海軍軍醫(yī)大學附屬醫(yī)院長海醫(yī)院影像醫(yī)學科 (上海 200043)

尹 偉 馬曉璐 黃 挺王敏杰

冠狀動脈CTA作為一種無創(chuàng)、能準確評價冠心病和心臟結構的有效方法，被廣泛應用于臨床，但其帶來的輻射問題亦引起越來越廣泛的關注[1]。目前降低輻射劑量的主要手段是采用合適的心電門控心臟CT掃描模式、降低管電壓、降低管電流、增大螺距以及使用高級迭代算法等[2-5]。隨著計算機的快速發(fā)展，新的迭代算法與其它低劑量掃描技術的聯合使用成為冠狀動脈成像的研究熱點。全模型迭代重建(iterative model reconstruction，IMR)技術是飛利浦最新一代的迭代重建算法，相比于混合迭代重建算法，IMR技術的降噪能力更強，圖像質量更優(yōu)。該技術在冠狀動脈CTA低劑量成像中的應用報道較少[6]。本研究旨在探討IMR技術在超低劑量成像條件下冠狀動脈CTA成像的可行性，并分析圖像質量的客觀因素與主觀因素。

1 資料與方法

1.1 一般資料回顧性分析2017年4月～2017年6月在我院就診的35位行冠狀動脈成像檢查患者資料，男19例，女16例，年齡(54±14.4)歲；體重質量指數(body mass index，BMI)(26.2±4.2)Kg/m2；患者主要臨床表現為胸悶、心前區(qū)疼痛。納入標準：竇性心律，心率≤65；排除標準：BMI＞30kg/m2；心律不齊者；嚴重腎功能不全(肌酐清除率≤120)收縮期重建圖像有明顯運動偽影，無法滿足診斷要求。最終27例納入研究，平均心率(60±4.5)bpm。

1.2 儀器與方法所有冠狀動脈CTA檢查均在飛利浦256層螺旋CT上完成，心率過高的患者口服倍他樂克進行控制，掃描前進行嚴格的屏氣訓練，并于掃描前3min舌下含服硝酸甘油0.5mg，掃描時先行雙側定位像掃描，掃描范圍為氣管分叉下方10mm至心臟膈面。采用雙筒高壓注射器以5.0mL/s的流速在右側肘關節(jié)處靜脈注射，對比劑采用非離子碘對比劑碘普羅胺(Iopromide,370mgI/mL)60mL，對比劑注射完畢后加注40mL生理鹽水。采用自動觸發(fā)掃描技術，監(jiān)測位置定在降主動脈起始處，觸發(fā)閾值為110HU，當CT值達到閾值后，延遲6秒開始掃描。管電壓：100kV，采用自動管電流技術，準直器寬度128×0.625mm，機架旋轉速度0.27s/rot，重建參數：層厚：0.9mm；層間距：0.45mm；FOV：210mm×210mm；矩陣：512×512；窗寬/窗位：90/750。掃描完成后記錄相關數據，如CTDIvol、DLP及ED，ED值=DLP×轉換系數[k成人=0.014mSv/(mGy·cm)]。

將心臟舒張末期原始數據采用iDose4(L4)重建，心臟收縮末期分別采用iDose4(L4)、iDose4(L7)、IMR(L1)、IMR(L2)和IMR(L3)算法重建，重建后的圖像分別記為A、B、C、D、E和F組。iDose4采用常規(guī)心臟卷積函數XCB，IMR采用cardiac-routine算法。并將圖像上傳至飛利浦星云工作站(ISP)上進行后處理及圖像分析。

1.3 圖像質量評估客觀評價指標：將ROI置于升主動脈根部(左主干開口層面)，大小(50±1)mm2，測量其CT值(記為SI)及標準差(SD值)，SD值即為圖像噪聲；以心包內脂肪作為背景組織，計算主動脈的SNR和CNR。測量時盡量使ROI大小、位置保持一致，避開管壁上鈣化和斑塊。SNR=主動脈CT值/SD，對比噪聲比(CNR)=(SI主動脈-SI心包脂肪)/SD主動脈[7]。

主觀圖像質量評分：對數據橫斷面及MPR圖像進行綜合評估，內容包括血管和周圍組織的對比度、管腔邊緣銳利度、主觀噪聲、整體圖像質量。上述指標按照4分法評定[8]。4分：血管顯示連續(xù)，邊緣銳利，無偽影；3分：血管顯示連續(xù)，邊緣少許偽影，噪聲增大，不影響管腔的評估；2分：血管顯示連續(xù)，血管邊緣中度偽影，管腔模糊，難以評價；1分：血管顯示連續(xù)，邊緣嚴重偽影，管腔不能評價或血管顯示中段移位嚴重。由2名不知道掃描條件的有經驗的放射科醫(yī)生對圖像進行獨立評價，最終結果取2名醫(yī)師評分的平均值。

