低劑量CT血管成像技術在下肢動脈硬化閉塞癥中的應用進展

劉彬，鄭加賀

中國醫科大學附屬盛京醫院 放射科，遼寧 沈陽 110004

引言

下肢動脈硬化性閉塞癥是動脈粥樣硬化累及下肢動脈，導致動脈狹窄或閉塞而引起肢體缺血癥狀的慢性疾病。DSA檢查是下肢動脈硬化性閉塞癥診斷的“金標準”，但因其有創性一般不作為首選檢查[1]。下肢動脈CT血管成像（CT Angiography，CTA）檢查在評估下肢動脈病變方面有較高的準確性，在一定程度上代替DSA檢查[2]。當然，下肢CTA檢查也存在一定的弊端，其掃描范圍從腹主動脈下端至足底，輻射劑量大，存在電離損傷的危害，尤其是對外陰生殖器，使患者罹患癌癥的風險增高[3]。另外，常規掃描方法所用對比劑用量大，有對比劑不良反應發生的風險，特別是下肢動脈硬化閉塞的患者，常伴有腎功能受損，對比劑腎病發生風險更高[3]。為了更加合理的減少輻射劑量及對比劑用量，多種技術隨之應生，本文就近年來低輻射劑量CTA技術診斷下肢動脈硬化閉塞癥的研究進展進行綜述。

1 降低輻射劑量的方法

輻射劑量與多種因素有關，包括管電壓、管電流、螺距、掃描長度等。輻射劑量與管電壓的平方成正比，與管電流成正線性相關，所以降低管電壓或管電流是臨床工作中常用的方法。降低輻射劑量必然影響原始圖像的質量，這也推動了各種重建技術及后處理技術的發展。在圖像重建環節使用CT低劑量技術，是在不影響診斷準確性的前提下，提高對高噪聲圖像的容忍度，從而可以在掃描環節進一步的降低輻射劑量。

1.1 降低管電壓

管電壓影響X射線的穿透力，降低管電壓能使X線束中每個光電子所獲能量減少，產生的高能X射線成分減少，所以降低管電壓能有效的降低輻射劑量。在國外學者Oca等[4]的研究中，將懷疑下肢動脈硬化閉塞癥的患者分為80 kVp及100 kVp組，使用64排螺旋CT掃描，其余掃描參數相同，最終80 kVp管電壓組有效輻射劑量（Effective Radiation Dose，ERD）由9.6 mSv降低到4.7 mSv，圖像質量并未受到影響。Iezzi等[5]將管電壓由120 kVp降低到80 kVp時，容積CT劑量指數（volume CT Dose Index，CTDIvol）減少了61% (5.89 mGy vs. 12.96 mGy)。在葛涌錢等[6]的研究中，100 kVp管電壓與120 kVp管電壓相比，劑量長度乘積（Dose Length Product，DLP）及ED分別降低38.66% 和38.65%，這與李愛靜等[7]將輻射劑量降低約35%相似。另外，周淑琴等[8]將管電壓降低到100 kVp，所得圖像與120 kVp管電壓相比，輻射劑量降低了約34.6%，且獲得了較高的圖像質量。趙小英等[9]在下肢動脈掃描中使用的80 kVp管電壓時ERD較120 kVp管電壓減少了約64.4%，圖像質量無統計學差異。

