中华放射医学与防护杂志  2015, Vol. 35 Issue (9): 717-720   PDF    
引用本文
郑生喜, 黄宝生, 杨晶晶, 张丽萍, 卢冬梅. "双低"技术在CT肺动脉成像滤波反投影算法中可行性研究[J]. 中华放射医学与防护杂志, 2015, 35(9): 717-720, DOI: 10.3760/cma.j.issn.0254-5098.2015.09.020.
"双低"技术在CT肺动脉成像滤波反投影算法中可行性研究
郑生喜, 黄宝生, 杨晶晶, 张丽萍, 卢冬梅    
734000 张掖, 河西学院附属张掖人民医院影像中心
收稿日期: 2014-05-06
[摘要]    目的 探讨80 kVp管电压及碘克沙醇(270 mg I/ml)条件下,采用滤波反投影(FBP)算法重建图像行CT肺动脉成像(CTPA)检查的可行性。方法 前瞻性收集52例行CTPA检查的患者,根据CT扫描管电压和对比剂不同,将患者平均分为对照组和试验组。记录两组的CT容积剂量指数(CTDIvol)和剂量长度乘积(DLP),并计算出加权剂量指数(CTDIw)和有效剂量(E)。对图像质量进行目测评分、测量及其辐射剂量进行统计学处理。结果 两组患者的性别比、年龄、身高、体重及体质量指数(BMI)差异均无统计学意义(P > 0.05)。与对照组相比,试验组用碘量降低了22.9%;试验组CTDIvol、DLP、CTDIw和E分别降低了73.5%、75.1%、73.5%和75.8%(t=<0.001、30.5、<0.001、-28.7,P<0.05);两组图像均符合诊断要求,图像质量目测评价和测量结果差异均无统计学意义(P > 0.05)。结论 使用80 kVp管电压和碘克沙醇行CTPA检查时,FBP重建图像质量可以满足诊断需要,同时能降低辐射剂量和对比剂用量,减少X射线管损耗。
[关键词]     辐射剂量    对比剂    肺动脉    CT肺动脉成像    滤波反投影算法    
Feasibility study of low tube voltage technique and low concentration of contrast in CT pulmonary angiography by filtered back projection reconstruction
Zheng Shengxi, Huang Baosheng, Yang Jingjing, Zhang Liping, Lu Dongmei    
Imaging Center, Affiliated Zhangye People's Hospital of He Xi University, Zhangye 734000, China
[Abstract]    Objective To investigate the feasibility of CT pulmonary angiography (CTPA) with 80 kVp and contrast agent of iodixanol (270 mg I/ml) by filtered back projection (FBP) reconstruction. Methods In total, 52 patients who underwent CTPA were randomly divided into two equally-sized groups, control group and experimental group. The volume computed tomography dose index (CTDIvol) and dose-length product (DLP)were recorded, and the weighted computed tomography dose index (CTDIw) and effective dose (E) were calculated. The image quality was visually evaluated and measured, and statistical analyses were performed on the image quality and the radiation dose. Results The sex, age, height, weight and body mass index (BMI) had no statistical difference between two groups (P>0.05). The average iodine dosage decreased by 22.9% in the experimental group compared with the control group. Compared with the control group, the CTDIvol, DLP, CTDIw and E decreased by 73.5%, 75.1%, 73.5% and 75.8%, respectively. The differences were statistically significant (t=<0.001, 30.5,<0.001, -28.7, P<0.05). The image quality of the two groups met the requirement of diagnosis and there were no significant statistic differences between visually evaluating and objectively measuring the image quality (P>0.05). Conclusions Using 80 kVp and iodixanol for CTPA, FBP reconstruction image quality can meet diagnostic requirements. At the same time the radiation dose, the contrast agent dose and the X-ray tube wastage are reduced respectively.
[Key words]     Radiation dose    Contrast medium    Pulmonary artery    CT pulmonary angiography    Filtered back projection    

随着多排螺旋CT技术不断完善和设备普及,CT肺动脉成像(CTPA)已广泛应用于临床,X射线辐射和对比剂肾损害的风险也同时引起了重视。本着放射防护最优化(ALARA)原则和合理使用对比剂[1],探讨如何在满足诊断要求的前提下,降低CT辐射剂量、减少注射到体内的对比剂总碘量,以降低对比剂肾病(CIN)的发生率已成为研究的热点。目前,绝大多数研究采用有迭代算法的高端CT设备,使用传统滤波反投影(FBP)算法,同时采用低辐射剂量及低对比剂用量("双低")的研究极少。本研究在CTPA检查中,通过比较不同管电压和对比剂条件下,使用FBP算法重建图像的质量及辐射剂量,探讨"双低"技术和FBP算法重建行CTPA检查的可行性。

