不同型号双源CT冠状动脉成像参数及图像质量的对比分析

康 瑞 ，王锡明 ，王 昕 ，石 峰 ，郑淑凤 ，王全用 ，李婉荣

（1.内蒙古自治区中医医院放射科，内蒙古 呼和浩特 010010；2.山东省立医院影像科，山东 济南 250021）

扫描速度更快、图像更清晰且辐射剂量更低是当前CT设备发展的目标。双源CT主要通过更快的成像采集速度，实现良好的成像效果；宽体探测器CT则主要通过更宽的图像采集范围，达到较好的成像目的，两者各具优势，共同发展，在临床应用中均有良好表现［1-2］。本文旨在利用标准化模体扫描和回顾性分析冠状动脉CT造影（coronary computer tomography angiograph，CCTA）图像方法，讨论3种不同型号的Siemens双源CT的成像参数和图像质量的客观规律，从而为设计双源CT冠状动脉标准化扫描方案奠定技术基础。

1 材料与方法

1.1 仪器与方法 使用美国模体实验室的Catphan 500 模体（包含 CTP401、CTP528、CTP515 及 CTP 486模块），分别在 Siemens双源 CT 机（Definition，Siemens Healthcare，Forchheim，German）、Siemens 炫 速 双 源CT 机（Definition Flash，Siemens Healthcare，Forchheim，German）及 Siemens炫速光子双源 CT机（Definition Flash Stellar，Siemens Healthcare，Forchheim，German）进行扫描。

采用心脏回顾性心电门控扫描模式，统一添加60次/min的模拟心电图，管电压分别为140、120、100、80、70 kV 及智能管电压（Care kV），不同管电压分别选取2种管电流模式，即恒定管电流（280 mAs）和自动管电流（参考管电流456 mAs），扫描长度均为15 cm，每组扫描3次。随机抽取2014年1—12月山东省医学影像学研究所3台双源CT的CCTA图像各200例，男289例，女311例，心率60～90次/min，扫描条件均为回顾性心电门控120 kV，球管旋转速度 0.28 s，准直器宽度 2×128×0.6 mm，螺距 0.18～0.35（随心率调控），开启管电流调控，扫描基点定于气管隆突下10 mm，下至心脏膈面下方。

1.2 数据重建及处理 所得各组模体数据采用滤波反投影算法（FBP Bf26）和迭代重建算法（SAFIRE If26）进行重建。迭代重建级别选择厂家推荐的3级，重建层厚 0.75、0.6 mm及 Definition Flash Stellar CT独有的0.5 mm，其他参数相同。另对Definition Flash Stellar CT数据采用迭代重建1～4级别进行重建；并采用不同卷积核参数重建，即滤波反投影法（FBP Bf46）与迭代重建法（SAFIRE If46）。 所有图像传输到后处理工作站（multimodality workplace，Siemens healthcare，German）进行分析。回顾性CCTA图像参数均为FBP、卷积核参数Bf26、层厚0.75 mm。

1.3 数据测量及评价 由2名放射科医师采用双盲法分别对图像进行定量测量。模体实验中记录各组模体图像的剂量长度乘积（dose length product，DLP）、CT值、图像噪声，并对空间分辨力及密度分辨力模体模块进行评价，每组数据测量3次，取2名医师的平均值。

回顾性CCTA记录DLP，测量主动脉起始部图像噪声，并对图像质量进行主观评价。

1.3.1 辐射剂量指标 通过CT-Dose Report列表记录 DLP（mGy·cm）。

1.3.2 CT值准确性及一致性 选择CTP401模块作为标准，其内含有4种标准CT值材料插件：空气（标准CT值-1 000 HU）、特氟龙（标准 CT值990 HU）、丙烯（标准CT值120 HU）、低密度聚乙烯（标准CT值-100 HU）。对各插件中心层位图像进行测量，ROI选择插件中心约0.5 cm2的圆形区域重复测量3次。

1.3.3 空间分辨力 选择CTP528模块中心层面，同时调整窗宽（WW）和窗位（WL），分辨各组图像最小的一组线对，意见不统一时，协商达成一致。

1.3.4 密度分辨力 以CTP515模块为目标，在15mm的圆孔插件中，选取200个像素大小ROI，测量其平均CT值（CTa）和标准差（SDa）。在圆孔外选择相同大小 ROI，测量其平均 CT 值（CTb）和标准差（SDb）。根据公式：WW=5×（SDa+SDb）/2，WL=（CTa+CTb）/2，调整WW、WL，观察调整后的图像，选出能看清的最小直径的圆孔［3］。

1.3.5 图像场均匀性及噪声 以CTP486模块为目标，在各组同层图像的中心和上下左右距中心约20 mm处，取面积约2 cm2的圆形ROI进行测量，保证其位置、形态和大小基本一致，一般与中心差值＜4 HU，记录相应的 CT值及图像噪声值［4］。

