自动能谱成像协议选择技术联合ASir-V在成人腹部能谱CT中的应用研究

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本课题通过评估ASIS技术结合ASiR-V重建技术在成人腹部能谱CT成像中的辐射剂量、图像质量以及低对比剂量下的病灶显示,探讨能谱低剂量CT成像和新一代ASiR-V技术的临床应用价值。  第一部分 常规120kVp、低管电压(80kVp)与能谱CT扫描在成人体模腹部CT成像中的辐射剂量评估  目的:  通过和常规120kVp、低管电压(80kVp)技术对照,全面评估采用自动能谱成像协议选择技术的腹部能谱CT辐射剂量,探索能谱低剂量CT成像的可行性。  方法:  采用宝石能谱CT(Discovery CT750HD,GE Healthcare,Milwaukee,WI,USA)扫描仪,ATOM系列成人男性剂量专用体模。扫描方案:方案A,常规120kVp,自动管电流调制技术(Automatic tube current modulation,ATCM),噪声指数(Noise index,NI)为10HU,螺距0.984∶1,临床常规应用的40%ASiR重建;方案B,采用80kVp扫描,其余扫描参数及图像重建同方案A;方案C,能谱CT成像扫描,80和140kVp瞬时切换,螺距0.984∶1,使用自动能谱成像协议选择(ASIS)技术,预设非能谱扫描噪声指数分别为8、10、15、20HU,与之相对应的毫安(mA)和转速分别为550mA×0.8s、375mA×0.7s、360mA×0.5s、260mA×0.7s,能谱浏览器生成相应的四组70keV的单能量图像(能谱550mA组、能谱375mA组、能谱360mA组、能谱260mA组),使用机器默认的30%ASiR重建。  器官吸收剂量测定使用热释光剂量计(Thermo luminescent dosimeter,TLD),在体模预留孔内放入TLD元件,TLD具体分布情况:眼睛4个、甲状腺6个、胰腺6个、肾上腺2个、结肠18个、腰椎骨髓8个、腹部皮肤9个、睾丸2个,记录并测定方案A,B,C的器官吸收剂量和有效剂量;记录机器自动显示的三种方案的容积CT剂量指数(Volume CT dose index,CTDIvol)、剂量长度乘积(Dose length product,DLP),并计算有效剂量(effective dose,ED)。分析两种有效剂量测定方法的偏离程度,并对噪声水平(Standard deviation,SD)、信噪比(Signal-to-noise ratio,SNR)进行评价。  结果:  1.常规120kVp、80kVp及能谱375mA组成像三组间有相似的CTDIvol,DLP;从能谱550mA、375mA、360mA到260mA组,CTDIvol依次减少33%、35%、13%,DLP减少39%、33%、11%。  2.相同噪声指数下,常规120kVp和能谱375mA组器官吸收剂量没有明显差别,但两组均比80kVp组偏高;在能谱扫描组,随着预设非能谱噪声指数的升高,器官吸收剂量逐步减低;扫描野外敏感器官吸收剂量(0.08~0.60mGy)显著低于扫描野内组织(5.59~26.07mGy);扫描野内吸收剂量最高的是腹部皮肤,所测实质器官中,吸收剂量最高的是胰腺。  3.常规120kVp、能谱375mA组及80kVp组经DLP法计算的有效剂量基本相等,但在经器官吸收剂量计算的有效剂量中,常规120kVp、能谱375mA组均高于80kVp组;80kVp组经两种方法计算的有效剂量均高于能谱360mA和260mA组;能谱360mA组有效剂量高于260mA组;80kVp组、常规120kvp组、能谱550mA组、375mA组、360mA组、260mA组两种方法计算的有效剂量偏离程度分别为-2.20%、18%、9.2%、18.7%、20%、16%。  结论:  经器官吸收剂量测算的有效剂量高于经DLP所计算的剂量,实际临床工作中,低估了患者所受有效剂量;与常规120kVp和80kVp低管电压技术相比,通过不同预设非能谱噪声指数的选择,ASIS技术可以有效降低辐射剂量,实现能谱低剂量CT成像,且保持较高的图像质量。  第二部分 自动能谱成像协议选择技术联合ASiR-V在成人腹部CT成像中的辐射剂量及图像质量评估  目的:采用自动能谱成像协议选择技术(Auto spectral imaging protocol selection,ASIS)并结合新一代ASiR-V技术,评估能谱低剂量CT成像的辐射剂量和图像质量,探讨其在成人腹部CT成像中的可行性。  方法:  收集行腹部CT平扫检查的患者132例。