葛琛瑾，舒 政

（上海中醫(yī)藥大學附屬上海市中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院醫(yī)學影像科，上海 200082）

下肢動脈低劑量CTA技術研究進展

葛琛瑾，舒 政

（上海中醫(yī)藥大學附屬上海市中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院醫(yī)學影像科，上海 200082）

下肢動脈CTA在外周血管疾病診斷中應用廣泛，但高電離輻射一直是下肢CTA亟待解決的問題。本文總結(jié)近年來下肢動脈低劑量CTA的研究進展，比較各種低劑量技術的優(yōu)缺點，并探討其發(fā)展方向。

下肢動脈；外周血管疾??；低劑量；體層攝影術，X線計算機；血管造影

外周血管疾病是指由于動脈粥樣硬化斑塊所引起外周血管狹窄及阻塞，近年來其發(fā)生率逐年上升，研究［1］顯示65歲以上人群中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、腦血管疾病約占人群死亡原因的一半［2］。在外周血管病變診斷中，侵入性下肢動脈DSA仍為金標準，但CTA近年來在外周血管疾病診斷中的應用日趨廣泛［3］。研究［4］顯示，下肢動脈CTA對外周血管疾病診斷的敏感性和特異性與DSA相似。CTA作為一種非侵入性的檢查，掃描速度快、具有很高的空間分辨力及各向同性，能行MPR及三維重建。當然，CTA也有其不足，除需使用碘對比劑外，高電離輻射是其最主要的缺點。如何在保證圖像質(zhì)量的情況下優(yōu)化掃描參數(shù)，降低輻射劑量是下肢動脈CTA亟需解決的問題。本文就近年來下肢動脈CTA低劑量掃描技術研究進展作一綜述。

1 CT掃描參數(shù)的改進

1.1 降低管電壓 根據(jù)X射線強度計算公式，X射線強度與管電壓平方呈正比，降低管電壓能有效降低輻射劑量。鄒平等［5］在不改變其他參數(shù)的情況下，將管電壓從120 kV降低至100 kV，使輻射劑量降低了34%。Zhou等［6］研究顯示，即使使用80 kV雙期掃描下肢動脈，受檢者所受輻射劑量也較120 kV單期掃描劑量低。適當?shù)慕档凸茈妷翰粌H能降低輻射劑量，還可通過增強掃描后下肢動脈CT值的增益效應補償?shù)碗妷簩е碌母咴肼?，從而減少對圖像質(zhì)量的影響［7］。Duan等［8］研究顯示，使用70 kV低電壓，對下肢動脈阻塞性疾病檢查的敏感性、特異性、陽性預測值及陰性預測值均與常規(guī)電壓掃描類似。因此，降低管電壓是當前下肢動脈CTA最常用的一種降低輻射劑量的方法。目前，對降低管電壓尚無統(tǒng)一標準，不同研究采用的kV值不同［9-11］。Oca Pernas等［12］比較了80 kV及100 kV在下肢動脈CTA中的應用效果，發(fā)現(xiàn)采用80 kV較100 kV CT輻射劑量更低，血管密度及噪聲密度均增高，但不影響診斷效果。實際應用中，受檢者的體質(zhì)量指數(shù)也會影響輻射劑量及圖像噪聲，因此單純使用低管電壓技術時須考慮患者的體質(zhì)量指數(shù)，這也使管電壓的下降幅度受到一定限制。

1.2 降低管電流 降低管電流是另一種常見的降低輻射劑量的方法。管電流輸出量（mAs）與輻射劑量呈線性關系，在臨床應用中比降低管電壓更易控制。Fraioli等［13］研究顯示，將管電流輸出量降低至50mAs，其診斷血管狹窄的準確性和130 mAs無明顯差異，但輻射劑量卻降低了74%。目前使用的降低管電流輸出量技術有固定毫安秒技術和自動毫安秒技術2種。固定毫安秒技術操作簡單，程序性強，但未考慮個體差異。自動毫安秒技術是根據(jù)所設定的噪聲指數(shù)和定位像所探測到的衰減值智能化地降低mAs。由于下肢上粗下細，形態(tài)變化較大，自動毫安秒技術更適用于下肢動脈CTA掃描。郭瀅等［14］研究顯示，使用自動毫安秒技術較固定毫安秒技術，在保證圖像質(zhì)量的前提下，輻射劑量下降54.4%。在自動毫安秒技術中，合理選擇噪聲指數(shù)（noise index，NI）非常重要。適當增加NI能有效減少輻射劑量。在管電壓已設定的條件下，NI過低可增加管電流輸出量，從而增加輻射劑量。目前國內(nèi)研究［15］多采用NI為10，而國外Iezzi等［9］選擇NI為30，對下肢動脈狹窄患者診斷結(jié)果良好。雖然降低管電流易于操作，但由于輻射劑量與管電壓平方及管電流成正比，因此其降低輻射劑量的效能不如降低管電壓［10］。

