双源CT肺动脉成像双能量与单能量扫描的图像质量及辐射剂量

罗显丽，李邦国，刘 盼，孙 辉，黄婷婷，王 梦，张雪梅

（遵义医学院附属医院放射科，贵州 遵义 563003）

双源CT肺动脉成像双能量与单能量扫描的图像质量及辐射剂量

罗显丽，李邦国，刘 盼，孙 辉，黄婷婷，王 梦，张雪梅

（遵义医学院附属医院放射科，贵州 遵义 563003）

目的：评估双源CT肺动脉成像双能量扫描与常规扫描（单能扫描）的图像质量及辐射剂量，探讨双源CT肺动脉成像合适的扫描方案。方法：收集临床怀疑肺栓塞并行flash双源CT肺动脉成像患者235例，按扫描方式不同将患者分为A、B、C 3组，A、B 两组为双能量扫描，A 组（77例，80/Sn140 kV）；B 组（80例，100/Sn140 kV），C 组为常规扫描（78例，Care kV 选择输出管电压）。测量3组肺动脉1～3级分支、背部肌肉CT值及背景噪声并计算信噪比（SNR）及对比噪声比（CNR），同时对3组图像进行图像质量评分，统计分析3组图像质量及辐射剂量，以P＜0.05为差异有统计学意义。结果：A组双上叶肺动脉CT值与B、C两组比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；B组与C组比较，差异有统计学意义（P＜0.05），B组低于C组；其余肺动脉CT值3组间差异均无统计学意义（P＞0.05）。A组背景噪声较其他两组高，相应的SNR及CNR低于其他两组（P＜0.05）。3组图像质量均满足肺栓塞诊断要求，图像质量主观评分差异无统计学意义（P＞0.05），两名观察者间一致性较好。图像质量主观评价良好（1～2分）的比例超过90%，且3组间差异无统计学意义（P＞0.05）。A组CTDIvol、DLP、ED明显低于其他两组（P＜0.05），其中ED较C组减少46.8%。结论：与常规扫描相比，双源CT肺动脉成像双能量扫描（80/Sn140 kV）可以在图像满足诊断要求的同时明显减低X线辐射剂量。

肺动脉；辐射剂量；体层摄影术，X线计算机

CT肺动脉成像 （CT pulmonary angiography，CTPA）已经成为可疑肺栓塞（Pulmonary embolism，PE）患者首选影像检查方法[1]，但常规扫描很难获得肺的功能学信息，且对外周小栓子诊断困难。双源CT双能量技术一次扫描可同时获得全肺的薄层解剖图像和肺的功能信息，提高外周小栓子检出率的同时可评估患者预后[2-4]。本研究评估双源CT肺动脉成像双能量扫描与常规扫描图像质量及辐射剂量，以寻找双源CT肺动脉成像中最佳扫描方式。

1 材料与方法

1.1 一般资料

收集2014年3月—2015年9月我院临床怀疑PE并行flash双源CTPA患者235例。按扫描模式不同将其分为3组，A组77例：80/Sn140 kV，男36例，女 41 例，平均年龄（57.7±14.1）岁；B 组 80 例：100/Sn140 kV，男 41例，女 39例，平均年龄（62.4±13.3）岁；C 组 78例：120 kV，男 34 例，女 44 例，平均年龄（61.4±16.5）岁。所有受检者体质量指数17～27 kg/m2，无碘过敏史及严重的心、肾功能不全，检查前均签署CT增强检查知情同意书。

1.2 CT检查

扫描结束后将所有原始数据重建为层厚0.75mm、层间距0.7 mm的图像并传至MMWP后处理工作站，其中A、B两组重建卷积核均为D26f，C组为B26f。

1.3 图像质量分析

客观分析法：一名研究生测量所有患者肺动脉1～3级分支共7个肺血管ROI的CT值及肺动脉主干分叉层面背部肌肉CT值。肺动脉干为第1级分支，左、右主肺动脉为第2级分支，肺叶动脉为第3级分支。其中，测量右上肺动脉CT值时需除外前段肺动脉（为避免上腔静脉高浓度对比剂的影响）。所测肺动脉ROI尽可能远，但管腔直径≥4 mm[5]；范围尽可能大但不超过所测血管断面的2/3[6]，以避免部分容积效应。当所测血管内有栓子时，则不测量。计算各级肺动脉信噪比（Signal noiseratio，SNR）及对比噪声比（Contrast noise ratio，CNR）。 SNR=肺动脉CT 值/背景噪声（Background noise，BN）。 CNR=肺动脉CT值-肌肉CT值/BN。BN为肺动脉主干分叉层面患者前方空气CT值的标准差（ROI取90～100 mm2）。

