256层螺旋CT低辐射剂量扫描联合迭代重建技术诊断肺动脉栓塞临床价值研究*

董 燕，杨 勇，杨军乐，宁文德，董季平，刘 润△，张军俭，宁文锋

1.西安交通大学附属西安市中心医院放射科(西安 710003)，2.西安市中医医院放射科(西安 710021)

肺动脉栓塞(Pulmonary embolism,PE)在临床是急危重症之一，可合并内、外、妇科等许多疾病，且病死率高，是最常见的致死原因之一[1]。因此，提高肺动脉栓塞的诊疗水平是临床极为迫切的问题。近几年来，多层螺旋CT(Multislice spiral computed tomography， MSCT)作为一种无创性检查，具有扫描速度快、层厚薄及覆盖广、高分辨率及对细微病变检出的高敏感性，广泛用于全身各个系统疾病的检出和评价。目前，CT肺动脉血管成像(CT pulmonary angiography，CTPA)已经成为肺动脉栓塞影像诊断的首选方法[2]。但与此同时，因电离辐射导致的危害日益备受关注。既往曾采用降低管电压或管电流方法降低辐射剂量，但图像质量不能保证，对最终诊断造成影响。256层螺旋CTiDose图像迭代重建技术的推出，可在减低辐射剂量的同时明显优化图像质量，降低噪声[3]。本文分别采用常规剂量滤波反投影法(Filtered back projection，FBP)技术和低剂量迭代重建技术对肺动脉栓塞患者行肺动脉CTPA检查，对比评估两种技术对肺动脉检查的图像质量、噪声和辐射剂量的影响，探讨低辐射剂量联合iDose迭代重建技术在肺动脉栓塞(CTPA)检查的可行性以及临床应用价值。

资料与方法

1 一般资料 选取2013年1月至2016年9月在我院行CTPA检查的最终确诊肺动脉栓塞患者108例，其中男65例，女例43例，年龄15～79岁，平均52．2岁，体质指数(BMI)在20～26.6kg/m2，平均24.7kg/m2。随机分为常规辐射剂量(120kV)组和低辐射剂量(100kV)组。常规辐射剂量组(A组)采用滤波反投影(FBP)重建，低辐射剂量组分为FBP重建组(B组)及iDose迭代重建算法重建组(C组)，iDose值定义为4。A、B、C三组分别纳入36例。所有患者扫描前均签署对比剂不良反应知情同意书。

2 检查方法 采用飞利浦256层螺旋CT扫描仪(Philips，iCT)行肺动脉CT增强扫描。患者取仰卧位，头先进，双臂上举，扫描范围：胸廓入口至肋膈角水平。扫描参数：A组管电压120 kV，B、C组管电压100kV，自动管电流调控，探测器准直128×0．625 mm，螺距0．993，层厚0.9 mm，旋转时间0.5 s。经肘静脉团注非离子型碘对比剂(350 mgI/ml)25～35 ml，注射速度4.5～5.0 ml/s，注射完成后以相应速率追加注射20 ml生理盐水。采用自动监测扫描，扫描触发监测点设为上腔静脉，触发阈值110Hu，触发后4.5 s扫描，扫描范围28～36 cm。

3 图像后处理 应用CT主机对肺动脉的图像进行重建，对每例行多平面重组(Multi-planar reformation，MRP)、最大密度投影(Maximum intensity projection，MIP)、容积成像(Volume rendering，VR)等后处理手段获得肺动脉主干及其分支的二、三维图像，观察肺动脉栓塞的部位、数量及栓子的大小、形态、密度及边缘情况。常规辐射剂量组(A组)采用滤波反投影(FBP)重建，低辐射剂量组中B组采用FBP重建，C组采用iDose迭代重建算法重建，重建矩阵256×256，重建层厚0.45 mm，层间距0.45 mm。将所有重建图像传至Philips后处理工作站(EBW)进行图像客观及主观分析。

4 图像数据的处理分析和评价

4.1 图像质量的主观评价: 将各组图像在隐藏患者扫描参数的情况下，由2位经验丰富的放射影像科副主任医师采用盲法阅片，阅片时使用相同范围窗宽、窗位，分别观察轴位、MPR、MIP、VR图像及细节显示，按照5分法分别对两组图像质量进行评价，标准如下：5分:图像质量很好，肺动脉主干及亚段级肺动脉显示清晰，诊断可信度很强；4分:图像质量较好，肺动脉主干及亚段级肺动脉显示较好，适用于诊断；3分:图像质量一般，肺动脉级亚段级肺动脉显示一般，可用于诊断；2分:图像质量较差，肺动脉级亚段级肺动脉显示较差，不能用于诊断；1分:图像质量很差，噪声多，肺动脉级亚段级肺动脉显示差，不能用于诊断。评分≥3分为适于诊断的要求，<3分则为不适于诊断的要求。

