迭代重组联合80kV低管电压在门静脉成像中的可行性

任占丽 雷雨欣 张喜荣 贾永军 李豆 于楠 于勇 贺太平

CT 门静脉血管成像（computed tomography portal venography，CTPV）是目前临床评价门静脉血管的主要无创性影像方法［1］，其在门静脉血管解剖及变异、肝硬化门静脉高压及侧支循环、肝移植进行术前血管评估等具有重要作用。门静脉图像质量取决于高对比剂流速和对比剂用量，然而会带来对比剂硬化伪影、辐射相关性损伤［2］和对比剂肾病［3］等风险。文献报道低管电压可提升图像质量和降低辐射剂量［4］，但同时会引起图像噪声增加等问题［5］。滤波反投影法（filtered back projection，FBP）作为标准CT 重组算法，其重组获取的图像噪声明显增加且会影响图像质量［6］。基于多模型迭代重组（adaptive statistical iterative reconstruction Veo，ASIR-V）作为高级迭代重组技术，其采用并纳入噪声模型、物体模型、物理模型，从而提升图像质量并实现了低剂量条件下更好的图像密度分辨率和图像质量［7］。因此，本文旨在探讨基于多模型迭代重组联合80 kV 低管电压在门静脉成像中降低辐射剂量和碘对比剂的可行性。

资料与方法

1.研究对象

收集2019 年1 月～2020 年3 月在我院行CTPV 检查患者。纳入标准：年龄大于18 岁，自愿参与本研究。排除标准：心、肝、肾功能不全，甲状腺功能亢进、碘对比剂过敏、门静脉疾病异常。通过纳入及排除标准，本研究最终纳入CTPV 患者60例并随机分为A、B 两组。A 组男16 例、女14例，平均（55.00±9.75）岁，体重指数（body mass index，BMI）约（22.66±2.13）kg/m2；B 组男11 例、女19 例，平均（54.43±17.00）岁，BMI 约（22.33±2.93）kg/m2。本研究经过医院伦理委员会批准，所有患者在进行检查前均签署知情同意书。

2.图像采集及重组

所有检查均采用GE 公司Revolution CT 检查机，患者平躺于检查床并选择足先进体位，双上肢上举抱头，对患者甲状腺及盆腔采用铅制品进行防护。A 组采用常规管电压120 kV 扫描，对比剂用量450 mg I/kg；B 组采用低管电压80 kV 扫描，对比剂用量350 mg I/kg。两组患者均选取非离子型对比剂优维显370（370 mg I/ml），采用德国双桶高压注射器经右侧肘正中静脉注入，对比剂流率4.5 ml/s。动脉期采用自动阈值触发技术扫描，在第一肝门层面腹主动脉管腔内放置兴趣区（region of interest，ROI），当腹主动脉CT 值达200 HU 时触发动脉期数据采集，动脉期扫描完成后延迟30 s 进行门静脉期图像采集，采集图像层厚及层间距均为5 mm，窗宽350 HU，窗位40 HU。原始数据扫描采集完成后，A 组采用FBP 重组，B 组采用40%ASIR-V 重组，两组重组层厚及层间距均为1.25 mm。

3.数据测量及图像评价

将重组1.25 mm 图像传送至AW 4.6 工作站进行数据测量和图像评价。分别在门静脉主干（main portal vein，MPV）、门静脉左支（left branch of portal vein，LPV）、门静脉右支（right branch of portal vein，RPV）管腔及门静脉主干同层面肝右叶、右侧竖脊肌分别放置三个ROI，记录每个ROI 的CT值和标准差（standard deviation，SD）值，取三个ROI 的CT 值和SD 值平均值来计算门静脉血管的信噪比（signal to noise ratio，SNR）和对比噪声比（contrast to noise ratio，CNR），其中门静脉SNR 定义为门静脉CT 值与SD 值的比值（公式1），门静脉CNR 值定义为门静脉CT 值和肝脏CT 值的差值与右侧竖脊肌SD 值的比值（公式2）。

