不同比例多模型迭代重建对“三低”CT门静脉成像图像质量的影响

目前MSCT血管成像的临床应用日益广泛， CT门静脉血管成像(CT portal venography， CTPV)仍属其中的难点和热点。临床通常采用增加对比剂浓度、应用重建新技术及使用能谱单能量成像等方法来达到较好的门静脉成像效果[1-2]，但随之而来的是对比剂肾病等一系列不良反应。如何在低对比剂用量、低辐射剂量的前提下获得较好的门静脉成像，是目前临床研究的重点。采用低管电压可提高血管强化程度和图像质量[3]，但会增加图像噪声；低辐射剂量扫描时，图像噪声亦会显著增加[4]。多模型迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction veo， ASIR-V)采用更先进的重建模型，可大幅度降低图像噪声、提高图像质量[5]，已用于临床[6-7]。本研究比较不同比例ASIR-V对“三低”(低对比剂用量、低辐射剂量、低管电压)CTPV图像质量的影响。

1 资料与方法

1.1一般资料 收集2017年10月—2017年12月拟于陕西中医药大学附属医院接受上腹部增强扫描的患者。纳入标准：年龄≥18岁，临床需行上腹部增强检查，自愿参与本研究。排除标准：碘对比剂过敏，肝、肾功能异常，门静脉血管病变，呼吸配合不佳影响门静脉血管显示。最终纳入80例，随机分为A组(n=40)和B组(n=40)，A组，男16例，女24例，年龄30～64岁，平均(53.0±9.6)岁；B组，男22例，女18例，年龄35～69岁，平均(57.5±15.2)岁。本研究经陕西中医药大学附属医院伦理委员会批准，患者均签署知情同意书。

1.2仪器与方法 采用GE Revolution CT扫描仪。A组采用常规扫描方案，前置ASIR-V为0，管电压120 kV，对比剂用量450 mgI/kg体质量；B组采用“三低”扫描方案，前置ASIR-V为40%，管电压100 kV，对比剂用量350 mgI/kg体质量；2组其他扫描参数保持一致，噪声指数设定为10，自动管电流技术，螺距0.992∶1，转速0.5 s/rot，探测器宽度80 mm，扫描层厚5 mm，层间距5 mm，扫描范围自膈肌上方1 cm至髂嵴上缘水平。对比剂采用优维显(370 mgI/ml)，注射时间30 s，对比剂流率根据对比剂总量和注射总时间计算获得(流率=对比剂总量/30)。增强扫描采用阈值触发技术，将ROI放置于腹主动脉管腔内，CT值达到阈值200 HU时触发动脉期扫描，动脉期扫描结束后延迟30、120 s行门静脉期和延迟期扫描。

表1 A组与B组一般资料比较(±s，n=40)

表1 A组与B组一般资料比较(±s，n=40)

组别男/女(例)年龄(岁)身高(cm)体质量(kg)体质量指数(kg/m2)A组16/2453.0±9.6162.80±10.5459.00±6.4522.19±1.90 B组22/1857.5±15.2165.60±6.4061.33±10.4822.24±2.78 t/χ2值1.805-1.639-1.458-1.249-0.094P值0.1790.1050.1500.2150.925

表2 A组与B组辐射剂量及对比剂碘摄入量比较(±s，n=40)

表2 A组与B组辐射剂量及对比剂碘摄入量比较(±s，n=40)

组别CTDIvol(mGy)DLP(mGy·cm)ED(mSv)碘摄入量(g)A组13.08±2.10366.99±78.275.50±1.1726.55±2.91 B组5.88±1.24160.35±40.492.41±0.6121.47±3.67 t值18.94315.00715.0077.112P值<0.001<0.001<0.001<0.001

