低辐射剂量肾动脉CTA的扫描参数及重建方法优化研究

雷平贵， 罗艳， 王小林， 邹迅， 冯辉， 毛巨江， 郭志荣， 焦俊

肾动脉CTA检查是诊断肾动脉疾病的常用检查方法，多排螺旋CT血管成像技术因其扫描速度快，检查时间短，层厚薄，同时兼具优质的空间和时间分辨力，已获得临床广泛应用。然而，相关研究表明，常规的CT检查具有较高的辐射剂量，辐射剂量的增加会有致癌风险[1]；另外，泌尿系CT增强扫描往往需要进行多期扫描，然而，多期扫描会使患者接受更多的辐射剂量。使用降低管电压的方法可使辐射剂量显著降低[2-3]；另外，基于原始数据的迭代重建( Iterative reconstruction，IR ) 技术的使用可以降低图像噪声，减少线束硬化伪影，联合降低管电压的方法得到的图像满足临床诊断要求同时降低辐射剂量[4-5]。本研究旨在探讨80 kVp条件下肾动脉CTA检查的可行性，并寻找显示肾动脉CTA最佳的迭代重建参数。

材料与方法

1.一般资料

回顾性搜集本院2016年1月-6月临床怀疑泌尿系病变而行泌尿系CT增强检查的40例患者的连续性病例资料，所有的患者的BMI均小于28 kg/m2。其中80 kVp组20例，男9例，女11例，年龄32～79岁，平均(59.90±13.71)岁，体质量指数(body mass index，BMI)为16～26 kg/m2，平均(20.30±3.03) kg/m2。120 kVp组20例，男10例，女10例，年龄40～73岁，平均(55.70±10.60)岁， BMI为15～28 kg/m2，平均(20.05±4.51) kg/m2。

2.CT扫描方案

采用Siemens Somatom Definition AS+ 128层螺旋CT扫描仪。扫描参数：①80 kVp组：管电压80 kVp，管电流500～600 mAs，准直128×0.6 mm，0.5 s/r，螺距0.6；②120 kVp组：管电压120 kVp，管电流200～250 mAs，其它参数同80 kVp组。采用Stellant Medrad双筒高压注射器推注非离子型对比剂碘伏醇(370 mg I/mL)80 mL，注射流率3.5 mL/s。注入对比剂后25～30 s开始行肾动脉CTA检查。

3.图像处理

将所有原始数据传至SyngoMMWP(Version 2008A)；Siemens Medical Solutions处理工作站进行横轴面重建，层厚1 mm，层间距1 mm。使用迭代重建(SAFIRE)算法，在主机上重建出120 kVp组1组和80 kVp组5组不同迭代重建强度(S1～S5)的迭代重建图像用于客观评价，利用多平面重组(multiple planar reformation，MPR)和最大密度投影(maximum intensity projection，MIP)技术对图像进行重组，获得肾动脉主干及其分支的二维及三维图像用于主观评价。

4.图像质量客观评价

利用Siemens工作站“Viewing”软件，调入S1、S2、S3、S4及S5五组图像。CT值测量包括两侧肾动脉、竖脊肌及空气，并记算空气CT值的标准差(standard deviation，SD)，定义空气CT值的标准差为背景噪声。然后计算出肾动脉对比噪声比(contrast-to-noise，CNR)和信噪比(signal-to-noise，SNR)，CNR=(CT肾动脉-CT软组织)/SD，SNR= CT肾动脉/SD。

