中华放射医学与防护杂志  2016, Vol. 36 Issue (3): 230-234   PDF    
引用本文
毛光品, 黄求理, 潘宇宁, 黄诚意, 张跃民, 胡锡波, 冉彦永. 自动管电流调节技术结合迭代重建算法在下肢动脉CT血管成像中的应用[J]. 中华放射医学与防护杂志, 2016, 36(3): 230-234, DOI: 10.3760/cma.j.issn.0254-5098.2016.03.014.
自动管电流调节技术结合迭代重建算法在下肢动脉CT血管成像中的应用
毛光品1, 黄求理3, 潘宇宁3, 黄诚意2, 张跃民1, 胡锡波1, 冉彦永1    
1. 315500 宁波, 奉化爱伊美医院 影像科;
2. 315500 宁波, 奉化爱伊美医院 心内科;
3. 315010 宁波市第一医院 影像科
收稿日期: 2015-08-22
Application of automatic tube current modulation technology combined with iterative reconstruction for MSCT in lower extremity arterial imaging
Mao Guangpin1, Huang Qiuli3, Pan Yuning3, Huang Chengyi2, Zhang Yuemin1, Hu Xibo1, Ran Yanyong1    
1. Department of Radiology, Fenghua Aiyimei Hospital, Ningbo 315500, China;
2. Department of Cardiology, Fenghua Aiyimei Hospital, Ningbo 315500, China;
3. Department of Radiology, Ningbo First Hospital, Ningbo 315010, China

近年来，多层螺旋CT技术的不断发展，下肢动脉CT成像(CTA)应用日渐广泛，但其扫描范围较长，且覆盖性腺、生殖器官等辐射敏感组织，因此，下肢CTA检查辐射剂量问题日益受到患者与医生的重视，根据国际放射防护委员会(ICRP)提出合理使用剂量最优化(as low as reasonably achievable,ALARA)原则，在保证图像质量满足诊断需求的情况下合理降低CT辐射剂量已成为重要技术课题之一。本研究旨在探讨利用自动管电流调节技术(automatic tube current modulation,ATCM)结合迭代重建(iterative reconstruction,IR)算法在下肢CTA中的应用价值。

材料与方法

1.一般资料：本研究经过医院伦理委员会同意并告知所有受试患者且签署知情同意书。前瞻性选择2013年10月至2015年3月在奉化爱伊美医院行下肢动脉CTA检查患者共51例，采用不透明的密封信封编号，以抽签方式将患者简单随机分为对照组和试验组。对照组19例，男13例，女6例，年龄51～78岁，平均(61.4±8.29)岁，体质量指数(BMI)16.18～31.25 kg/m2，平均(22.98±3.99)kg/m2。试验组32例，男21例，女11例，年龄46～81岁，平均(63.1±10.13)岁，BMI 17.15～34.05 kg/m2，平均(23.19±4.21)kg/m2。

2.检查方法：采用Neusoft NeuViz 16 CT扫描(沈阳东软医疗系统有限公司)，患者取仰卧位足先进，上肢上举，对比剂选用300 mgI/ml碘海醇100 ml以4 ml/s速率静脉高压团注，扫描采用对比剂自动监测触发延时扫描，监测层面统一选择两侧肾动脉开口水平的腹主动脉，触发阈值150 Hu，延时5 s扫描，扫描范围自腹主动脉远端到足底水平，管电压120 kV，层厚3 mm，重建层厚0.75 mm，螺距0.86，矩阵512×512，平滑滤波函数。对照组设置管电流时间值300 mAs和传统滤波反投影法重建(filtered back projection,FBP)；试验组指定噪声指数(NI)值10采用ATCM技术结合应用3级(约50%)权重IR值重建算法。

