Force CT Turbo Flash扫描模式联合迭代重建算法降低辐射剂量：主动脉CTA的比较研究

王利军，王 星，李志军，张少杰，朱 巍

（1内蒙古包头市中心医院放疗科，内蒙古医科大学：2基础医学院解剖学教研室，3数字医学中心，内蒙古包头014040）

·临床与转化医学·

Force CT Turbo Flash扫描模式联合迭代重建算法降低辐射剂量：主动脉CTA的比较研究

王利军1，2，王 星2，3，李志军2，3，张少杰2，3，朱 巍1

（1内蒙古包头市中心医院放疗科，内蒙古医科大学：2基础医学院解剖学教研室，3数字医学中心，内蒙古包头014040）

目的：利用Force CT的Turbo Flash模式行主动脉全程扫描成像，对照评价其图像质量，旨在评价该模式行主动脉全程扫描联合迭代重建算法降低辐射剂量的可行性.方法：选取内蒙古包头市中心医院2015－08／2016－12行主动脉全程CTA扫描的患者60例，将其分为实验组用Turbo Flash模式扫描（A组，n＝30），使用迭代重建算法（ADMIRE）重建图像、对照组用Body Angio模式扫描（B组，n＝30），使用滤波反投影算法（FBP）重建图像，并用客观和主观两种方式评价其CT图像，前者包括CNR、SNR及图像噪声，而后者则由两位CT影像诊断副主任医师采用双盲法分别评价.结果：Turbo Flash模式联合迭代重建算法图像的主观评分明显高于Body Angio扫描组，差异具有统计学意义（P＜0.05），而两组图像质量的客观评价比较，差异无统计学意义（P＞0.05）.Turbo Flash模式组的扫描时间（1.0±0.2）s，相对于Body Angio模式（4.6±1.4）s明显缩短，差异具有统计些意义（P＜0.05）.有效辐射剂量Turbo Flash模式组为（3.7±1.2）mSv，较Body Angio模式组的（6.8±2.8）mSv明显减少，差异具有统计学意义（P＜0.05）.结论：Force CT Turbo Flash模式主动脉CTA扫描联合迭代重建算法的图像质量可满足对于主动脉病变的诊断需求，具有扫描时间短、辐射剂量低、运动伪影少等优势，可成为主动脉CTA优先选择的扫描模式推广应用.

Force CT；CTA；主动脉；辐射剂量；迭代重建

0 引言

主动脉CT血管造影（CT angiography，CTA）以其检查的无创、快捷和准确等优势得到了广泛应用，但其扫描范围和辐射剂量较大也不可避免地成为亟待解决的主要问题.降低辐射剂量的方法包括降低管电压、管电流、增加螺距等，其中降低管电压可使辐射剂量呈指数倍降低，但也可能导致图像噪声增加.Force CT的Turbo Flash模式时间分辨率提高为66 ms，可通过缩短扫描时间、降低管球电压从而降低辐射剂量.与滤波反投影算法（filtered back projection，FBP）相比，采用高级迭代重建算法（advanced modeled iterative reconstruction，ADMIRE）既可降低图像噪声，又具有降低辐射剂量的潜在作用.关于Force CT的Turbo Flash模式的文献多集中在冠状动脉成像方面，而与低剂量主动脉成像相关的研究较少［1－5］.本研究利用Force CT的Turbo Flash模式联合迭代重建算法行全程主动脉CTA扫描成像，评价其图像质量和辐射剂量，以期为临床应用提供依据.

1 资料和方法

1.1 一般资料选取内蒙古包头市中心医院（三级甲等综合性医院）2015－08／2016－12行主动脉全程CTA扫描的患者60例作为研究对象，男42例，女18例，年龄41～80（平均55.0±3.5岁）.排除部分心肾功能不全、过敏及高龄不能耐受CTA等患者，将其随机分为两组：Turbo Flash模式组（A组，n＝30）；对照组Body Angio模式组（B组，n＝30）.被扫描患者肾功能均正常，由本人或家属签署知情同意书.

