随着多层螺旋CT的普及和检查数量的增加，CT电离辐射的致癌风险及放射防护和安全问题成为关注的焦点^[1]。国内专家在积极推进胸部低剂量扫描技术的同时，建议心脏及其他肺部血管成像也应在不影响诊断的前提下尽可能降低剂量^[2]。为了进一步降低CT血管造影(CTA)的辐射剂量，低管电压技术一直是研究热点之一^{[3, 4]}。降低管电压能够显著降低辐射剂量，但图像噪声将显著增加。迭代重建算法(IR)应用于成人胸部的研究表明，IR能够有效抑制图像噪声，改善图像质量，进而降低辐射剂量^{[5, 6, 7]}。本研究采用低管电压联合不同迭代水平对仿真人模体进行扫描，探讨低管电压联合迭代重建技术对胸部血管成像图像质量及辐射剂量的影响。

1. 实验模体：选用本院ATOM 701-D型成年男性仿真人(美国CIRS公司)。该仿真人内组织齐全、吸收系数等效真人，身高173 cm，体重73 kg，其中肺组织材料物理密度0.21 g/cm³，电子密度0.681×1 023 g/cm³，纵隔软组织材料物理密度1.05 g/cm³,电子密度3.434×1 023 g/cm³。肺及心脏内有38个直径5 mm的孔洞，可取出等效填塞物并灌入碘水混合对比剂模拟含碘血管。

2. 模拟血管制作：用非离子型对比剂碘海醇注射液(350 mgI/ml)与生理盐水按照一定比例配置，使碘水混合液在120 kV条件扫描时的CT值约350 HU，可模拟胸部血管成像中高对比的显示状况。碘水混合液的配置及放置方法如下：按碘水1[DK]∶9的体积比混合于10 ml的试管内，然后灌入直径4.5 mm(内径约3.6 mm)的医用输液管，输液管两端开口密封；取出仿真人胸内组织中孔洞的等效填塞物，孔洞位置分别在纵隔和两侧下肺动脉位置。将内含碘水混合对比剂的3根输液管穿过孔洞植入胸部。

3. 数据采集：使用320排容积CT(Aquilion one，日本东芝公司)，螺旋扫描方式。扫描参数：准直160×0.5 mm，单圈旋转时间0.5 s，螺距0.869，重建层厚3 mm，重建间隔3 mm，视野35 cm，固定管电流250 mA。以80、100、120 kV分别联合自适应迭代降剂量技术(AIDR 3D)迭代重建4个等级(关闭、轻、标准、强)共12种方案按管电流等其他参数不变进行仿真人胸部数据采集重建。

4. 数据处理：将扫描及重建所得12组图像在第二控制台上选取心脏上下大致中线水平层面，固定感兴趣大小2.4 mm²进行测量：①输液管CT值；②输液管噪声标准差(SD)；③纵隔软组织均匀区CT值；④信噪比(SNR)：SNR=输液管CT值/输液管SD值；⑤对比噪声比(CNR)：CNR=(输液管CT值-纵隔CT值)/输液管SD值。其中输液管CT值及SD值为横断面中3根输液管各测3次取均值；纵隔软组织均匀区CT值测3次取均值。

[JP+2] 从扫描完成后机器自动生成的剂量报告单上记录容积CT剂量指数(CTDI_vol)和剂量长度乘积(DLP)。根据DLP计算有效剂量(E)，E=DLP×k，k为组织权重因子，采用美国医学物理学家协会(AAPM)推荐的成人胸部权重因子0.014 mSv ·mGy^-1 ·cm^-1[8]。

5. 统计学处理：数据用x±s表示，采用SPSS 19.0软件进行分析。以管电压和重建算法作为固定变量，对输液管CT值、输液管SD值、纵隔软组织CT值、SNR、CNR评价采用单因素方差分析；其中观测均值的两两比较采用LSD法和Tukey HSD法。P＜0.05为差异有统计学意义。

1. 辐射剂量：CTDI_vol、DLP及E在120 kV扫描时分别为12.50 mGy、453.50 mGy ·cm和6.35 mSv；在100 kV时为7.60 mGy、276.50 mGy ·cm和3.87 mSv；在80 kV时为3.80 mGy、138.70 mGy ·cm和1.94 mSv。随着管电压的降低，辐射剂量显著降低。

2. 图像质量：输液管CT值、输液管SD、纵隔软组织CT值、SNR及CNR值列于表 1。各组间测量值经方差齐性检验呈正态分布，方差齐(P＞0.05)。不考虑迭代算法时，不同管电压时输液管CT值、输液管SD、SNR、CNR差异均具有统计学意义(F=1 029.24、8.56、3.44、4.09，P＜0.05)。不考虑管电压时，按不同重建算法对输液管SD、SNR、CNR差异均具有统计学意义(F=33.99、54.80、54.72，P＜0.05)，对输液管CT值差异无统计学意义(P＞0.05)。在不考虑管电压与重建算法的交互效应时，管电压或重建算法对纵隔软组织CT值的影响差异均无统计学意义(P＞0.05)。

