等中心扫描联合AIDR3D重建在降低CCTA成像辐射剂量中的应用价值

沈梓璇，肖梦强，刘金丰，张 萌，刘晓玲，陈 俊，黄培楷，王忠德

冠状动脉CT血管成像(coronary CT angiography，CCTA)已成为非侵袭性诊断冠状动脉疾病的首选检查方法[1]，但相对其他部位的扫描，具有辐射剂量较高的缺陷。如何降低CCTA辐射剂量逐渐成为学者研究的关注点[2]。AIDR3D是对原始高噪声图像行迭代重建(iterative reconstruction，东芝称AIDR3D)，使图像噪声降低到合理水平，是降低CT辐射剂量的新方法，已成为冠状动脉CT成像未来的研究方向之一[3-4]。等中心技术将扫描部位置于机架孔中心，从而提高图像质量。本文对怀疑冠心病病人进行CCTA检查，采用相同管电压、不同管电流、不同重建方法、不同位置，对比分析各组图像质量和辐射剂量，拟探讨低管电流、等中心扫描联合AIDR3D技术降低CCTA中辐射剂量的效果。现作报道。

1 资料与方法

1.1 一般资料 2016年11月30日至2018年6月25日我院临床怀疑冠心病行CCTA检查病人108例，均有憋闷感、心前区疼痛等临床症状，其中男59例，女49例，年龄38～89岁。本研究方案经广东省中医院珠海医院伦理委员会批准。病例纳入标准：年龄≥18岁，心率<70次/分，体质量指数(BMI)为18～26 kg/m2。排除标准：心脏起搏器病人，呼吸伪影较重病人，扫描范围内有金属内固定病人。全部病人对研究知情同意且签署知情同意书。108例病人随机分为A、B、C组，各组均为36例。A组常规扫描体位，管电流为智能毫安；B、C组等中心位置(心脏位于CT机架孔的中心)，管电流分别为智能毫安的90%、60%。A组行滤波反投影法重建和AIDR3D重建分别得到Af、Aa组，B、C组行AIDR3D重建。检查前静息状态下测量心率和血压，病人心率>70次/分则给予倍他乐克25～50 mg(无倍他乐克禁忌证)。4组病人的年龄、BMI差异均无统计学意义(P>0.05)(见表1)，具有可比性。

表1 各组年龄、BMI比较

1.2 扫描方法 本研究所有病例均采用前瞻性心电门控技术东芝320排动态CT扫描，病人采取仰卧位，脚先进。扫描范围以心脏下缘为起点，向上延伸14 cm。所有病人水平定位线为腋中心。A组行常规位置扫描，即以正中线作为垂直定位线；B、C组行等中心扫描，扫描前行超声检查在体表标出心脏最左、最右缘，沿心脏最左、最右缘做垂线，以两垂线的中心线作为垂直定位线。扫描参数：管电压均为120 kV、FOV均为180 mm×180 mm，A组管电流为智能毫安，B、C组等中心位置管电流分别为智能毫安的90%、60%。定位扫描完后，经肘静脉团注碘海醇(350 mgI/mL，江苏、中国)，剂量为0.8 mL/kg，注射速率为5.0 mL/s，18 mL 0.9%氯化钠溶液冲管。采用团注示踪法、阈值280 Hu。

1.3 图像处理 CCTA检查后，4组病人采用心动周期75%图像，图像质量欠佳时先行心电编辑，A组使用滤波反投影法重建(filtered back projection，FBP)和AIDR3D，其余3组行AIDR3D重建，将CT原始数据重建为薄层图像，层厚为0.5 mm，层距为0.3 mm，矩阵:256×256，将得到各组薄层图像传至东芝后处理工作站(VitreaFX3.0)，采用多平面重组(multiplaner reformatting,MPR)、容积再现(Volume Rendering,VR)、最小密度投影(maximum intensity projection,MIP)、曲面重建(curved planar reformat,CPR)。

