姜健,王可,許玉峰,徐莎莎,劉建新,王霄英

·LI-RADS臨床應(yīng)用研究專題·

低輻射劑量肝臟CT增強(qiáng)掃描:80kVp結(jié)合迭代重建技術(shù)的初步研究

姜健,王可,許玉峰,徐莎莎,劉建新,王霄英

目的:探討80 kVp管電壓結(jié)合迭代重建技術(shù)(SAFIRE)在正常體重人群肝臟CT增強(qiáng)掃描中應(yīng)用的可行性。方法:前瞻性地對身體質(zhì)量指數(shù)(BMI)18～24 kg/m2、臨床懷疑肝臟疾病的46例患者采用低輻射劑量(80 kVp、420 mAs)進(jìn)行CT增強(qiáng)掃描,對比劑注射采用個性化方案。以濾波反投影法(FBP)和5種強(qiáng)度SAFIRE(1～5)方法分別進(jìn)行圖像重建。圖像質(zhì)量的客觀評估指標(biāo):圖像噪聲、對比噪聲比(CNR)、品質(zhì)指數(shù)(FOM)。圖像質(zhì)量的主觀評估:對圖像噪聲、血管顯示、偽影及圖像整體質(zhì)量進(jìn)行主觀評分,并對動脈晚期的期相進(jìn)行評估。結(jié)果:圖像質(zhì)量客觀評估結(jié)果:SAFIRE-5圖像的噪聲最小,CNR及FOM值最高,與其余5組圖像間差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)。圖像質(zhì)量主觀評估結(jié)果: SAFIRE-5圖像的噪聲、血管顯示情況及硬化偽影的評估結(jié)果均優(yōu)于其它5組,但“蠟樣”偽影的評分明顯低于其它各組,使其圖像整體評分受到影響;SAFIRE-3圖像的整體評分最高,與其它各組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義;95.6%(44/46)的動脈晚期圖像質(zhì)量合格。結(jié)論:正常體型人群行肝臟CT增強(qiáng)掃描時,使用80kVp結(jié)合迭代重建技術(shù)及個性化對比劑注射方案,能得到較好的圖像質(zhì)量;此種條件下,建議使用SAFIRE-3進(jìn)行圖像重建。

體層攝影術(shù),X線計算機(jī);管電壓;迭代重建技術(shù);圖像質(zhì)量;肝臟疾病

常規(guī)腹部CT檢查是臨床廣泛應(yīng)用的檢查方法,但輻射劑量較高[1]。使用低管電壓技術(shù)可以降低CT的輻射劑量,同時可以提高CT對比增強(qiáng)掃描圖像中含碘區(qū)域的對比度,對診斷有益[2-3]。但是降低管電壓,圖像噪聲增加,將影響圖像質(zhì)量。與臨床常用的濾波反投影重建法(filtered back projection,FBP)相比,迭代重建算法(iterative reconstruction,IR)可以降低圖像噪聲。而正弦圖迭代重建(sinogram-affirmed iterative reconstruction,SAFIRE)作為新一代迭代重建技術(shù),可以更好地降低圖像噪聲并且提高圖像的對比度。本研究旨在探討低劑量掃描(80 kVp)結(jié)合

SAFIRE技術(shù)在正常體重人群肝臟CT增強(qiáng)掃描中應(yīng)用的可行性。

材料與方法

1.一般材料

本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn),前瞻性將本院2014年7月-2015年7月臨床疑診肝臟病變需行肝臟CT增強(qiáng)檢查的患者納入研究。共46例患者入組,男28例,女18例,年齡19～78歲,平均(45.6±13.1)歲,身體質(zhì)量系數(shù)(body mass index,BMI)18～24 kg/m2。行腹部CT增強(qiáng)檢查前對患者進(jìn)行風(fēng)險評估,確定患者無CT增強(qiáng)檢查的禁忌證。