1.3图像重建 A组采用滤波反投影法(filtered back projection， FBP)重建(1种图像)，重建层厚1.25 mm；B组首先采用FBP重建(1种图像)，再采用ASIR-V重建，权重分别为10%～100%(间隔10%，10种图像)，重建层厚1.25 mm。12种重建图像窗宽均为350 HU，窗位为 40 HU。

1.4图像评价

1.4.1客观评价 采用AW 4.6工作站，于轴位薄层图像上，在门静脉主干、门静脉左支、门静脉右支、肝脏及同层面竖脊肌分别放置3个ROI，门静脉测量ROI放置于管腔中央并约占管腔面积的2/3，肝脏ROI放置应避开血管区域，记录ROI的CT值和标准差(standard deviation， SD)，取3个ROI值的平均值。分别计算门静脉主干、门静脉左支、门静脉右支的SNR和CNR，SNR=CT值/SD值，CNR=(门静脉CT值-肝脏CT值)/竖脊肌SD值。

1.4.2主观评价 由2名具有5年或以上工作经验的影像科医师，参考欧洲放射指南推荐的CT图像质量相关评分标准[8]，采用5分法以盲法对图像质量进行评分：5分，图像质量好，血管对比度和分支显示好，无明显噪声，完全满足临床诊断需要；4分，图像质量较好，血管对比度和分支显示较好，轻度噪声，可以满足临床诊断需要；3分，图像质量中等，血管对比度和分支显示一般，中等程度噪声，基本满足临床诊断需要；2分，图像质量较差，血管对比度和分支显示不清，存在明显噪声，影响临床疾病诊断；1分，图像质量很差，血管分支无法显示，存在严重图像噪声，完全不能用于临床诊断。3分及以上可用于临床诊断，2分及以下无法满足临床诊断。

1.5辐射剂量和碘摄入量 分别记录A组和B组CT容积剂量指数(volumetric CT dose index, CTDIvol)、剂量长度乘积(dose length product, DLP)，并计算有效辐射剂量(effective dose, ED)，ED=DLP×k，k为腹部辐射剂量换算因子，k=0.015 mSv/(mGy·cm)。根据患者体质量和对比剂浓度计算碘摄入量，碘摄入量(g)=体质量(kg)×对比剂浓度(mgI/kg)×0.001。

1.6统计学分析 采用SPSS 19.0统计分析软件。计量资料用±s表示。以独立样本t检验比较2组患者一般资料、辐射剂量及碘摄入量；以χ2检验比较2组间性别差异；以单因素方差分析比较多组图像间CT值、SD值、SNR和CNR，两两比较采用LSD-t检验。多组图像间主观评分间比较采用Kruskal-WallisH检验，2名医师间评分的一致性采用Kappa检验(Kappa值≥0.75为一致性好，0.4

2 结果

A组与B组患者性别、年龄、身高、体质量、体质量指数差异均无统计学意义(P均>0.05，表1)。B组CTDIvol、DLP、ED及对比剂碘摄入量均低于A组(P均<0.001，表2)，ED和碘摄入量较A组分别降低55.47%和19.30%。

2.1图像质量客观评价 不同重建算法图像的门静脉主干、门静脉左支、门静脉右支CT值间差异无统计学意义(P均>0.05，表3)，SD、SNR和CNR差异均有统计学意义(P均<0.001，表3、4)。B组图像SD值随ASIR-V比例增加而呈依次递减趋势，SNR和CNR呈逐渐升高趋势，其中40%～100% ASIR-V门静脉图像的SD值低于A组图像(120 kV-FBP)、SNR和CNR值均高于A组图像(120 kV-FBP，P均<0.05)。

2.2图像质量主观评分 2名医师对图像质量的主观评分一致性好(Kappa值均>0.75，P均<0.001)，且不同重建方法图像间主观评分差异均有统计学意义(P均<0.001，表5)。B组50%～100% ASIR-V重建门静脉图像主观评分均高于A组图像(120 kV-FBP，P均<0.05)，以80% ASIR-V图像的主观评分最高。B组重建图像中，随着ASIR-V比例由0逐渐增加至80%，图像质量主观评分逐渐增加；当ASIR-V比例超过80%时，图像质量的主观评分随ASIR-V比例增加而逐渐减低，其中80% ASIR-V图像的主观评分与70%和90% ASIR-V图像主观评分间差异均有统计学意义(P均<0.05)，见图1、2。