1.3 增加螺距 降低輻射劑量的方法還包括增加螺距。合理增加螺距可減少掃描時間，降低輻射劑量，但不降低圖像質(zhì)量。涂永波等［16］比較了1.375、0.984及0.516不同螺距掃描下肢動脈CTA后，認為螺距1.375掃描的輻射劑量最低，圖像質(zhì)量較好。Park等［17］研究顯示，在下肢CTA掃描中將螺距從0.6提高至3，能有效降低輻射劑量31%，但并不改變圖像SNR及診斷價值。Kim等［18］將大螺距下肢動脈CTA圖像和DSA比較，認為大螺距下肢動脈CTA掃描并不降低診斷效能。目前，在下肢動脈CTA檢查中，螺距并不作為一種單獨降低輻射劑量的方法，更多是與其他方法結(jié)合使用。

2 CT重建方式的變革

CT問世以來，出現(xiàn)了多種圖像重建算法，解析算法和迭代算法是其中最主要的2種。在解析算法中以濾波反投影（filter back reconstruction，F(xiàn)BP）法最為經(jīng)典，F(xiàn)BP算法快速、穩(wěn)定，是CT的標準算法［19］。FBP是將投影數(shù)據(jù)中的X射線衰減值反投回對應圖像的各體素中去，通過運算求出各體素的μ值實現(xiàn)圖像重建。因為僅需一次重建，故重建速度快。但其是一個封閉的系統(tǒng)，其過程為反求公式，每組投影數(shù)據(jù)均需校準、濾波、反投影和加權，因此要求每組數(shù)據(jù)都是精確定量和完全的。當輻射劑量降低或投影數(shù)據(jù)不足時會造成圖像質(zhì)量下降，這也使得FBP法在CT低劑量掃描中應用受限。

迭代重建法是一種代數(shù)重建方法，其應用一系列近似計算逐漸逼近的方式，從一個假設的原始圖像出發(fā)，應用迭代法將理論投影值與實際投影值相比較，在某種最優(yōu)化法則的指導下尋找最優(yōu)解。迭代重建適用于信息量相對不足、噪聲差的情況。理想狀況下，噪聲可通過迭代步驟從所得模型中完全去除，進而得到高質(zhì)量的無噪聲、無偽影的圖像。早期迭代重建提高空間分辨力是以大數(shù)據(jù)量、重建速度緩慢為代價，但隨著近年來噪聲模型的產(chǎn)生，其很好地降低了噪聲，使得迭代重建的速度大為提升。與FBP相比，迭代重建可在保證相同圖像質(zhì)量的條件下降低輻射劑量50%以上［20］。

目前，不同公司利用不同數(shù)據(jù)空間建立了各自不同的迭代重建算法［21］。有利用圖像數(shù)據(jù)空間進行迭代重建的，如Siemens公司的圖像空間迭代重建（iterative reconstruction in image space，IRIS）技術；有對投影數(shù)據(jù)空間及圖像數(shù)據(jù)空間均進行迭代重建的，該迭代技術運用最為廣泛，包括GE公司的適應性統(tǒng)計迭代重建（Adaptive statistical iterative recon-struction，ASIR）技術、Siemens公司的正弦確定迭代重建（sinogram afirmed iterative reconstruction，SAFIRE）技術、Philips公司的混合迭代技術（iDose4）和Toshiba公司的適應性迭代劑量減低技術（adaptive iterative dose reduction，AIDR）。還有僅對數(shù)據(jù)空間進行迭代重建的，以GE公司的基于模型的迭代重建（modelbased iterative reconstruction，MBIR）技術為代表。IRIS、ASIR技術重建速度快，但重建數(shù)據(jù)都基于FBP數(shù)據(jù)基礎之上，因此不可避免具有 FBP局限性。MBIR技術對X線束焦點至探測器整個過程進行多個模型重建，在考慮噪聲同時也考慮了幾何變形，因此雖然其重建時間較前2種長，但更真實地反映了掃描信息。Rapalino等［22］將低劑量結(jié)合ASIR技術與常規(guī)劑量CT圖像比較，認為ASIR在降低輻射劑量同時可減少圖像噪聲，增加低對比分辨力。Miéville等［23］比較了MBIR、ASIR、iDose4后認為MBIR不僅有效降低了輻射劑量67%～86%，提高了37%空間分辨力，且在極低劑量（0.3 mGy）時優(yōu)勢尤為明顯。但不論利用何種數(shù)據(jù)空間重建，以上的重建方式均為部分迭代技術。

