低千伏大螺距及迭代重建联合技术128层双源下肢静脉CTV的图像质量和辐射剂量研究

周文珍，刘圣华，杨春霞，王丽萍，殷信道

南京医科大学附属南京医院（南京市第一医院） 医学影像科，江苏 南京 210006

引言

下肢深静脉血栓（Deep Venous Thrombosis，DVT）是常见的外周血管疾病，其较严重并发症之一是肺栓塞。研究认为90%的深静脉血栓伴有肺动脉栓塞[1]，因此早期诊断DVT，尽早制定合理的治疗方案非常重要。CT 静脉成像（CT Venography，CTV）是诊断下肢深静脉血栓的有效手段。随着CT 扫描技术的不断发展，CT 可进行大范围的扫描，并保证较高的分辨率和较低的噪声，然而却伴随着不断加大的辐射剂量[2-5]。

目前有很多技术可以降低辐射剂量，比如：降低管电压[5-7]，管电流自动控制技术（Automatic Tube Current Modulation，ATCM）[8]，大螺距扫描模式[9-11]，迭代重建（Sinogram-Affi rmed Iterative Reconstruction，SAFIRE）[12]等。其中大螺距扫描模式又称为Flash 扫描模式，是双源CT 具备的一种较新的低剂量扫描技术[13]。常用的CT 图像重建主要有两类：滤过反投影法重建（Filtering Back-Projection，FBP）和SAFIRE。FBP 重建具有分辨率高、成像速度快的优点，但易受统计波动的影响，若投影数据量不足，重建图像质量就会明显下降。为保证获取完整的投影数据量，FBP 重建对于CT 的扫描辐射剂量要求就较高。SAFIRE 重建的算法原理可以有效地克服FBP 重建所存在的问题，目前计算机技术的飞速进步已经使SAFIRE 重建成为研究的热点。SAFIRE 重建则可以弥补大螺距、低千伏等技术所引起的图像噪声增大，质量下降的缺陷，提高图像质量[13]。目前下肢CTV 低剂量的相关研究报道较多，但多数为其中单一技术的应用研究。

本研究采用低千伏、大螺距、ATCM、SAFIRE 重建多项技术联合行下肢静脉CTV 成像，旨在降低下肢动脉CTV 的辐射剂量，CTV 扫描技术分别为：100 kVp，大螺距（3.2）联合SAFIRE 重建对比120 kVp，标准螺距（1.0），分析前者扫描方案是否能够增加血管强化同时没有降低图像质量。

1 材料与方法

1.1 研究对象

本研究为回顾性研究，包括60 例怀疑下肢DVT 的患者[男性46 例，平均年龄（65±16）岁，范围：23～85 岁]，分为两组，A 组[男性23 例，平均年龄（64±15）岁，范围：23～85 岁]为2016 年11 月至2018 年6 月于我院经临床诊断怀疑DVT 的患者。该组结果与既往2014 年1 月至2016年10 月于我院就诊的30 例连续性患者[B 组：男性23 例，平均年龄（66±16）岁，范围：28～81 岁]进行比较。

1.2 CT扫描技术

所有患者均行128 层双源CT（Defi nition Flash，德国西门子公司）下肢静脉CTV 检查。CTV 采用仰卧位，扫描范围自L1 椎体至踝关节，一次屏气，方向为头侧至足侧。静脉注射非离子型造影剂（Ultravist 370 mg/mL，德国拜耳公司）120 mL 及30 mL 生理盐水，注射速率为4 mL/s。CTV 于造影剂注射3 min 后开始扫描。

A 组扫描方案：管电压100 kVp；参考管电流210 mAs，应用ATCM（CareDose4D，Siemens Healthcare）；Flash 模式大螺距（3.2）；准直2×64×0.6 mm；层厚5 mm。图像后处理采用SAFIRE 重建法，卷积核为I26f。

B 组扫描方案：管电压120 kVp；参考管电流210 mAs，应用ATCM（CareDose4D，Siemens Healthcare）；标准螺距（1.0）；准直2×64×0.6 mm；层厚5 mm。图像重建采用FBP 重建，卷积核为B26f。