表3 不同重建算法图像门静脉CT值及SD值比较(±s)

表3 不同重建算法图像门静脉CT值及SD值比较(±s)

重建算法CT值(HU)门静脉主干门静脉左支门静脉右支SD门静脉主干门静脉左支门静脉右支120 kV-FBP155.06±15.71154.91±17.26154.19±17.6626.66±3.0326.39±4.2326.41±4.54 100 kV-FBP156.97±14.30155.46±15.88160.36±14.5436.27±4.4835.07±5.2433.72±5.23 10% ASIR-V156.96±14.24155.99±14.73164.72±13.7433.42±4.1632.26±4.8631.07±4.85 20% ASIR-V157.01±14.25156.66±16.97160.21±14.4330.29±3.8228.90±4.8128.14±4.42 30% ASIR-V157.04±14.23156.01±14.51160.16±14.3827.47±3.5326.33±4.0425.51±4.07 40% ASIR-V157.09±14.24156.00±14.42160.11±14.3324.61±3.5723.23±3.6322.62±3.68 50% ASIR-V157.11±14.23156.05±14.29159.75±14.3221.63±2.9220.47±3.2320.03±3.35 60% ASIR-V157.15±14.29156.01±14.19159.99±14.2518.87±3.1217.43±2.8717.22±3.04 70% ASIR-V157.19±14.33156.08±14.14159.91±14.2015.91±2.4414.72±2.5814.74±2.80 80% ASIR-V157.27±14.36156.03±14.02159.88±14.2313.18±2.2911.90±2.2812.08±2.59 90% ASIR-V157.31±14.32156.02±13.98159.79±14.1810.88±2.329.45±2.079.82±2.51 100% ASIR-V157.64±15.71155.90±13.92159.65±14.088.39±2.386.81±1.947.40±2.40 F值0.0640.4560.638353.300309.202259.667P值0.9980.9290.798<0.001<0.001<0.001

表4 不同重建算法图像门静脉SNR及CNR比较(±s)

表4 不同重建算法图像门静脉SNR及CNR比较(±s)

重建算法SNR门静脉主干门静脉左支门静脉右支CNR门静脉主干门静脉左支门静脉右支120 kV-FBP5.89±0.946.00±1.096.02±1.311.75±0.621.75±0.611.72±0.64 100 kV-FBP4.39±0.614.52±0.764.84±0.731.51±0.391.45±0.461.61±0.41 10% ASIR-V4.76±0.664.94±0.885.38±1.101.63±0.411.59±0.471.88±1.09 20% ASIR-V5.25±0.735.72±1.455.80±0.891.81±0.482.02±1.731.93±0.49 30% ASIR-V5.80±0.826.06±1.086.40±1.011.96±0.491.92±0.562.09±0.52 40% ASIR-V6.49±0.976.87±1.247.23±1.162.20±0.542.15±0.612.33±0.58 50% ASIR-V7.38±1.077.80±1.408.16±1.362.45±0.602.40±0.682.59±0.65 60% ASIR-V8.51±1.359.18±1.729.53±1.672.82±0.692.75±0.772.98±0.74 70% ASIR-V10.08±1.5810.91±2.1711.19±2.103.24±0.783.17±0.883.42±0.84 80% ASIR-V12.29±2.2413.58±2.9113.78±2.913.84±0.933.75±1.054.05±1.01 90% ASIR-V15.06±3.1917.28±4.2017.24±4.314.48±1.274.39±1.394.70±1.37 100% ASIR-V20.14±5.2524.94±8.7023.77±7.715.72±1.435.53±1.615.94±1.58 F值237.046166.084170.575124.76769.71099.452P值<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001