與上述重建技術不同，最新的迭代重建技術是一種全模型的重建技術（iterative model reconstruc-tion，IMR）。它是結(jié)合了三維微平板探測器和knowl-edge-based多模型重組算法的新成像平臺，通過前后向的重建，在投影數(shù)據(jù)域及圖像數(shù)據(jù)域中進行迭代運算，并采用統(tǒng)計學模型和CT模型進行校正，能更真實地還原X線從投射到采集的過程，從而更真實反映人體器官的結(jié)構和密度［24-25］。目前，這種迭代重建技術主要運用于低劑量冠狀動脈CTA中，還未在下肢動脈CTA中應用。

3 下肢動脈低劑量CTA發(fā)展方向

為進一步降低下肢動脈CTA的輻射劑量，近來的研究開始嘗試聯(lián)合使用2種及以上降低輻射劑量的方法。多種方法聯(lián)合使用可取長補短，不僅降低了輻射劑量，同時減少了對圖像質(zhì)量的影響。低電壓結(jié)合自動管電流調(diào)節(jié)技術，是一種常見的組合方式。華海琴等［15］認為80 kV聯(lián)合自動管電流技術雖輕微增加了圖像噪聲，但不影響圖像診斷效能，且能大幅度降低輻射劑量。周淑琴等［26］研究顯示，用100 kV結(jié)合自動管電流技術在保證圖像質(zhì)量的情況下降低輻射劑量是有效可行的。胡亮等［27］比較了120 kV、80 mAs組及100 kV、130 mAs 2組低劑量技術，認為100 kV、130 mAs組圖像質(zhì)量更好。最近也有研究［18］采用了低管電壓結(jié)合大螺距的方式。

無論采用何種組合方式，低管電壓都是不可或缺的組成因素。一方面是由于降低管電壓輻射劑量降低明顯；另一方面降低管電壓，增加了血管CT值增益效應，可減少對比劑用量。但單純的降低管電壓會導致圖像噪聲增高，偽影嚴重。迭代重建法不僅能在低管電壓的情況下保證圖像質(zhì)量，同時能進一步降低管電壓，以及輻射劑量。正是這一原因使得迭代重建和低電壓的組合逐步取代低電壓結(jié)合自動管電流調(diào)節(jié)技術成為低劑量下肢動脈CTA的發(fā)展方向［28］。Qi等［29］應用低電壓（70 kV）結(jié)合迭代重建技術，大幅降低了輻射劑量及對比劑使用量，雖圖像噪聲有所增加，但不影響圖像診斷價值。李佩玲等［30］應用低電壓（80 kV）及迭代重建技術在不影響圖像診斷價值的同時有效降低了輻射劑量。隨著迭代重建技術的發(fā)展，低電壓聯(lián)合迭代重建具有進一步降低下肢動脈CTA輻射劑量的潛力。

綜上所述，在外周阻塞性疾病患者下肢動脈CTA掃描中，通過降低管電壓、降低管電流、增加螺距及采用迭代重建方式能有效降低輻射劑量，但不影響對下肢動脈的評價。采用低管電壓聯(lián)合迭代重建技術將成為今后下肢動脈CTA低劑量掃描的主要方向。

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2016-04-11）

10.3969/j.issn.1672-0512.2017.02.042

上海市虹口區(qū)衛(wèi)計委重大科研課題項目（虹衛(wèi)1401-01）；上海中醫(yī)藥大學后備業(yè)務專家培養(yǎng)計劃（2014-2017）。

舒政，E-mail：shu6808@hotmail.com。