IDose4迭代重建技术应用于低剂量CT肾动脉血管造影的临床分析

周永霞，周 容

(重庆医科大学附属永川医院，重庆 402160)

CT 血管造影具有高时间和空间分辨率，可大范围容积扫描，加之强大的图像后处理功能，在冠状动脉、下肢动脉、肺动脉病变等临床诊断中应用越来越广[1]。但是，传统CT 血管造影使患者接受更多的造影剂和放射剂量，高辐射增加致癌风险，而高渗造影剂则增加对比剂肾病(contrast-induced nephropathy，CIN)和肾功能衰竭风险[2]。因此，如何降低CT扫描辐射剂量，优化CT成像技术，是目前影像医学研究的热点，滤波反投影(filtered back projection，FBP)重建算法是目前CT标准重建算法，但是该算法无法消除噪声的影响，导致低剂量扫描时图像质量下降，迭代重建(iterative reconstruction，IR)算法可通过建立噪声模型改善噪声，而iDose4作为高级迭代重建技术，采用双空间多模型，可在降低扫描剂量的同时选择性去除噪声，从而获得高质量图像[3，4]。目前，IDose4迭代重建技术在肾动脉CT血管造影的应用少见报道，本研究选择205例拟行肾动脉CT血管造影患者，探讨IDose4迭代重建技术在肾动脉CT血管造影检查中的可行性和应用价值。

1 资料与方法

1.1 临床资料

选择2017年1月～2019年7月我院行肾动脉血管造影的205例肾动脉狭窄患者为研究对象。纳入标准：①接受CT肾动脉血管造影；②临床资料完整；③肝肾功能正常，心功能Ⅰ～Ⅱ级。排除标准：①对比剂过敏；②妊娠或哺乳期患者；③合并肾动脉瘤患者。

随机数字表法将患者分为4组，A组，51例，男28例、女23例；年龄47～67岁，平均(53.81±6.42)岁，体质量(body mass index，BMI)24～28 kg/m2，平均(24.82±3.73)kg/m2；B组，51例，男31例、女20例；年龄45～65岁，平均(53.47±6.09)岁，BMI 23～27 kg/m2，平均(24.51±3.59)kg/m2；C组，51例，男29例、女22例；年龄43～66岁，平均(53.41±6.26)岁，BMI 22～26 kg/m2，平均(24.05±3.19)kg/m2；D组，52例，男30例、女22例；年龄42～69岁，平均(53.76±6.82)岁，BMI 22～29 kg/m2，平均(24.71±3.66)kg/m2。4组基线资料比较均衡性良好(P>0.05)，具有可比性。本研究获得我院伦理会批准，患者及其家属均知情同意签署同意书，诊疗过程严格遵循伦理学原则，保障患者隐私和安全。

1.2 方法

指导患者进行呼吸屏气训练。使用PHILIPS 256层螺旋CT扫描仪。患者平躺于受检床，双上肢上举，自胸12椎体扫描至腰5椎体。A组管电压设置为100 kV、管电流100 mA、对比剂为碘海醇370 mg I/mL ，采用IDose4迭代重建技术生成图像；B组管电压设置为100 kV、管电流150 mA、对比剂为碘海醇270 mg I/mL ，采用IDose4迭代重建技术生成图像；C组管电压设置为80 kV、管电流180 mA、对比剂为碘海醇270 mg I/mL ，采用IDose4迭代重建技术生成图像；D组管电压设置120 kV、管电流120 mA、对比剂为碘海醇370 mg I/mL ，采用滤波反投影(FBP)重建技术生成图像。其它参数和方法相同，为：准直器宽度128 mm×0.625 mm，螺距0.915，球管旋转速度0.75 s/r，管球旋转时间0.28 s，曝光时间0.3 s，扫描层厚5 mm，重建层厚0.50 mm。经肘静脉注射采用双筒高压注射器(德国 Missouri XD2001)以5～5.5 mL/s速度团注对比剂碘海醇注射液(欧乃派克)50 mL，自动追踪对比剂达峰值后启动扫描，将腹主动脉平第一腰椎水平设置为感兴趣区，感兴趣区大小设置为腹主动脉面积1/3，触发阈值150 HU，扫描速度设置为1 帧/s。