4.2 图像噪声的客观评价: 分别在纵膈窗测量肺动脉分叉平面肺动脉、斜方肌、前胸壁脂肪层的中央均匀区域的CT均值及其标准差(SD)，测量时同时避开栓子形成区，ROI面积为100～110mm2，计算信噪比(SNR)及对比噪声比(CNR)。比较 SD 值，SD 值越小，说明图像噪声越低，图像的质量越好，伪影越少[4]，计算公式(1)、(2)如下：

(1)：SNR=SI肺动脉/背景噪声

(2)：CNR=(SI肺动脉-SI斜方肌)/背景噪声

其中SI肺动脉为肺动脉CT值均值；SI斜方肌为任一侧斜方肌CT值均值。背景噪声为前胸壁脂肪层CT值标准差(SD)的平均值[5]。

4.3 辐射剂量评估:记录由CT机显示的受检者X线剂量参数，包括剂量长度乘积(Dose-length product，DLP)和容积CT剂量指数(CT dose index of volume，CDTIvol)。 计算有效辐射剂量(ED)，公式(3)如下表示:

(3)：ED=DLP×k

其中k代表不同部位转换系数，胸部扫描时k=0.014mSv/(mGy·cm)[6]。

5 统计学方法 采用SPSS17.0统计学软件分析。组间主观评分比较采用非参数Mann-Whitney U检验。CT值、CNR、SNR采用配对样本t检验，通过单因素方差分析比较三组的ED、DLP，P<0.05为差异有统计学意义。

结 果

1 主观分析结果 本研究中三组肺动脉CTPA图像质量均能够满足诊断需求(图1 ①-⑥)，图像质量主观评分均≥3分。常规辐射剂量A组与低辐射剂量B、C组比较，B组总体图像质量评分稍低，C组总体图像质量与A组比较，差异均无统计学意义(P>0.05)，见表1。

2 噪声客观评价分析 三组比较肺动脉、斜方肌及前胸壁脂肪CT值、SNR及CNR，除A、C组差异无统计学意义外(P>0．05)，A、B两组及B、C两组比较差异均有统计学意义(P<0．05)。不同辐射剂量A、B两组比较，辐射剂量小，图像噪声相对增高，SNR及CNR减小(P<0.05)；相同辐射剂量B、C两组，C组图像噪声显著降低(P<0.05)，而SNR及CNR均显著升高(P<0.05)，即同样辐射剂量下，应用iDose迭代重建组图像质量均优于FBP组，见表2。

3 辐射剂量比较 三组各36例患者资料的年龄、性别 、BMI 等数据比较差异无统计学意义(P>0.05)。以有效剂量(Effective dose，ED)评价放射剂量，B、C两组CTDIvol、DLP、ED均比A组减低，其中ED比A组减低分别约18.0%、19.67%，差异有统计学意义(P<0.05)，见表3。

表1 各组图像质量主观评价

表2 各组图像质量客观评价指标

注:与A组比较，*P<0.05；与B组比较，#P<0.05

表3 各组辐射剂量比较(k=0.014mSv)

讨 论

肺动脉栓塞(PE)是内、外源性栓子阻塞肺动脉的主干及分支,从而导致一系列的肺循环功能障碍的临床症状，是临床上常见的心血管急重症之一，可合并内、外、妇科等许多疾病，病死率极高。及时、准确地做出诊断对指导临床治疗至关重要。但迄今为止，对该病仍存在认识不足，漏诊、误诊多。因此，提高肺动脉栓塞的诊疗水平是临床极为迫切的问题[7]。近几年来，CT作为一种无创性检查，具有高分辨率及对细微病变检出的高敏感性，广泛用于全身各个系统疾病的检出和评价。目前，CT肺动脉成像(CTPA)以其无创、操作简便快速以及诊断准确度高等优点已经成为肺动脉栓塞诊断的一线影像学检查方法。但随着多层螺旋CT(Multislice computed tomography)的飞速发展，CT在临床运用的广度和深度达到了前所未有的高度。据文献报道，美国每年CT检查数量超过6千万次，在我国检查人群亦有大幅度的增加和扩展，与此同时，因电离辐射导致的危害，如肿瘤和遗传效应等也日益备受关注。低剂量对肺动脉成像而言，常规CTPA辐射剂量偏高，患者在治疗过程中需要反复多次复查。在肺动脉栓塞的诊断中，进行多层螺旋CT检查，使用低剂量对比剂，所获得的横断面图像及三维重建图像完全能够满足诊断要求，肺动脉显示较好，而肺静脉基本不显示或者显影很淡，有利于肺动脉和肺静脉的区分[8]。在美国，低剂量CT扫描已经广泛应用于肺癌的筛查[9]，那么在肺栓塞患者肺动脉CTPA检查及复查过程中，如何在保证图像质量的前提下尽可能降低受检者辐射剂量，成为临床研究和CT设备研发的重要课题之一[10]。

①、②：患男，54岁，BMI为25.1，120kV，采用滤波反投影(FBP)重建，轴位及CPR图像;③、④：患男,69岁，BMI为24.3，100kV，采用滤波反投影(FBP)重建，轴位及MPR图像;⑤、⑥：患女，64岁，BMI为23.0，100kV，采用iDose4迭代重建算法重建，工作站行VR及CPR重建图像

