AI优化技术最佳成像中碘对比剂及辐射剂量选择的临床研究

梁惠康，周玉祥（通信作者）

（1汕头大学医学院 广东 汕头 515041）

（2博罗县人民医院放射科 广东 惠州 516100）

（3惠州市中心人民医院放射科 广东 惠州 516001）

脑血管疾病是临床常见病和多发病，其具有致残率高、死亡率高等特点，对老年人群的健康威胁巨大。脑血管疾病主要包括缺血性和出血性两种，前者多是因为先天性原因或动脉粥样硬化导致脑血管狭窄、闭塞造成脑组织血氧供应不足；后者则多由于动脉壁薄弱、缺损导致血管破裂、血液溢出。脑血管疾病患者多为突然发病且预后质量较差，因此早期的诊断对治疗方案选择及预后意义重大[1]。现阶段，数字减影血管造影（digital subtraction angiography，DSA）被视为脑血管疾病诊断的“金标准”，但作为有创伤且需要患者住院检查，患者普遍耐受性差[2]。近年来，随着CT技术的发展尤其是双源CT、256层螺旋CT的应用，大幅提升了CT血管造影（CTA）在脑血管疾病中的诊断效能。但常规的CTA图像需经影像科医师进行处理后方可用于病情诊断，繁复的图像重建工作使临床诊断效率下降，造成误诊和漏诊情况。在计算机深度学习理念的发展背景下，人工智能（AI）的自动优化、识别、图像重建技术，将复杂的图像处理工作简单化且自动生成诊断报告，对提升影像科医师诊断质量意义重大[3-4]。本研究则分析头颈动脉CTA诊断中AI优化技术中碘对比剂及辐射剂量选择对成像质量的影响。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2021年12月—2022年5月间博罗县人民医院收治的拟诊断为脑血管疾病的患者160例，按照随机数字表法分成A组、B组、C组、D组四组，各40例，四组患者一般资料对比差异无统计学意义（P＞0.05），见表1。试验经我院伦理委员会批准（编号：HS-2403）。

表1 四组脑血管疾病患者基本资料对比

纳入标准：①患者生命体征平稳，且能够配合医护人员进行CTA检查；②患者年龄在50～78岁间；③体质量指数（body mass index，BMI）＜30.0 kg/m2；④采集的CTA图像质量均能够满足患者的诊断需求；⑤患者家属对试验知情且签署同意书。排除标准：①对研究使用碘对比剂过敏者；②严重的肾功能不全，肾小球滤过率（eGFR）≤30 mL/（min·1.73 m2）；③心功能分级＜Ⅲ级者；④ 甲状腺功能亢进者；⑤孕妇；⑥患有精神疾病不能配合检查者；⑦双侧大脑中动脉重度狭窄者；⑧脑动静脉瘘者；⑨严重头颈部血管病变：外伤、肿瘤、脑出血、血管闭塞等；⑩明显运动或金属伪影干扰，支架置入术后患者。

1.2 方法

仪器采用美国GE公司生产的Optima CT 660功能型64层CT；Nemoto Dual Shot alpha 7双筒高压注射器，对比剂为碘佛醇（370 mgI/mL，江苏恒瑞医药股份有限公司）。

所有受检者均取仰卧位，保持平静呼吸，叮嘱其在扫查期间不要做吞咽动作。常规平扫范围由主动脉弓下缘，足侧向头侧扫描至顶骨内板下约2 cm处，扫描范围约32 cm。平扫参数：管电压100 kV，管电流250 mA；增强扫描管电压120 kV，管电流350～450 mA。探测器覆盖宽度64×0.625 mm；层厚0.625 mm，层距0.984∶1，转速0.5 s/r，FOV：18～24 cm，矩阵512×512。CTA检查前，使用小剂量碘对比剂团注测试，流速选择4.0 mL/s，经肘静脉注射碘对比剂20 mL后再采用20 mL 0.9%氯化钠溶液冲管，C4椎体层面进行同层动态扫描。使用MROI软件测量碘对比剂达峰浓度，获得时间-密度强度曲线，并计算扫描推迟时间。A组患者碘对比剂注射时间为14 s、B组12 s、C组10 s、D组8 s，注射完毕后以4.0 mL/s速率注射30 mL 0.9%氯化钠溶液。对四组患者同一部位碘对比剂注射流率扫描，获取头颈部CTA扫描的原始轴面影像图。

AI图像优化及质量分析：①AI图像优化处理：获得的原始轴面影像图在AI成像优化技术平台进行优化，即经深层神经网络深度学习方法获得最佳噪声模型，将图像和噪声信号分离以获得AI优化图像[5]。图像信息处理及质量评价：选择原始影像图和AI优化图像同层面的横断位主动脉弓、颈总动脉、大脑中动脉及胸锁乳突肌等勾画感兴趣区（ROI），ROI选择的原则是避免钙化且密度均匀区域，记录各ROI的CT值、噪声（SD）值。以胸锁乳突肌标准差为背景SD，计算信噪比（SNR）。

1.3 观察指标

①比较四组患者碘对比剂使用量、AI优化图像主动脉弓、颈内动脉、大脑中动脉等部位CT值、SD值及SNR参数差异。②对比各组CT剂量指数（CTDI）与剂量长度乘积（DLP）值差异。CTDI包含CTDI100、CTDIw及CTDIvol三个指数，本试验选取CTDIvol即表示CT多排（层）扫描溶剂范围内的平均辐射剂量。DLP主要评估受检者单次完整CT检查的总辐射剂量，计算公式：DLP=CTDIvol×L，L为沿Z轴的扫描长度。

