Application of the Canon 320 Row Variable Helical Pitch CTA System Combined with Iterative Reconstruction Technology for Lower Limb Vascular Imaging
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摘要:
目的：探讨佳能320排CT可变螺距联合迭代重建技术在下肢血管成像中，对辐射剂量及对图像质量的影响。方法：连续收集2023年3月至2023年6月临床疑似下肢动脉血管疾病，并行下肢动脉CT血管成像的患者40例，采用双盲随机分组法分为A组和B组，每组20例。两组均采用造影剂碘帕醇370 mg/mL，设置成120 kV的管电压，采用双筒高压注射器在5 mL/s流率下，经由肘正中静脉（MCV）注入90 mL对比剂，扫描区域是腹主动脉（AA）水平到足尖。A组为佳能320排可变螺距技术（VHP）其中腹主动脉至腘窝使用大螺距，腘窝至足跟尖使用小螺距进行扫，采用迭代重建技术重建图像；B组全程扫描使用标准螺距技术，采用滤波反投影法重建图像。比较两组腹主动脉（AA）、髂总动脉（CIA）、股动脉（CFA）上段、腘动脉（PA）4个测量点的主观图像质量、信噪比（SNR）、碘造影剂摄入量、对比噪声比（CNR）、有效辐射剂量与CT值。经由t检验来对比两组间碘摄入量、有效辐射剂量与客观评价指标，经由Mann-Whitney U检验来对比双方主观评分。结果：两组图像在AA、CIA、CFA上段、PA层面的客观图像质量评价、SNR、CNR对比未见明显区别；两组间血管CT值比较，A组高于B组，并且存在统计学差异；患者辐射剂量比较，A组（9.18±0.36）mGy较B组（18.1±0.00）mGy明显下降。结论：佳能320排可变螺距联合迭代重建技术能够保证图像的质量，并且可使患者的辐射剂量大幅下降，提高安全性，可以在临床中得到广泛应用。
Abstract:Objectives: To investigate the image quality obtained using the Canon 320 row variable helical pitch (vHP) computed tomography (CT) system combined with iterative reconstruction technology for lower limb angiography and the radiation exposure to patients. Methods: From March 2023 to June 2023, we enrolled 40 patients who were treated at our hospital for suspected arterial vascular disease of the lower limbs. The patients, who all underwent CT angiography of the lower limb arteries, were divided into two groups (A and B; 20 patients/group) through double-blind random grouping. Both groups were treated with 370 mg/mL of the contrast agent iodoparol at a tube voltage of 120 kV. A dual-cylinder high-pressure syringe was used to inject 90 mL of the contrast agent into the median elbow vein at a flow rate of 5 mL/s. The scanning range extended from the level of the abdominal aorta to the toe. For Group A, the Canon 320 row vHP system was used, with a large pitch from the abdominal aorta to the popliteal fossa and a small pitch from the popliteal fossa to the tip of the heel. The images were reconstructed using iterative reconstruction technology. For Group B, conventional pitch technology was used for full scanning and the Filtered BackProjection method for image reconstruction. The subjective image quality, signal-to-noise ratio (SNR), contrast-to-noise ratio (CNR), CT value, effective radiation exposure, and contrast medium iodine intake at four measuring points of the abdominal aorta and common iliac, upper femoral, and popliteal arteries were compared between the two groups. The t-test was used to compare the objective evaluation index, effective radiation exposure, and contrast agent iodine intake values between the two groups, whereas the Mann-Whitney U test was used to compare the subjective scores. Results: There were no significant differences between the two groups in terms of objectively evaluated image quality, SNR, and CNR of the abdominal aorta and common iliac, upper femoral, and popliteal arteries. Group A had significantly higher vascular CT values than Group B. Moreover, the patients in Group A were significantly less exposed to radiation (9.18±0.36) mGy than those in Group B were (18.1±0.00) mGy. Conclusion: The Canon 320 row vHP system combined with iterative reconstruction technology ensured good image quality and significantly reduced patient exposure to radiation, thereby improving the safety of CTA, and can be widely used in clinical practice.