1.2 CTA检查两组均采用西门子Force CT（Force，Siemens Healthcare，Forchheim，Germany）扫描，范围：胸锁关节上缘到耻骨联合上缘；开始时间：采用团注跟踪技术（bolus⁃tracking），于升主动脉设ROI（触发值100 HU），触发后延时：A组12 s、B组8 s开始扫描；扫描参数：管电压均为90 kV，而pitch值、管球转速、图像重建采用方式A、B组分别为3.2和1.2、0.25 s／圈和0.5 s／圈、ADMIRE和FBP重建.两组均为CARE Dose技术自动调节mAs，非离子对比剂碘海醇（Omnipaque 350，350 mg／mL，GE Healthcare，USA），总量按0.8 mL／kg体质量计算，双筒高压注射器以4.0 mL／s速率静脉注射，继以同样流速注射50 mL生理盐水.

1.3 图像评价

1.3.1 客观评价 包括对比噪声比（contrast⁃to⁃Noise Ratio，CNR）和信噪比（signal⁃to⁃noise ratio，SNR）及噪声.将原始层厚5 mm的横断图像，调整窗宽窗位（Centre：300 HU；Width：700 HU），于主动脉弓、胸主动脉、腹主动脉肾动脉水平、髂总动脉分叉处分别测量血管CT值，计算4个测量值的标准差（SD）作为图像噪声，4个测量值的均数作为主动脉的强化值（公式中以SI主动脉表示），测量空气CT值，其标准差作为背景噪声（background noise，BN），测量腰大肌CT值作为背景信号强度（公式中以SI肌肉表示）；按公式CNR＝（SI主动脉⁃SI肌肉）／BN，SNR＝SI主动脉／BN计算对比噪声比和信噪比.感兴趣区的测量面积均为0.5 cm2.

1.3.2 主观评价 扫描后自动重建为层厚1.0 mm间隔、0.8 mm薄层图像，传送至西门子专用CT工作站Sygo Via的专用软件行各图像重建并综合分析；由两位CT影像诊断副主任医师采取双盲法分别评价，结合自己的经验，根据有无伪影、各级分支血管的显示程度、主动脉强化程度相应评为1～3分（1分：部分血管显示不清，有明显伪影，远端分支血管显示不清；2分：血管边界模糊或有轻度伪影；3分：血管显示良好，边界清晰，无伪影），取其均值作为该病例的主观图像质量评分.

1.4 辐射剂量采用设备自带的剂量记录仪记录辐射剂量数据DLP、CTDIvol值和有效剂量（ED）.人工计算有效剂量（ED），ED＝k×DLP公式计算，K值参照欧盟委员会关于CT质量标准指南，胸部k＝0.017 mSv／（mGy×cm），腹部k＝0.015 mSv／（mGy×cm），盆腔k＝0.019 mSv／（mGy×cm）［6］.

1.5 统计学处理采用SPSS13.0统计学软件对数据进行处理，计量资料以表示，两组患者的图像噪声、CNR值、SNR值、辐射剂量CTDIvol、DLP、ED等的差异采用两独立样本t检验，主观图像质量的等级资料采用Wilcoxon秩和检验，P＜0.05表示差异有统计学意义.

2 结果

2.1 一般情况比较所有患者均成功完成检查，且无严重并发症发生.年龄比较：A组＝（53.6±14.7）岁、B组＝（56.2±16.3）岁；身高比较：A组＝（1.65± 0.06）m、B组＝（1.66±0.05）m；体质量比较：A组＝（67.57±1.70）kg、B组＝（67.14±1.78）kg；身体质量指数（BMI）比较：A组＝（25.61±4.23），B组＝（26.12±5.05），两组差异均无统计学意义（P＞0.05），具有可比性.

2.2 两组扫描时间比较两组扫描长度比较，差异无统计学意义（P＞0.05），而扫描时间Turbo Flash组明显缩短，差异具有统计学意义（P＜0.05，表1）.

表1 两组客观图像质量及辐射剂量比较

表1 两组客观图像质量及辐射剂量比较

aP＜0.05 vs B组.

2.3 两组图像质量比较①客观质量：Turbo Flash组图像噪声、CNR、SNR同Body Angio组比较，差异无统计学意义（P＞0.05，表1）.②主观评分：Turbo Flash组主观评分高于Body Angio组，差异有统计学意义（t＝703，P＝0.0002）.其中Body Angio组60%（18／30）出现升主动脉搏动伪影，而Turbo Flash组则无伪影出现（图1，表2）.

