1.東部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院（原南京軍區(qū)南京總醫(yī)院） a.醫(yī)學(xué)影像科；b.泌尿外科，江蘇 南京 210002；2.北部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院 a.重癥（戰(zhàn)）創(chuàng)傷救治中心實驗室；b.放射診斷科，遼寧 沈陽 110016

引言

胸腹主動脈及腎動脈病變是一種致死率極高的大血管病變，發(fā)病率呈逐年上升的趨勢。胸腹主動脈及腎動脈病變通常包括：胸腹主動脈瘤、主動脈夾層、壁內(nèi)血腫、先天性腎動脈狹窄及腎動脈發(fā)育異常（早發(fā)分支、副腎動脈）等[1-2]。對胸腹主動脈及腎動脈病變的早期診斷，可有效的降低患者死亡率。目前，臨床常選擇胸腹主動脈及腎動脈CT血管成像（CT Angiography，CTA）作為診斷胸腹主動脈及腎動脈病變的首選方法[3]。由于胸腹主動脈及腎動脈CTA成像是在二維膠片上進行顯示，其逼真性和立體性仍存在一定的不足。近年來，隨著3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的運用，胸腹主動脈及腎動脈3D打印可為胸腹主動脈及腎動脈病變的診治提供新的思路。

胸腹主動脈及腎動脈3D打印可利于病變（發(fā)生部位、范圍及程度）的顯示，使手術(shù)醫(yī)生可以真正做到三維立體的去觀測病變，對手術(shù)方案的制定、模擬手術(shù)過程起著重要作用，特別是在腎腫瘤切除時，術(shù)前準(zhǔn)確顯示出腎動脈與腫瘤關(guān)系，可大大節(jié)省手術(shù)時間、減低手術(shù)難度。目前，常采用多層螺旋CT掃描獲取的DICOM文件作為3D打印的源數(shù)據(jù)[4]，為了提高3D打印模型的質(zhì)量，人們常采用增加CT掃描時的管電壓和管電流來得以實現(xiàn)。根據(jù)國際放射防護委員會規(guī)定，公眾個人受照射的年輻射劑量當(dāng)量應(yīng)低于50 mSv，這是因為較高的CT輻射劑量可對人體的甲狀腺、性腺及晶狀體等造成損傷，甚至誘發(fā)某些惡性腫瘤[5-6]。如何能在保證胸腹主動脈及腎動脈3D打印模型質(zhì)量的前提下，盡可能的降低患者所受的CT輻射劑量，則成為一名影像工作者不可推卸的責(zé)任。本研究通過采用KV assist聯(lián)合自動管電流調(diào)制技術(shù)（Automated Tube Current Modulation Technique，ATCM），探討降低胸腹主動脈及腎動脈3D建模打印輻射劑量的可行性。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2018年1月至2019年4月間疑擬行胸腹主動脈及腎動脈3D建模打印的患者40例，其中男性29例，女性11例，年齡32～83歲，平均年齡（57.48±18.53）歲。隨機分為A、B兩組，每組20例，A組男性14例，女性6例，平均年齡（53.9±11.7）歲；B組男性15例，女性5例，平均年齡（52.7±13.2）歲。所有患者均簽署知情同意書，并排除造影劑使用禁忌。

1.2 胸腹主動脈及腎動脈CT DICOM文件獲取

采用Discovery CT750 HD（GE公司，美國）進行檢查，掃描范圍從胸廓入口處至恥骨聯(lián)合水平處。A組（低劑量CT掃描方案）：KV assist技術(shù)（80～140 kV）聯(lián)合ATCM（50～600 mA）及自適應(yīng)統(tǒng)計迭代重建（Adaptive Statistical Iterative Reconstruction，ASiR）；B組（常規(guī)劑量CT掃描方案）：120 kV，250 mA及濾波反投影（Filtered Back Projection，F(xiàn)BP）重建。噪聲指數(shù)（Noise Index，NI）為11.75。其它掃描參數(shù)如下：探測器寬度40 mm，掃描層厚0.625 mm，螺距1.375:1，進床速度27.5 mm/r，機架旋轉(zhuǎn)速度0.8 s/r。采用對比劑團注跟蹤技術(shù)，當(dāng)峰值達到150 HU時，進行手動觸發(fā)，監(jiān)測層面設(shè)為主動脈弓水平。自肘前靜脈注射對比劑320 mgI/mL，注射速率為6.0 mL/s，注射劑量為60～80 mL，并以相同速率注射生理鹽水30 mL進行沖管。將兩組掃描方案獲取的CT數(shù)據(jù)，拆分為0.625 mm層厚傳至GE AW 4.6工作站，進行三維重建。