主观分析法：2名有经验的影像诊断医师采用双盲法分别对3组重组后的图像进行图像质量评分，意见不一致时共同商议确定。先以右下肺动脉作为靶动脉，若右下肺病变影响肺动脉观察，则选择左下肺动脉，按从右到左，从下到上的顺序依次进行。评分标准为[5]：1分：图像质量好，能够清晰显示亚段以下肺动脉分支；2分：图像质量良好，能准确排除亚段PE；3分：图像质量中等，能准确排除肺段PE，但段以下PE不能完全除外；4分：图像质量较差，但仍能够诊断肺叶PE，叶以下PE诊断不确切。5分：无诊断价值，需重新扫描。

所有ROI的测量及图像质量主观评估均在0.75 mm薄层轴位图像上进行，其中A、B两组在融合图像上进行。

1.4 辐射剂量评估

扫描完成后由机器自动生成容积CT剂量指数（CT dose index volume，CTDIvol） 和剂量长度乘积（Dose length product，DLP），记录增强扫描时的 CTDIvol值和DLP值并计算有效剂量 （Effective dose，ED），ED=k×DLP，胸部的 k 值为 0.014。

1.5 统计学方法

高校管理模式要想实现根本转变，首先在坚持以人为本的原则上树立新的管理理念，不断提高学校的创新能力，并激发全体教职工的工作积极性，以此来实现高校内部资源的组合优化；其次是落实管理制度的改革，为每个教师培养出责任意识；最后人才的补充实行竞聘上岗，让有能力的人在行政岗位上工作，从而激活行政管理队伍。

2 结果

2.1 一般资料

3组病例的年龄、性别差异均无统计学意义（F值及 P 值分别为 2.183、0.940及 0.115、0.625）。

2.2 图像质量

3组肺动脉各级分支CT值及BN比较见表1。3组双上肺动脉CT值差异有统计学意义（P＜0.05），B组低于C组，但A组与B、C两组比较均无明显差异，其余各组间差异均无统计学意义（P＞0.05）。3组BN 比较差异均有统计学意义（P＜0.05）（图 1）。

3组肺动脉1～3级分支ROI的SNR及CNR比较见表2。3组SNR及CNR比较差异均有统计学意义（P＜0.05），A 组最低，C 组最高。

3组图像均能满足PE的诊断，图像质量主观评分分别为 1.36±0.61、1.28±0.55、1.26±0.50，差异无统计学意义（P＞0.05），观察者间的一致性均较好（Kappa=0.767、0.781、0.821）（表 3）。 3 组图像质量主观评分良好的比例分别为 93.5%（72/77）、95.0%（76/80）、97.5%（76/78），差异均无统计学意义（χ2=1.391，P=0.511），图像大部分均能清晰显示亚段及亚段以下PE（图 2）。

表1 3组肺动脉1～3级分支7个不同ROI的CT值及BN比较（HU）

表2 3组肺动脉7个不同ROI的SNR及CNR比较

图1 双源CTPA双能量扫描80/Sn140 kV（图 1a）、100/Sn140 kV（图 1b）与常规扫描（图1c）背景噪声显示图。Figure 1. Background noise map of dual-energy scanning with 80/Sn140 kV(Figure 1a),100/Sn140 kV(Figure 1b)and conventional scanning(Figure 1c)in dualsource CTPA.

图2 双源CTPA双能量扫描 80/Sn140 kV（图2a）、100/Sn140 kV（图2b）与常规扫描（图2c）MIP图。三者均能清晰显示亚段或亚段以下小栓塞（箭头），图像质量评分均为1分。Figure 2. MIP map of dual-energy scanning with 80/Sn140 kV(Figure 2a),100/Sn140 kV(Figure 2b)and conventional scanning(Figure 2c)in dual-source CTPA.All of them can clearly show subsegment or subsegment below PE,and the image quality scores were one point.