第二代雙源CT的使用，可以進一步的降低檢查管電壓，例如在Qi等[10]在下肢CTA檢查時，用70 kVp管電壓與第一代雙源CT 120 kVp管電壓掃描對比， CTDIvol由3.8 mGy降至2.4 mGy，低劑量組信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）和對比噪聲比（Contrast to Noise Ratio，CNR）也得到提高，且獲得了較高的圖像質量。Duan等[3]對下肢動脈硬化閉塞癥的患者進行CTA檢查時，使用70 kVp管電壓掃描（有效管電流312 mAs，螺距0.8）的方式去降低輻射劑量，并評價其診斷效能，結果與DSA比較，檢查靈敏度、特異度、陽性預測值、陰性預測值及診斷率分別為100%、93.5%、90.86%、100%和96.05%，證明下肢動脈低劑量CTA檢查有較高的靈敏度和特異度，能夠提供可靠的診斷信息。然而，增加圖像噪聲是低管電壓帶來的最主要影響，尤其對于肥胖病人[1]。雙源CT的智能最佳kV掃描技術（CARE kV）能夠根據CT檢查目的和受檢者的體型自動確定最優化的管電壓和管電流[11]，Beeres等[12]用CARE kV組與非CARE kV組對比，發現CARE kV組輻射劑量較非CARE kV組減少了40.6%，且獲得了更高的圖像質量，CARE kV組平均CT值為439 HU，明顯高于非CARE kV組的290 HU，這與碘原子K層電子的結合能有關，該文建議在臨床實際工作中下肢動脈CTA檢查中使用100 kVp甚至80 kVp管電壓，因為在CARE kV組中，最終自動選擇低管電壓掃描的病例占97%。

另外，降低管電壓能可以減少對比劑的用量。這是由于低管電壓掃描所產生的X射線光子能量降低，但更接近碘原子K層電子結合能（33.2 keV），使光電效應增加，血管腔內強化更明顯。例如Oca等[4]的研究中，將管電壓由100 kVp降低到80 kVp時，血管腔強化程度提高了約100 HU；在Qi等[10]的研究中，70 kVp管電壓掃描較120 kVp管電壓掃描圖像CT值提高了近123%，低劑量組在雖然降低管電壓后圖像噪聲會略增加，但因CT值的明顯提高，圖像對比噪聲比和信噪比會提高，甚至可以通過適當提高管電流來減低噪聲。大量研究表明，血管腔CT值在350～550 HU時為合適強化值[4]，過高的強化程度可能掩蓋血管壁的鈣化灶。故在保證強化充分的條件下，降低管電壓的同時可以適當減少對比劑用量，使X線束的有效能量與K層電子結合能更加匹配。張大明等[13]使用第3代雙源CT70 kVp+50 mL普羅帕胺掃描方案運用在腹主動脈及下肢動脈CTA檢查中，結果與第2代雙源CT70 kVp+90 mL普羅帕胺相比，前一種方案能在顯著降低輻射劑量（57%）和對比劑用量的同時保證圖像質量，當然這與第3代雙源CT的高級模擬迭代重建（Advanced Modeled Iterative Reconstruction，ADMIRE）技術有關。

1.2 降低管電流

管電流能影響X射線的光子數，從而影響X射線的強度。由于盆腹腔至下肢掃描部位粗細變化較大，X線的吸收不盡相同，若采用固定管電流技術，可能造成盆腹部曝光不足影響圖像質量或遠端肢體曝光過多使輻射劑量增高的情況。自動管電流調節技術[14-15]（Automatic Tube Current Modulation，ATCM）是一種個體化的輻射劑量控制技術，即在所設置的噪聲指數的基礎上根據不同部位X射線衰減系數的差異動態調整管電流，使X射線在掃描過程中得到合理的分布，既可以提高射線的利用效率從而降低輻射劑量，又能保證圖像質量，這種技術尤其適合形態變化較的下肢動脈CTA檢查。毛光品等[16]在下肢CTA檢查中運用ATCM技術，將噪聲指數設為10時，有效輻射劑量降低了46.65%，并且推測肥胖患者用該方法降低輻射劑量的效果有限，且圖像噪聲和有效吸收劑量可能會更大。自動管電流調節技術常與其他技術相組合應用，例如在李佩玲等研究中，與80 kVp管電壓結合使用時輻射劑量減少了50%以上，且能獲得比較好的圖像質量。在Schreiner等[17]的下肢動脈低劑量CTA研究中，管電壓均設置為80 kVp，根據體重指數（Body Mass Index，BMI）的大小設置不同的管電流調節范圍，BMI＜25 kg/m的病例有效管電流120 mAs，25 kg/m2＜BIM＜30 kg/m2病例作為對照，有效管電流150 mAs，結果低管電流組輻射劑量降低顯著降低（CTDIvol由4.18 mGy減少至1.97 mGy）還能得到相似的圖像質量，且與DSA比較，888個節段血管中有856個節段是可以診斷的，且靈敏度、特異度及診斷準確率均為90%以上。