1.4 统计学方法

采用SPSS 25.0统计软件处理数据，符合正态分布的计量资料以均数±标准差（± s）表示，两组间行独立样本t检验，多组间采用方差分析；计数资料以频数（n）、百分率（%）表示，行χ2检验，以P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 图像质量评价

AI优化技术对CTA图像质量的影响：人工重建图像血管CT值为660 HU时斑块细节模糊，经AI优化技术处理同一部位血管CT值为300 HU的斑块细节显示清晰，见图1。

图1 AI优化技术CTA图像与人工重建CTA图像血管斑块显示质量

2.2 各组患者碘对比剂使用量及AI优化图像不同部位CT值对比

A～D组碘对比剂注射时间依次为14 s、12 s、10 s及8 s，注射速率均为4.0 mL/s，因此A～D组患者碘对比剂用量呈递减趋势。A～D组患者主动脉弓、颈内动脉、大脑中动脉及头臂静脉等部位CT值均呈递减趋势，对比差异有统计学意义（P＜0.05）。见表2。

表2 四组患者对比剂用量及AI优化图像CT值比较

2.3 各组患者AI优化图像SD值及SNR对比

AI优化图像参数显示，组内不同部位SD值与SNR有显著差异（P＜0.01）；同部位四组患者SD值差异无统计学意义（P＞0.05）。SNR值则呈下降趋势，A、B组主动脉弓SNR显著高于C、D组（P＜0.01）；A组颈内动脉SNR显著高于其他三组，且B、C组显著高于D组（P＜0.01）；四组大脑中动脉SNR两两对比差异显著（P＜0.05），见表3。

表3 四组患者AI优化图像各部位SD值与SNR比较（± s，HU）

表3 四组患者AI优化图像各部位SD值与SNR比较（± s，HU）

注：aP＜0.05即与A组对比；bP＜0.05即与B组对比；cP＜0.05即与C组对比。

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2.4 各组患者辐射剂量比较

A～D组患者CTDIvol与DLP等指标均呈递减趋势。A组CTDIvol水平显著高于其他三组（P＜0.01），B、C、D组间两两对比差异无统计学意义（P＞0.05）；A组DLP水平高于其他三组（P＜0.05），且B组DLP水平高于C组与D组，差异均有统计学意义（P＜0.05）。见表4。

表4 四组患者CTDIvol与DLP指标对比（± s）

表4 四组患者CTDIvol与DLP指标对比（± s）

注：aP＜0.05即与A组对比；bP＜0.05即与B组对比。

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3 讨论

随着CT增强扫描的广泛应用，对比剂用量及辐射剂量问题也受到人们的关注。高对比剂用量和辐射剂量能够提高增强扫描效果获得高质量得图像，但前者会增加对比剂肾病等并发症的风险，后者则会造成DNA等物质的损伤[6-7]。国际放射防护委员会提出辐射防护与安全最优化理论，推荐获得足够诊断信息及合适图像质量时，尽可能降低辐射剂量[8]。因此如何平衡该矛盾点成为影像科医师的研究热点，也是CTA诊断亟待解决的问题之一。CTA图像质量是医师诊断疾病的重要参照，而影响CT图像质量的因素较多，常见的包括扫描参数、对比剂用量/浓度、延迟时间、原始图像重组等。以往有报道表明，CTA成像质量与碘对比剂浓度呈正相关，但近期的研究发现有效显示血管斑块的对比剂浓度CT值≤370 HU[9]，在头颈部血管CTA检查实际中浓度偏高导致图像处理中出现静脉伪影，因此可以减少对比剂用量来降低对静脉污染，提升诊断效能。

本研究将160例行CTA检查的拟诊断脑血管疾病患者分为四组，A～D组检查时对比剂的用量逐级减少，对比发现AI优化图像不同部位CT值也呈逐级下降的趋势，组间两两比较差异有统计学意义（P＜0.05）；此外，对比AI优化图像SD值及SNR变化情况，发现A～D组不同部位SD值无明显变化，但颈内动脉及大脑中动脉的SNR参数则逐级下降，提示随着对比剂使用量减少对不同部位血管的图像噪音影响不大，但会降低原始图像信噪比，从而降低重建图像质量，难以满足临床诊断需求。有学者指出，血管腔平均CT值＞250 HU便可有效满足临床诊断要求，对比剂用量越多则会在血管内滞留越严重[10]。综合表2、3的数据显示，当碘对比剂使用量为48 mL时，既能满足所有血管腔平均CT值＞250 HU的要求，且各部位血管的SNR均相对较高，能够获得更好的图像质量。

分析了四组患者辐射剂量情况，发现A组患者CTDIvol、DLP均高于其他三组，且B组的DLP高于其他两组，差异有统计学意义（P＜0.05），说明随着对比剂使用量的减少，辐射有效剂量也随之下降。据相关资料显示，X线有效辐射剂量每增加1 mSv则恶性肿瘤发病率则升高0.005%。鉴于WHO公布的数据，成年人每年CT检查安全辐射量为100 mSv不会造成细胞癌变。基于1 mSv=mGy×K（K≤0.05）的公式换算，四组患者单次检测DLP剂量均在安全范围内，其中D组对患者辐射剂量最低，而C组与D组DLP无显著差异（P＞0.05）；若将图像质量作为平衡指标，则碘对比剂剂量为40 mL时能够在确保AI优化技术图像质量的同时降低对患者的辐射。综合评估，在头颈部血管CTA检查时碘对比剂剂量可选择40～48 mL间不仅可以获得高质量的AI优化图像，还能有效降低对患者的辐射，提升诊断的质量和安全性。

综上所述，在脑血管疾病患者头颈部CTA检查时影响AI优化技术图像质量的因素较多，碘对比剂剂量对图像质量影响较大，单次检查碘对比剂剂量在40～48 mL间能够获得高质量图像，同时对患者的辐射量较少。