1.3.6 CCTA图像评价 测量左冠状动脉开口处升主动脉噪声值，并以ROI的CT值标准差表示，ROI为20 mm2，相同位置测量3次。根据美国心脏病学会（American Heart Association，AHA）冠状动脉的 15 段标准，对直径2 mm以上的冠状动脉节段图像质量评分：5分，图像质量优，冠状动脉管腔显示连续完整，边缘锐利，无运动伪影；4分，冠状动脉管腔显示连续完整，局部边缘略模糊，无明显运动伪影；3分，冠状动脉管壁显示欠锐利或轻度运动伪影，不影响诊断；2分，冠状动脉管壁有中度伪影或阶梯状伪影，尚可作出诊断；1分，图像质量差，重组图像上冠状动脉错位，管壁严重伪影，不能作出诊断。对于严重钙化血管节段不做评价，2名医师意见不一时，共同阅片协商达成一致［5］。

1.4 统计学分析 采用SPSS 20.0软件进行统计分析，采用双录入法录入数据，计量资料以±s表示。两均数行独立样本t检验分析，计数资料行χ2检验，图像质量评分采用两样本的非参数Mann-WhitneyU检验。以P＜0.05差异有统计学意义。

2 结果

2.1 辐射剂量报告 辐射剂量与管电压、管电流呈正相关（表1），每降低1个管电压级别，平均辐射剂量下降40.29%，120 kV较140 kV下降27.7%，100 kV较 120 kV下降 49.46%，80 kV较 100 kV下降36.05%，70 kV较80 kV下降47.95%。3台机器比较，总体辐射剂量差异均无统计学意义（均P＞0.05）；同时开启管电压及管电流调控，辐射剂量：Stellar＜Flash＜Definition，组间差异均有统计学意义（均P＜0.05）。

表1 不同管电压条件下3台双源CT的DLP mGy·cm

2.2 图像质量报告

2.2.1 CT值及分辨力 每降低1个管电压级别，空气、丙烯及低密度聚乙烯插件的CT值有减小趋势，特氟龙有增大趋势（表2），但组间差异无统计学意义（P＞0.05）。随着管电压的降低，空间分辨力未见明显变化（图 1a，1b），密度分辨力逐渐下降（图 1e，1f）。 相同管电压条件下，卷积核参数B46的空间分辨力较B26高（图 1c，1d），层厚越薄空间分辨力越高（图 1c，1h）；SAFIRE 组较 FBP 组的密度分辨力高（图 1f，1g）；空间分辨力组间差异无统计学意义（P＞0.05）；密度分辨力组间差异有统计学意义（P＜0.05）。

表2 CTP401模体不同扫描条件下CT值

2.2.2 图像均匀性及噪声 各组图像均显示均匀，各测量点间的CT值差异无统计学意义（P＞0.05）。噪声值与管电压、管电流呈负相关，每降低1个管电压级别，平均噪声值相应上升约33.71%，120 kV较140 kV上升22.38%，100 kV较120 kV上升36.80%，80 kV较100 kV上升29.79%，70 kV较80 kV上升45.86%。相同管电压条件下，噪声值：Definition Flash Stellar＜Definition Flash＜Definition，组间比较差异均有统计学意义（均P＜0.05）。

2.2.3 重建方法 图像噪声值与卷积核参数呈正相关，与层厚、迭代重建呈负相关，组间差异均有统计学意义（均P＜0.05）。 Definition Flash CT 中，每增加1个迭代级别平均可降噪11.73%，1级SAFIRE较FBP降噪22.28%，2级SAFIRE较1级SAFIRE降噪5.45%，3级 SAFIRE较 2级 SAFIRE降噪 7.92%，4级SAFIRE较3级SAFIRE降噪11.25%（表3）。1级SAFIRE偶尔会表现出不稳定的特点，噪声值不降反升。Definition Flash Stellar中，相同管电压条件下，不同层厚、不同卷积核参数的FBP及SAFIRE图像的噪声值大小为：0.75If26SAFIRE＜0.75Bf26FBP＜0.6If26SAFIRE＜0.6Bf26FBP＜0.5If26SAFIRE＜0.75If46 SAFIRE＜0.75Bf46FBP＜0.6If46SAFIRE＜0.5If46SAFI RE＜0.6Bf46FBP，噪声值更易受卷积核参数影响，其次是层厚，最后是迭代重建算法。

图1 空间分辨力与密度分辨力图 图1a 120 kV，0.75 mm层厚，Bf26空间分辨力图像 图1b 80 kV，0.75 mm层厚，Bf26空间分辨力图像图1c 70 kV，0.75 mm层厚，If26空间分辨力图像 图1d 70 kV，0.75 mm层厚，If46空间分辨力图像 图1e 120 kV，0.75 mm层厚，Bf26密度分辨力图像 图1f70 kV，0.75 mm层厚，B26密度分辨力图像 图1g 70 kV，0.75 mm层厚，If26密度分辨力图像 图1h 70 kV，0.5 mm层厚，If26空间分辨力图像