5.图像质量评估

由2名有经验的医学影像科副主任医师采用“5分法”对80 kVp最佳图像组和120 kVp组进行独立阅片，≥3分认为符合临床诊断要求，包括整体图像质量评估及图像细节评估。整体图像质量评估标准：5分，优，图像质量很好，血管内很好对比对比剂增强，图像噪声小或无，无伪影，血管边界非常清晰锐利；4分，良，图像质量好，血管内较好对比增强，图像噪声低于平均，有或无伪影，血管边界清晰；3分，中，图像质量较好，血管内可接受或良好的对比增强，噪声平均或低于平均，或存在噪声，但不影响对血管观察，血管边界较清晰；2分，差，图像质量差，血管内对比增强较低，噪声高于或等于平均，或存在伪影，影响图像的观察，但可从背景中识别血管；1分，很差，图像质量很差，血管内对比剂增强不满意，严重影响图像的观察，不易从背景中识别血管。图像细节评估标准：MPR和MIP图像对肾动脉分支的评分：1分，可识别肾动脉主干；2分，可识别肾动脉第1级分支；3分，可识别肾动脉第2级分支；4分，可识别肾动脉第3级分支；5分，可识别肾动脉第4级分支。记录双能量CT设备上所示的容积CT剂量指数(volume CT dose index，CTDIvol)，并计算出每一个患者的体型特异性剂量评估(size specific dose estimate，SSDE)值[6]。

表1 80 kVp组和120 kVp组客观评价数据表

表2 80 kVp组和120 kVp组CNR及SNR

表3 80 kVp组和120 kVp组CT值及噪声

6.统计学分析

结 果

1.辐射剂量

80 kVp组和120 kVp组的CTDIvol分别为(10.26±1.45) mGy和(14.95±2.79) mGy(t=6.660，P=0.000)，DLP分别为(241.70±71.82) mGy和(374.30±174.80) mGy(t=3.138，P=0.003)，ED分别为(3.63±1.08) mGy和(5.62±2.62) mGy(t=3.136，P=0.004)，SSDE分别为(16.33±2.36) mGy和(22.83±1.96) mGy(t=9.479，P=0.000)。

2.图像质量客观评估

80 kVp组各组迭代重建强度图像与120 kVp组的客观评价：不同kVp条件下，6组重建图像的双侧肾动脉、软组织、空气CT值及空气SD测量值见表1。6组图像中肾动脉CNR和SNR的客观评价见表2。6组图像中仅有空气的CT值差异无统计学意义(P>0.05)，双侧肾动脉的CT值、CNR、SNR及SD差异均有统计学意义(P<0.05)。80 kVp组腹主动脉及双侧肾动脉CT值均>500 HU，120 kVp组腹主动脉及双侧肾动脉CT值均>310 HU。

80 kVp组S4图像与120 kVp组FBP图像客观评价比较：80 kVp组S4图像与120 kVp组FBP图像CT值客观评价见表3。两组图像中，双侧肾动脉CT值差异均有统计学意义(P<0.05)。两组空气CT值差异无统计学意义(P>0.05)。80 kVp组S4图像与120 kVp组FBP图像CNR及SNR见表4，两组图像双侧肾动脉CNR和SNR差异均有统计学意义(P<0.05)。

3.图像质量主观评价

两位阅片者主观评价：两位影像科医师对80 kVp组最佳图像S4和120 kVp组图像的盲法主观评价结果见表5～6。图像质量整体评分：两组肾动脉CTA图像质量均能满足诊断要求，图像质量主观评分均≥3分。阅片者A对S4图像质量整体评估：3分3例，4分13例，5分4例；120 kVp组图像质量整体评估：4分14例，5分6例；两组间主观评分差异无统计学意义(Z=-1.348，P>0.05)。S4图像病变诊断信心：3分1例，4分3例，5分16例；120 kVp组图像诊断信心：4分9例，5分11例；两组间主观评分差异无统计学意义(Z=-1.508，P>0.05)。图像质量细节评估：S4图像MPR显示血管分支：4分16例，5分4例；120 kVp组MPR显示血管分支：3分4例，4分11例，5分5例；两组间主观评分差异无统计学意义(Z=-0.721，P>0.05)。S4图像MIP显示血管分支：4分9例，5分11例；120 kVp组MIP显示血管分支：4分11例，5分9例；两组间主观评分差异无统计学意义(Z=-0.624，P>0.05)。