1.4 統計學方法采用SPSS19.0軟件進行統計學分析.所有計量資料采用(±s)表示，各組間客觀評價指標(噪聲、SNR、CNR)采用單因素方差分析，組間兩兩比較采用Bonferroni檢驗，主觀圖像質量評分采用Kruskal-Wallis非參數檢驗，其他組與A組間兩兩比較采用Mann-Whitney U檢驗。P＜0.01為差異有統計學意義。2名醫(yī)師對6組圖像主觀評分的一致性分析采用χ2檢驗。

2 結 果

共27例檢查同時完成收縮期與舒張期圖像的重建，并可用于診斷。BMI值為(24.74±3.47)Kg/m2，常規(guī)組理論輻射劑量為(9.77±2.72)msv，低劑量組理論輻射劑量為(1.95±0.54)msv，兩組輻射劑量比較差異有統計學意義(F=19.02，P＜0.01)。輻射劑量見表1。

2.1 客觀指標評價結果以常規(guī)輻射劑量聯合iDose4重建算法為標準，隨著管電流大幅度降低，在相同重建算法條件下，圖像噪聲增加，SNR與CNR降低，與常規(guī)組比較差異有統計學意義(P均＜0.01)。在聯合IMR重建算法條件下，噪聲得到很好的抑制，與常規(guī)組比較差異均無統計學意義(P分別為1、1與0.04)；而SNR與CNR得到大幅改善，IMR組中等級1重建圖像與常規(guī)組比較差異無統計學意義(P均＜0.01)。其中IMR組中等級2與等級3甚至優(yōu)于常規(guī)(P均＞0.01)，見表2。

2.2 主觀指標評價結果分析比較常規(guī)組與低劑量組圖像質量評分，兩位觀察者的相關系數為0.864，表明兩位觀察者的評價具有很高的吻合性。A、B、C、D、E與F組主觀整體圖像質量評分為[(3.93±0.27)、(2.22±0.75)、(3.0±0.55)、(3.8±0.4)、(3.96±0.19)、(3.96±0.19)，見圖1-6；H值為118.7，P＜0.01]，兩兩比較顯示，低劑量B、C組圖像質量最差，見圖2-3，與A組圖像間差異均有統計學意義(P均＜0.01)，見圖1。低劑量D、E和F組圖像質量有較大改善，見圖4-6，與A組圖像間比較差異無統計學意義(P均＞0.01)，見表3，見圖1。

表1 固定管電流技術（理論值）與基于-管電流調制技術（實際值）輻射劑量比較（±s）

表1 固定管電流技術（理論值）與基于-管電流調制技術（實際值）輻射劑量比較（±s）

注：對基于管電流調制技術的回顧性心電門控螺旋掃描數據進行重建，根據重建時相的管電流不同換算成理論峰值管電流組與理論低管電流組。實際管電流組為最終成像所用輻射劑量

分組 輻射劑量mA ED（msv） F值 P值理論峰值管電流 1028.2±285 9.77±2.72 130.39 ＜0.01理論低管電流 205.6±57 1.95±0.54實際管電流 563.1±153 5.37±1.49

表2 兩種重建算法在不同劑量條件下所得圖像的客觀指標比較（±s）

表2 兩種重建算法在不同劑量條件下所得圖像的客觀指標比較（±s）

注：A組：常規(guī)管電流聯合iDose4（L4）重建圖像；B組：低管電流（20%）聯合iDose4（L4）重建圖像；C組：低管電流（20%）聯合iDose4（L7）重建圖像；D組：低管電流（20%）聯合IMR（L1）重建圖像；E組：低管電流（20%）聯合IMR（L2）重建圖像；F組：低管電流（20%）聯合IMR（L3）重建圖像

組別 客觀指標CT值（HU） 噪聲（HU） SNR CNR A組 567.14±96.61 34.54±8.09 17.14±4.83 20.36±5.23 B組 574.48±104.09 88.54±34.04 7.24±2.65 8.6±2.86 C組 580.7±103.96 56.65±22.92 7.9±3.3 13.4±5.7 D組 568.53±101.87 35.72±6.78 16.4±4.01 19.69±4.47 E組 568.59±101.89 27.73±5.76 21.21±5.34 25.47±5.98 F組 568.67±101.94 21.44±5.36 27.71±7.21 33.11±8.45 F值 0.085 62.89 67.01 75.84 P值 0.995 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01