图1 三组肺动脉CTPA图像

CT检查过程中，X线辐射剂量主要由球管电压和管电流所决定[11]，既往临床上降低辐射剂量的方法，主要通过降低管电流、增加螺距、降低管电压等[9]。患者所接受的辐射剂量与管电压的平方呈正比，适当降低管电压可大幅度降低CT辐射剂量，在一定范围内，管电压的降低，不仅可以增加中心血管的增强显示，还可以增加外周血管的增强显示，从而提高周围血管小栓子的显示，提高影像质量。同时由于管电压的降低增加了X线与被检体作用的光电效应，使得不同密度组织尤其是高原子序数组织间的吸收差别增大，可增加对比度，提高图像的CT值；同时降低管电压使X线穿透作用减弱，使到达探测器的X线光子数减少，导致重组图像的SNR、CNR升高[11]。以往低辐射剂量扫描，在心血管系统已经取得一定研究成果[12]，本研究结果显示，在肺动脉栓塞患者中，其他扫描参数一定的条件下，与A组120kV管电压组比较，B、C两组100kV管电压组的有效辐射剂量(ED)降低18%～19.6%；而与A组相比，采用同样重建技术的B组图像噪声(SD)增加35.5%。所以，单纯降低扫描条件会增加图像噪声，降低图像质量，从而降低了诊断的可靠性。那么，如何实现在低剂量检查的同时，提高或不降低图像质量，是临床的重要需求和近年来CT研究的热点[13]。

因此，很多学者致力于CT图像重建算法的革新，适度减低辐射剂量的同时也提高CT分辨率。Katsevich[14]提出的精确滤波反投影(Filtered back projection，FBP)方程式，即以快速容积采集重建图像，显著提高长轴方向分辨率，然而却无法避免噪声干扰，尤其是低剂量情况下，因此要达到低剂量扫描就不能保证图像质量，对最终诊断造成影响。256层螺旋CT iDose图像迭代重建技术的推出，它采用了双模型迭代重建——解剖模型和噪声模型[15]：不仅噪声模型可以将滤波反投影法难以处置的噪声进行数学建模和处理；同时解剖模型还可保证快速运算的实施，是确保解剖细节信息的基础。因此可以很好地处理电子噪声或是其它物理因素所导致的图像伪影，明显降低图像噪声，能实现低剂量扫描条件下的图像重建，并能保证优秀的图像质量[16-17]。因此在对于某些疾病的诊断中采用iDose技术，扫描时适度调节及减低辐射剂量，通过计算重建图像，就可以实现图像质量满足诊断要求的前提下显著降低辐射剂量[4]。

本研究中，分为常规剂量组及低剂量组，常规剂量组采用常规FBP算法重建，低剂量组分为两组，分别以FBP算法及iDose迭代重建算法重建，结果表明，三组图像无明显统计学差异，低剂量组FBP算法组在图像主观评价中，图像质量稍逊于常规辐射剂量组，而应用迭代重建算法重建图像与常规剂量FBP算法组无明显差异，图像均可满足诊断需要。说明在降低了扫描条件之后，同样FBP重建图像质量略有下降，但iDose迭代重建算法重建图像质量无明显下降。从表1显示，2名阅片医师认为病变图像显示佳，肺动脉主干及亚段级肺动脉显示清晰，栓子清晰可辨，对于三组图像在病变显示上的评价均≥3分，可以认为：应用低辐射剂量且合并 iDose迭代重建技术并未降低病灶的检出能力。据文献报道，在相同的扫描条件下应用迭代重建技术可以有效提高冠状动脉CTA图像质量，本研究也得到了相似的结果。客观评价来看，A、C两组无明显统计学差异，同样在FBP重建情况下，低辐射剂量组图像SNR及CNR减小。而同样辐射剂量下，迭代重建组噪声减低，SNR及CNR增高，即相同低辐射剂量下，应用迭代重建技术重建组图像质量优于FBP重建组。因此，实现了降低管电压的同时，采用iDose迭代重建技术重建，同样可以得出质量较高较清晰的图像。

本研究的局限性有以下几个方面：仅降低管电压，未研究低管电压联合管电流调控对图像质量的影响；另外，管电压的设定还应考虑患者个体情况尤其体质量指数(BMI)[9]，对于BMI过高患者，降低管电压直接影响图像质量。本研究三组个体BMI均位于20～26.6kg/m2之间，对于>26.6kg/m2或<20kg/m2未纳入；另外未考虑心输出量因素对肺动脉显影的影响[18]；未考虑对比剂的流速、流量对本实验的影响；本研究为初步研究，样本量偏少，需要扩大样本进一步的研究。

综上所述，低辐射剂量联合iDose迭代重建技术进行肺栓塞患者肺动脉CTPA初步诊断及复查，可以获得满足临床诊断需要的图像，并显著降低被检查者的辐射剂量，此方法具有重要的临床应用价值。

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