1.3 增大螺距

降低輻射劑量的方法還包括增加螺距。X線輻射劑量與螺距呈反比,合理增加螺距可減少掃描時間，降低輻射劑量，但不降低圖像質量。增加螺距掃描同樣也能減少造影劑的用量，這是由于掃描時間變短，對血管強化峰值窗口期要求也變短，造影劑用量也減少[18-20]。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合使用。如Qi等[20]在下肢CTA檢查中用低劑量掃描方案（第2代雙源CT，管電壓70 kVp，螺距2.2，造影劑普羅帕胺80 mL）與常規劑量掃描方案（第1代雙源CT，管電壓120 kVp，螺距0.85，造影劑120 mL）比較，結果顯示低劑量組輻射劑量及造影劑用量分別減少了83%和33.3%，而兩組間圖像質量卻無統計學差別，且低劑量組平均血管腔內CT值超過500 HU，提示還有進一步降低造影劑量的可能。

2 迭代重建技術的應用

重建技術并不能直接減少檢查中的輻射劑量，但能在數據重建過程中盡可能的降低圖像噪聲和偽影，最大程度的還原真實信息的情況，以促進低劑量的發展[4]。在傳統的重建方法中，圖像銳利度的增加必然以噪聲的增加為代價，反之亦然，圖像噪聲的降低會引起銳利度的降低。濾波反投影重建（Filtered Back Projection，FBP）是CT重建的標準算法[21]，適用于大部分情況，當遇到輻射劑量低或病態肥胖患者時重建圖像會產生較嚴重的偽影和噪聲，這限制了低劑量CT技術的發展。近年來，各大CT生產商先后推出了各自的迭代重建平臺，迭代重建（Iterative Reconstruction，IR）技術因其較高的降噪性能而被廣泛運用于臨床，研究表明，原始數據迭代重建至少能降低50%的輻射劑量[19]。相比傳統的FBP技術，迭代重建技術優勢在于可利用先驗知識對CT 系統成像進行適當模擬，對數據要求低，能夠降低圖像噪聲和提高圖像質量[22]。如GE公司的自適應統計迭代重建（Adaptive Statistical Iterative Reconstruction，ASIR）及基于模型的迭代重建技術（Model-Based Iterative Reconstruction，MBIR）、西門子公司的影像空間迭代重建（Iterative Reconstruction in Image Space，IRIS）及正弦圖確定迭代重建（Sinogram-Affirmed Iterative Reconstruction，SAFIRE）、東芝的自適應迭代劑量降低算法（Adaptive Iterative Reconstruction Dose Reduction，AIDR）、Philips 公司的iDose技術[23]及全模型迭代重建（Iterative Model Reconstruction，IMR）。近年，Philips公司推出新一代迭代技術IMR技術[19]，可以在低劑量的條件下更大程度的去除噪聲和提高對比度，以保持圖像質量。IMR技術[24-25]在數據域與圖像域進行不斷的重建，使統計學模型及系統模型進行對比矯正，更精確的還原掃描信息而達到降噪的目的，其在低劑量冠脈CTA檢查中的研究較多，而在低劑量下肢CTA中的研究少有[26-27]。錢偉亮等[28]的在下肢動脈CTA的研究中，80 kVp管電壓聯合自動管電流調節技術掃描得到的數據使用IMR重建時，圖像質量較FBP及idose4重建明顯提高。

3 總結

在下肢動脈硬化性閉塞性疾病的多種檢查方法中，下肢動脈CTA檢查應其無創性、易行性及準確性被廣泛用于下術前評估和術后隨訪。臨床工作中，在獲得符合臨床診斷需要的圖像同時，應該制定合理的掃描參數，盡量減少患者所受的輻射劑量。在CT檢查成為主要醫源性輻射的今天[29]，降低CT檢查的輻射劑量要求研究者不斷探索各種新技術外，更好地服務于廣大患者。當然，合理的臨床決策也同樣重要，即臨床醫生在考慮到CT檢查帶來的信息價值時，也應該考慮到其帶來的危害及費用問題，使CT檢查用到其處，而不能濫用。