1.3 胸腹主動脈及腎動脈3D建模打印

將兩組CT DICOM數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics 10.01軟件（Materialise公司，比利時）進行胸腹主動脈及腎動脈三維重建，去除周圍無關(guān)的組織結(jié)構(gòu)，并將重建結(jié)果導(dǎo)入至Materialise 3-matic軟件（Materialise公司，比利時），將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為STL格式，采用CAD軟件完成胸腹主動脈及腎動脈3D建模；最后將其輸入Z Corp快速成型打印機（Z Corporation公司，美國），完成胸腹主動脈及腎動脈3D打印。

1.4 胸腹主動脈及腎動脈3D建模打印的客觀評價

記錄兩組方案CT掃描后所提供的CT劑量加權(quán)指數(shù)（Volume CT Dose Index，CTDIvol）和劑量長度乘積（Dose Length Product，DLP），并根據(jù)有效輻射劑量（Effective Dose，ED）計算公式，ED=DLP×K，計算出患者所受的輻射劑量，其中K值為轉(zhuǎn)換因子，根據(jù)歐盟委員會CT質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)指南，本研究中K=0.017 mSv/(mGy·cm)[7]。

1.5 胸腹主動脈及腎動脈3D建模打印的主觀評價

由兩名泌尿外科醫(yī)師（一名從事本專業(yè)工作10年，另一名從事本專業(yè)工作20年）對兩組胸腹主動脈及腎動脈3D建模打印結(jié)果進行盲態(tài)評估。采用4分法對胸腹主動脈及腎動脈3D建模打印質(zhì)量進行評分。評分標(biāo)準(zhǔn)：1分，3D建模質(zhì)量差，血管無法明確顯示，解剖結(jié)構(gòu)嚴重缺失，解剖細節(jié)粗陋，無法滿足臨床診治需求；2分，3D建模質(zhì)量尚可，血管可見明確顯示，解剖結(jié)構(gòu)部分缺失，解剖細節(jié)粗糙，無法較好滿足臨床診治需求；3分，3D建模質(zhì)量較好，血管顯示清晰，解剖結(jié)構(gòu)完整，解剖細節(jié)清晰，可滿足臨床診治需求；4分，3D建模質(zhì)量優(yōu)，血管顯示清晰、逼真，解剖結(jié)構(gòu)完整，解剖細節(jié)清晰、銳利，可較好滿足臨床診治需求。3D建模結(jié)果的主觀評分：3～4分，認為滿足臨床需求；1～2分，認為不符合臨床需求；最終結(jié)果取兩位醫(yī)師評分值的均值。

1.6 統(tǒng)計學(xué)分析

應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)軟件SPSS 17.0進行統(tǒng)計學(xué)分析。A、B兩組患者的一般資料、CTDIvol、DLP及ED值均采用均值±標(biāo)準(zhǔn)差（x-±s）表示；A、B兩組患者的3D建模打印圖像質(zhì)量主觀評價應(yīng)用Mann-Whitney U檢驗；兩名3D打印工程師對3D建模質(zhì)量的評分一致性采用Kappa檢驗。P＜0.05認為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組一般資料對比

結(jié)果顯示，A、B兩組患者的年齡、身高、體重及身體質(zhì)量指數(shù)（Body Mass Index，BMI）均無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）（表1）。

表1 兩組一般資料對比結(jié)果

2.2 兩組CT輻射劑量對比

A組的CTDIvol、DLP及ED均值均明顯低于B組，差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）（表2）。兩組方案進行三維重建結(jié)果比較，見圖1。

表2 兩組CT輻射劑量對比結(jié)果

圖1 兩組CT掃描方案完成胸腹主動脈及腎動脈CTA三維重建結(jié)果比較

2.3 兩組胸腹主動脈及腎動脈3D建模質(zhì)量的主觀評分

兩組患者胸腹主動脈及腎動脈3D建模質(zhì)量的主觀評分均在3分及3分以上，完全滿足臨床診治的需求，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.752）。兩名泌尿外科醫(yī)師的主觀評分一致性為良好（Kappa=0.713，P＜0.001）。（表 3、圖 2）。

表3 兩名泌尿外科醫(yī)師對胸腹主動脈及腎動脈3D建模質(zhì)量的一致性分析

圖2 兩組CT掃描方案完成胸腹主動脈及腎動脈3D建模打印結(jié)果比較

3 討論

隨著3D打印技術(shù)在臨床診療中的日益推廣，胸腹主動脈及腎動脈3D打印可形象、逼真的顯示胸腹主動脈及腎動脈解剖結(jié)構(gòu)及常見病變，可有助于手術(shù)方案的制定、模擬手術(shù)過程、指導(dǎo)臨床教學(xué)以及增進醫(yī)患溝通提供新的方法[8]。然而，在獲取CT DICOM數(shù)據(jù)時，CT掃描所帶來的高輻射劑量危害，日益引起人們的關(guān)注，在某種程度上限制了3D打印技術(shù)在臨床上的推廣。近年來，低劑量CT掃描技術(shù)在國內(nèi)外臨床實踐中均有運用，然而該技術(shù)在3D打印中卻罕有報道。本研究通過探討低劑量CT掃描技術(shù)在3D打印中的可行性，進而保證了3D打印技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的廣泛推廣，打消了3D打印技術(shù)給患者帶來高輻射劑量危害的顧慮。

