賀 軍，王建秋，李 凱

ATCM技術(shù)結(jié)合IR降低下肢動(dòng)脈CTA輻射劑量的可行性研究

賀 軍，王建秋，李 凱

目的探討自動(dòng)管電流調(diào)制(ATCM)技術(shù)結(jié)合迭代重建算法(IR)降低下肢動(dòng)脈血管成像(CTA)輻射劑量的可行性。方法選擇在本院行下肢動(dòng)脈CTA檢查患者51例，隨機(jī)分為觀察組(32例)和對(duì)照組(19例)。對(duì)照組設(shè)置管電流時(shí)間為300 mAs，采用傳統(tǒng)濾波反投影法重建算法(FBP)后處理；觀察組設(shè)定噪聲指數(shù)(NI)為固定值10，采用ATCM結(jié)合3級(jí)(約50%)權(quán)重IR后處理。分別測(cè)量選擇層面血管CT值及各層面CT值標(biāo)準(zhǔn)差(SD)、圖像信噪比(SNR)、對(duì)比信噪比(CNR)、CT劑量容積指數(shù)(CTDIvol)、劑量長(zhǎng)度乘積(DLP)、有效吸收劑量(ED)及掃描長(zhǎng)度，并對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)。結(jié)果兩組掃描長(zhǎng)度比較無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＞0.05)；觀察組CTDIvol、DLP、ED較對(duì)照組均明顯降低(P＜0.05)；觀察組股淺動(dòng)脈、腘動(dòng)脈和脛后動(dòng)脈CT值、SD均高于對(duì)照組(P＜0.05)，SNR與CNR均低于對(duì)照組(P＜0.05)；觀察組主觀圖像質(zhì)量得分為(4.20±0.58)分，與對(duì)照組得分(4.08±0.57)分比較無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＞0.05)。結(jié)論ATCM結(jié)合IR掃描方案可在保證圖像整體質(zhì)量的前提下，有效降低輻射劑量，為患者提供無創(chuàng)、準(zhǔn)確和有效的檢查方法，可作為下肢動(dòng)脈CTA低劑量掃描手段之一。

下肢；動(dòng)脈血管成像；自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)；迭代重建算法；輻射劑量

近年來，隨著多層螺旋CT技術(shù)的不斷發(fā)展，下肢動(dòng)脈CT血管成像(CTA)應(yīng)用日漸廣泛，但其掃描范圍較廣，且覆蓋性腺、生殖器官等輻射敏感組織，因此，下肢CTA檢查輻射劑量問題日益受到患者與醫(yī)生的重視[1]。有研究表明[2]，自動(dòng)管電流調(diào)制(ATCM)技術(shù)采用固定噪聲指數(shù)(NI)，可根據(jù)人體不同部位對(duì)射線的吸收及掃描對(duì)象的體型計(jì)算出有效管電流量，并自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而降低輻射劑量而不影響圖像質(zhì)量。迭代重建算法(IR)是最新應(yīng)用于臨床的一種重建方式，與傳統(tǒng)的濾波反投影法重建算法(FBP)相比，其利用矩陣代數(shù)，建立噪聲性質(zhì)和被照體模型，選擇性識(shí)別與運(yùn)用迭代算法以去除圖像噪聲，但全部依賴該算法重建所得圖像會(huì)有較重的“模糊”效應(yīng)，直接影響病變的診斷[3]。因此，本研究選取我院51例行下肢動(dòng)脈CTA檢查患者作為觀察對(duì)象，探討ATCM結(jié)合IR降低下肢動(dòng)脈CTA輻射劑量的可行性。

1 資料與方法

1.1 病例資料 選擇2013年8月～2015年8月在本院行下肢動(dòng)脈CTA檢查患者51例，采用不透明的密封信封編號(hào)，以抽簽方式將患者簡(jiǎn)單隨機(jī)分為觀察組(32例)和對(duì)照組(19例)。對(duì)照組中，男13例，女6例；年齡51～78（61.4±8.29）歲；體質(zhì)量指數(shù)(BMI)16.18～31.25（22.98±3.99）kg/m2。觀察組中，男21例，女11例；年齡46～81（63.1±10.13）歲；BMI為17.15～34.05（23.19±4.21）kg/m2。研究經(jīng)醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)審批通過，并告知所有患者且簽署知情同意書。兩組性別、年齡、BMI等一般資料比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)，具有可比性。

1.2 檢查方法 采用西門子Definition As 64排128層螺旋CT機(jī)進(jìn)行掃描。患者取仰臥位足先進(jìn)，上肢上舉，對(duì)比劑選用300 mgI/m l碘海醇100 ml，以4 ml/s速率靜脈高壓團(tuán)注，掃描采用對(duì)比劑自動(dòng)監(jiān)測(cè)觸發(fā)延時(shí)掃描，監(jiān)測(cè)層面統(tǒng)一選擇兩側(cè)腎動(dòng)脈開口水平的腹主動(dòng)脈，觸發(fā)閾值150 Hu，延時(shí)5 s掃描，掃描范圍自腹主動(dòng)脈遠(yuǎn)端到足底水平，管電壓120 kV，層厚3 mm，重建層厚0.75 mm，螺距0.86，矩陣512×512，平滑濾波函數(shù)。對(duì)照組設(shè)置管電流時(shí)間值300 mAs和FBP后處理；觀察組設(shè)定NI為固定值10，采用ATCM結(jié)合3級(jí)(約50%)權(quán)重IR后處理。