3.图像处理：下肢CTA原始图像导入后台工作站，后处理重组技术包括最大密度投影(maximumintensity projection,MIP)、曲面重建(curvedplanar restruction,CPR)、多平面重建(multi-planarrestruction,MPR)、容积再现(volume rendering,VR)等，本研究下肢动脉按Fraioli等[1]提出3部分25个节段分法，主要对腹主动脉远端、髂总动脉、股浅动脉、腘动脉和胫后动脉采用不同解剖方位多角度旋转观察。

4.图像质量评价：由两位资深放射医师独立观察各节段动脉显示能力和结合横断面原始图像测量感兴趣区(ROI)CT值的定性和定量双重评价图像质量。采用盲法主观定性评价原始图像和CT后处理重组图像质量，先对原始图像用5分值评分：图像清晰无伪影，5分；图像清晰仅有少量伪影，4分；图像质量一般但不影响诊断，3分；图像有伪影而影响诊断，2分；图像大量伪影而无法诊断,1分。接着对后处理重组图像采用3分值评分：病灶显示清晰，图像质量优秀，3分；病灶显示，图像质量良好，2分；病灶不能显示，图像重组失败或失真，1分[2]。最后对下肢动脉各节段显示综合分级评价：4级，动脉显示好，连续性好，管壁光滑；3级，动脉大部分显示好，管壁模糊，伪影少，不影响诊断；2级，局部动脉显示欠佳，管壁毛糙，伪影多，连续性差，影响诊断；1级，动脉无显示。定量分析以下肢各节段动脉中间3/5段图像按序编号，采用EXCEL软件随机数选取腹主动脉远段、髂总动脉段、大腿中段、膝部和小腿中段等5个不同横断面原始图像，分别测量腹主动脉、髂总动脉、股浅动脉、腘动脉及胫后动脉血管腔和相应邻近肌肉CT值(CT血管、CT肌肉)，ROI应尽可能接近血管或肌肉最短径并避开血管壁与钙化斑块，遇一侧下肢动脉完全闭塞，则取同层对侧同名血管两次CT值取平均值原则，以肌肉CT值标准差(standard deviation,SD)作为图像噪声，计算图像信噪比(signal noise ratio,SNR)和对比信噪比(contrast noise ratio,CNR)，公式：SNR=CT血管/SD，CNR＝(CT血管－CT肌肉)/SD。

5.辐射剂量测算：CT机扫描后自动获取CT剂量参数，即CT剂量容积指数(CT dose index volumes,CTDIvol)和剂量长度乘积(dose length product,DLP)，并以有效吸收剂量(effective dose,E)表示患者受照辐射剂量，以公式E＝DLP×k计算，k为组织转换系数，引用美国医学物理学家协会(American Association of Physicists in Medicine，AAPM)[3]成人盆腹部k值0.015 mSv·mGy-1·cm-1。本研究测试辐射剂量范围自腹主动脉下端至股骨中上1/3段[4]，不包括定位像扫描和团注对比剂监测的辐射剂量。

6.统计学处理：采用SPSS 17.0软件进行统计检验，计量资料以x±s 表示。应用独立样本t检验比较两组患者整体基本资料、CTDIvol、DLP、E值。用ANOVA单因素方差分析比较两组血管CT平均值、SD、SNR和CNR。用Kappa检验不同观察者下肢动脉血管图像质量评分和显示率结果间一致性。P＜0.05为差异有统计学意义。

结果

1.患者基本资料及辐射剂量整体比较:两组患者的年龄、BM和BMI值及扫描长度差异均无统计学意义(P＞0.05)。试验组患者有效辐射剂量明显低于对照组，平均E值降低约46.65%，两者比较差异有统计学意义(t=15.39,P＜0.05)。见表 1。

表 1 两组患者基本资料及下肢动脉CTA扫描辐射剂量值 Table 1 Comparison of the patient demographics and radiation dose between the two groups