表4 80 kVp组和120 kVp组CNR及SNR

表5 阅片者A对80 kVp组(S4)和120 kVp组(FBP)主观评价数据表

表6 阅片者B对80 kVp组(S4)和120 kVp组(FBP)主观评价数据表

阅片者B对S4图像质量整体评估：3分3例，4分14例，5分3例；120 kVp组图像质量整体评估：4分16例，5分4例；两组间主观评分差异无统计学意义(Z=-1.215，P>0.05)。S4图像病变诊断信心：3分1例，4分4例，5分15例；120 kVp组图像诊断信心：3分1例，4分6例，5分13例；两组间主观评分差异无统计学意义(Z=-0.642，P>0.05)。S4图像质量细节评估：MPR显示血管分支：3分1例，4分13例，5分6例；MIP显示血管分支：4分8例，5分12例。120 kVp组图像质量细节评估：MPR显示血管分支：3分2例，4分11例，5分7例；MIP显示血管分支：4分9例，5分11例；两组间图像质量细节主观评分差异均无统计学意义(P>0.05)。

两位阅片者主观评价的一致性分析：用80 kVp组主观评价最佳图(S4)与120 kVp组图对两位阅片者主观评价结果的一致性进行分析，得到表7。阅片者对80 kVp组最佳图S4在MPR显示血管分支的一致性较低外，整体图像质量、诊断信心及MIP显示血管分支的主观评分表现出了较好的一致性。

表7 两位阅片者对两组主观评价一致性

讨 论

多排螺旋CT的CTA检查技术具有高效、安全、方便等优点，现已广泛应用于临床进行血管狭窄的筛选诊断。然而CTA在检查过程中伴随的辐射剂量存在着致癌风险，因此在扫描过程中降低CT的辐射剂量亟待解决。相关研究证明，迭代重建技术结合低管电压在获得高质量图像的同时能有效降低患者所受的辐射剂量[3,5,7]。

正弦图确认迭代重建(sinogram affirmed iterative reconstruction，SAFIRE)算法是一种基于原始数据的迭代重建算法，该算法直接应用原始数据反复插入进行迭代重建，目的是减少噪声及维持图像的清晰度，迭代次数从1到5，可以一步步增加，使图像噪声进一步减低[3,8]。SAFIRE很早就被提出，但受当时计算机软硬件的限制而未得到广泛使用。近年来，由于计算机技术的进步，软件及硬件设施的发展，SAFIRE在头颈部、胸部、腹部等领域都有研究进展，与传统的FBP重建图像相比，SAFIRE图像质量得到改善[8-12]，因此利用该技术在保证图像质量的前提下可以减低辐射剂量。本研究在80 kVp条件下使用碘对比剂对肾血管进行显影，并利用迭代重建技术，可以明确显示肾动脉的正常或异常解剖结构、主要分支血管的走行及肾脏与周围组织器官的关系，还可提供清晰的血管断面解剖和重建图像。所得图像与120 kVp扫描条件下图像进行对比，其图像质量清晰，具有较高的对比噪声比及信噪比，能满足临床的诊断需求(图1～2)。

图1 男，72岁，80 kVp条件下联合使用SAFIRE迭代重建(S4)所得的图像，整体图像质量、肾动脉主干及分支在MIP及MPR上满足临床诊断要求。a)横轴面图像；b)横轴面MIP图像；c)冠状面MIP图像。图2 男，42岁，120 kVp条件下使用FBP重建所得的图像，图像的对比度低于80 kVp条件下所得图像。a)横轴面图像；b)横轴面MIP图像；c)冠状面MIP图像。

之所以利用迭代重建强度为4的80 kVp组图像与120 kVp组图像作比较，主要是因为随着迭代次数的增多，图像的噪声确实降低，对比噪声比和信噪比均增高，然而，图像的"蜡样"伪影逐渐加重[3，8]，观察血管选择强度次数为4比较合适。在低kVp条件下，器官或者组织的CT值会发生变化，图像的对比度增加，同时噪声也会增加。因此，在80 kVp条件下，对于增强后的实质器官及血管的CT值发生了明显变化，CT值显著增高，图像的对比度也增高，在利用迭代重建技术的情况下，图像的噪声减低，所以图像的CNR和SNR增高，提高了图像质量。另外，在本研究中，80 kVp条件下联合使用迭代重建技术，提高了病变与正常组织之间的对比度，有利于对病变的检出与诊断。