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Keywords:
- X-ray computer /
- variable pitch /
- iterative reconstruction /
- radiation exposure /
- lower limb artery
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随着社会经济水平的不断发展和进步，人民生活水平得到极大改善，同时由于生活节奏加快，社会竞争压力加大等也带来了一些不好的生活习惯和方式，导致下肢动脉粥样硬化血管疾病的发生率越来越高，并且发病的年龄也越来越年轻化，部分患者的预后效果较差，甚至会出现截肢的风险。因此较早发现、及时诊断，有效质量下肢动脉血管疾病显得尤为重要[1-2]。下肢动脉血管成像（lower extremity artery computed tomography angiography，LEACTA）因无创、准确率高等诸优点，在临床诊断下肢动脉血管疾病和治疗方法的选择中得到广泛运用，但因下肢CTA扫描范围广，患者接受的辐射剂量及碘摄入量较高，对肾功能的损害较大。因此在不影响图像质量的前提下，明显减少患者的辐射剂量以及肾功能损害，为现今有待解决的不足[3-4]。
下肢CTA检查方法具有无创、诊断率高等优点，但其扫描时间长，会增加患者的辐射剂量和碘摄入量。目前减低辐射剂量的有效方法就是加大螺距，320排CT可变螺距（variable helical pitch，VHP）法在实施扫描期间能够使螺距发生变化，在腹主动脉（abdominal aorta，AA）至腘窝下端区域内采用大螺距，而在腘窝下端至足底区域内采用小螺距扫描，这样可以降低患者的辐射剂量，另外还可以提高扫描速度，VHP具有扫描辐射剂量低，图像清晰等优点。
本文对临床疑似下肢动脉病变的患者，并行下肢CTA扫描的40例患者比较应用标准螺距技术联合滤波反投影法重建图像，与可变螺距技术联合迭代重建图像两组之间的差异，探讨VHP联合迭代重建在诊断中的优势及运用价值。
1. 资料与方法
1.1 一般资料
连续收集2023年3月至2023年6月就诊于新疆医科大学第一附属医院临床疑似外周动脉闭塞性疾病（peripheral arterial disease，PAD），并行下肢动脉CT血管成像的患者40例，采用随机分组的方法，把这些患者均等归入A组和B组，两组下肢血管CTA 扫描均采用佳能第3代320排CT。A组采用VHP，B组全程扫描使用标准螺距技术，两组均采用浓度为370 mg/mL的碘帕醇作为造影剂。
两组实验对象在年龄上，处于25~65岁范围，均值为（55±7）岁；体重最低55 kg，最高90 kg；体质量指数（body mass index，BMI）19~28 kg/m2，平均（25.1±2.6）kg/cm2。两组一般资料比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。
排除标准：①对检查缺乏有效配合患者；②重度肾、肝、心机能不全患者；③对碘对比剂存在变态反应患者；④处于怀孕阶段或者哺乳阶段的女性[5]。
1.2 检查扫描方式
两组实验对象皆借助佳能320排CT实施扫描，每例入组患者皆呈平卧位，扫描区间是自AA末端水平到足底。增强扫描参数：采取螺旋扫描，0.5的螺距，层间距与层厚皆是1 mm，矩阵是512×512。两组皆将浓度为370 mg/mL的碘帕醇作为造影剂、设置120 kV的管电压。经肘正中静脉（median cubital vein，MCV）借助双筒高压注射器在5 mL/s流速下注入90 mL碘帕醇，再于此流速下注入50 mL生理盐水。将AA末端的分叉部位设定为感兴趣区域（region of interest，ROI），当升至150 HU时触发阈值。之后再实施2.8 s的延迟扫描。
两组皆向后处理工作站传送所得原始图像与数据，以此对碘摄入量、主观图像质量、辐射剂量、图像噪声、SNR与CNR展开分析。其中A组患者采用佳能320可变螺距技术，B组自上而下全程采用佳能320常规扫描螺距进行扫描。
1.3 图像分析与评价
将扫描所得图像传到工作站（Advantage Workstation 4.6 GE Heahheare，WI），WI所用方法为CRP、MIP、MPR等。A组采用迭代重建、B组采用滤波反投影法重建开展图像后处理，两位具有8年放射血管影像诊断工作经历的医生负责评价对比静息图像质量，这两位医生对患者分组状况、对比剂浓度、扫描形式皆不知情。最终采用两名医师的共同意见进行图像质量评价。
（1）主观评价。着重分析AA至髂血管，CFA至腘窝段与小腿段动脉，经由5分法开展评定。其中，1分：未呈现出动脉血管，不能做出临床诊断；2分：所呈现的血管走形缺乏连续性，未清晰呈现血管与周边结构；3分：所呈现的血管走形基本具连续性，所呈现的血管周边结构清晰度一般；4分：可连续呈现血管走形，可较为清晰的呈现血管与周边结构；5分：可连续呈现血管走形，清晰呈现出血管与周边结构。临床诊断的条件为评分≥3分。
（2）客观评价。在横断位一位影像诊断医生负责测量AA、CIA、CFA上段、POA的CT值与标准差（SD值），同时将测定出的相应层面软组织 SD值当做图像噪声，各 ROI面积大概 5 mm2，各ROI皆进行3次测量，经由3次的均值来求解SNR与CNR。SNR为动脉血管CT值与相应层面软组织SD值之比，CNR为动脉血管与相应层面软组织在CT值上的相差至与相应层面软组织SD值之比[6-7]。