1.3 图像处理与评价

所有扫描图像传至V5.0后台工作站，采用多平面重建(multiplanar reconstruction，MPR)、曲面重建(curved planar reconstruction，CPR)、容积重建(volume rendering，VR)、最大密度投影(maximum intensity proection，MIP)技术重建肾动脉图像。由我院2名10年以上CT审片经验的主治医师独立审片，在不知情情况下测量同一平面肾动脉主干(腹主动脉平肾动脉分支水平处)CT值、肾动脉周围肌肉组织(双侧竖脊肌中央均匀区)CT值、噪声(CT值的标准差，SD)，感兴趣区面积100 mm2，取双侧肾动脉主干和肌肉组织平均值，以3次平均值为最终结果。计算信噪比(SNR)和噪声比(CNR)，SNR=肾动脉平均CT值/ CT背景噪声值，CNR =(肾动脉平均CT值-肌肉组织平均CT值)/ CT背景噪声值。

采用盲法对双肾动脉VR图像质量进行评价。5分：肾主动脉干及其1～4级分支显示清晰，管壁光滑，强化良好，密度均匀，无伪影；4分：肾主动脉干及其1～3级分支显示清晰，管壁光整，对比剂充盈，密度较为均匀；3分：肾主动脉干及其1～2级分支显示清晰，管壁尚光整，对比剂充盈尚可，密度尚均匀，不影响诊断；2分：对比剂充盈断断续续，密度欠均匀，仅显示肾主动脉干及1级分支，或少数2级分支，管壁欠光整，伪影较重，影响诊断；1分：对比剂充盈差，管壁模糊，仅显示肾主动脉干及1级分支，有严重伪影，无法诊断。

1.4 辐射剂量和对比剂剂量

根据CT扫描仪剂量报告提供扫描长度(L)、容积CT剂量指数(CT dose index，CTDIvol)、剂量长度乘积(dose length-product，DLP)。计算有效剂量(effective dose，ED)为ED(mSv)=k(mSv·mGy-1·cm-1) ×DLP(mGy·cm-1)，k为身体各部位换算因子，等于0.015 mSv·mGy-1·cm-1[5]。碘摄入量(g)=对比剂容积 (mL)×碘浓度(g·m-1)。

1.5 数字减影(digital subtraction angiograph，DSA)

本组112例患者行肾动脉DSA检查，GE Innova3100IQ血管造影机，介入放射科医师在局麻下应用Seldinger技术经右侧股动脉穿刺置管至左、右侧肾动脉开口处，通过5F导管6 mL/s注入碘海醇造影剂9 mL，行造影检查，动脉减影速率为2 mL/s，持续4 s，重建DSA影像。

1.6 统计学分析

2 结果

2.1 成像质量评分比较

4组成像质量的评分均在3分以上，均可满足临床诊断，肾主动脉解剖结构和病变显示清晰，重建图像评分分布差异显著(P<0.05)，A、B、C组优于D组(P<0.05)，A组、B组、C组之间比较差异无统计学意义(P>0.05)，见表1。图1为肾动脉血管造影VR图。

表1 两组成像质量评分差异 例(%)

图1 肾动脉血管造影VR图a. 图像评分5分的VR图，腹主动脉、肾动脉干及其分支走形、解剖位置显示清晰，管壁光滑，无伪影；b. 图像评分4分的VR图，腹主动脉、肾动脉干及其分支走形、解剖位置显示清晰，管壁欠光整，无伪影;c. 图像评分3分的VR图，腹主动脉、肾动脉干显示清晰，细小分支显示不清，管壁粗糙