表3 兩種重建算法在不同劑量條件-下所得圖像的主觀評分比較比較（分,±s）

表3 兩種重建算法在不同劑量條件-下所得圖像的主觀評分比較比較（分,±s）

組別 例數 主觀噪聲 血管邊緣銳利度 偽影 圖像整體質量1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 A組 27 0 0 5 22 0 0 2 25 0 0 2 25 0 0 2 25 B組 27 5 17 5 0 4 13 10 0 4 11 12 0 5 11 11 0 C組 27 0 6 20 1 1 3 19 4 0 5 17 5 0 4 19 4 D組 27 0 0 18 9 0 0 6 21 0 0 5 22 0 0 5 22 E組 27 0 0 1 26 0 0 2 25 0 0 2 25 0 0 1 26 F組 27 0 0 0 27 0 0 1 26 0 0 2 25 0 0 1 26 H值 119.59 114.83 109.94 118.7 P值 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01

3 討 論

iDose4與IMR重建算法都是飛利浦公司最新推出的迭代算法，相比于最基礎的濾波反投影重建算法(filtered back projection，FBP)，iDose4結合了解剖幾何形態(tài)學重建平臺和以X線衰減特性設計的統計學模型，該平臺對數據的完整性要求較低，在一定程度上可以降低輻射的照射量，使圖像噪聲水平得到有效的抑制，但在重建過程中，由于混合了部分FBP算法，使得降噪水平有限。而IMR算法還加入了強化器官本身固有特性的優(yōu)化功能以及強化目標病變特性為臨床目標的平臺,使得該重建算法擺脫了FBP算法，該算法的降噪水平與空間分辨率都得到大幅提高，這讓IMR技術在超低輻射劑量條件下進行冠狀動脈成像得到理論支持[9]。

回顧性心電門控螺旋掃描是實現冠狀動脈CTA成像的最早方式之一，其輻射劑量也是最高的，采用最原始的濾波反投影法重建算法達到5.96～13.52msv(平均8.99msv)，而應用較新的混合迭代重建算法可降為2.16～10.15msv(平均4.6msv)[3]，目前主要應用于心率快、心律不齊或需要進行心功能評估的患者。然而，除了對心功能評估外，我們只需用偽影最少的心動周期時相進行影像重建，即可進行冠狀動脈的診斷，其他時相的數據是不需要的?；诖耍珻T廠家先后開發(fā)了根據患者心電圖(ECG)信號調節(jié)管電流的技術，即ECG管電流調制技術。該技術可根據心率控制心臟任意時相進行全劑量曝光，而在時間窗外時相只采用全劑量的20%條件進行曝光。該方法相對于單純的回顧性心電門控掃描，大幅降低了輻射劑量，與固定管電流技術的回顧性心電門螺旋掃描相比，該方法可降低的輻射劑量約40%～48%[10]。

迭代重建算法由于可以大幅降低圖像噪聲，可以在低輻射劑量或低對比劑負荷的心血管CT掃描時穩(wěn)定圖像質量，因此聯合高級迭代重建算法可降低輻射劑量。Yin等[11]的研究顯示在50%的曝光條件下聯合高級迭代算法可以完成冠狀動脈CTA檢查，使得患者接受的輻射劑量在下降52%的情況下，還能保證診斷的敏感度、特異度和準確度。蔣俊[12]等在動物研究中表明，用IMR算法可降低70%劑量亦可獲得與FBP重建的常規(guī)劑量相當的圖像質量，且表明iDose4重建只能降低50%劑量，而IMR重建算法有進一步降低輻射劑量的潛能。本研究比較了常規(guī)管電流條件下的iDose4(L4)重建圖像與低管電流條件下的iDose4(L4、L7)與IMR(L1～L3)重建圖像，最后得到的低劑量組理論輻射劑量為(1.95±0.54)msv，IMR重建算法比iDose4最高降噪水平的降噪能力更高，有較iDose4重建算法進一步降低了輻射劑量的潛能。

圖1-6 男, 74歲, BMI=21.7，ED:4.3msv。圖1為常規(guī)管電流條件下聯合iDose4(L4)重建圖像，圖2-6為20%管電流條件下分別聯合iDose4(L4、L7)重建以及IMR（L1～L3）重建圖像；IMR較iDose4可明顯降低圖像噪聲，提高圖像質量。

本研究的局限性：1.未對各組圖像中的病灶進行斑塊比較、分析，大幅度降低輻射劑量是否影響斑塊的分析有待研究；2.本論文降低輻射的尺度未應用到前瞻性心電門控掃描模式中。3.分組較少，未探討iDose4算法與IMR算法下最佳管電流水平。

綜上所述，應用IMR重建技術，可以通過大幅降低管電流的方法來降低輻射劑量，并可保證圖像質量，因此，對于肥胖病人的檢查是一種行之有效的降低劑量的方法，具有重要的臨床應用價值。