全模型迭代重建技术在“双低”弓上CTA 成像中的应用

李纪强 顾圣佳 吴梦雄 严福华 董海鹏

随着近年来脑血管疾病的发病率越来越高，要做好脑血管疾病的预防和筛查，则需要选择一个有效合适的检查方法。主动脉弓上CTA 广泛应用于临床，已经成为筛查头颈部血管病变的重要影像学检查方法。大剂量的对比剂可能会对人体肾脏功能造成危害，电离辐射产生多种类型的生物效应也可能会对人体造成危害，如何减少对比剂用量及降低辐射剂量已经成为备受关注的问题。本研究旨在探讨全模型迭代重建iMR 技术能否在减少对比剂用量及降低CT 辐射剂量的前提下保证图像质量达到临床诊断要求。

方 法

1.临床资料

上海交通大学医学院附属瑞金医院2017年2月—2018 年12 月因疑似头颈部血管疾病在我院Philips Brilliant iCT 上行主动脉弓上CTA 检查的患者，排除对比剂过敏患者、颈动脉支架植入术后及不配合检查的患者，共纳入60 例，平均年龄（54±10）岁，平均BMI（24.43±2.78）kg/m2，随机采用常规法和双低法扫描各30 例。常规法：管电压120kV，对比剂为60ml。双低法：管电压100kV，对比剂总量根据BMI 个体化计算即250mgI/kg 体重，所有患者签署对比剂知情同意书。

2.CT 检查方法

采用Philips Brilliant iCT，留置针经右肘正中静脉穿刺，仰卧位。对比剂使用碘帕醇注射液（上海博莱科信宜药业有限责任公司），采用机械注射器（Ulrich Gmbh & Co.KG，德国），注射剂量按常规法和双低法计算，注射速率均为4ml/s，注射完对比剂后以相同速率追加生理盐水30ml。扫描采用对比剂跟踪触发技术，感兴趣区设于主动脉弓内，对比剂注射5 秒后开始监测，阈值110HU 自动触发延迟5 秒后开始扫描，扫描范围自主动脉弓至颅顶。扫描参数：管电压：常规法120kV，双低法100kV。管电流：固定130mAs，准直宽度128×0.625，扫描时间2.8 秒，旋转时间0.5 秒，螺距因子0.992，扫描层厚5mm，重建层厚1mm，层间距0.5mm。

3.图像分析

扫描完成后60 例分别用idos4（重建强度为3）和iMR1（重建强度为1）进行重建，得到4 组图像即：A 组常规剂量下iDose 重建图像；B 组常规剂量下iMR 重建图像；C 组双低剂量下iDose 重建图像；D 组双低剂量下iMR 重建图像。

客观评价：测量感兴趣区即主动脉、左右颈动脉、大脑中动脉、基底动脉和椎动脉增强后的CT 值及SD 噪声值，以及胸廓肌肉的CT 值和背景区SD噪声值。根据公式：信噪比SNR=CT 值/SD 值、对比噪声比CNR=(CT 值-胸廓肌肉平均CT 值)/背景区SD 标准差，分别计算信噪比SNR 和对比噪声比CNR。

主观评价：对容积再现（VR），曲面重组（CRP）和最大密度投影（MIP）的重组图像及横断位进行图像综合评价。评价内容[1]：头颈部血管内对比剂充盈完好，血管主干分支及远端显示清晰，5 分[2]；头颈部血管主干显示较好，分支及远端显示较好，4 分；头颈部血管主干显示较好，主要分支显示较好，远端显示欠佳，3 分；血管边缘毛糙，分支及远端显示差，2 分；血管内对比剂淡薄，主干及分支显示均不清晰，不能诊断，1 分。由两名诊断医生在不知道扫描条件的情况下对图像质量进行主观评分，当两人意见不一致时，两人重新观察图像并讨论最终得出一致结论计入分析。

辐射剂量：使用辐射剂量包括CT 剂量指数CTDIvol，剂量长度乘积DLP 及有效辐射剂量ED 来评估患者的辐射剂量。记录扫描后的CTDI及DLP值，利用公式ED=DLP×k（k=0.003mSv/mGy·cm）来计算有效辐射剂量ED。

采用SPSS22 软件进行统计学分析，计数资料使用平均数±标准差来表示。各组间客观评价指标使用t 检验两两比较各组间CT 值、SNR、CNR 及辐射剂量的差异性。秩和检验比较各组间主观评分差异性。

结 果

1.图像客观比较

常规剂量扫描中，A 组iDose 重建图像与B 组iMR 重建图像的CT 值的比较中（表1）主动脉弓、左右颈动脉、大脑中动脉和基底动脉增强后平均CT值没有显著差异，椎动脉增强后平均CT 值差异有统计学意义，但因椎动脉较细，测量时产生误差的因素较多，且CT 差值也仅在20HU 左右，对肉眼诊断小血管来说差异并不明显。A 组iDose 重建图像与B 组iMR 重建图像的SNR 比较中（表2），iMR 重建图像B 组中主动脉弓、左右颈动脉、大脑中动脉、基底动脉及椎动脉SNR显著高于A组。在CNR比较中（表3），B 组图像中主动脉弓、左右颈动脉、大脑中动脉、基底动脉及椎动脉CNR 显著高于A 组。双低剂量扫描中，C 组iDose 重建图像与D 组iMR 重建图像CT值的比较中（表4）主动脉弓、左右颈动脉、大脑中动脉、基底动脉和椎动脉增强后平均CT 值没有显著差异。C 组iDose 重建图像与D 组iMR 重建图像的SNR 比较中（表5），D 组图像中主动脉弓、左右颈动脉、大脑中动脉、基底动脉及椎动脉SNR 显著高于C 组。C 组iDose 重建图像与D 组iMR 重建图像的CNR 比较中（表6），D 组图像中主动脉弓、左右颈动脉、大脑中动脉、基底动脉及椎动脉CNR 显著高于C 组。B 组常规剂量iMR 重建图像与D 组双低剂量iMR 重建图像中主动脉弓、左颈动脉、大脑中动脉、基底动脉及基底动脉的SNR 比较（表7）有统计学差异；两组中右侧颈动脉和椎动脉无统计学意义，说明两组右侧颈动脉和椎动脉图像质量没有明显差异。B 组iMR 重建图像中主动脉弓、左右颈动脉、大脑中动脉、基底动脉及椎动脉CNR 与D 组比较（表8）有统计学差异，D 组中CNR 均高于B 组，所以说明在双低剂量下iMR 重建图像质量并没有明显下降。在图像的主观评价中（表9），常规剂量下iMR 图像质量评分为4.77±0.50 明显优于iDose 图像质量4.53±0.63（P=0.035），而在双低扫描法中，iMR 图像质量评分4.77±0.50 也明显优于iDose 图像质量4.37±0.72（P=0.001）。在常规法和双低法的比较中，两者的iMR 图像质量无明显差异。