表5 不同重建算法图像的主观评分一致性

3 讨论

门静脉是肝脏主要供血血管，占肝脏血液供应的70%～75%。CTPV可清晰显示门静脉血管走行及其与病变的关系，是目前评估门静脉血管的主要影像学检查方法。既往多采用增加对比剂用量和浓度等方法来提高CTPV图像质量，但存在潜在危害性[9]。迭代重建是目前CT图像重建的主要方式，其中自适应统计迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction， ASIR)、基于模型迭代重建(model-based iterative reconstruction, MBIR)均可不同程度降低图像噪声和提高图像质量，但ASIR比例过高会产生严重蜡状伪影，而MBIR重建时间过长，临床应用有限。ASIR-V是近年快速发展的CT重建技术，在MBIR的基础上丢弃了光学模型，保留了噪声、物体和物理三大模型[10]，从而降低了图像噪声、提高了图像质量，可获得与MBIR重建相似的图像质量，同时达到与ASIR接近的重建速度[11]。

本研究中B组采用低管电压、低对比剂、前置40% ASIR-V扫描方案，门静脉主干、左支及右支CT值可达到常规120 kV和450 mgI/kg体质量的强化效果，表明低管电压可增加血管与邻近组织的强化对比，可能与低管电压扫描时穿透被检者的X线能量更加接近碘离子的吸收光谱，增加血管的光电效应，从而血管对比度得到进一步提升有关[12]。低辐射剂量扫描会增加图像噪声。本研究结果显示，40%～100%后置ASIR-V重建图像SD明显低于常规剂量扫描(A组)，SNR和CNR明显高于常规剂量扫描(A组)，且50%～100%后置ASIR-V门静脉重建图像的主观评分均高于常规剂量扫描(A组)，提示在“三低”CTPV中，前置40% ASIR-V扫描可有效降辐射剂量[13]，低管电压可提升血管强化，较高比例后置ASIR-V可以较好地抑制图像噪声、提高图像SNR和CNR。本研究B组重建图像中，随ASIR-V重建比例增加，图像噪声逐渐降低、SNR和CNR逐渐增加，且后置ASIR-V重建图像质量明显优于FBP重建图像，与Benz等[14]研究结果相似，表明ASIR-V重建算法可有效降低图像噪声、提高图像质量。本研究B组重建图像中，ASIR-V比例由10%增加至80%时，图像主观评分逐渐增高，但当ASIR-V比例超过80%时，图像质量主观评分随ASIR-V比例逐渐增加(90%、100%)呈现逐渐减低趋势，分析其原因为过高比例的ASIR-V会过度抑制图像噪声，使部分门静脉小分支显示不清，图像产生严重的“蜡状伪影”，进而降低了图像主观评分，与张卓璐等[15]研究结果一致；提示80% ASIR-V重建可为临床提供最优的门静脉图像质量。

图1不同重建方法CT图像 A.A组图像(120 kV-FBP)，主观评分4分； B～E.B组图像，分别为FBP重建及50%、80%、100% ASIR-V重建，主观评分分别为3分、4分、5分、4分

图2 不同重建方法CTPV图像 A.A组图像(120 kV-FBP)，主观评分4分； B～F.B组图像，分别为FBP重建及40%、60%、80%、100% ASIR-V重建，主观评分分别为3分、3分、4分、5分、4分

本研究的不足：①样本量较小；②仅采用120 kV和100 kV管电压值；③所用对比剂浓度为350 mgI/kg体质量，未探讨采用更低对比剂浓度的可行性。

综上所述，后置ASIR-V可以显著降低图像噪声和提高图像质量，且50%～100%后置ASIR-V重建可在低辐射剂量、低对比剂和高图像质量间取得平衡，80% ASIR-V是CTPV的最佳重建比例。