【影像前沿】下肢动脉低剂量CTA技术研究进展

2022-06-10 06:11:26

作者：葛琛瑾，舒政，上海中医药大学附属上海市中西医结合医院医学影像科

外周血管疾病是指由于动脉粥样硬化斑块所引起外周血管狭窄及阻塞，近年来其发生率逐年上升，研究显示65岁以上人群中6%以上患有外周血管疾病。目前，外周血管疾病和心血管疾病、脑血管疾病约占人群死亡原因的一半。在外周血管病变诊断中，侵入性下肢动脉DSA仍为金标准，但CTA近年来在外周血管疾病诊断中的应用日趋广泛。

研究显示，下肢动脉CTA对外周血管疾病诊断的敏感性和特异性与DSA相似。CTA作为一种非侵入性的检查，扫描速度快、具有很高的空间分辨力及各向同性，能行MPR及三维重建。当然，CTA也有其不足，除需使用碘对比剂外，高电离辐射是其最主要的缺点。如何在保证图像质量的情况下优化扫描参数，降低辐射剂量是下肢动脉CTA亟需解决的问题。本文就近年来下肢动脉CTA低剂量扫描技术研究进展作一综述。

1.CT扫描参数的改进

1.1降低管电压

根据X射线强度计算公式，X射线强度与管电压平方呈正比，降低管电压能有效降低辐射剂量。邹平等在不改变其他参数的情况下，将管电压从120kV降低至100kV，使辐射剂量降低了34%。Zhou等研究显示，即使使用80kV双期扫描下肢动脉，受检者所受辐射剂量也较120kV单期扫描剂量低。适当的降低管电压不仅能降低辐射剂量，还可通过增强扫描后下肢动脉CT值的增益效应补偿低电压导致的高噪声，从而减少对图像质量的影响。Duan等研究显示，使用70kV低电压，对下肢动脉阻塞性疾病检查的敏感性、特异性、阳性预测值及阴性预测值均与常规电压扫描类似。因此，降低管电压是当前下肢动脉CTA最常用的一种降低辐射剂量的方法。目前，对降低管电压尚无统一标准，不同研究采用的kV值不同。OcaPernas等比较了80kV及100kV在下肢动脉CTA中的应用效果，发现采用80kV较100kVCT辐射剂量更低，血管密度及噪声密度均增高，但不影响诊断效果。实际应用中，受检者的体质量指数也会影响辐射剂量及图像噪声，因此单纯使用低管电压技术时须考虑患者的体质量指数，这也使管电压的下降幅度受到一定限制。

1.2降低管电流

降低管电流是另一种常见的降低辐射剂量的方法。管电流输出量（mAs）与辐射剂量呈线性关系，在临床应用中比降低管电压更易控制。Fraioli等研究显示，将管电流输出量降低至50mAs，其诊断血管狭窄的准确性和130mAs无明显差异，但辐射剂量却降低了74%。目前使用的降低管电流输出量技术有固定毫安秒技术和自动毫安秒技术2种。固定毫安秒技术操作简单，程序性强，但未考虑个体差异。自动毫安秒技术是根据所设定的噪声指数和定位像所探测到的衰减值智能化地降低mAs。由于下肢上粗下细，形态变化较大，自动毫安秒技术更适用于下肢动脉CTA扫描。郭滢等研究显示，使用自动毫安秒技术较固定毫安秒技术，在保证图像质量的前提下，辐射剂量下降54.4%。在自动毫安秒技术中，合理选择噪声指数（noise index，NI）非常重要。

适当增加NI能有效减少辐射剂量。在管电压已设定的条件下，NI过低可增加管电流输出量，从而增加辐射剂量。目前国内研究多采用NI为10，而国外Iezzi等选择NI为30，对下肢动脉狭窄患者诊断结果良好。虽然降低管电流易于操作，但由于辐射剂量与管电压平方及管电流成正比，因此其降低辐射剂量的效能不如降低管电压。

1.3增加螺距

降低辐射剂量的方法还包括增加螺距。合理增加螺距可减少扫描时间，降低辐射剂量，但不降低图像质量。涂永波等比较了1.375、0.984及0.516不同螺距扫描下肢动脉CTA后，认为螺距1.375扫描的辐射剂量最低，图像质量较好。Park等研究显示，在下肢CTA扫描中将螺距从0.6提高至3，能有效降低辐射剂量31%，但并不改变图像SNR及诊断价值。Kim等将大螺距下肢动脉CTA图像和DSA比较，认为大螺距下肢动脉CTA扫描并不降低诊断效能。

目前，在下肢动脉CTA检查中，螺距并不作为一种单独降低辐射剂量的方法，更多是与其他方法结合使用。

2.CT重建方式的变革

CT问世以来，出现了多种图像重建算法，解析算法和迭代算法是其中最主要的2种。在解析算法中以滤波反投影（filter back reconstruction，FBP）法最为经典，FBP算法快速、稳定，是CT的标准算法。FBP是将投影数据中的X射线衰减值反投回对应图像的各体素中去，通过运算求出各体素的μ值实现图像重建。因为仅需一次重建，故重建速度快。但其是一个封闭的系统，其过程为反求公式，每组投影数据均需校准、滤波、反投影和加权，因此要求每组数据都是精确定量和完全的。