将重组图像在AW 4.6 工作站进行容积再现（volume rendering，VR）、最大密度投影（maximum intensity projection，MIP）、多平面重组（multi-planar reconstruction，MPR）和曲面重组（curved-planar reconstruction，CPR）进行主观评分，由两名有七年及以上工作经验的影像科医师采用五分法对图像质量进行双盲法主观评分。具体评分标准如下：5 分，图像质量最好，门静脉对比最好，门静脉分支显示最清晰；4 分，图像质量较好，门静脉对比较好，门静脉分支显示较清晰；3 分，图像质量一般，门静脉对比一般，门静脉分支显示尚可；2 分，图像质量较差，门静脉对比较差，门静脉分支显示较差；1 分，图像质量最差，门静脉对比不清，门静脉分支显示不清；其中，3 分及以上符合临床诊断要求，2 分及以下不能满足诊断要求。

4.辐射剂量及对比剂碘含量

记录两组患者体重（kg），通过体重及对比剂用量分别计算两组对比剂碘含量（g）：

记录两组患者剂量报告表中容积CT 剂量指数（volume CT dose index，CTDIvol）和剂量长度乘积（dose length product，DLP），并计算有效辐射剂量（effective dose，ED）（公式4）。

注：k 为腹部剂量因子且取值约0.015 mSv/（mGy·cm）

5.统计学分析

采用SPSS 22.0 统计学分析软件。分类变量采用计数形式表示，并通过卡方（χ2）检验进行分析；连续变量采用均数±标准差表示，独立样本t 检验分析；等级资料使用均数±标准差表示，用Mann-Whitney U 检验进行分析；两名医师主观评分一致性采用Kappa 检验，其中P＜0.05 为具有统计学意义。

结果

两组患者一般资料无显著统计学差异（P＞0.05）。B 组有效辐射剂量（2.14±0.21）mSv、对比剂碘含量（22.14±2.59）g 和A 组（5.54±1.15）mSv和（28.19±4.04）g 间差异具有显著统计学意义（P＜0.05），其中ED 和对比剂碘含量较A组分别降低约61.4%和21.5%（表1）。

表1 两组一般资料、辐射剂量和对比剂碘含量比较

B 组门静脉主干、门静脉左支及右支CT 值显著高于A 组（P＜0.05），B组门静脉SD值显著低于A组（P＜0.001），B 组SNR 值和CNR 值显著高于A 组（P＜0.001），且A组和B 组CT 值、SD 值、SNR 值和CNR 值间差异均存在显著统计学意义（P＜0.001）。两名医师对图像质量主观评分具有很好的一致性（Kappa 值＞0.800，P值＜0.001），B组图像主观评分（4.20±0.71 和4.23±0.68）显著高于A 组（3.37±0.49 和3.43±0.50），且差异具有统计学意义（P＜0.05）（表2，图1～3）。

图1 两组图像比较的统计图。a)CT 值条形统计图；b)SD 值 条 形统计图；c)SNR值条形统计图；d)CNR 值条形统计图

表2 两组CT 值、SD 值、SNR 值、CNR 值、主观评分比较

讨 论

随着CT 设备革新和影像技术的不断发展，CT 血管成像作为快速且无创性评价血管病变的检查方法，其在评价血管解剖和血管性病变中发挥着重要作用［8］。CTPV 作为评价门静脉图像的无创性成像方式，其较好图像质量是观察门静脉的关键，但其管腔内对比剂浓度直接影响CTPV 图像质量［9］。但也存在对比剂肾病等一系列临床关注的不良反应，Zhou 等［10］学者对肾动静脉血管成像的研究发现采用低浓度对比剂可以降低对比剂肾病的发生风险，而低浓度对比剂又会影响血管成像图像质量。ASIR-V 作为高级迭代重组技术，其在临床血管成像中可同时减少辐射剂量和提升图像质量［11］。赵晶等［12］采用迭代重组算法对门静脉的研究结果发现40%权重迭代重组算法是门静脉最佳重组权重水平，因此在本研究中对B 组采用40%ASIR-V 进行重组来观察CTPV 图像质量。