1.4 辐射剂量及碘摄入量
比较两组的CT容积剂量指数（computed tomography dose index volume，CTDIvol）、辐射剂量长度乘积（dose length product，DLP）、有效辐射剂量（effective dose，ED）以及造影剂碘摄入量情况。
$$ {{\mathrm{ED}}}={{\mathrm{CTDIvol}}}\times L\times k， $$ (1) L为腹盆部及髋关节部扫描的长度，k= 0.015 mSv·mGy−1·cm−1。摄入量（g）=碘对比剂浓度（mg/mL）×碘对比剂用量（mL）/
1000 [8]。1.5 统计学方法
本研究通过SPSS 22.0开展统计分析工作，计量结果由均数±SD（
$\bar x \pm s $ ）呈现，两组组间客观评价指标的对比方法为独立样本t检验，评价主观指标的对比方法为Mann Whitney U检验。差异显著的界定是P＜0.05。2. 结果
2.1 两组图像质量主观评价结果
A组和B两组主观图像腹主动脉评分别为（4.85±0.45）和（4.88±0.23），髂总动脉评分为（4.79±0.57）和（4.71±0.51），股动脉上段评分（4.88±0.68）和（4.78±0.65），腘动脉评分为（4.87±0.35）和（4.83±0.42），两组间比较不存在统计学差异（表1）。
表 1 两组图像主观评价比较Table 1. Comparison of the subjective evaluations of the two groups of images位置 组别 统计检验 A组 B照组 Z P 腹主动脉 4.85±0.45 4.88±0.23 1.462 ＞0.05 髂总动脉 4.79±0.57 4.71±0.51 1.732 ＞0.05 股动脉上段 4.88±0.68 4.78±0.65 1.564 ＞0.05 腘动脉 4.87±0.35 4.83±0.42 1.623 ＞0.05 2.2 两组间图像质量客观评价结果
两组间血管CT值、CNR、SNR比较，两组间比较不存在统计学差异（表2）。
表 2 两组图像客观评价比较Table 2. Comparison of the objective evaluations of the two groups of images位置 组别 CT值 SNR CNR 腹主动脉 A组 469.18±37.12 30.17±1.12 31.12±2.15 B组 355.12±28.15 28.13±1.45 29.51±2.33 t 4.345 1.342 1.316 P ＜0.05 ＞0.05 ＞0.05 髂总动脉 A组 465.14±0.27 23.27±1.35 32.12±1.45 B组 345.67±0.25 24.75±1.14 29.45±1.43 t 2.762 1.342 1.367 P ＜0.05 ＞0.05 ＞0.05 股动脉上段 A组 328.21±0.34 29.16±2.71 26.28±1.32 B组 242.18±0.46 28.31±2.16 27.18±1.45 t 2.473 1.675 1.361 P ＜0.05 ＞0.05 ＞0.05 腘动脉 A组 228.28±1.43 25.81±1.76 26.13±1.82 B组 132.21±1.54 25.26±2.45 24.17±1.91 t 3.567 1.342 1.721 P ＜0.05 ＞0.05 ＞0.05 2.3 两组间辐射剂量的比较
两组在CTDIvol、DLP、ED与碘摄入量方面，相比B组，A组皆显著偏低，两组间存在统计学差异（表3）。在扫描长度（L）上，A组和B组各是（2.75±2.43）cm和（2.81±2.57）cm，两组间不存在统计学差异。两组横轴位扫描图像见图1和图2。
表 3 两组有效辐射剂量、碘摄入量比较Table 3. Comparison of the effective radiation dose and iodine intake values between the two patient groups组别 例数 CT容积剂量指数 辐射剂量长度乘积 有效辐射剂量/mSV 碘摄入量/g A组 30 10.80±2.31 385.91±20.45 23.65±2.31 23.46±1.83 B组 30 17.40±3.53 464.56±21.34 39.49±1.45 34.25±2.13 t 30 8.432 17.745 16.215 17.423 P 30 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ![]()
图 2 为常规螺距腹主动脉、髂血管、股动脉、腘动脉层面CT图像Figure 2. Shows conventional pitch CT images of the abdominal aorta and iliac, femoral, and popliteal arteries3. 讨论
外周血管疾病（PAD）为系统性动脉粥样硬化（AS）的一类表现，可使主动脉弓远端动脉严重狭窄。PAD最广泛的临床表现为间歇性跛行（IC）[9]；此外，其可引发重度或急性肢体缺血，IC存在运动时腿部肌肉疼痛表现[10]，65岁以上的人中有2%会经历这种情况。大部分患者呈较轻症状，且不具典型性，这使得诊断变得更加困难。