2.掃描及后處理方法

使用Siemens Somatom Definition雙源CT機(jī)?；颊哐雠P位,掃描方向為頭足位。常規(guī)行CT平掃和三期動態(tài)增強(qiáng)掃描(動脈晚期、門靜脈期及延遲期)。其中平掃及動脈晚期的掃描范圍自膈頂至肝下緣,門靜脈期掃描范圍自肝上緣至髂嵴上方,延遲期掃描范圍自膈頂至肝下緣。使用雙筒高壓注射器(Stellant, Medrad,USA)推注對比劑碘佛醇(320 mgI/mL),劑量1.1 mL/kg,注射時間30 s,計算對比劑注射流率,之后立即以相同流率注射30 mL生理鹽水沖管。

CT掃描參數(shù):80 kVp,420 mAs,準(zhǔn)直128i× 0.6 mm,0.5 s/r,螺距0.6。增強(qiáng)掃描的延遲時間:動脈晚期為注藥后35 s,門靜脈期為65 s,延遲期為180 s。對動脈晚期圖像分別采用FBP及5種重建強(qiáng)度的SAFIRE算法進(jìn)行重建,共獲得6組數(shù)據(jù),卷積核分別為B26f及I26f,重建層厚1.0 mm,間隔0.8 mm。將重建后的數(shù)據(jù)傳至后處理工作站,應(yīng)用3D軟件進(jìn)行分析測量。

在FBP重建圖像中進(jìn)行CT值的測量。在動脈晚期圖像中選擇肝門層面,在肝實質(zhì)內(nèi)取4個等大的感興趣區(qū)(region of interest,ROI)測量CT值,取其平均值作為肝實質(zhì)CT值;測量同層面內(nèi)主動脈的CT值;測量雙側(cè)豎脊肌的CT值作為軟組織CT值;測量皮下脂肪CT值,計算其標(biāo)準(zhǔn)差(standard deviation, SD)作為圖像噪聲。在門靜脈期、延遲期圖像上測量肝實質(zhì)CT值,方法同上。所有數(shù)值的測量都在重建圖像的相同層面、相同位置進(jìn)行。

經(jīng)治療，患者皮疹等臨床癥狀完全消退，皮膚無遺留色素沉著，且已經(jīng)干燥并結(jié)痂為治療顯效；經(jīng)治療，患者疼痛癥狀有所緩解，皮疹消退程度在75%～85%之間，皮膚開始小范圍結(jié)痂為治療有效；經(jīng)治療后患者皮疹等臨床癥狀無明顯改善，極少數(shù)患者疼痛難忍，皮膚并未出現(xiàn)干燥并結(jié)痂現(xiàn)象，甚至極少數(shù)患者病情出現(xiàn)加重現(xiàn)象為治療無效；現(xiàn)階段臨床將治療總療效=顯效率+有效率。

記錄CT設(shè)備上提供的掃描時的容積CT劑量指數(shù)(CT dose index,CTDIvol)和劑量長度乘積(dose length product,DLP)。根據(jù)公式(1)和(2)計算得到有效劑量(effective dose,ED)及體型特異性劑量估計值(size-specific dose estimate,SSDE):

其中k為轉(zhuǎn)換因子,k=0.014Sv/(mGy·cm)。轉(zhuǎn)換系數(shù)是通過計算腹部前后徑和左右徑之和,然后查找線性關(guān)系表,得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)換系數(shù)[4]。

3.圖像分析

圖像質(zhì)量的客觀評價指標(biāo):肝實質(zhì)、主動脈和軟組織的平均CT值,圖像噪聲,對比噪聲比(contrastnoise ratio,CNR)及圖像的品質(zhì)指數(shù)(figure of merit, FOM)[5]。CNR和FOM的計算公式如下:

對動脈晚期的期相進(jìn)行評估,LI-RADS中指出合格動脈晚期圖像的評估標(biāo)準(zhǔn)為由2位有經(jīng)驗的放射科醫(yī)師采用盲法閱片,評價內(nèi)容包括:圖像噪聲評分、血管顯示情況(肝動脈、門靜脈及肝靜脈)、圖像硬化偽影、“蠟樣”偽影及圖像質(zhì)量整體評分。評分標(biāo)準(zhǔn)見表1。圖像質(zhì)量評分≥3分為符合臨床診斷要求,≤2分為不能達(dá)到臨床診斷要求。同時對動脈晚期的期相進(jìn)行評估,LI-RADS中提出的合格動脈晚期圖像的評估標(biāo)準(zhǔn):肝動脈顯影清楚,門靜脈內(nèi)充盈對比劑,肝靜脈內(nèi)無順序性對比劑充盈[6]。

表1 圖像質(zhì)量主觀評價指標(biāo)的評分標(biāo)準(zhǔn)

4.統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。采用重復(fù)測量方差分析對6組重建圖像的客觀評價指標(biāo)進(jìn)行比較。采用非參數(shù)秩和檢驗中的Friedman檢驗和Wilcoxon檢驗對6組重建圖像的主觀評分進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。采用Kappa檢驗評價2位醫(yī)師對圖像質(zhì)量主觀評分的一致性。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié) 果

本研究中動脈晚期CT掃描的輻射劑量: CTDIvol為(8.14±0.00)mGy,DLP為(145.41± 19.27)mGy·cm,ED為(2.08±0.32)mSv,SSDE為(12.37±1.06)mGy。本研究中對比劑平均用量為(76.98±9.13)mL。

2.圖像客觀評估結(jié)果

肝實質(zhì)在平掃、動脈晚期及門靜脈期的CT值分

別為(56.78±5.81)、(73.64±8.98)和(129.65± 19.03)HU。門靜脈期肝實質(zhì)強(qiáng)化值為(72.87± 19.44)HU。在動脈晚期圖像上全部患者的主動脈CT值均高于250 HU,平均值為(327.50±44.82)HU。

6組重建圖像的噪聲、CNR和FOM值見表2。

表2 6組重建圖像的噪聲、CNR和FOM值

表3 6組重建圖像的主觀評分結(jié)果及比較

SD、CNR、FOM在6組間比較,差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)。進(jìn)一步兩兩比較,SAFIRE 1組噪聲最大,SAFIRE 5組噪聲最小,FBP組與SAFIRE 2組之間的噪聲差異沒有統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05),其余各組間的差異均有統(tǒng)計學(xué)意義SAFIRE 5組的CNR及FOM最大,SAFIRE 1組最小,FBP組與SAFIRE 2組之間的CNR和FOM的差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05),其余各組間的CNR值的差異均有統(tǒng)計學(xué)意義,FBP組及SAFIRE 3組之間FOM的差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05),其余各組間FOM值的差異均有統(tǒng)計學(xué)意義。

3.圖像主觀評價結(jié)果

兩位醫(yī)師對圖像質(zhì)量的主觀評價結(jié)果見表3。

SAFIRE 5圖像的噪聲、血管顯示及硬化偽影的得分均高于其它各組,但“蠟樣”偽影的得分明顯低于其它各組。SAFIRE 3圖像的整體評分最高(圖1),與其它各組的差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)。46例受試者的動脈晚期圖像上肝動脈、門靜脈均可顯示,肝靜脈內(nèi)未見順行性對比劑填充44例。動脈晚期圖像的合格率為95.6%。

討 論

CT檢查的廣泛應(yīng)用,使人們在關(guān)注其診斷效能的同時,也關(guān)注射線輻射的風(fēng)險。降低輻射的方法有

很多,如降低管電壓、自動管電流、縮短掃描長度、減少掃描期相和避免不必要的重復(fù)檢查等。其中,降低管電壓是減少輻射劑量最常用的技術(shù)手段之一。本研究發(fā)現(xiàn),針對BMI 18～24 kg/m2的人群,使用80 kVp管電壓結(jié)合SAFIRE重建技術(shù)行肝臟增強(qiáng)CT掃描,可以明顯降低患者的輻射劑量,同時提供較好的圖像質(zhì)量。