1.3 图像分析

图像后处理采用西门子后处理工作站，由两位有经验的阅片医师独立评价图像质量。如分析结果不一致，请第三位高年资主任或副主任医师阅片，得出一致意见。

定量分析采用测量血管CT 值的方法进行评价。测量位于以下3 个平面：左侧肾静脉水平的下腔静脉（Inferior Vena Cava，IVC），股骨头水平的右股静脉（Femoral Vein，FV），腘窝水平的右侧腘静脉（Popliteal Vein，PV）。测量兴趣区（Region of Interest，ROI）的CT 值。如果管腔内出现血栓或者支架金属伪影，测量放置于左侧肢体。

使用以下公式计算信噪比（SNR）和对比噪声比（CNR）：

其中，CTv 是血管强化的CT 值，N 为噪声，是静脉ROI 内CT 值的标准差，CTm 为邻近肌肉的CT 值。

两名影像科医生依据之前报道的方法[14-18]采用5 个等级法对图像质量进行主观评分。1 分：差，图像层次非常不清，颗粒粗大，完全无诊断价值；2 分：欠佳，图像层次不清，对应血管无法达到明确诊断要求；3：中等，血管强化程度可以作出诊断，达到诊断要求；4：良好，血管强化充分，可以明确诊断有或无栓子；5 分：优秀，血管强化更明显，可以充分诊断有或无栓子。

1.4 辐射剂量

记录扫描中每例患者的剂量长度乘积（Dose Length Product，DLP）和CT 容 积 剂 量 指 数（Volume CT Dose Index，CTDIvol），并记录患者扫描长度。

1.5 统计学分析

2 结果

2.1 患者基本资料

患者的基本资料，见表1。两组患者年龄和性别间无明显的统计学差异。

表1 患者基本情况及放射剂量对比

表1 患者基本情况及放射剂量对比

A组 (n=30) B组 (n=30) P年龄 (岁) 64±15 66±16 0.813例数 (男/女) 23/7 23/7 —扫描长度 (mm) 1093.58±45.56 1078.89±52.68 0.560扫描时间 (s) 3.02±0.11 14.65±0.90 0.001 CTDIvol (mGy) 1.79±0.08 7.16±0.94 0.007 DLP-Lower extremity CTA (mGy·cm) 226.23±9.60 797.2±96.81 0.001

2.2 辐射剂量

辐射剂量相关数据见表1。A、B 两组下肢动脉CTA 平均DLP 分别为（226.23±9.60）mGy·cm 和（797.2±96.81 ）mGy·cm，两组间存在统计学差异（P＜0.001）。A、B 两组评价扫描时间分别为（3.02±0.11） s 和（14.65±0.09 ）s，两组间存在统计学差异（P＜0.001），两组间扫描长度没有统计学差异。

2.3 图像分析

所有患者下腔静脉、股静脉、腘静脉均可诊断（A 组，n=30；B 组，n=30）（图1），其中A 组有1 条股静脉，另有3 条腘静脉（A 组，n=1；B 组，n=2）于左侧进行测量，因为右侧具有较重的伪影或者弥漫性栓塞。

图1 两组扫描模式的CTV影像

A 组所有的平均CT 值均较B 组高，并具有统计学差异（表2）。IVC 平均CT 值分别为（143.54±19.74）HU 和（109.84±13.59） HU，FV 平均CT 值分别为（145.47±23.62） HU 和（110.32±15.87） HU，PV 平 均CT 值 分 别 为（139.29±24.13 ）HU 和（111.49±19.72） HU。A 组所有测量的静脉图像噪声均较第一组高。

表2 血管强化CT程度及噪声

表2 血管强化CT程度及噪声

注：*表示B组与A组相比，P＜0.05 。

血管强化程度 (HU) 图像噪声A组 (n=30) B组 (n=30) A组 (n=30) B组 (n=30)IVC 143.54±19.74 109.84±13.59* 23.79±3.73 14.32±3.12*FV 145.47±23.62 110.32±15.87* 18.33±4.21 13.84±3.01*PV 139.29±24.13 111.49±19.72* 14.97±5.18 9.62±4.17*

两组图像的SNR 和CNR 之间无统计学差异（表3）。

表3 两组SNR和CNR结果

表3 两组SNR和CNR结果

注：*表示B组与A组相比，P＞0.05，两组无统计学差异。

SNR CNR A组 (n=30) B组 (n=30) A组 (n=30) B组 (n=30)IVC 6.01±1.60 7.76±1.49* 4.41±1.01 4.53±1.22*FV 7.83±1.98 7.87±1.86* 5.46±1.97 4.68±1.75*PV 9.29±2.23 11.17±2.16* 6.26±2.10 6.89±1.79*