2.选择层面血管CT值及各层面图像噪声、SNR、CNR比较：腹主动脉和髂总动脉CT值两组间比较，差异无统计学意义(P＞0.05)，股浅动脉、腘动脉和胫后动脉CT值试验组与对照组比较，差异有统计学意义(F=30.65、9.33、11.09，P＜0.05)；两组腘动脉CT值均高于其他层面，与组内各层面血管比较，差异有统计学意义(F=85.11、78.84、63.59、45.29、174.22、128.92、58.57、49.16，P＜0.01)，其他各层面间组内两两比较，差异无统计学意义(P＞0.05)。试验组股浅动脉、腘动脉和胫后动脉层面图像噪声略高于对照组，差异有统计学意义(F=64.55、37.75、131.84，P＜0.05)试验组内图像噪声比较差异无统计学意义(P＞0.05)，图像SNR与CNR值稍低于对照组，组间比较，差异有统计学意义(F=33.94、35.23、89.69、36.09、35.45、89.64，P＜0.05)；腹主动脉与髂总动脉层面图像SD、SNR与CNR值两组差异无统计学意义(P＞0.05)。见表 2、图 1。

表 2 两组患者下肢动脉各层面定量评价比较 Table 2 Comparison of the imaging parameters of different sections of the lower extremity artery

图 1 对照组和试验组CT值测量与横断位图像质量 A～C.女性，75岁，BMI=21.09 kg/m2,E=9.59 mSv,对照组扫描方案，A.腹主动脉远端层面SD=14.1 Hu、SNR=27.65、CNR=24.89，B.股浅动脉层面SD=8.8 Hu、SNR=45.49、CNR=39.93，C.腘动脉层面SD=9.1 Hu、SNR=47.26、CNR=41.37，图像清晰无伪影，图像质量主观评分5分；D～F.男性，78岁，BMI=22.66 kg/m2,E=4.18 mSv,试验组扫描方案，D.腹主动脉远端层面SD=17.3 Hu、SNR=23.65、CNR=20.69，E.股浅动脉层面SD=12.9 Hu、SNR=32.45、CNR=28.22，F.腘动脉层面SD=11.0 Hu、SNR=38.74、CNR=33.33，图像清晰无伪影，图像质量主观评分5分 Figure 1 Measure the imaging average CT values and score image quality between control groups and experimental groups

3.图像质量定性分析：两位医师对下肢动脉CTA图像主观评价一致性较好(Kappa值均＞0.61，P值均＞0.05)。对照组与试验组横断面和后处理重组图像质量、下肢动脉血管节段显示能力差异不明显，组内分析比较，差异均无统计学意义(P＞0.05)；两组间图像质量差异性小，组间评分比较，差异无统计学意义(P＞0.05)；两组可诊断血管显示数量均相仿，对照组和试验组动脉显示率分别为86.47%和85.27%，差异无统计学意义(P＞0.05)。

讨论

下肢动脉解剖部位具有上厚下薄、上宽下窄且随体型变化大的特点，传统的降低管电压或者管电流均会出现盆腹部层面图像曝光不足[5]。ATCM的前瞻性三维剂量调控技术能在保证图像质量的前提下适当减低辐射剂量[6, 7, 8]，但基于FBP重建算法对噪声很敏感，因此，ATCM动态降低管电流图像噪声随之明显增加。IR算法则利用矩阵代数，建立噪声性质和被照体模型，选择性识别与运用迭代算法以去除图像噪声[9, 10, 11],但全部依赖该算法重建所得图像会有较重的“模糊”效应，直接影响病变的诊断[12]。Utsunomiya等[13]报道应用适量IR算法和FBP算法可有效提高图像分辨率，降低噪声和减少伪影,Boedeker等[14]推测50%重建权重IR值的噪声频谱曲线与FBP噪声频谱曲线相接近，因此，为使图像更接近传统扫描，本研究所涉实验设备采用ATCM技术结合与50%权重相当3级权重IR算法为低剂量扫描策略。