图2 女，45 岁，肝左叶血管瘤，采用120 kV+450 mg I/kg+FBP 重 组。a)最 大密度投影；b)门静脉冠位图；a) 和b)主观评分均为3 分图3 男，肝右后叶下段小囊肿，80 kV+350 mg I/kg+40%ASIR-V 重组。a)最大密度投影；b)门静脉冠位图；a)和b)主观评分均为4分

本研究中将B 组管电压降低至80 kV，有效辐射剂量和对比剂碘含量较常规120 kV 管电压成像时明显减少，与CT 辐射剂量与扫描管电压相关，其中辐射剂量与管电压的平方成正比，采用低管电压成像时CT 辐射剂量显著减低［13］。同时低管电压扫描时X 线光子能量降低而光电效应放大，会增加血管腔内碘对比剂的衰减幅度从而降低对比剂碘含量［14］。Chen 等［15］对冠状动脉研究发现在相似图像质量情况下采用70kV 管电压可有效辐射剂量降低75.3% 和对比剂用量减少42.4%。尹晓霞等［16］采用低管电压研究CT 肺动脉造影，结果发现80 kV 在保证图像质量前提下可使CT 肺动脉成像有效辐射剂量降低约50%。马周鹏等［17］对支气管动脉CT 血管成像进行研究结果显示80 kV 管电压使有效辐射剂量减少约67%。Hou 等［18］在胸主动脉腔内修复术后CT 血管造影随访中采用80 kV 管电压时对比剂减少约60%。本研究中B 组80 kV 成像时有效辐射剂量和碘对比剂较常规120 kV 分别降低约61.4%和21.5%，与上述研究结果相似，其辐射剂量和对比剂碘含量之间存在的小差异可能与各研究中对比剂注射方案、个体循环差异有关。

门静脉CT 值通常达到150 HU 可获得更好的CTPV 成像质量［19］，在本研究中A、B 两组采用不同管电压和对比剂注射方案，其门静脉CT 值均可以满足临床诊断需求。在本研究中B 组80 kV 低管电压成像时门静脉主干、门静脉左支及右支CT值显著高于A 组（P＜0.05），这与低管电压扫描时产生X 射线能量更接近碘物质k 边缘值（33 keV），从而增加光电效应和并引起较小的康普顿散射，从而在低管电压成像时可以增加门静脉碘浓度和CT 值有关［20］。低管电压成像时会引起图像噪声增加和对比剂硬化伪影，但B 组采用40%ASIR-V重组进行图像评价，门静脉SD 值显著低于A 组，且SNR 值、CNR 值、主观评分均显著高于A 组（P＜0.05），表明ASIR-V 重组可降低图像噪声和提升图像质量。Pontone 等［21］对CT 冠状动脉进行研究发现60%ASIR-V 可以获取最佳图像质量。ASIR-V 重组作为高级迭代重组技术，其采用先进迭代重组模型（噪声模型、物体模型、物理模型）来平衡图像噪声，从而提升图像质量。

本研究对门静脉成像采用低管电压和ASIR-V进行联合成像，不仅显著降低辐射剂量（约61.4%）和碘对比剂（约21.5%），还可获得更好的门静脉血管图像质量。本研究局限性：样本量较小，仅选取正常CTPV 患者进行研究。有待在以后进一步扩大样本量，将低管电压、高级迭代重组技术逐步应用于临床肝硬化、肝移植术前评价患者身上。CT 门静脉成像作为临床评价门静脉血管常用方法，低管电压和迭代重组技术的联合应用为实现低剂量CTPV 成像提供了可能。