如何能在保證圖像質(zhì)量的前提下,盡可能地減低患者受到的輻射劑量,是每一個影像醫(yī)療工作者所關(guān)注的問題,根據(jù)患者情況,進(jìn)行“個性化檢查”是主要解決方案。本研究中,涉及個性化的內(nèi)容,包括患者體型的分層和對比劑注射方案的個性化。個性化的前提,首先是對患者進(jìn)行分層。根據(jù)《中國成人超重與肥胖癥預(yù)防控制指南》[7],BMI 18～24 kg/m2為正常體重人群。本研究針對這一人群,我們采用80 kVp管電壓、420 mAs管電流進(jìn)行掃描,并且根據(jù)患者自身體重個性化計算對比劑用量及注射流率。

由于使用了80 kVp的管電壓,本研究中患者接受的輻射劑量(CTDIvol)較其它研究中的120 kVp管電壓結(jié)合自動管電流技術(shù)降低約為40%[8],與近期某些學(xué)者的研究結(jié)果相似[9-10]。本研究結(jié)果表明,在減低患者輻射劑量的條件下,圖像的對比度、血管及肝實質(zhì)在動脈晚期的強(qiáng)化程度仍可以達(dá)到臨床診斷要求。在如此低輻射劑量的條件下,圖像質(zhì)量合格的原因,是同時應(yīng)用了優(yōu)化的迭代重建技術(shù)及對比劑注射方案。

當(dāng)管電壓下降時,會增加圖像的噪聲,本研究中通過迭代重建(SAFIRE 1～SAFIRE 5)來降低圖像噪聲及增加圖像對比度,以糾正管電壓降低對圖像質(zhì)量的影響[11]。有研究表明,在低劑量掃描條件下使用SAFIRE重建可以提高組織的對比度[12]。SAFIRE技術(shù)采用支持原始數(shù)據(jù)的噪聲模型,該模型可以將原始數(shù)據(jù)中的噪聲投射到圖像中,并在每一次迭代算法中被抑制,經(jīng)過數(shù)次循環(huán)使圖像噪聲降低,在盡量少地改變圖形銳利度的同時,盡可能地減少硬化偽影,其重建后的圖像將不斷和原始圖像進(jìn)行對比,得到的圖像是一次次迭代重建后的組合,直到得到最佳質(zhì)量的圖像[13]。讀片者對圖像質(zhì)量的主觀感覺,受多種因素的影響。本研究中SAFIRE 5圖像的圖像噪聲、血管顯示及硬化偽影的得分均高于其它各組,但“蠟樣”偽影的得分明顯低于其它各組。由于讀片者對“蠟樣”偽影的接受度較低,所以最終的整體圖像質(zhì)量評分,以SAFIRE 3重建圖像為最佳,SAFIRE 3是最理想的重建方式。

CT增強(qiáng)掃描所使用的含碘對比劑對于腎臟的毒性作用也越來越被人們所重視,尤其是針對那些有腎功能損傷的患者[14]。在低管電壓條件下,碘的衰減增加,同等劑量的碘在圖像上的CT值增高。因而在低管電壓條件下,如果對強(qiáng)化程度的要求不變,可適當(dāng)降低對比劑用量,減少對比劑帶來的風(fēng)險[15]。通常認(rèn)為在120 kVp條件下行腹部CT增強(qiáng)檢查時,注射碘對比劑的劑量達(dá)到520～600 mgI/kg即可滿足肝臟疾病的臨床診斷要求。在理論推測和CTA的研究中已證實,當(dāng)使用80 kVp管電壓時,若想達(dá)到與120 kVp管電壓相同的CT值,需碘量只需120 kVp條件下的64%[9,16]。本研究以此為依據(jù),在使用80 kVp管電壓時,受試者所需碘量只要達(dá)到352 mgI/kg即可。因此,在CT增強(qiáng)檢查過程中,根據(jù)受試者體重及對比劑濃度,計算得到受試者注射的含碘對比劑總量。