1.4 图像分析 包括客观指标噪声、信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)、对比信噪比(contrast-to-noise ratio,CNR)及主观指标(评分)。客观指标：由1位副主任医师测量主支气管CT值及标准差(SD)、冠状动脉根部CT值及周围组织CT值(传到东芝工作站薄层横断面图像)3次，取均值及SD均值，ROI约为15 mm2。噪声=SD的绝对值，SNR=支气管平均值/SD的绝对值，CNR=(冠状动脉根部CT值-周围组织CT值)/SD的绝对值。主观指标：根据美国心脏病协会制订的冠状动脉15段分段法，采用4分评价法对冠状动脉图像质量进行评分。优秀(4分，见图1D、2C、3C)：图像质量很好，无运动伪影；良好(3分，见图1C第1～3段)：图像质量好，轻微伪影；较差(2分，见图1C第4段)：图像质量一般，明显伪影，但仍能做出较正确诊断；差(1分)：图像质量较差或极差，诊断困难甚至无法正确诊断。由2位高年资心血管影像诊断主治医师采用双盲法评估，结果不一致时，请上级医师讨论决定，形成统一意见后录入结果。

1.5 辐射剂量 记录每例辐射剂量,根据扫描参数机器自动生成剂量长度乘积(dose length product,DLP,mGy·cm)，有效剂量(effectivedose,ED,mSv)=DLP×k，k=0.014 mSv·mGy-1·cm-1(欧盟委员会关于CT的质量最新标准指南)[5]。

1.6 统计学方法 采用方差分析、SNK法、Kappa检验。

2 结果

A、B、C各组辐射剂量依次降低(P<0.01)。Af组图像质量评分低于其他3组(P<0.01)，其他3组评分差异无统计学意义(P>0.05)。噪声方面，Af组最高(P<0.01)，其次为C组(P<0.01)，Aa和B组之间差异无统计学意义(P>0.05)，但低于Af组和C组(P<0.01)；SNR和CNR两指标方面规律一致，均为Aa和B组之间差异无统计学意义(P>0.05)，最高(P<0.01)，其次为C组(P<0.01)，Af组最低(P<0.01)(见表2和图1～3)。

表2 各组辐射剂量、平均分数、噪声、SNR、CNR的比较

3 讨论

随着CT软硬件、图像数据采集及重建算法的进步，冠状动脉CT造影得以简单实现，冠状动脉CT造影的图像质量、诊断能力明显提高，已成为诊断冠状动脉疾病的重要检查方法之一，但辐射剂量较高限制其广泛应用。在保证影像质量的前提下,探索减低辐射剂量的办法，是近来CT设备发展和影像检查研究的热点之一[5]。有多种减低辐射剂量措施，单纯降低管电流或管电压的会降低图像质量，降低辐射剂量程度有限。相关研究显示，降低管电流或管电压联合新的图像重建算法，可在满足临床诊断需要的前提下大幅降低CCTA辐射剂量[6-8]。

本研究采用等中心扫描结合低管电流AIDR3D技术以降低CCTA的辐射剂量。CT设计制造时，射线束的投射是被定义在CT机架的等中心位置，多层螺旋CT的射线束为锥形，在球管及探测器扫描运动中，机架孔中心位置接受的射线多、质量好，扫描部位位于机架孔中心称为等中心，否则会增加病人的辐射剂量和/或增加图像噪声[9]。依据等中心扫描原理，等中心扫描应用广泛，只要靶器官为偏离人体中心器官，靶器官移位到CT扫描机架中心都能够降低剂量，如心脏、髋关节、肩关节等临床常见扫描部位，本研究结果与闫士举等[9]研究均得到等中心扫描可降低辐射剂量。根据闫士举等[9]研究，图像质量相同前提下，与常规扫描辐射剂量相比较，偏离中心越远的靶器官移位到CT扫描机架中心，降低CT扫描辐射剂量的比例越大。FBP具有重建速度快、存储数据少的优点，但图像重建过程中不能分辨图像数据采集的基本成分，将采集过程中量子、电子噪声带到重建图像中去，从而降低图像质量[10]。AIDR3D技术首先在投影空间通过使用和修正各向异性滤波器，自适应性地使图像质量在噪声抑制和细节保留之间取得平衡，多次进行图像空间滤波噪声抑制，从而到达目标图像[11]。