表3 不同管电压下Definition Flash CT各重建级别的噪声值 HU

2.2.4 CCTA图像评价 DLP组间差异均无统计学意义（均P＞0.05），噪声值及图像质量评分差异均有统计学意义（均 P＜0.05）（表 4）。

表4 3台双源CCTA图像回顾分析汇总（±s）

表4 3台双源CCTA图像回顾分析汇总（±s）

注：年龄、DLP、噪声采用方差检验，检验值为F值；图像质量评分采用Mann-Whitney U检验，检验值为P值。

机器型号 年龄（岁） DLP（mGy·cm） 噪声（HU） 图像质量评分（分）Definition 54.14±8.90 737.73±170.32 20.22±6.22 3.69±0.47 Definition Flash 57.11±13.01 743.76±200.06 19.12±5.49 3.97±0.37 Definition Flash Stellar 51.64±10.33 739.99±167.26 17.47±3.62 4.01±0.29检验值 21.44 13.311 10.51 0.041

3 讨论

自2004年64排螺旋CT出现后，冠状动脉成像成为可能，现已成为冠状动脉病变的首选和常规检查方法，使CT冠状动脉的成像质量和适用范围不断提高。但辐射剂量问题也受到人们的广泛关注。据报道［6］，15个发展中国家0.6%～3.2%的恶性肿瘤很可能与影像检查所致的电离辐射相关；每增加1 mSv的辐射剂量将增加5/10万的恶性肿瘤发生率［7］。

目前降低辐射剂量的方法主要有以下几种［8-11］：①手动降低管电压和（或）管电流，其本质是消除无效辐射剂量。②自动管电压和（或）管电流调节，其原理是根据定位像的X线衰减数据对不同部位不同组织密度差别，自动个性化调节辐射剂量分布。针对Siemens双源CT回顾性门控扫描，笔者发现全程扫描中未出现纵轴的辐射剂量分布调节，可能是心脏扫描范围小且组织差别不明显所致。③自适应性剂量屏蔽技术，通过前置准直器的智能调节，将扫描开始和结束阶段对图像重建无效的剂量屏蔽掉。④调节螺距，不同厂家在调节螺距时有不同的机制，产生不同的结果。⑤利用材料和技术间接提高X线的有效利用率，降低无效射线的产生，提高了图像的显示质量，间接降低辐射剂量的危害。本研究使用的Siemens双源CT，在保证图像质量的前提下，可降低患者所接受的辐射剂量。本研究也表明：Definition Flash Stellar CT不仅具有140 kV的高千伏条件，且具有更高的管电流，适应于更肥胖的人群，扩大了冠状动脉CTA的适用人群，具有更好的应用前景。同时，在相同扫描条件下，Definition Flash Stellar CT的图像噪声最小，尤其是在低辐射剂量条件下更明显，这在冠状动脉CTA图像回顾分析中也有相应表现，辐射剂量差异无统计学意义（P＞0.05），但Definition Flash Stellar CT的图像噪声值和图像评分均为最好，显示出较好的性能。

辐射剂量与管电压、管电流呈正相关，噪声值与管电压、管电流呈负相关［12］。辐射剂量越大，图像噪声越低；图像噪声值还受层厚和重建算法影响，一般层厚越薄，噪声越大，重建卷积核参数越大，噪声也越高，迭代重建算法可显著降低噪声值，保证图像质量［13-14］。本研究上述结论均有体现且通过比较得出：整体上双源CT冠状动脉图像质量最主要受卷积核参数影响，其次是层厚，最后是迭代重建。但笔者分析该规律会根据各重建参数的程度不同而有所变化，当层厚变化较小时，迭代重建算法可完全消除层厚减小所致的噪声值增高，所以卷积核参数、层厚及重建算法三者与图像质量之间的关系是一个动态平衡的过程，本研究结果中这一规律仅适用于这一组扫描条件的总结。

密度分辨力即低对比度分辨力，噪声越大，密度分辨力越低［15］；厚度越大，密度分辨力越高［16］；卷积核参数越小，密度分辨力越高［17］。空间分辨力即高对比度分辨力，层厚越薄，空间分辨力越高［3］；卷积核参数越高，空间分辨力越高［18］。本研究结果均符合文献中所述大致规律，且在双源CT机上具有一定的数值变化规律，为双源CT冠状动脉标准化扫描提供参考数据，可针对不同体质特征人群进行相应的换算和条件分析选择，从而扫描出标准化的冠状动脉CTA图像，这也是今后研究的方向。

本研究的不足之处在于比较3台双源CT辐射剂量时，未能对机器进行校准和控制环境因素的影响，仅模拟实际检查常用的几种扫描条件，因此，在辐射剂量比较方面不够完善，图像质量分析也仅是初步的统计学比较，未具体细化逐个条件进行比对并分析原因。

综上所述，在Siemens双源高端螺旋CT中，辐射剂量、图像质量及重建参数之间存在一定的客观规律，总体辐射剂量在3台Siemens双源CT回顾性心电门控扫描模式中改善不明显，但在相同扫描条件下，辐射剂量越低，图像质量改善越明显，扫描时建议开启管电压和管电流调控技术。