资料与方法

1. 一般资料:选取本院2014年4—11月临床怀疑肺动脉栓塞,行CTPA检查的连续52例患者纳入研究,根据CT扫描管电压和对比剂不同将患者分为对照组和试验组,其中,对照组26例,男性12例,女性14例,年龄44 ~78岁,体重(65.32±8.92)kg,身高(1.66±0.06)m,体质量指数(BMI)为(23.59±2.57)kg/m2;试验组26例,男性11例,女性15例,[JP3]年龄31~83岁,体重(64.72±12.26)kg,身高(1.64±0.08)m,BMI(24.02±3.73)kg/m2。本研究经河西学院附属张掖人民医院伦理委员会讨论批准,患者均签署知情同意书。

2. 检查方法:使用德国Siemens 公司Somatom sensation 64 CT及其后处理工作站。试验组采用"双低"条件,管电压80 kVp、对比剂为碘克沙醇270 mg I/ml;对照组使用常规条件,管电压120 kVp、碘海醇350 mg I/ml。两组其余扫描参数相同:机架转速0.33 s/周,准直器宽度64 mm×0.6 mm层,螺距因子0.90,矩阵512×512,自动毫安秒(mAs)技术关闭,有效值为180 mAs,扫描层厚0.75 mm;采用FBP算法重建图像。对比剂用量均为40 ml,流速5.0 ml/s。对比剂注射后以相同流速注入生理盐水20 ml。确定增强延迟时间采用小剂量团注测试法,做正位定位像,扫描线置于气管隆突处,感兴趣区(ROI)选在肺动脉主干,以5.0 ml/s注射对比剂,总量10 ml,再以相同流速注入生理盐水20 ml;扫描延迟时间为5 s;层厚9.6 mm,间隔1.15 s,同层重复扫描;ROI密度下降时停止扫描;获得时间-密度曲线,以对比剂注射开始到增强峰值的时间为延迟时间。

3. 辐射剂量测定:记录CT机自动测定的CT容积剂量指数(CTDIvol)和剂量长度乘积(DLP),并以此计算出加权CT剂量指数(CTDIw)和有效剂量(E)。 CTDIvol=CTDIw /pitch,E=k×DLP,k为转换因子,采用欧洲CT质量标准指南提出的胸部平均值0.017 mSv·mGy-1·cm-1[2]。

4. 图像质量评价:原始数据传输至德国西门子工作站,应用syngo CT 2007S软件进行重建。采用多平面重组(MPR)、最大密度投影(MIP)和容积再现(VR)等后处理技术显示肺动脉及分支。图像质量评价参照葛全序等[3]的图像评价方法,分为主观的目测评分和客观的测量两种。由两位医师独立测量,结果取平均值。计算图像信噪比(SNR)和对比噪声比(CNR)。SNR=肺动脉平均CT值/背景噪声,CNR=(肺动脉平均CT值-脊柱旁肌平均CT值)/背景噪声。

5. 统计学处理:数据以 ± s表示。运用SPSS 16.0软件对数据进行统计学分析。对评估指标进行正态性分析,正态分布采用配对t检验,偏态分布采用Wilcoxon rank 配对检验;采用Mann-Whitney U检验图像质量目测评分;两组患者临床资料中计量资料采用t 检验,计数资料采用 χ2 检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

结果

1. 患者资料及对比剂用量:与对照组相比,实验组患者的性别比、年龄、身高、体重及BMI结果差异均无统计学意义(P＞0.05)。通过计算可知,试验组和对照组使用对比剂中总碘量分别是10.8和14.0 g。与对照组相比,试验组用碘量降低了22.9%。

2. 目测图像结果:两组不同扫描参数下采集的轴位图像及MIP结果如图1所示。试验组的肺动脉主干CT值分别是358.3和233.4 HU。两组图像均清楚显示肺动脉及左肺动脉分支内的栓子,与对照组相比,试验组的图像噪声较大(P＞0.05);两组图像质量均能满足诊断需求,图像质量目测评分经Mann-Whitney U检验,结果差异无统计学意义(P＞0.05)。

图1 两组不同扫描参数下采集的轴位图像及最大密度投影(MIP) A.试验组轴位图像;B.试验组MIP图像;C.对照组轴位图像;D.对照组MIP图像

3. 图像质量:两组图像质量测量详细结果列于表1。由结果可知,试验组的肺动脉和脊柱旁肌的CT值分别为(453.2±130.5)和(47.9±11.1)HU,背景噪声为48.8±17.4,SNR为11.6±8.0,CNR为10.4±7.3。与对照组相比,试验组的肺动脉平均CT值增加31.8%(z=-3.481,P＜0.05);而脊柱旁肌平均CT值、背景噪声、SNR、CNR结果差异均无统计学意义(P＞0.05)。

