组图像的一致性高于常规剂量组。

表1 A组和B组患者一般资料情况

表2 A组和B组患者辐射线剂量的比较(±s）

表2 A组和B组患者辐射线剂量的比较(±s）

A组和B组各分组的患者年龄、BMI、性别差异均无统计学意义（均P＞0.05）(表1)。

1.辐射剂量

B1组、B2组及B3组的CTDIvol较A1组、A2组及A3组分别下降29.29%、32.70%及40.24%(均P＜0.05)；B1组、B2组及B3组的DLP较A1组、A2组及A3组分别下降32.44%、35.10%和40.98%(均P＜0.05)(表2)。

2.A组和B组的图像客观指标

在不同的BMI分组中，B组跟A组比较，血管CT值均增高，图像噪声均减低，SNR和CNR均增高，差异均有统计学意义(均P＜0.05)(表3、4)。

3.A组和B组的图像主观评分

2名有经验的放射科医师以盲法对各组CTA图像进行评分。医生1（图1）：B1组、B2组及B3组的图像质量分别高于A1组、A2组及A3组，差异具有统计学意义(Z值=-3.948，-2.281，-2.285，P值=0.000，0.023，0.022，均P＜0.05)；医生2（图1）：B1组、B2组及B3组的图像质量分别高于A1组、A2组及A3组，差异具有统计学意义(Z值=-2.985，-2.549，-2.936，P值=0.003，0.011，0.005，均P＜0.05)。2名医师分析B1组、B2组及B3组图像质量的一致性(kappa值=0.634，0.644，0.628，P值=0.000，0.000，0.000)分别高于A1组、A2组及A3组(kappa值=0.476，0.566，0.595，P值=0.000，0.000，0.020，均P＜0.05)。图2和图3为不同扫描方案的CTA图像（BMI＜24kg/m2）。

表3 各组的血管CT值及图像噪声比较(±s)

表3 各组的血管CT值及图像噪声比较(±s)

表4 各组的SNR及CNR比较(±s)

表4 各组的SNR及CNR比较(±s)

图2 女，54岁，脑梗死，BMI为23.14kg/m2，采用A组方案。A.头部VR图像；B.头部MIP图像；C.胸廓入口处图像。图3 女，51岁，脑梗死，BMI为22.78kg/m2，采用B组方案。A.头部VR图像；B.头部MIP图像；C.胸廓入口处图像。B组（图3A～C）图像较A组(图2A～C)：头部VR、MIP图像显示血管边缘更光滑、细腻，图像整体质量好，而且胸廓入口处图像条索状伪影有减少。

讨 论

随着CT的广泛应用，低辐射剂量等患者关爱问题也逐渐受到人们关注，有文献报道约2%的恶性肿瘤是由CT辐射所致[8]。头颈 CTA 检查是诊断颈部、脑血管性疾病的重要手段之一，但头颈CTA扫描范围广，一般是自主动脉弓水平至颅顶水平，患者所接受的辐射剂量较高。

目前有多种方法能够降低CT的辐射剂量，包括降低管电压、降低管电流、自动剂量控制等[9-10]。而降低辐射剂量会使图像质量下降，噪声水平升高，特别是对于肥胖的患者来说，盲目降低管电压，没有足够的辐射剂量，导致图像质量不能满足诊断，进而造成检查失败。在不影响图像质量的前提下，降低辐射剂量，一直受到人们的关注，近年来迭代重建提供了一个解决途径，有研究报道[11]，迭代重建可以显著地降低噪声，并改善图像质量。本研究采用的ASiR迭代算法是迭代算法中的一种[3]，它是在原始数据空间，通过精确模型进行运算，引入统计信息，进而获得优质图像。通过降低图像噪声获得剂量优势，因此在相同噪声水平和图像质量前提下，扫描剂量可以降低。

根据文献报道[4，12]，在头颈CTA检查中，低剂量扫描结合迭代重建方案能够在降低辐射剂量的同时获得清晰的图像质量，但是，这些研究均未报道研究人群的BMI情况，也未提到其结论是否适用于不同BMI患者，鉴于此，本研究采用100kV低剂量扫描结合ASiR迭代重建方案，研究其在正常或偏瘦组、超重或偏胖组和肥胖组病人中的应用情况。本研究结果显示，B组各分组较A组对应组辐射剂量均降低，肥胖组降低最多，其次是超重或偏胖组，正常或偏瘦组降低最少，说明在降低管电压情况下，随着BMI增加，辐射剂量降低的程度越大。在不同BMI分组中，头部（大脑中动脉水平）、颈部（颈动脉窦水平）以及胸廓入口处（主动脉弓水平）的CT值B组各分组较A组对应组均增高，这是由于碘的原子序数相对较高(Z=53)，降低管电压时，X线能量减少，碘对比剂对X线的衰减增加，100 kV的管电压会使其更好地吸收X线，出现血管CT值增加，图像对比度增强的结果[13]。另外B组各分组较A组对应组图像噪声均减低，SNR、CNR均增高，图像主观评分均高，ASiR的重建使图像质量并未因管电压降低而下降。所以在头颈CTA成像中，应用ASiR能够弥补低剂量成像造成的图像噪声增大，并且改善信噪比及对比噪声比，从而得到与常规剂量FBP相当甚至更好的图像质量[12]。本研究所选的迭代深度是40%，而未选择其他迭代深度，有研究对比不同迭代深度的图像质量发现，深度加大图像会有较重“虚假”感，所以该研究推荐使用中等深度迭代值[14]。根据本研究结果，采用100kV管电压和ASiR迭代扫描方案，可降低不同BMI患者的辐射剂量，尤其是肥胖患者，而且不同BMI患者的图像质量均得到临床肯定，值得推广。

本研究的不足之处：①本研究仅使用ASiR迭代深度40进行重建，未与其他的迭代深度比较，鉴于此有待进一步完善；②本研究未进一步探索80kV甚至更低管电压结合迭代重建方案在正常或偏瘦组、超重或偏胖组和肥胖组中的辐射剂量和图像质量情况，待今后有待进一步研究。

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