扫描剂量主要包括管电压与管电流，剂量越高噪声就越低，图像质量相对越好[15, 16]，管电流与辐射剂量间又呈线性正向相关[17]，显然减小管电流对降低辐射剂量、增加噪声有重要关联作用，利用IR算法可抑制ATCM低管电流所致图像噪声，提高SNR和CNR值，从而获得稳定的图像质量，同时进一步降低辐射剂量，本研究试验组有效辐射剂量较对照组明显下降(减低约46.65%)，图像质量主观评价差异无统计学意义。同时，ATCM自动调节管电流值受设定NI值和扫描z轴厚度、组织密度等影响，BMI可以很好地反映组织厚度、密度信息和分布均匀性等，当BMI值较大时，要获得稳定NI值图像X射线光子数量必需增加，意味管电流就加大，此时本研究方法降低辐射剂量不明显,甚至辐射剂量、图像噪声反而增加[18, 19]。试验组中2例BMI分别为30.80和34.05 kg/m2的患者最大管电流时间值、CTDIvol、DLP均高于对照组，有效辐射剂量升高，但样本量少，不足以明确证明BMI＞30 kg/m2患者与辐射剂量相关性，因此，笔者推测肥胖患者对本试验降低辐射剂量价值有限，可能有效吸收剂量会更大，但图像质量主客观评价与对照组差异不明显。

图像质量客观评价是通过测量不同层面下肢血管、软组织CT值计算图像噪声、SNR和CNR，本研究显示盆腹部试验组图像质量评价与对照组间差异无统计学意义，与李伟等[20]研究结果相符；而大腿、膝部和小腿层面的图像噪声略高于对照组，推测由于盆腹部组织宽而厚，X射线衰竭明显，ATCM调节管电流值增高，与对照组管电流值相近，故两组间图像噪声变化不明显，而腿部组织窄而薄，X射线衰减值小，组织对比明显，调节管电流大幅下降，试验组低辐射剂量获得相对稳定图像噪声值与对照组高辐射剂量下低图像噪声值形成定量差别，但对诊断价值主观评价尚无明显区别，固定大mAs使受检者接受过多的剂量，实际上并不一定能够获得额外的诊断信息，可以允许一定噪声水平的存在而不影响诊断[21]。两位医师一致认为两种方法均较好地显示下肢动脉血管及小分支，分节段总体显示能力和图像质量评价比较无差异，可见本试验方法不会降低图像整体质量。另外，研究还发现，腘动脉的两组CT值均高于同组内其他层面，且差异明显，认为由于下肢动脉血液循环时间个体差异较大，容易导致CT扫描速度与对比剂在相应层面血管内达峰时间不匹配，本试验CT扫描至腘动脉层面时间正值腘动脉对比剂达峰值时间有关，这与Fleischmann和Rubin[22]研究相符，对今后观察腘动脉血流情况有一定临床指导意义。

本研究也存在一定局限性。由于样本量少，本研究结果还不足以明确适用于肥胖者。不同权重NI值、IR值结合ATCM技术扫描方案与传统固定管电流对照图像质量与辐射剂量等方面尚需进一步研究；另外，研究病例大多未能证实试验组下肢动脉检查在临床诊断方面的准确性和敏感性,还有待于病例资料完善与深入分析。

综上所述，MSCT下肢动脉患者使用ATCM技术结合3级权重IR算法扫描方案可在保证图像质量的前提下降低辐射剂量，为患者提供无创、准确和有效的检查方法，能作为日后下肢动脉CTA低剂量扫描手段之一。

利益冲突 本研究获奉化爱伊美医院创新技术项目支持和医学伦理委员会批准，进行“下肢动脉CTA低剂量扫描方案”相关研究，本人与本人家属、研究团队未因进行该项目研究而接受任何不正当的职务或津贴，并对研究的独立性和科学性予以保证

作者贡献声明 毛光品设计研究方案，收集数据后统计并起草论文；黄求理指导、监督试验进行； 张跃民、潘宇宁分析及数据统计；黄诚意，协助提供符合病例并数据分析；胡锡波、冉彦永负责进行试验，执行扫描方案

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