低管电压结合迭代重建在超重患者支气管动脉CTA的应用研究

2020-12-07林观生柳峰马周鹏付文兵

中国医疗设备 2020年11期

林观生，柳峰，马周鹏，付文兵

上海中医药大学附属龙华医院金山分院 a.放射科；b.心血管内科，上海201501

引言

CT血管造影（CT Angiography，CTA）技术已广泛应用于临床，对血管疾病具有重要诊断价值，但是CTA导致电离辐射的潜在危害不可忽视[1-2]。支气管动脉（Bronchial Artery，BA）属于细小动脉，起源、位置、走行存在一定变异[3]，因而CTA扫描要求范围大且层面薄，所致辐射剂量大，同时图像质量也受身体质量指数（Body Mass Index，BMI）因素影响。研究证实在获得同等质量图像情况下，超重患者所受辐射剂量比标准体重者更大[4-5]。因此，如何减少超重患者支气管动脉CTA辐射剂量而又保证图像质量具有重要意义。既往图像重建以解析算法应用最为常见，但是随着计算机技术快速发展，迭代重建算法被频繁使用，所带来的优势凸显，特别是在低剂量扫描时能明显降低图像噪声而获得高质量诊断图像[6]。目前国内外关于超重患者支气管动脉CTA的研究未见报道，本研究通过采用低管电压结合迭代重建对超重患者行支气管动脉CTA，以探讨其对成像质量及辐射剂量的影响。

1 资料与方法

1.1 一般资料

前瞻性选择2018年6月至2019年10月间我院临床有咯血症状而行支气管动脉CTA的成人患者62例，其中男38例，女 24例，年龄 38～81岁，平均（62.27±10.80）岁。病例纳入标准：BMI≥25 kg/m2的超重患者；碘对比剂耐受；心肝肾功能正常；心率齐且在50～100次/min；心脏及大血管无支架植入或金属外来伪影。排除标准：①孕妇、不能屏气配合的患者；②夹层动脉瘤、肺栓塞、大量胸腔积液；③图像运动伪影显著而无法观察者；④BA介入治疗后。将62例患者按照随机数字表法分为A、B两组，各31例进行检查。本研究经医院伦理委员会批准，所有患者均知情同意。

1.2 检查方法

采用西门子SOMATOM Definition AS 64排螺旋CT机，选仰卧位，足先进的方式进床，扫描范围从颈5下缘至腰1上缘水平。A组采用80 kV低管电压扫描，图像行正弦图确定迭代重建（Sinogram Affirmed Iterative Reconstruction，SAFIRE），强度为3级；B组采用120 kV常规管电压扫描，行滤波反投影（Filtered Back-Projection，FBP）重建图像。两组其余参数均相同，即自动管电流调制技术（A、B两组管电流调节范围分别为 154～296 mA、147～283mA），准直64×0.6 mm，转速0.35s/r，FOV大小为320mm×370 mm，矩阵 512×512，螺距1.2，扫描层厚2 mm；两组均用碘海醇（浓度350 mgI/mL）对比剂注射，剂量1.2 mL/kg，流率5 mL/s，采用阈值触发技术，将监测点置于主动脉弓水平层面，设定阈值为100 HU，阈值触发后延迟6 s开始扫描。

1.3 图像后处理

将两组2 mm增强横断面图像拆薄至0.65 mm，并于工作站上行多平面重组（Multiplanar Recombination，MPR）、最大密度投影（Maximum Density Projection，MIP）、容积再现（Volume Rendering，VR）等图像后处理。

1.4 图像质量分析

1.4.1 图像主观评分

BA的识别：起源于主动脉并经纵隔到达肺门的或由肺门继续延伸至肺叶支气管周围的迂曲小血管影[7-8]。由2名高年资副主任医师对重组后的BA图像进行双盲法评分。评分标准采用5分法[9]：血管边缘清晰锐利、无伪影，计5分；血管边缘基本光滑，计4分；血管边缘轻度伪影但可分辨，计3分；边缘中度伪影、勉强可分辨，计2分；边缘模糊并中断、重度伪影，无法分辨，计1分。将5分定义为优，4分为良，3分为一般，2分为差，1分为极差。评分3～5分者符合诊断要求，为合格图像，其中4～5分者为优良图像，统计并比较两组图像的优良率及合格率。

1.4.2 图像客观评价

选择横断面图像显示最粗的BA开口层面的胸主动脉中央位置放置感兴趣区（Region of Interest，ROI）并测量其强化后的CT值，避开血管壁钙化及血管内栓子，ROI设定为30～40 mm2，每例测 5 次，取平均值，标记为 CT1；以 CT1 的标准差作为图像噪声（Standard Deviation，SD）；测量同层面同侧胸壁皮下脂肪的CT值，尽量取相同位置，每例测量5次，取平均值，标记为CT2。根据公式：SNR=CT1/SD，CNR=(CT1-CT2)/SD，计算SNR和CNR。