2.2 CT值、SD、SNR、CNR比较

A、B、C组肾动脉主干CT值、SD、SNR、CNR均高于D组(P<0.05)，背景噪声略高于D组(P<0.05)，B、C组肾动脉主干CT值、SD略低于A组(P<0.05)，但SNR、CNR与A组比较差异无统计学意义(P>0.05)，B、C组之间肾动脉主干CT值、SD、背景噪声、SNR、CNR比较差异无统计学意义(P>0.05)，见表2。

表2 两组肾动脉主干CT值、SD 、SNR、CNR差异

a. 与D组比较，P<0.05; b.与A组比较，P<0.05

2.3 辐射剂量、对比剂剂量比较

A 、B、C 组CTDIvol、DLP、ED均低于D组(P<0.05)，B组CTDIvol、DLP、ED高于A组(P<0.05)，C组CTDIvol、DLP、ED与A组无统计学差异(P>0.05)，B组、C组间CTDIvol、DLP比较差异无统计学意义(P>0.05)，C组ED低于B组(P<0.05)。B、C组碘摄入量小于A组和D组(P<0.05)，见表3。

表3 两组CTDIvol、DLP、ED差异

a.与D组比较，P<0.05; b.与A组比较，P<0.05; c.与B组比较，P<0.05

2.4 诊断效能比较

A组32例行DSA检查，共诊断41支肾动脉狭窄，CT血管造影诊断38支肾动脉狭窄，诊断符合率92.68%;B组25例行DSA检查，共诊断37支肾动脉狭窄，CT血管造影诊断32支肾动脉狭窄，诊断符合率86.49%；C 组29例行DSA检查，共诊断39支肾动脉狭窄，CT血管造影诊断33支肾动脉狭窄，诊断符合率84.62%；D组26例行DSA检查，共诊断35支肾动脉狭窄，CT血管造影诊断29支肾动脉狭窄，诊断符合率82.86%。

3 讨论

随着人口老龄化，以及血管影像技术的发展，肾动脉狭窄检出率不断提高，肾动脉狭窄如果不能早期发现和治疗，继续发展可导致肾动脉堵塞，是引起继发性高血压和终末期肾病的危险因素[6]。DSA是检查血管病变的“金标准”，空间分辨率高，可明确责任血管分布及其狭窄程度，但存在有创、辐射大、耗时、昂贵等弊端，并且不能行三维成像。CTA是临床应用较为成熟的非侵入性血管成像技术，对病变血管狭窄程度、类型均有一定的诊断价值，CTA 具有高空间和时间分辨率，以及三维立体显像能力，扫描速度快，能清晰显示血管各级分支解剖位置、大小、形态，实现对血管病变精准评价，诊断率高且实用性强，被认为是无创评价肾动脉狭窄的“金标准”[7]。但是，CTA检查X线辐射剂量大，对比剂可能产生肾毒性，辐射对人体危害众所知，国际放射防护委员会提倡尽量降低CT检查过程辐射剂量。相关报道显示[8，9]应用非离子型含碘对比剂可导致剂量相关的肾管形细胞凋亡和坏死，而应用等渗性含碘对比剂可降低对内皮功能、纤维蛋白溶解系统的影响[10]，减轻患者外周静脉注射造影剂时的不适感[11]，肾脏毒性低于低渗性对比剂。如何在低放射剂量、低对比剂量下保证图像质量，是目前影像医学研究的热点之一。