当辐射剂量降低或投影数据不足时会造成图像质量下降，这也使得FBP法在CT低剂量扫描中应用受限。迭代重建法是一种代数重建方法，其应用一系列近似计算逐渐逼近的方式，从一个假设的原始图像出发，应用迭代法将理论投影值与实际投影值相比较，在某种最优化法则的指导下寻找最优解。迭代重建适用于信息量相对不足、噪声差的情况。理想状况下，噪声可通过迭代步骤从所得模型中完全去除，进而得到高质量的无噪声、无伪影的图像。早期迭代重建提高空间分辨力是以大数据量、重建速度缓慢为代价，但随着近年来噪声模型的产生，其很好地降低了噪声，使得迭代重建的速度大为提升。与FBP相比，迭代重建可在保证相同图像质量的条件下降低辐射剂量50%以上。

目前，不同公司利用不同数据空间建立了各自不同的迭代重建算法。有利用图像数据空间进行迭代重建的，如Siemens公司的图像空间迭代重建（iterative reconstruction in image space，IRIS）技术；有对投影数据空间及图像数据空间均进行迭代重建的，该迭代技术运用最为广泛，包括GE公司的适应性统计迭代重建（Adaptive statistical iterative reconstruction，ASIR）技术、Siemens公司的正弦确定迭代重建（sinogram afirmed iterative reconstruction，SAFIRE）技术、Philips公司的混合迭代技术（iDose4）和Toshiba公司的适应性迭代剂量减低技术（adaptive iterative dose reduction，AIDR）。还有仅对数据空间进行迭代重建的，以GE公司的基于模型的迭代重建（model based iterative reconstruction，MBIR）技术为代表。IRIS、ASIR技术重建速度快，但重建数据都基于FBP数据基础之上，因此不可避免具有FBP局限性。MBIR技术对X线束焦点至探测器整个过程进行多个模型重建，在考虑噪声同时也考虑了几何变形，因此虽然其重建时间较前2种长，但更真实地反映了扫描信息。

Rapalino等将低剂量结合ASIR技术与常规剂量CT图像比较，认为ASIR在降低辐射剂量同时可减少图像噪声，增加低对比分辨力。Miéville等比较了MBIR、ASIR、iDose4后认为MBIR不仅有效降低了辐射剂量67%～86%，提高了37%空间分辨力，且在极低剂量（0.3mGy）时优势尤为明显。但不论利用何种数据空间重建，以上的重建方式均为部分迭代技术。与上述重建技术不同，最新的迭代重建技术是一种全模型的重建技术（iterative model reconstruction，IMR）。它是结合了三维微平板探测器和knowledge-based多模型重组算法的新成像平台，通过前后向的重建，在投影数据域及图像数据域中进行迭代运算，并采用统计学模型和CT模型进行校正，能更真实地还原X线从投射到采集的过程，从而更真实反映人体器官的结构和密度。

目前，这种迭代重建技术主要运用于低剂量冠状动脉CTA中，还未在下肢动脉CTA中应用。

3.下肢动脉低剂量CTA发展方向

为进一步降低下肢动脉CTA的辐射剂量，近来的研究开始尝试联合使用2种及以上降低辐射剂量的方法。多种方法联合使用可取长补短，不仅降低了辐射剂量，同时减少了对图像质量的影响。低电压结合自动管电流调节技术，是一种常见的组合方式。华海琴等认为80kV联合自动管电流技术虽轻微增加了图像噪声，但不影响图像诊断效能，且能大幅度降低辐射剂量。周淑琴等研究显示，用100kV结合自动管电流技术在保证图像质量的情况下降低辐射剂量是有效可行的。胡亮等比较了120kV、80mAs组及100kV、130mAs2组低剂量技术，认为100kV、130mAs组图像质量更好。最近也有研究采用了低管电压结合大螺距的方式。

无论采用何种组合方式，低管电压都是不可或缺的组成因素。一方面是由于降低管电压辐射剂量降低明显；另一方面降低管电压，增加了血管CT值增益效应，可减少对比剂用量。但单纯的降低管电压会导致图像噪声增高，伪影严重。迭代重建法不仅能在低管电压的情况下保证图像质量，同时能进一步降低管电压，以及辐射剂量。正是这一原因使得迭代重建和低电压的组合逐步取代低电压结合自动管电流调节技术成为低剂量下肢动脉CTA的发展方向。Qi等应用低电压（70kV）结合迭代重建技术，大幅降低了辐射剂量及对比剂使用量，虽图像噪声有所增加，但不影响图像诊断价值。李佩玲等应用低电压（80kV）及迭代重建技术在不影响图像诊断价值的同时有效降低了辐射剂量。随着迭代重建技术的发展，低电压联合迭代重建具有进一步降低下肢动脉CTA辐射剂量的潜力。

综上所述，在外周阻塞性疾病患者下肢动脉CTA扫描中，通过降低管电压、降低管电流、增加螺距及采用迭代重建方式能有效降低辐射剂量，但不影响对下肢动脉的评价。采用低管电压联合迭代重建技术将成为今后下肢动脉CTA低剂量扫描的主要方向。

来源：中国中西医结合影像学杂志2017年3月第15卷第2期

转载自：医脉通