1.5 辐射剂量

根据CT扫描生成的容积CT剂量指数（Volume CT Dose Index，CTDIvol）及剂量长度乘积（Dose Length Product，DLP）计算有效辐射剂量（Effective Dose，ED），ED=DLP×k，其中 k 取 0.014 mSv·mGy-1·cm-1[9]。

1.6 统计学处理

应用SPSS 16.0软件分析数据，两组间的基本资料、动脉CT 值、SD、SNR、CNR、曝光长度、CTDIvol、DLP、ED 均以（±s）表示，采用两样本t检验；男女性别比、图像优良率及合格率以%表示，采用χ2检验；采用Kappa检验2名医师主观评分的一致性；以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 基本资料比较

经比较两组患者的年龄、性别、身高、心率、体质量、BMI均无统计学差异（P>0.05)（表1），具有可比性。

表1 两组患者的基本资料比较

2.2 图像质量评价

A、B 两组图像主观评分分别为（4.13±0.92）、（3.94±1.12）分，经比较无统计学差异（t=0.742，P>0.05），2 名评价者之间的评分一致性较好（Kappa值为0.883，P<0.01）；两组图像优良率（77.42%、70.97%）及合格率（93.55%、87.10%）比较均无差异（P>0.05）（表2）；A组图像噪声低于B组，动脉CT值、SNR及CNR均高于B组，经比较有统计学差异（均P<0.05)（表3，图1）。

表2 两组图像质量主观评分比较

图1 两组患者图像比较

2.3 辐射剂量比较

A组CTDIvol、DLP及ED均显著低于B组，差异有统计学意义（P<0.05）（表4）。两组有效剂量分别为（2.81±0.35）和（6.68±0.58）mSv，A组较B组降低57.93%。

3 讨论

BA是肺脏重要的营养血管，同时作为责任血管参与支气管扩张、肺结核、肺癌等疾病变化过程[10-12]。高质量支气管动脉CTA图像不但能清晰显示BA病变，而且能发现支气管及肺内原发病灶，为临床治疗提供有效帮助[11,13]。对超重患者扫描时往往需要通过增加管电压、管电流等条件以满足图像质量，但是这样使患者所受ED明显加大，甚至有时比标准体重者所受ED高出50%[5]，与辐射防护最优化理论中尽量使用低的辐射剂量原则相违背[14]。因此如何优化扫描方案以降低超重患者支气管动脉CTA辐射剂量一直是业界研究的热点。

目前，CT技师们多数通过采用降低管电压、自动调节管电流、增大螺距、提高转速等低剂量扫描方式以减少受检者辐射剂量，其中降低管电压可使辐射剂量呈指数关系下降，是最直接有效的方法[14-15]。文献报道在胸部扫描时采用100 kV管电压产生的辐射剂量较120kV管电压的低34%～46%[5,16-17]，而本研究A组采用80kV管电压扫描所致CTDIvol、DLP均显著低于 B 组（P<0.05），患者所受 ED 为（2.81±0.35）mSv，较120 kV剂量降低57.93%，降低幅度大于前人研究结果，明显降低了辐射风险，扫描安全性提高。

降低管电压使得X线光子能量减少，加重图像的线束硬化伪影并使噪声加大，特别是对BMI值大的患者图像质量影响较明显。FBP具有重建速度快、低成本的优势，但在低管电压扫描时存在噪声高、对伪影较敏感等缺陷[18-19]。SAFIRE是西门子公司近年来新开发的一种基于原始数据的迭代重建算法，其运用2个迭代循环对原始数据域反复投射、修正以达到减噪，消除伪影目的而获得最佳图像。大量研究证实SAFIRE较FBP能明显降低噪声，提高低剂量扫描图像质量[20-22]。此外低管电压使X线光子与碘原子结合更紧密，血管CT值因光电效应增强而升高，血管对比度增加。基于上述原因，本研究A组采用80 kV低管电压结合SAFIRE所得噪声低于B组，动脉CT值显著升高、SNR、CNR也因而升高并高于B组（P<0.05），图像质量优于B组。

SAFIRE分5个重建强度（S1～S5），图像噪声随强度级别增加而逐步降低。吴梦雄等[22]研究认为S5的降噪能力最强，但会使图像产生“蜡像感”导致质量变差，而S3才是最恰当之选。本研究SAFIRE的重建强度选用3级，A组图像主观评分较高，图像优良率及合格率与B组比较均无差别（P>0.05），满足诊断要求。