两位阅片者对图像质量评分的结果一致性良好（k=0.759）。平均主观图像质量评分B 组（4.31±0.38）较A 组高（4.17±0.62）（表4），但是二者之间无统计学意义（P=0.342）。

表4 两组图像质量评分结果

表4 两组图像质量评分结果

A组 B组 P下腔静脉区 4.01±0.52 4.40±0.29 0.191股静脉区 4.16±0.61 4.33±0.41 0.332腘静脉区 4.34±0.74 4.21±0.45 0.482

3 讨论

随着CTA 成像硬件和影像后处理软件的不断完善和发展，目前下肢静脉CTV 已经成为静脉血管病变可靠的影像学手段。CT 扫描的缺陷在于较高的放射剂量[2-5]，如何降低CTV 的辐射剂量也就成为关注的热点，目前已经有较多的降低辐射剂量研究，其中降低管电压，ATCM，大螺距扫描模式，SAFIRE 重建为研究较多的领域，但是目前的研究多为其中单一技术的运用研究。本研究采用低千伏、ATCM、大螺距扫描模式以及SAFIRE 重建联合扫描模式，以达到最大程度的降低辐射剂量。

在诸多降低辐射剂量的技术中，降低千伏是比较有效的一种，有研究报道扫描千伏自120 kVp 降至100 kVp，下肢CTV 辐射剂量可以降低33%[15]。本研究采用了100 kVp的低千伏参数，有效降低了辐射剂量。ATCM 技术可在保证图像质量的基础上有效降低X 射线辐射剂量。有研究使用个体化的管电流来，于身体不同部位的CT 检查中对患者受到的辐射剂量进行研究，依据患者的身高和体重采用ATCM 技术已经在目前的CT 检查中获得越来越多的重视与运用[8]。增大螺距是另一种降低辐射剂量的技术，增大螺距可以缩短扫描时间，从而降低辐射剂量[9-11]。大螺距扫描模式是西门子双源CT 具备的一种较新的扫描模式，最初是该模式用于低剂量冠状动脉成像，近来，许多研究将该技术应用于其他部位的成像[19-23]，其主要目的是降低辐射剂量，而本研究则是将Flash 扫描模式运用于下肢静脉CTV 成像。另外，得益于计算机技术和图像重建算法的不断发展以及低剂量成像的需求，SAFIRE 重建技术逐步在CT 领域受到广泛关注，SAFIRE 重建可以提高图像质量降低图像噪声，SAFIRE 技术的原理是首先对X 线光子分布进行原始估计，在此基础上估算每个投影方向上探测器获得的可能计数（即正投影），再将正投影数据与探测器实际采集的投影数据进行比较，用于更新原始数据；不断重复此过程，经过数次在图像空间上的SAFIRE 重建，图像的噪声显著降低，图像的清晰度保持不变[12]。本研究中低千伏大螺距组血管强化的CT 值以及图像噪声均较标准螺距组高，并具有统计学差异。之前的一些研究也支持本研究的结果[15-18,24]。随着电压的降低，X 线束中的平均光子能量更接近碘的光谱吸收边缘，从而获得更高的碘衰减值。因此在较低辐射剂量下，增加碘的吸收能达到更高的增强效果[24]。低千伏和大螺距会导致图像噪声增加，通过SAFIRE 重建技术可以改善图像质量[12,25-26]。因此本研究结果中虽然A 组的图像噪声较高，但是两组图像的SNR，CNR 以及两组的图像质量并无统计学差异，表明低剂量扫描模式下采用SAFIRE 重建不但可以降低图像噪声，且可提高图像的SNR 及CNR，从而在同等条件下提高图像质量。

在本研究中联合多种降低剂量的技术行下肢静脉CTV检查，相对于标准扫描模式，DLP 降低了72%。主观图像质量两组间无统计学意义，阅片者之间的一致性较好，说明该技术具备可重复性。

本研究尚存在一定局限性。首先，研究的样本量较小；其次，由于本研究为回顾性研究，对照组的身高及体重没有记录，因此没有比较组间患者的体重指数；第三，血管强化程度会受心功能影响，本研究没有考虑在内。

总而言之，在双源CT 下肢静脉成像中，100 kVp、大螺距模式联合SAFIRE 重建技术的扫描模式与标准扫描模式相比，可以提供较高质量的图像同时，著降低放射剂量，具有广阔的临床应用前景。