表1 常规剂量下iDsoe 与iMR 图像CT 值比较

表2 常规剂量下iDose 与iMR 图像SNR 比较

图1 双低剂量下颈内动脉的CT 曲面重建的图像。A 为iDose 重建的图像，B 为iMR 重建的图像，A、B 图像均可达到诊断要求。图2 双低剂量下颈内动脉CT 的VR 重建图像。A 为iDose 重建的图像，B 为iMR 重建的图像，图像质量主观评价均为5 分。

表3 常规剂量下iDose 与iMR 图像CNR 比较

表4 表4 双低剂量下iDose 与iMR 图像CT 值比较

表5 双低剂量下iDsoe 与iMR 图像SNR 比较

表6 双低剂量下idsoe 与iMR 图像CNR 比较

表7 常规iMR 图像与双低iMR 图像SNR 比较

表8 常规iMR 图像与双低iMR 图像CNR 的比较

表9 主观图像评价表

2.辐射剂量比较

各组CTDI，DLP 及ED 间比较（表10），双低法中的CTDI、DLP 及ED 均显著低于常规法。

讨 论

主动脉弓上CTA 作为头颈部血管疾病检查的重要方法，临床运用广泛，但因扫描范围广，辐射剂量大可能对甲状腺等器官造成辐射损害以及对比剂注总量较多可能会造成肾脏损害的风险，所以在保证临床诊断的前提下，联合全模型迭代重建技术降低辐射剂量和对比剂总量已成为重要的研究方向。

以往研究中，大多将iDose 重建法或者iMR 重建法与FBP 重建法进行对比，结果表明[3]低剂量联合 FBP 重建法图像噪声大，血管显示不清，不利于诊断，无论是iDose 重建法或是iMR 重建法在图像质量上均优于FBP 重建法。iDose4 是部分迭代重建技术基于图像域和投影域进行迭代重建，可以降低噪声改善图像信噪比和对比噪声比，提高图像分辨力并消除蜡状伪影，但在图像细节显示上仍有局限性[4-5]。而iMR 作为一种全新的全模型迭代重建技术其原理与部分迭代重建技术不同，其原理是将X 线束建立的多个模型、焦点、X 线束、体素和探测器的几何形状均考虑进去，通过前向、后向重建在投影数据域及图像数据域分别进行迭代运算，不断更新原始数据，最终得到低噪声、高分辨率的CT 图像，相较于部分迭代重建更全面的优化了数据，iMR 技术体现出更卓越的降噪能力[6-7]，且iMR 联合低剂量扫描的技术在腹部扫描中已经得到广泛认可[8]。本研究的结果显示在双低剂量下iMR 重建图像质量并没有明显下降。

另一方面，降低管电流或者管电压是降低辐射剂量两种重要的方法。因为X 线强度与管电压成正比，所以降低管电压可以更有效降低辐射剂量。研究表明[9]与120kV 相比，100kV 管电压的X线光子能量更接近于碘的结合能，所以本研究双低组将当管电压从120kV 降到100kV，辐射剂量CTDI 降低了40.69%，DLP 降低了38.27%。管电流与X 线的量成正比，不会影响X 线穿透力。在固定管电压情况下[10]，单独改变管电流不会影响物质的X 线衰减系数，降低管电流对辐射剂量的幅度有限，且噪声增加较为明显，所以本研究中采用固定管电流130mA，以弥补降低kV 造成的噪声保证图像质量，有效防止硬线束伪影且适用于入组患者体型。另外研究表明高危患者大剂量使用对比剂会导致更高比例的CIN 及对比剂渗出的危害[11]。本研究中对比剂使用剂量为（40.74±4.71）ml，比常规剂量减少了32.1%，大大减小了CIN 发生的概率也降低了对比剂渗出造成的伤害。

本研究的局限性：首先本研究病例数较少，有待进一步补充样本；其次本研究患者的平均BMI 在（24.43±2.78）kg/m2，BMI 较大的肥胖患者能否使用双低法联合iMR 重建技术得到较好的图像还需进一步探讨；另外能否将kV 降到更低及降低对比剂注射速率联合R 更高级别iMR 重建方法得到可以达到诊断要求的图像还要继续研究。综上所述，与目前广泛应用的iDose 重建技术相比，iMR 重建技术可以显著提高弓上CTA 扫描图像的信噪比（SNR）及对比噪声比（CNR），在双低剂量条件下iMR 重建图像的信噪比（SNR）及对比噪声比（CNR）仍优于iDose 重建图像，具有临床应用价值。