表1 两组图像质量测量结果(±s)

4. 辐射剂量:两组辐射剂量详细结果列于表2。由结果可知,试验组的CTDIvol和CTDIw 分别为(3.6±0.0)和(3.3±0.0)mGy,DLP为(98.7±11.1)mGy\5cm,E 为(6.7±0.8)mSv。与对照组相比,试验组的CTDIvol、CTDIw、DLP和E分别降低了73.5%、75.1%、73.5%和75.8%,结果差异均有统计学意义(t=＜0.001、30.5、＜0.001、-28.7,P＜0.05)。

表2 两组辐射剂量结果(±s)
讨论

CTPA具有无创、灵敏度和特异度高的优点,已成为肺栓塞首选的检查方法[4],CTPA的准确性既依赖于多层螺旋CT(MSCT)技术的进步,也依赖于对比剂合理使用[5]。在当前的临床工作中,CTPA一般使用120 kVp和高浓度对比剂,以期获得高质量的图像,但同时不可避免地伴随一定的辐射风险和对比剂风险。近年来,辐射危害和对比剂肾病越来越受到重视,单纯采用80 kV低管电压肺动脉成像,和 "双低"技术采用迭代算法应用于CTPA的研究均有报道[3, 6, 7]。

降低管电压是一种常用降低CT血管造影(CTA)辐射剂量的方法,Jun等[8]研究表明当管电压从100 kVp降至80 kVp时,冠状动脉CTA的辐射剂量降低了70%;江柳等[7]在CTPA研究中显示,管电压为100 kVp的E和CTDIw均值均明显低于120 kVp。本研究采用80 kVp低管电压技术降低辐射剂量,试验组与对照组相比,CTDIvol、CTDIw、DLP和E均值分别降低了73.5%、75.1%、73.5%和75.8%,辐射剂量明显降低。但低管电压技术最大的缺点是影像噪声大,影响诊断准确性。尽管采用FBP进行图像重建,试验组的背景噪声、SNR和CNR均高于对照组,但结果差异无统计学意义。胸部组织具有天然高对比性,且肺组织对X射线的吸收较少,适当降低扫描剂量不会影响图像质量,尤其是CTPA检查,由于对比剂增加了血管内外的对比,降低扫描剂量不会影响对肺动脉和栓子的观察。CT剂量调控及合理应用,不但会降低患者的辐射剂量,而且可以减少X射线管损耗。

本研究中两组图像脊柱旁肌平均CT值、背景噪声、SNR、CNR结果差异均无统计学意义,而肺动脉平均CT值在试验组明显高于对照组,两组图像质量均符合诊断要求。肺动脉平均CT值在试验组高于对照组,原因在于低管电压可以增加碘对比剂对X射线的衰减,补偿了对比剂浓度降低所致的CT值下降,使含碘血管CT值反而增加,血管强化更明显。这与Szucs-Farkas等[9]研究结果一致,所以,低管电压时降低血管内碘浓度是有必要的,这样可避免因血管内对比增加和条带状伪影所致的图像质量下降。而在CT常规扫描条件下,使用低浓度对比剂,致血管腔内含碘量减少,将造成肺动脉CT值下降,影响诊断准确性。所以,低管电压扫描技术联合应用低浓度对比剂可以弥补各自的缺陷。

尽管CIN发生的病理生理机制复杂,确切的发病机制目前尚不清楚,但对比剂浓度与CIN的发生密切相关[5, 10]。使用低浓度对比剂能够降低对比剂的总碘量,从而降低了CIN的发生风险[11, 12]。本研究中试验组使用的碘低于对照组,有利于降低患者肾脏代谢负担从而降低CIN的发生风险。

本研究同时有一定的局限性,病例只有52例,样本量相对偏少,仍需扩大样本量来验证本研究的结论;将不同BMI病例混合分组,应研究基于不同患者情况的个性化给药方案;另外,降低CT辐射剂量和对比剂用量的技术还有很多,可以更好地联合应用不同技术,不仅弥补各自的不足,同时更大程度地降低辐射剂量及对比剂用量[13]。

总之,采用80 kVp、碘克沙醇270 mg I/ml及FBP算法重建图像行CTPA检查,可以满足临床诊断需要,既降低了辐射剂量、减少X射线管损耗,又降低了对比剂用量,值得临床推广应用。

参考文献
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