2.3 辐射剂量

3组辐射剂量比较见表4和图3。3组辐射剂量差异均有统计学意义（P＜0.05），A 组 CTDIvol、DLP、ED分别较B、C组两组减少14.1%、14.8%、13.8%和50.8%、47.4%、46.8%。

表3 3名观察者对不同扫描模式图像质量主观评分

图3 双源CTPA双能量扫描（图3a，3b）与常规扫描（图3c）CTDIvol、DLP显示图。Figure 3.CTDIvol,DLP map of dual-energy scanning(Figure 3a,3b)and conventional scanning(Figure 3c)in dual-source CTPA.

表4 3组辐射剂量比较

3 讨论

PE是临床上较常见的具有潜在致死性的急危重症，具有较高的发病率及死亡率，然而其临床表现及实验室检查缺乏特异性，延迟诊断将增加患者30天死亡率及住院时间[7]。因此，即使临床评分为低度可能性者也常需行CTPA检查以排除可能存在的PE，这就导致行CTPA检查的患者越来越多，尤其在急诊科，6年内增加了5倍[8]。文献报道，一次CTPA检查，老年女性患者患乳腺癌的风险超过20/100000，育龄期妇女就更明显[9]。因此，在图像质量满足诊断要求的同时尽可能降低CTPA检查的辐射剂量尤为重要。

双源CT双能量成像一次扫描可同时获得全肺的薄层解剖图像及功能学信息，较传统CT灌注成像减少了空间及时间上的配准不良，也明显降低了传统CT多次灌注导致的高辐射剂量而逐渐应用于临床，其单次对比增强可同时获得低千伏、高千伏及类似120 kV管电压的3种不同能量数据，可以根据患者不同体质量指数而优选最佳管电压图像进行PE的诊断。然而常规扫描是目前临床上最为常见的一种扫描方式，虽然双能量扫描没有增加受检者的辐射剂量[5-6]，但其是否较常规扫描增加了受检者辐射剂量一直是国内外关注并争论的问题。De Zordo等[6]研究发现双能量扫描的辐射剂量与常规扫描相似甚至更高；戴颖钰等[10]研究也表明双能量扫描与常规扫描辐射剂量无差别；而Bauer等[5]研究发现80/Sn140 kV扫描比常规扫描明显减低了受检者的辐射剂量，但对比3个研究的扫描参数发现，常规扫描的螺距明显高于双能量扫描。螺距增加可以减少采集数据的容积重叠，缩短患者接触辐射的时间从而减少受检者的辐射剂量。文献报道，螺距从2.6增加到3.2，辐射剂量减少17%[11]。因此本研究在相同扫描参数下进行辐射剂量的对比研究更有可比性。虽然本研究80/Sn140kV低球管参考管电流（179mAs）高于 100/Sn140 kV（89 mAs）和常规扫描（160 mAs），但其辐射剂量仍明显低于100/Sn140 kV及常规扫描，分析可能与该组对应参考管电压（80 kV）均低于以上两组（100 kV和120 kV）有关。尽管管电流和管电压均可影响辐射剂量，但管电压是其主要因素，它与辐射剂量的平方呈正比，在其他扫描参数不变的情况下，管电压从120 kV降至100 kV可以使CTPA有效辐射剂量减少47.8%[12]。

Care kV技术可以根据检查目的及受检者的体型，参考预先设定的图像质量标准，由低到高自动选择能实现的最低管电压进行扫描从而降低辐射剂量，其在不影响图像质量的前提下可降低30.36%的有效辐射剂量[13]。因此本研究中常规扫描开启Care kV。虽然本研究中常规扫描辐射剂量保持相对较低的水平，但双能量扫描辐射剂量明显低于常规扫描，80/Sn140 kV有效辐射剂量较常规扫描低46.8%，笔者分析可能与flash双源CT能谱纯化技术的应用有关。该设备在高千伏球管前安装了锡滤过器，可以去除高千伏球管发出的低能量光子而减少不必要的散射线穿过人体从而降低辐射剂量。此外，本研究100/Sn140 kV 的 DLP（206.0 mGy·cm）明显低于相同扫描参数下文献报道的233.5 mGy·cm[6]，可能与本研究双能量扫描X-Care软件开启有关。该软件可以选择性地屏蔽对辐射敏感器官 （如晶状体、乳腺等）的直接照射而降低受检者辐射剂量[14]。