在肝臟CT增強(qiáng)檢查技術(shù)中,除了要求強(qiáng)化程度足夠,更要求在合適的增強(qiáng)掃描時相采集圖像,目前公認(rèn)動脈晚期圖像對肝臟富血供病變、尤其是肝細(xì)胞肝癌的檢出和診斷最有價值[17]。多數(shù)研究者認(rèn)為固定注藥時間更易于準(zhǔn)確選擇各個期相的掃描時間[18],對無循環(huán)異常的患者,通常推薦注藥時間為30 s。本研究采用固定注藥時間為30 s、并延遲5 s啟動動脈晚期掃描,發(fā)現(xiàn)所有動脈晚期圖像上主動脈的CT值均高于250 HU,46例受試者肝動脈、門靜脈均可顯示,44例受試者肝靜脈內(nèi)未見對比劑填充,獲得了合格的動脈晚期圖像。

本研究存在一定的局限性。首先,受試者的數(shù)量較少,應(yīng)該進(jìn)一步收集;其次,本研究的結(jié)果只適用于BMI 18～24 kg/m2的正常體型人群,應(yīng)進(jìn)一步對其它BMI組人群進(jìn)行研究。

總之,正常體型人群行肝臟CT增強(qiáng)掃描時,可使用80 kVp結(jié)合迭代重建技術(shù)及個性化注藥方案,能得到較好的圖像質(zhì)量。此種條件下,建議使用SAFIRE 3進(jìn)行圖像重建。

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Low dose in contrast-enhanced CT scan of liver:80kVp with sinogram affirmed iterative reconstruction technique

JIANG Jian,WANG Ke,XU Yu-feng,et al.Department of Radiology,the First Hospital of Peking University,Beijing 100034,China

Objective:To evaluate the feasibility of 80kVp with sinogram affirmed iterative reconstruction(SAFIRE) technique in liver contrast-enhanced CT scan of normal weight adults.Methods:Forty-six patients with body mass index of 18～24kg/m2and suspected of hepatic diseases were prospectively recruited and then underwentliver contrast-enhanced CT using low dose(80kVp and 420 mAs)and personalized contrast injection protocol.Filtered back projection(FBP)and five SAFIRE algorithms were used respectively for image reconstruction,and 6 sets of images were obtained for each patient. For objective evaluation,image noise,contrast-to-noise ratio(CNR)and figure of merit(FOM)were measured and calculated.For subjective evaluation,subjective score of image noise,vessel conspicuity,artifacts and overall image quality were assessed,as well as the timing of late arterial phase.Results:For objective analysis,images with SAFIRE-5 algorithm showed the least image noise and the highest CNR and FOM,with statistical difference from those of the other 5 groups(P＜0.05).For subjective analysis,images with SAFIRE-5 algorithm showed the highest scores of image noise,vessel conspicuity and beam hardening artifacts,and the least score of reconstruction artifacts.As for overall image quality,the image scores of SAFIRE-3 were the highest compared with the other 5 groups.95.6%(44/46)of the patients could obtain appropriate images in late arterial phase.Conclusion:In liver contrast-enhanced CT,80kVp with iterative reconstruction technique and personalized contrast media injection protocol can obtain high quality post-contrast images;SAFIRE-3 algorithm is recommended for image reconstruction.

Tomography,X-ray computed;Tube voltage;Iterative reconstruction technique;Image quality;Liver disease

R814.42;R875

A

1000-0313(2016)04-0316-05

10.13609/j.cnki.1000-0313.2016.04.008

2016-03-03

2015-03-28)

100034 北京,北京大學(xué)第一醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科

姜健(1989-),女,遼寧省大連人,博士研究生,主要從事影像新技術(shù)研究工作。

王霄英,E-mail:cjr.wangxiaoying@vip.163.com