图1 Force CT的Turbo Flash模式行主动脉全程扫描的图像

表2 两组主观评分结果比较［n（%）］

2.4 两组辐射剂量比较Turbo Flash组CTDIvol值、DLP值及ED值均少于Body Angio组，其中ED平均值（3.7±1.2）mSv，较对照组（6.8±2.8）mSv减少约46%，差异有统计学意义（P＜0.05，表1）.

3 讨论

主动脉CTA在疾病的诊断与随访中具有检测方便、创伤小、诊断简单明确、易理解等优点，在诊断和鉴别诊断中优势明显，但其扫描范围大所致的高辐射剂量也成为亟待解决的问题，临床应用中应根据不同的临床需求尽量降低患者接受的辐射剂量，但降低辐射剂量所致的图像噪声增加、质量下降问题仍待解决.研究［7］显示，降低管电压可明显降低主动脉CTA的辐射剂量，80 kV较100 kV相比可降低23%～27%，并且基本能够满足诊断需要，但噪声却升高了45%.图像噪声升高会引起图像细节显示不清，分支血管显影差，可能会导致部分病灶的漏诊［8］.Force CT的Turbo Flash模式利用降低管电压、缩短扫描时间来降低辐射剂量，同时又用迭代重建降低图像噪声、增加图像信噪比，可在不影响图像诊断质量的同时降低患者所受的辐射剂量，尤其在CTA的临床应用中具有十分显著的优势.已有研究［9－10］证实迭代重建算法可以降低图像噪声，提高图像质量.

3.1 扫描模式和图像质量Turbo Flash扫描模式在降低辐射剂量的同时又提高了图像质量采用的技术参数，即提高管球旋转速度到250 ms／周，时间分辨率达66 ms，可最大程度消除心脏的搏动伪影；增大pitch值.Force CT双管球协同工作并应用先进的数学理论大幅度提高无间隙容积扫描螺距，最大可达3.4［11］.Turbo Flash扫描模式可明显缩短整个检查的扫描时间，在一次闭气时间内完成主动脉全程扫描，能够有效地减少呼吸和肢体移动所形成的伪影，约1.0 s即可完成主动脉全程扫描；而常规CTA升主动脉易形成搏动伪影，易误诊为主动脉夹层Ⅰ型，即使用心电门控也难以消除，且对危重患者心电门控必然会增加检查时间，甚至可能会贻误患者的治疗.Turbo Flash扫描模式能够消除升主动脉搏动伪影，本研究A组30例无一例升主动脉搏动伪影，而B组（Body Angio组）却出现60%（18／30）升主动脉搏动伪影，差异具有统计学意义.在技术手段无明显差别的情况下，图像噪声和辐射剂量有极高的相关性，如两组图像的噪声相似，则辐射剂量很有可能相差不大［12］.CARE Dose4D技术可有效提高X射线的利用率，提高图像质量的同时又降低了辐射剂量，具有实时智能调节功能，尤其在胸部扫描时可明显降低辐射剂量［13］.本研究将两组扫描条件管电压均设为90 kV，管电流用CARE Dose技术自动调节，一是尽可能降低患者所受的辐射剂量，同时又提高了图像信噪比，二是在排除不必要干扰选项的前提下更便于比较两组病例图像质量，包括客观指标比如噪声、信噪比等，在保证基本诊断目标实现的前提下，Force CT的Turbo Flash模式可显著降低患者所受辐射剂量.