下肢动脉造影（CTA）的优势在于高精度、非侵入性等，现今在临床领域的应用极为广泛，但因下肢血管区域较广，CTA扫描会涉及到较多小动脉分支，因此扫描需要花费较长的时间，患者接受辐射剂量与高碘摄入，碘化造影剂粘度与渗透压等属性可伤及肾功能，诱发肾病，所以此类患者存在较大的肾功能受损可能性[11-12]。有效减少患者的辐射剂量，减弱肾功能受损程度，此问题备受现今临床领域的重视。
佳能320排CT的VHP技术在下肢CTA检查时，可改变扫描螺距，以腘窝为分界，上部分采用大螺距，下部分采用小螺距，这种技术可以清楚显示流速较快的腹主动脉，以及流速较慢的远端动脉，并且本组采用了迭代重建的方法，因此本研究结果显示A组血管的CT值明显高于B组，并且两组之间存在统计学差异[13]。然而两组间SNR、CNR差异并不存在统计学意义，说明可变螺距技术对图像质量并没有影响。
目前螺旋CT在临床诊断中运用越来越广泛，然而其主要缺点就是辐射剂量较大，加大扫描螺距可有效减少辐射剂量，增加扫描的螺距可以有效缩短扫描时间。可变螺距扫描模式是佳能320排CT的一种较新的扫描方法，在下肢CTA扫描的过程中，螺距的精准使用，可以更清晰的显示血管，并可明显减少患者的辐射剂量，此次研究发现，在辐射剂量上，A组较B组明显偏低，也证实了这一点[14-15]。
本研究有待完善的方面为：首先样本量有限，需进一步提升样本量，以增强研究结果的可行性与说服力；其次如何准确选择小螺距的起点，更好显示图像，降低辐射剂量是一个重点。本研究入组对象的BMI处于19~28 kg/m2范围，对于肥胖患者可变螺距技术是否可行，还需要进一步研究验证。
总之，采用佳能320可变螺距联合迭代重建技术所得下肢血管图像，能够满足临床诊断所需，降低患者的辐射剂量，并使肾病发生率下降，可良好推行于临床。
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图 2 为常规螺距腹主动脉、髂血管、股动脉、腘动脉层面CT图像
Figure 2. Shows conventional pitch CT images of the abdominal aorta and iliac, femoral, and popliteal arteries
表 1 两组图像主观评价比较
Table 1 Comparison of the subjective evaluations of the two groups of images
位置 组别 统计检验 A组 B照组 Z P 腹主动脉 4.85±0.45 4.88±0.23 1.462 ＞0.05 髂总动脉 4.79±0.57 4.71±0.51 1.732 ＞0.05 股动脉上段 4.88±0.68 4.78±0.65 1.564 ＞0.05 腘动脉 4.87±0.35 4.83±0.42 1.623 ＞0.05 
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表 2 两组图像客观评价比较
Table 2 Comparison of the objective evaluations of the two groups of images
位置 组别 CT值 SNR CNR 腹主动脉 A组 469.18±37.12 30.17±1.12 31.12±2.15 B组 355.12±28.15 28.13±1.45 29.51±2.33 t 4.345 1.342 1.316 P ＜0.05 ＞0.05 ＞0.05 髂总动脉 A组 465.14±0.27 23.27±1.35 32.12±1.45 B组 345.67±0.25 24.75±1.14 29.45±1.43 t 2.762 1.342 1.367 P ＜0.05 ＞0.05 ＞0.05 股动脉上段 A组 328.21±0.34 29.16±2.71 26.28±1.32 B组 242.18±0.46 28.31±2.16 27.18±1.45 t 2.473 1.675 1.361 P ＜0.05 ＞0.05 ＞0.05 腘动脉 A组 228.28±1.43 25.81±1.76 26.13±1.82 B组 132.21±1.54 25.26±2.45 24.17±1.91 t 3.567 1.342 1.721 P ＜0.05 ＞0.05 ＞0.05
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表 3 两组有效辐射剂量、碘摄入量比较
Table 3 Comparison of the effective radiation dose and iodine intake values between the two patient groups
组别 例数 CT容积剂量指数 辐射剂量长度乘积 有效辐射剂量/mSV 碘摄入量/g A组 30 10.80±2.31 385.91±20.45 23.65±2.31 23.46±1.83 B组 30 17.40±3.53 464.56±21.34 39.49±1.45 34.25±2.13 t 30 8.432 17.745 16.215 17.423 P 30 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05
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