本研究采用前瞻性心电门控技术，在CCTA扫描时默认管电流为智能毫安，以迭代算法进行图像重建。结果显示，采用等中心扫描联合AIDR3D重建组(B组)图像质量最好，对照组(Af组)最差。采用等中心联合AIDR3D重建的3组，图像质量随着辐射剂量降低而降低。采用等中心扫描90%智能毫安组(B组)较常规位置智能毫安组(Aa组)，辐射剂量降低25%，主、客观图像质量无差别。对比Af组，等中心扫描60%智能毫安组(C组)辐射剂量降低约51%，主、客观图像质量明显优于前者。即使剂量最低的C组，优秀率加良好率仍高达97%，能够满足临床诊断需求，低管电流等中心扫描联合AIDR3D重建能够明显降低辐射剂量。

本研究分别评价Af、Aa、、B、C组490、490、484、482段血管，各组优秀血管率分别为72.0%、91.0%、93.4%、85.5%，各组优秀加良好血管率分别为94.5%、99.6%、99.0%、97.0%。在图像质量无差别的前提下，单纯采用等中心扫描技术可降低约1/4辐射剂量。低剂量等中心扫描联合AIDR3D重建组与对照组对比，降低51%的辐射剂量，图像主观、客观质量均优于对照Af组。多位学者采用高辐射剂量(5.5～8.6 mSv)CCTA扫描FBP重建作为对照组，降低50%辐射剂量，得到迭代重建与FBP重建图像质量基本相同[12-13]。本研究采用辐射剂量常规剂量组3.39 mSv CCTA扫描FBP重建作为对照组，理论上采用低辐射剂量FBP重建作为对照组，图像质量无差别的情况下，要降低50%辐射剂量更加困难，但通过采用等中心联合AIDR3D技术，即使降低51%辐射剂量，图像质量仍优于对照组。多数文献中采用测量主动脉根部或冠状动脉根部来评价客观图像质量[2,6-7,12-14]，该方法无法避免病人的心率和心功能的差异及注射时肘静脉造影剂回流速度的影响，本研究采用主支气管CT值的标准差为噪声、支气管平均值/标准差的绝对值为信噪比，评价客观图像质量，主支气管管径较粗，其内为空气，基本不受其他因素影响，能够更加准确反映图像质量的优劣；单纯采用噪声、信噪比只能反图像整体的质量，不能完全反映冠状动脉的质量，结合以前研究优点，又采用CNR评价指标，改指标直接反应冠状动脉图像质量；噪声、SNR和CNR即评价图像整体质量又评价冠状动脉质量。与陈明等[14]在心率对320排CT冠状动脉成像图像质量和辐射剂量影响的研究中心率<65次/分组相比较，机器设备相同条件下，本研究B组中图像质量优秀的血管占比与其基本相当，但病人接受的辐射剂量却明显降低，约为其辐射剂量的38%。李建浩等[15]心率和扫描时相与320排CT冠脉CTA辐射剂量的相关性研究的文献中，该研究心率<65次/分组的辐射剂量为3.63 mSv，与本研究C组在机器设备、BMI、前瞻性心电门控技术等其条件基本相同，C组辐射剂量只有1.67 mSv，约为其辐射剂量的46%，图像质量无差别。

本研究不足之处，单纯评价冠状动脉CT图像质量，未评价冠状动脉狭窄和未与DSA对比，排除体质量较重、体质量较轻及高心率病人。

综上，AIDR3D算法明显优于常规的FBP重建算法，等中心扫描优于常规位置扫描，图像主观、客观质量相同前提下，等中心技术联合AIDR3D能够明显降低CCTA检查辐射剂量。