X线辐射剂量和管电压的平方、管电流呈线性正相关，通过降低管电压来降低辐射剂量效果最为显著。但是，管电压降低可导致X线穿透力降低，增加图像噪声。碘原子序数为53，相对较高，对X线衰减大于组织衰减，管电压降低时对比剂CT值增加，容易产生硬线束伪影，影响图像质量。迭代重建技术是降低低剂量CT血管造影图像噪声的新技术，能提高图像密度和空间分辨力，降低低剂量扫描导致的图像噪声和伪影的影响，通过频率噪声谱等技术保留图像信息，保证重建图像可靠和可信性[12，13]。邓春兰等[14]采用100 kV管电压+100 mA管电流、120 kV管电压+60 mA管电流结合迭代重建技术获得图像，与120 kV管电压+120 mA管电流结合FBP重建算法获得的图像质量相当。本研究A组采用100 kV低放射剂量+iDose4迭代重建技术，重建图像评分优于D组，各层面肾动脉血管CT值、SNR、CNR高于D组，说明iDose4迭代重建技术可有效弥补低剂量噪声和伪影带来的弊端，提高成像质量。本组A组背景噪声与对照组比较有所增高，背景噪声主要影响周围软组织之间的对比，并不影响强化血管与周围软组织的对比度，因此对临床诊断无显著影响。Schmidt-Holtz等[3]观察在输尿管结石检查中iDose4图像质量优于FBP，噪声低于FBP，认为iDose4更利于审片者判断。Laqmani等[4]认为iDose4迭代模型重建肺动脉图像质量高于FBP，SNR高于FBP，iDose4迭代模型重建技术可减少肺血管造影时辐射暴露和对比剂体积。本研究进一步降低管电压和对比剂量，B组采用100 kV+160 mA+iDose4迭代重建, C组采用管电压80 kV+管电流180 mA+iDose4迭代重建，获得图像均能满足诊断需求，且与A组并无差异，程村委[15]采用80 kV+210 mA获得图像CNR,与120 kV+120 mA几乎无差别，提示管电流的提高可在一定程度上弥补因管电压降低导致的低辐射剂量伪影和噪声的影响，保证图像质量。本研究C组肾动脉主干CT值、SD略低于A组，但SNR、CNR与A组、B组比较，差异无统计学意义，说明在iDose4迭代重建技术下，管电压80 kV +管电流180 mA可获得满意图像，可能是低剂量肾动脉造影诊断较为理想的CT优化方案，但是，本研究样本例数有限，未设置更为详细分组方案，因此该结论尚待进一步探讨。

动脉管腔显示清晰度与动脉强化程度密切相关，而强化程度主要取决于对比剂浓度、剂量，单位时间内通过血管管腔的碘含量越多，血管强化程度越高，管腔显示越清晰，反之越差，降低管电压可弥补对比剂浓度下降所致血管强化程度不足的弊端[15]，本研究B组和C组均采用低对比剂量联合iDose4迭代重建技术获得图像，C组将管电压下调至80 kV，管电流调至180 mA，两组重建图像评分并无差异，分析原因为X线与物质发生作用的主要原理为光电效应和康普顿效应[15]，X线能量降低时，光电效应增加，康普顿效应减少，高原子系数物质碘与周围组织对比度增加。因此，当管电压下降时，X线与对比剂中碘相互作用，光电效应增加，血管强化程度增高，这也在一定程度上为低放射剂量、低对比剂量血管造影检查提供了理论依据。祁丽等[16]采用迭代重建算法+80 kV管电压+270 mg I/mL等渗对比剂，行CCTA 检查，对比剂较常规组减少64%，辐射剂量减少54%，同时图像质量能满足诊断需要。朱红伟等[17]等将低对比剂和低放射剂量法结合，减少对比剂用量约12%，图像质量可满足诊断需要。本研究A 、B、C 组CTDIvol、DLP、ED均低于D组，B组CTDIvol、DLP、ED随着管电流上调略高于A组，C组CTDIvol、DLP、ED与A组无统计学差异，且C组对比剂剂量低于A组，提示C组在降低放射剂量和对比剂剂量方面更具优势。各组诊断肾主动脉狭窄与DSA结果比较，符合率分别为92.68%、86.49%、84.62%、82.86%，说明在低剂量和低对比剂量下采用iDose4迭代重建技术可满足临床诊断需求，且能有效降低放射和对比剂剂量。

综上，IDose4迭代重建技术在满足临床诊断需求图像的同时，可有效降低辐射和造影剂剂量，在低剂量CT肾动脉血管造影中具有较高可行性和实用性。本研究局限之处在于未对不同等级IDose4重建进行对比，因而选择何种降噪能力的IDose4迭代重建技术在CT肾动脉血管造影中最具价值有待进一步探讨。