1.3 圖像處理 下肢CTA原始圖像導(dǎo)入后臺(tái)工作站，后處理重組包括最大密度投影(MIP)、曲面重建(CPR)、多平面重建(MPR)、容積再現(xiàn)(VR)等。本研究下肢動(dòng)脈按Qi等[4]提出3部分25個(gè)節(jié)段分法，主要對(duì)腹主動(dòng)脈遠(yuǎn)端、髂總動(dòng)脈、股淺動(dòng)脈、腘動(dòng)脈和脛后動(dòng)脈采用不同解剖方位多角度旋轉(zhuǎn)觀察。

1.4 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià) 由兩名具有10年以上閱片經(jīng)驗(yàn)的放射醫(yī)師采用雙盲法對(duì)CTA圖像進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，采用5分評(píng)分法：圖像清晰無偽影，5分；圖像清晰僅有少量偽影，4分；圖像質(zhì)量一般但不影響診斷，3分；圖像有偽影而影響診斷，2分；圖像大量偽影而無法診斷，1分。定量分析：分別測(cè)量腹主動(dòng)脈、髂總動(dòng)脈、股淺動(dòng)脈、腘動(dòng)脈及脛后動(dòng)脈血管腔和相應(yīng)鄰近肌肉CT值 (CT血管、CT肌肉)，圖像感興趣區(qū)(ROI)應(yīng)盡可能接近血管或肌肉最短徑，并避開血管壁與鈣化斑塊。遇一側(cè)下肢動(dòng)脈完全閉塞，則取同層對(duì)側(cè)同名血管兩次CT值取平均值原則。以肌肉CT值標(biāo)準(zhǔn)差(SD)作為圖像噪聲，計(jì)算圖像信噪比(SNR)和對(duì)比信噪比 (CNR)，計(jì)算公式：SNR=CT血管/SD，CNR=(CT血管-CT肌肉)/SD。

1.5 輻射劑量測(cè)算 CT機(jī)掃描后自動(dòng)獲取CT劑量參數(shù)，即CT劑量容積指數(shù)(CTDIvol)和劑量長(zhǎng)度乘積(DLP)，并以有效吸收劑量(ED)表示患者受照輻射劑量，采用公式ED=DLP×k計(jì)算。k為組織轉(zhuǎn)換系數(shù)，引用美國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)家協(xié)會(huì)(AAPM)成人盆腹部k值0.015 mSv/(mGy·cm)[5]。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 應(yīng)用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，掃描長(zhǎng)度、輻射劑量、圖像質(zhì)量評(píng)分等計(jì)量資料以±s表示，組間比較采用成組t檢驗(yàn)，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組掃描長(zhǎng)度及輻射劑量比較 兩組掃描長(zhǎng)度比較無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＞0.05)，但觀察組CTDIvol、DLP、ED均明顯低于對(duì)照組(P＜0.05)。見表1。

表1 兩組掃描長(zhǎng)度及輻射劑量比較（±s）

表1 兩組掃描長(zhǎng)度及輻射劑量比較（±s）

注:與對(duì)照組比較,①P＜0.05

組別 n 掃描長(zhǎng)度(cm) CTDI(mGy)DLP(mGy·cm) ED(mSv)

2.2 兩組各層面CT值、SD、SNR、CNR比較 兩組間腹主動(dòng)脈和髂總動(dòng)脈CT值、SD、SNR及CNR比較無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＞0.05)；觀察組股淺動(dòng)脈、腘動(dòng)脈和脛后動(dòng)脈CT值均高于對(duì)照組 (P＜0.05)，股淺動(dòng)脈、腘動(dòng)脈和脛后動(dòng)脈SD略高于對(duì)照組(P＜0.05)，股淺動(dòng)脈、腘動(dòng)脈和脛后動(dòng)脈SNR和CNR均低于對(duì)照組(P＜0.05)。見表2。

表2 兩組各層面CT值、SD、SNR、CNR比較(±s）

表2 兩組各層面CT值、SD、SNR、CNR比較(±s）

注:與對(duì)照組比較,①P＜0.05

CT值 SD

2.3 兩組圖像質(zhì)量主觀評(píng)分比較 觀察組圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)得分為（4.20±0.58）分，與對(duì)照組得分(4.08±0.57)分比較無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＞0.05)。