64层CTPA平均CTDIvol及DLP分别为 （8.5±2.6） mGy、（235±117） mGy·cm，而 BN（13±6） HU[5]是比较低的。本研究80/Sn140 kV的CTDIvol及DLP仅为（6.1±1.0） mGy、（175.6±40.6） mGy·cm，图像噪声只有 （11.30±2.57）HU。因此，尽管本研究80/Sn140 kV图像噪声高于100/Sn140 kV和常规扫描，相应的SNR及CNR低于以上两组，但3组图像质量评分无差别，且BN低于文献报道的（12±3）HU[5]，因为图像噪声控制在一定范围内对病变诊断影响不大。肺血管CT值超过200～250 HU，可以提高CTPA诊断准确性[15]，本研究80/Sn140 kV肺动脉平均CT值均超过330 HU。此外，CT迭代重建技术在降低噪声的同时提高CNR及SNR，满足PE诊断并明显降低辐射剂量，很好解决噪声相对较高这一问题[16-17]。

总之，双源CTPA中，与常规扫描相比，双能量扫描（80/Sn140 kV）在满足PE诊断需求的同时明显减低受检者辐射剂量。

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Image quality and radiation dose of dual-energy scanning and single-energy scanning with dual-source CT in pulmonary angiography

LUO Xian-li,LI Bang-guo,LIU Pan,SUN Hui,HUANG Ting-ting,WANG Meng,ZHANG Xue-mei
(Department of Medical Radiology,the Affiliated Hospital of Zunyi Medical University,Zunyi Guizhou 563003,China)

Objective:To evaluate image quality and radiation dose of dual-energy scanning protocol and conventional scanning protocol(single-energy scanning)with dual-source CT in pulmonary angiography and to investigate the optimal scanning protocols of dual-source CT pulmonary angiography.Methods:Two hundred and thirty-five patients with clinically suspected pulmonary embolism underwent flash dual-source CT pulmonary angiography were collected,and divided into three groups：group A(DE,80/Sn140 kV)(n=77);group B(DE,100/Sn140 kV)(n=80);group C(tube voltage was selected automatically by Care kV)(n=78).The CT attenuation values of pulmonary arteries(grade 1～3)and dorsal muscle,and background noise were measured.Corresponding signal to noise ratio(SNR)and contrast to noise ratio(CNR)were calculated.Meanwhile,two experienced radiologists assessed the image quality of the three groups.Image quality and radiation exposure were compared between groups,and P＜0.05 was considered statistically significant.Results:CT attenuation values in bilateral upper lobe pulmonary artery have no difference significantly(P＞0.05)between group A and group B/C.The value of the group B was lower than that of in group C(P＜0.05),there was no significant difference(P＞0.05)in others compares.Compared to the other of two groups,image noise in group A were higher than others,and while its corresponding CNR and SNR for all measured pulmonary arteries were lower than others group(P＜0.05).The image quality meet the diagnostic requirements for pulmonary embolism in all groups,and the image quality score of three groups has no statistically significant difference(P＞0.05)with good interobserver agreement.The image quality with good to excellent(1～2 score)grade of all subjective was more than 90%,and no significantly difference was between the groups(P＞0.05).The values of CTDIvol,DLP,and ED were significantly lower in group A than that in group B and group C(P＜0.05),and the mean ED values of group A was lower 46.8%than that of group C.Conclusion:Compared with conventional scanning protocol in dual-source CTPA,the dual-energy scanning protocol(80/Sn140 kV)with the diagnostic image quality allows a significant radiation dose reductions.

Pulmonary artery;Radiation dosage;Tomography,X-ray computed

R322.121；R814.42

A

1008-1062（2017）02-0140-05

2016-05-31；

2016-06-23

罗显丽（1990-），女，贵州贵定人，住院医师。 E-mail：luoxl8090@163.com

李邦国，遵义医学院附属医院放射科，563000。E-mail：lbg2015@163.com

国家自然科学基金项目（81460265）。