表 1

表 1 管电压联合迭代算法对模体胸部血管成像的图像质量参数对照(x±s)

表 1 管电压联合迭代算法对模体胸部血管成像的图像质量参数对照(x±s)

随着管电压的降低，输液管CT值、输液管SD值、SNR和CNR的均值升高，SNR和CNR在80 kV时的均值要高于100和120 kV；随着迭代算法重建水平的升高，输液管SD下降，SNR及CNR升高，且在“标准”和“强”的水平重建时相对更高。

随着多层螺旋CT的发展，胸部检查的临床应用已从最初的平扫筛查广泛拓展到胸部血管成像。CT检查的放射防护原则是在保证图像质量满足诊断要求的前提下，尽量减少患者的辐射剂量，使患者用最小的剂量负担，获得最大的诊断利益^[9]。辐射剂量与管电压的2～5次方成正比，降低管电压可以更有效降低辐射剂量。当管电压改变时，物质的CT值会发生改变。降低管电压后含碘血管由于碘的K缘效应，CT值会升高。本研究中随着管电压降低，输液管CT值大幅度上升，输液管噪声升高，输液管的CNR在80 kV时要高于100和120 kV，这与李锋坦等^[10]降低管电压后图像噪声会增加，但图像的对比噪声比提高的结论相符。本研究选择80 kV扫描联合“强”的迭代水平重建时，得到较高的SNR和CNR，胸部辐射剂量仅1.94 mSv，与120 kV相比降低辐射剂量69%。这和许轶群等^[11]使用智能最佳kV技术选择80 kV，胸部E值2.10 mSv，胸部综合质量评分满分的结果一致。使用低管电压成像大大降低了电离辐射致生物损害效应的可能性，因此,低管电压CT成像是一种行之有效的方法。

当管电压降低时，图像噪声不可避免会显著增加。本研究中，随着管电压的降低，输液管SD值大幅上升，且3种管电压输液管噪声差异有统计学意义。而图像噪声是影响图像质量的重要因素，因此，在降低管电压的同时如何减少图像噪声的增加显得尤为关键。AIDR 3D是320排容积CT上最新研发的迭代降噪算法，其原理是首先通过分析CT采集信号的物理特性，得到统计学模型，利用该模型在投射空间来识别电子和量子噪声，并进行去除。得到的原始数据在图像重建空间再根据解剖模型进行反复的对照，通过迭代计算去除噪声并加强组织结构的显示，Ohno等^[12]研究证实，AIDR 3D在低剂量扫描发现各种肺部疾病时可以有效降低图像噪声。因此，保证图像质量下优化曝光量是迭代算法在实际应用中需要解决的问题。AIDR 3D具有关闭、轻、标准和强4个水平，而“关闭”实际上就是不用迭代算法而用滤波反投影法(FBP)。

评价图像质量不能仅仅依靠图像噪声，公认的最佳指标是评价图像的SNR和CNR^[13]。本研究中，管电压对输液管CT值及SD、SNR和CNR均有显著性影响，重建算法对输液管SD、CNR和SNR具有显著性影响，可以得出，管电压与重建算法的单独作用和联合作用都对胸部输液管的SNR和CNR图像质量指标改善起到一定的作用。迭代重建算法中“轻”与“关闭”水平(FBP算法)相比较对SNR和CNR改善不大，“标准”和“强”水平对SNR和CNR改善明显优于FBP重建。采用80或100 kV管电压联合迭代重建中的“标准”或“强”，图像的SNR和CNR较120 kV有明显提高，而80 kV联合“标准”或“强”重建，图像的SNR和CNR要优于100 kV。当管电压由120降至80 kV时,这时迭代算法的降噪声作用和提高CNR作用更加明显，特别是“强”水平，使得CNR提高到原来的约4倍，而辐射剂量却下降了约69%，这与Yamada等^[14]将AIDR 3D应用于成人胸部CT扫描中，辐射剂量可降低64．2％的研究一致。另外，Abada等^[15]使用80 kV管电压行冠状动脉CTA检查，并与120 kV管电压扫描比较发现可降低近80％的辐射剂量，与本研究结果相近。80和100 kV联合“标准”或者“强”重建得出的SNR和CNR之间的差值与120 kV相比较较小，充分说明了AIDR 3D迭代高水平算法的强大降噪能力。

本研究的不足之处在于实验中采用的标准模体，缺乏体重指数较大患者以及血管直径不一致时血流动力学对测量结果的影响。另外，实验中评价的是输液管横断面，接下来还需在临床患者胸部血管三维图像上进行验证。

综上所述，应用80 kV扫描联合AIDR 3D迭代“标准”或“强”水平重建图像对胸部血管成像能够获得较高的横断面图像质量，且相比100 kV降低辐射剂量49.87%，相比120 kV降低辐射剂量69.45%。此外，有学者研究发现，过高的迭代重建级别产生的平滑效果会对CTA图像产生蜡样状伪影，可能掩盖部分病理改变，且图像重建速度偏慢^[16]。因此，临床上行胸部血管成像时建议采用80 kV扫描联合AIDR 3D“标准”迭代水平重建，临床应用价值更高。