3 討論

根據(jù)國(guó)際放射防護(hù)委員會(huì)(ICRP)提出的合理使用劑量最優(yōu)化(ALARA)原則，在保證圖像質(zhì)量滿足診斷需求的前提下，合理降低CT輻射劑量已成為重要技術(shù)課題之一[6]。輻射劑量受管電流、管電壓、螺距和掃描范圍等多種參數(shù)的影響，ATCM根據(jù)人體在Z軸上的厚度以及不同組織的X射線衰減，管電流相應(yīng)進(jìn)行自動(dòng)智能調(diào)節(jié)，提高射線利用率，使圖像整體噪聲保持在預(yù)設(shè)水平[7]。NI可以控制管電流輸出的范圍，NI越小，輻射劑量越大，較高的NI會(huì)使圖像質(zhì)量在一定程度上下降，但輻射劑量顯著減少；而利用IR可抑制ATCM低管電流所致圖像噪聲，提高SNR和CNR值，從而獲得穩(wěn)定的圖像質(zhì)量，同時(shí)進(jìn)一步降低輻射劑量[8]。本研究中，觀察組CTDIvol、DLP、ED較對(duì)照組均明顯降低，其有效輻射劑量降低約46.65%，而圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，表明ATCM結(jié)合IR掃描方案可在保證圖像整體質(zhì)量的前提下，有效降低輻射劑量。

本研究結(jié)果顯示，觀察組盆腹部圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)與對(duì)照組相比無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，而大腿、膝部和小腿層面的圖像噪聲略高于對(duì)照組。推測(cè)由于盆腹部組織寬而厚，X射線衰竭明顯，ATCM調(diào)節(jié)管電流值增高，與對(duì)照組管電流值相近，故兩組間圖像噪聲變化不明顯；而腿部組織窄而薄，X射線衰減值小，組織對(duì)比明顯，調(diào)節(jié)管電流大幅下降，觀察組低輻射劑量獲得相對(duì)穩(wěn)定圖像噪聲值與對(duì)照組高輻射劑量下低圖像噪聲值形成定量差別，但對(duì)診斷價(jià)值主觀評(píng)價(jià)尚無明顯區(qū)別。

固定大mAs使受檢者接受過多的劑量，實(shí)際上并不一定能夠獲得額外的診斷信息，可以允許一定噪聲水平的存在而不影響診斷[9]。兩位醫(yī)師一致認(rèn)為兩種方法均較好地顯示下肢動(dòng)脈血管及小分支，分節(jié)段總體顯示能力和圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)比較無明顯差異，可見本試驗(yàn)方法不會(huì)降低圖像整體質(zhì)量。另外，腘動(dòng)脈的兩組CT值均高于同組內(nèi)其他層面，且差異明顯，認(rèn)為由于下肢動(dòng)脈血液循環(huán)時(shí)間個(gè)體差異較大，容易導(dǎo)致CT掃描速度與對(duì)比劑在相應(yīng)層面血管內(nèi)達(dá)峰時(shí)間不匹配[10]。本試驗(yàn)CT掃描至腘動(dòng)脈層面時(shí)間正值腘動(dòng)脈對(duì)比劑達(dá)峰值時(shí)間有關(guān)，對(duì)今后觀察腘動(dòng)脈血流情況有一定臨床指導(dǎo)意義。

綜上所述，ATCM結(jié)合IR掃描方案可在保證圖像整體質(zhì)量的前提下，有效降低輻射劑量，可作為日后下肢動(dòng)脈CTA低劑量掃描手段之一。但由于樣本量少，本研究結(jié)果還不足以明確適用于肥胖者。

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Feasibility of ATCM combined with IR in reduction of radiation dose of extremity arterial CTA

He Jun,Wang Jianqiu,Li Kai Department of Radiology,the First People's Hospital of Yibin,Yibin,Sichuan,644000,China

Objective To explore the feasibility of automatic tube current modulation(ATCM)combined with iterative reconstruction algorithm (IR)in the reduction of radiation dose of extremity arterial CTA.MethodsA total of 51 patients who received CTA examination of lower limb artery in our hospital were selected and randomly divided into the observation group(n=32)and the control group(n=19).The tube current time in the control group was set to be 300 mAs;the treatment was conducted after the FBP byconventional filtered back projection method.The noise index(NI)in the observation group was set to be the fixed value 10;the treatment was conducted when ATCM combined with GradeⅢ (about 50%)weight IR was applied.The vascular CT value at the selection level and CT SD,SNR,CNR,CTDIvol,DLP,ED and scan length were measured respectively,and the image quality was evaluated subjectively.ResultsThe scan length in the two groups showed no significant difference(P＞0.05);compared with the control group,the CTDIvol,DLP and ED in the observation group were significantly lower(P＜0.05);the CT and SD of superficial femoral artery,popliteal artery and the posterior tibial artery in the observation group were higher than those in the control group(P＜0.05),and the SNR and CNR were lower than those in the control group(P＜0.05);the subjective image quality scores in the observation group were(4.20±0.58)points,and those in the control group were(4.08±0.57)points,showing no statistical significance (P＞0.05).ConclusionATCM combined with IR can effectively reduce the radiation dose in the premise of ensuring the overall quality of the image.It can provide a noninvasive,accurate and effective method of examination,thus can be used as one of the low dose CTA scanning methods.

lower limb artery CTA;ATCM;IR;radiation dosage

R 81

A

1004-0188（2016）12-1462-04

10.3969/j.issn.1004-0188.2016.12.034

2016-05-04）

644000四川 宜賓，宜賓市第一人民醫(yī)院放射科