CT扫描均采用宝石能谱CT (Discovery CT750HD,GE Healthcare,Milwaukee, WI,USA)扫描仪,随机将患者分为A、B两组,A组为常规120kVp组,管电流采用自动管电流调制技术(ATCM),噪声指数为10,螺距1.375∶1;B组为能谱扫描组,管电压为80和140kVp瞬时切换,采用ASIS技术,预设非能谱噪声指数(noise index,NI)为15HU,螺距1.375∶1。A组图像采用40%ASiR重建(AA40%),B组图像采用70keV的单能量图像,同时进行ASiR和ASiR-V重建,分别得到相应的30%ASiR (BA30%)、50%ASiR (BA50%)、30%ASiR-V(BAV30%)、50%ASiR-V(BAV50%)四组单能图像,评估两组的辐射剂量并对图像进行客观(SD、SNR、CNR)及主观(主观图像噪声、整体图像质量、诊断接受度)图像质量评价。  结果:  1.能谱扫描组,BMI与CTDIvol相关系数r=0.717,P<0.001,有统计学意义,二者具有相关性,随着BMI指数增高,ASIS技术所对应的CTDIvol相应增大。  2.B组CTDIvol、DLP、ED均低于A组,分别减少39%、36%、36%,两组间差异有统计学意义(P<0.001)。  3.AA40%组与BA30%组在SD竖脊肌、SNR肝脏、 SNR腹主动脉、 CNR肝脏方面没有统计学差异(P>0.05),AA40%、 BA30%组与BA50%、 BAV30%比较均有统计学差异(P<0.001),BA50%组与BAV30%组比较无统计学差异(P>0.05),BAV50%组图像的SD值最小,SNR、CNR最高,与其他四组图像比较均有统计学差异(P<0.001)。  4.BAV50%组图像主观噪声评分最高,但整体图像质量评分最低,均与其他四组比差异有统计学意义(P<0.01);BAV50%组图像的诊断接受度评分最低,但五组图像间差异没有统计学意义(P>0.05)。  结论:  在临床研究中,通过采用自动能谱成像协议选择技术(ASIS),选择预设非能谱噪声为15HU,能谱CT有效辐射剂量较常规120kVp CT扫描降低36%;能谱成像中,30%ASiR-V较30%ASiR技术改善图像质量的效果更佳,但50%ASiR-V图像的整体图像质量下降,组织锐利度轻度降低,ASIS技术联合30%ASiR-V技术在腹部能谱CT成像中有较好的临床应用前景。  第三部分 能谱低剂量CT成像联合ASiR-V技术在低对比剂量典型肝血管瘤CT中的应用  目的:评估能谱低剂量CT成像结合ASiR-V技术在低对比剂量典型肝血管瘤能谱CT中的应用效果。  方法:  收集临床怀疑典型肝血管瘤需行腹部CT检查的患者62例。CT扫描均采用宝石能谱CT (Discovery CT 750HD,GE Healthcare,Milwaukee, WI,USA)扫描仪,随机将患者分为A、B组,A组为常规120kVp组,图像采用40%ASiR重建,对比剂采用高浓度碘对比剂(370mgI/ml),碘负荷:450mgI/kg;B组为能谱扫描组,采用ASIS技术,对比剂采用低浓度碘对比剂(270mgI/ml),碘负荷:270mgI/kg,能谱浏览器生成两组单能量图像:70keV组图像(B1),采用30%ASiR重建;52keV组图像(B2),采用30%ASiR-V重建。两组碘对比剂注射速度均为4.0ml/s.评估两组的辐射剂量并对图像进行客观[CT值、SD、CNR和CER(contrastenhancement ratio,CER)]及主观(主观图像噪声、病灶显示度、诊断接受度)图像质量评价。  结果:  1.三组图像在肝脏SD值、主观图像噪声、诊断接受度方面均没有统计学差异(P>0.05)  2.B2组图像在肝脏CT值、病灶CT值、病灶CNR、病灶CER及病灶显示度方面优于其他两组,差异有统计学意义(P<0.01);A组图像在肝脏CT值(门脉期)、病灶CT值、病灶CNR、病灶CER及病灶显示度评分方面高于B1组,差异有统计学意义(P<0.01)。  3.B组CTDIvol、DLP、ED及总的对比剂量均低于A组,分别减少42%,30%,30%,41%,两组间差异有统计学意义(P<0.01)。  结论:  采用自动能谱成像协议选择技术(ASIS)可以显著减少腹部能谱CT辐射剂量;52keV图像结合30%ASiR-V技术能够降低图像噪声,显著改善图像对比度及病灶显示度,有效降低碘对比剂浓度及剂量,满足临床诊断要求。
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