目前，低劑量CT掃描技術(shù)的方法主要有：降低管電壓、降低管電流、減少Z軸掃描范圍、縮短曝光時間，以及應(yīng)用不同迭代算法等[9-11]。KV assist和ATCM技術(shù)均是智能降低輻射劑量的技術(shù)，這與當(dāng)下流行的人工智能技術(shù)略有相似之處；KV assist技術(shù)可根據(jù)受檢者的不同部位、檢查目的及體型大小，參照預(yù)先設(shè)置好的圖像質(zhì)量水平，智能地計算出不同管電壓下受檢者所需的管電流基礎(chǔ)值多少和變化范圍曲線，并與CT機生成的CTDIvol相比較，自動篩選出較低、較適宜的kV值進行掃描[12]。ATCM技術(shù)是根據(jù)計算機系統(tǒng)參照CT定位相所檢測到的受檢部位和臟器的厚度、密度，并結(jié)合預(yù)先設(shè)定的圖像噪聲指數(shù)估算出掃描各層面所需要的管電流值，智能的進行管電流調(diào)節(jié)，進而得出較低、較適宜的mA值進行掃描[13]。通過上述技術(shù)，可智能化、個體化的降低患者所遭受的CT輻射劑量。

傳統(tǒng)的FBP方法，是在較高的管電壓、管電流進行的，在同樣噪聲允許的范圍條件下，應(yīng)用ASiR后，會大幅度的降低掃描時的管電壓及管電流，從而減少患者所受的輻射劑量。FBP技術(shù)一直是傳統(tǒng)CT影像重建技術(shù)，但當(dāng)輻射劑量不足、噪聲較大時，F(xiàn)BP重建圖像質(zhì)量有可能無法滿足臨床診斷需要。與FBP相比，ASiR具有可在數(shù)據(jù)不完整和低噪聲比（低劑量）條件下獲得更高質(zhì)量圖像的優(yōu)點[14-15]。根據(jù)本課題組以往的研究結(jié)果證實，選用50%的ASIR算法進行數(shù)據(jù)補償，發(fā)現(xiàn)在胸腹主動脈及腎動脈CTA圖像上低劑量掃描方案與常規(guī)劑量掃描方案相比，兩組胸腹主動脈及腎動脈CTA結(jié)果無顯著差別[16-17]。本研究中，A組（低劑量組）較B組（常規(guī)劑量組）CT有效輻射劑量（ED）減少了5.81 mSv，輻射劑量下降約38.2%。而在最終胸腹主動脈及腎動脈3D建模打印質(zhì)量的主觀評價中，發(fā)現(xiàn)采用兩組方案完成的3D建模質(zhì)量評分均在3分及以上，可較好的滿足臨床醫(yī)生的需求，兩組間無明顯差異（P＞0.05）。同時，本研究經(jīng)過泌尿外科醫(yī)師和醫(yī)學(xué)影像科醫(yī)師共同商議，首次提出胸腹主動脈及腎動脈3D建模打印質(zhì)量的主觀評分標(biāo)準(zhǔn)，為今后的此類研究提供了參考標(biāo)準(zhǔn)。

本研究著眼于3D建模打印的原因是，3D建模打印為3D打印前的最后一個環(huán)節(jié)，因此3D建模打印質(zhì)量的好壞，直接決定著3D實物打印模型的質(zhì)量，同時3D建模打印具有可重復(fù)性強、時間周期短、零材料消耗等優(yōu)點，不僅節(jié)省了時間，避免了材料的浪費，同時為3D打印前的多次摸索提供了保障。此外，本研究尚存在一些不足之處：① 采用不同ASIR百分數(shù)值條件下，3D建模結(jié)果差異的比較，進而得出最佳ASiR百分數(shù)值獲取的胸腹主動脈及腎動脈3D建模結(jié)果；② 本研究尚未考慮到對比劑用量的個體化問題，以及采用低濃度對比劑條件下進行3D建模打印的可行性。這些問題將在今后的研究中進一步論證。

綜上所述，采用低劑量CT掃描技術(shù)生成CT DICOM數(shù)據(jù)行胸腹主動脈及腎動脈3D建模打印，可在保證3D打印質(zhì)量的同時，大幅度降低受檢者所受的CT輻射劑量。