CT检查越多，患者接受辐射剂量就越大，意味着患者患癌的风险增加[1]。然而对于一些需要多期扫描和复查的患者来说，在保证图像质量的前提下要降低辐射剂量，这对患者来说很有必要；另外，患者接受的辐射剂量与管电压成指数关系，与管电流呈线性关系，本研究保证好的图像质量的情况下尽量地使患者接受更少的辐射剂量；但是由于腹部的前后径及左右径较大，为了得到能满足临床诊断要求的图像，笔者提高了管电流，得到了满足临床诊断要求的图像的同时降低了辐射剂量。

本研究样本量较少，应进一步搜集更多受试者进行资料扩充。另外，在以后的研究中，笔者将对不同BMI的患者制定个性化扫描方案及重建参数的选择。

综上所述，正常体型受检者在见接受肾动脉CTA检查时，可使用80 kVP管电压结合迭代重建技术的条件进行照射，降低了图像的噪声，可获得满意的图像质量并且降低了辐射剂量。在80 kVp条件下，肾动脉CTA的图像重建中，笔者推荐使用SAFIRE-4为重建迭代强度。

[1] Brenner DJ，Hall EJ.Computed tomography——an increasing source of radiation exposure[J].N Engl J Med，2007，357(22):2277-2284.

[2] 王慧慧,郭小超,王霄英,等.100kVp与120kVp上腹部双期增强CT胰腺强化程度及图像质量的对比[J].中国医学影像学杂志,2016,24(2):122-125.

[3] 姜健,王可,许玉峰,等.低辐射剂量肝脏CT增强扫描:80kVp结合迭代重建技术的初步研究[J].放射学实践,2016,31(4):316-320.

[4] 胡娟,王鹤,王霄英,等.迭代算法在100kVp分次团注双期CTU检查中的应用研究[J].放射学实践,2013,28(5):509-513.

[5] 曾宪春,刘莉,韩丹,等.80kVp扫描联合基于原始数据的迭代重建技术在儿童副鼻窦CT检查中的应用[J].中国医学影像技术,2015,31(9):1406-1409.

[6] 张晓东,郭小超,王霄英.体型特异性剂量估计的最新概念及临床应用[J].中国医学影像技术,2016,32(12):1822-1826.

[7] Chen CY,Hsu JS,Jaw TS,et al.Lowering radiation dose during dedicated colorectal cancer MDCT:comparison of low tube voltage and sinogram-affirmed iterative reconstruction at 80kVp versus blended dual-energy images in a population of patients with low body mass index[J].Abdom Imaging,2015,40(7):2867-2876.

[8] Chen GZ,Zhang LJ,Schoepf UJ,et al.Radiation dose and image quality of 70kVp cerebral CT angiography with optimized sinogram-affirmed iterative reconstruction:comparison with 120kVp cerebral CT angiography[J].Eur Radiol,2015,25(5):1453-1463.

[9] Sun H,Xue HD,Jin ZY,et al.Non-enhanced low-tube-voltage high-pitch dual-source computed tomography with sinogram affirmed iterative reconstruction algorithm of the abdomen and pelvis[J].Chin Med Sci J,2014,29(4):214-220.

[10] Fletcher JG,Krueger WR,Hough DM,et al.Pilot study of detection,radiologist confidence and image quality with sinogram-affirmed iterative reconstruction at half-routine dose level[J].J Comput Assist Tomogr,2013,37(2):203-211.

[11] Solomon J,Samei E.Quantum noise properties of CT images with anatomical textured backgrounds across reconstruction algorithms:FBP and SAFIRE[J].Medical Physics, 2014,41(9):1-10.

[12] Nie P,Li H,Duan Y,et al.Impact of sinogram affirmed iterative reconstruction (safire) algorithm on image quality with 70kVp-tube-voltage dual-source CT angiography in children with congenital heart disease[J].Plos One,2014,9(3):e91123.