3.2 迭代重建算法和图像质量随着CT检查数量的不断增加，人们在感谢CT为人类健康做出巨大贡献的同时，越来越多的人也开始担忧CT辐射所带来的潜在危害.作为解析算法的代表，FBP算法一直都被称为CT图像重建方法的基础和“金标准”，该算法运算速度快，但对成像过程做了很多简化模拟，图像噪声较大.迭代算法可以弥补FBP算法所固有的问题.相对于FBP重建算法，迭代重建算法可以在数据不全和对比度低的情况下重建出满足临床需求的图像［14］，从而为临床降低辐射剂量提供了条件.近年来，随着计算机计算能力的提高，迭代重建计算数据量大的问题已经解决，图像重建的速度对实际工作的影响几乎可以忽略不计.临床研究［15］证实第一代统计迭代重建技术在保证同样图像质量和相似重建速度的前提下，剂量可以降低30%～65%.第二代迭代重建技术除了建立系统统计模型之外，还建立了系统光学模型，体素、X射线光子初始位置和探测器几何因素均通过模型进行模拟，空间分辨率和对比度进一步提高［15］.ADMIRE算法通过内置硬件迭代解码芯片的光子探测器高效完成X线采集到数字信号的无损转换，还能进行迭代算法的芯片硬解码，图像重建速度快、精度高、所需X线剂量低.不仅可以实现实时高清成像，而且能够大大提高探测精度均值，大幅度改善图像质量，具有潜在降低低辐射剂量能力.对比FBP，ADMIRE的研究变量探测精度均值可提高5.2%.随着辐射剂量指数、层厚和长度的增加，ADMIRE重建法可见物体数量显著增加［16］.本研究中实验组患者ED平均值（3.7±1.2）mSv较对照组（6.8±2.8）mSv平均降低46%，而图像的噪声、SNR及CNR比较，无明显差异.

Turbo Flash模式的大螺距扫描通过降低管电压、加大螺距、缩短扫描时间来降低辐射剂量，效果明显.通过应用ADMIRE算法解决因X射线量减少所致的图像噪声增加的问题.因此，在主动脉CTA扫描辐射剂量进一步降低的同时，其图像质量也能够符合临床诊断的要求.根据既往的临床实践经验及查阅相关文献资料后，经过综合考量，本研究使用了固定部分扫描参数和碘对比剂的用量、流速的对照方案，有一定代表性.其它降低辐射剂量的可选方案留待以后做进一步的探索研究.

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The feasibility of reducing the radiation dose of aortic CT angiography using a tube⁃flash protocolofforce⁃CTwithADMIRE：a comparative study

WANG Li⁃Jun1，2，WANG Xing2，3，LI Zhi⁃Jun2，3，ZHANG Shao⁃Jie2，3，ZHU Wei11Department of Radiotherapy，Baotou Central Hospital，Baotou Clinical Medical College of Inner Mongolia Medical University，Baotou 014040，China；2Department of Anatomy Teaching and Research，Basic Medical College of Inner Mongolia Medical University，3Digtal Medical Center of Inner Mongolia Medical University，Hohhot 010059，China

AIM：To investigate the feasibility，image quality and radiation dose for tube⁃flash protocol of force⁃CT with ADMIRE of the whole aorta.METHODS：Each group of 30 patients underwent CTA either on force⁃CT device with tube⁃flash protocol with ADMIRE（group A）or Body Angio protocol with FBP（group B）.Evaluation of its image quality and radiation dose was evaluated objectively and subjectively.Objective evaluation indices included CNR，noise，SNR.Subject image quality of the aorta was independently assessed by two associate chief diagnosti⁃cians of CT imaging in a double⁃blind manner.Scanner⁃reported dose⁃length product values were used to estimate effective dose values.Radiation dose evaluation indices included CTDIvol，DLP and ED.RESULTS：The subjective scoring of image quality in the high⁃pitch examination protocol was obviously higher than that of group B，and the difference was statistically significant（P＜0.05）.There was no statistically significant difference on objective evaluation of image quality between the two groups（P＞0.05）.The imaging time of group A was（1.0±0.2）s，which was signifi⁃cantly shorter than that of group B（4.6±1.4）s，with a statistically significant difference（P＜0.05）.Compared with group B（6.8± 2.8）mSv，ED of group A（3.7±1.2）mSv was significantly decreased，and the difference was statistically significant（P＜0.05）.CONCLUSION：CT angiography of the whole aorta using tube⁃flash protocol of force⁃CT with ADMIRE can meet the need of patients with aortic diseases with shorter scan time，lower radia⁃tion dose and less motion artifacts，which has the potential to become a preferred application of aorta CTA.

Force CT；CT angiography；aorta；radiation dose；ADMIRE

R816.2

A

2095⁃6894（2017）04⁃19⁃04

2016－11－25；接受日期：2016－12－10

国家自然科学基金项目（80260269，81560348，81660358）.

王利军.副主任医师.E⁃mail：13694727202＠163.com

李志军.教授.E⁃mail：13904717040＠qq.com