碘流率和造影劑用量在肥胖患者頸動脈CTA中對圖像質量的影響

李美然，彭朋，蔣濤

首都醫科大學附屬北京朝陽醫院 放射科，北京 100020

引言

頸部血管性病變近年來在臨床中的發病率明顯增加，已成為常見病、多發病。隨著多層螺旋CT血管成像（Multislice Spiral CT Angiography，MSCTA）越來越普遍地應用于臨床，它已成為臨床頭頸部血管病變的常用檢查方法。但CT掃描范圍廣，受檢者所接受的輻射劑量高，對患者的危害增大[1-2]；同時，過量使用對比劑增加了對人體的腎毒性，因此降低對比劑用量既降低了患者患對比劑腎病（Contrast-Induced Nephropathy，CIN）風險，并可減少對比劑外滲幾率，所以降低對比劑用量日益受到重視[3]。而CT機的不斷發展，掃描速度和重建方法的進步則讓臨床不斷降低造影劑用量成為可能。此前多家醫院在減低射線劑量方面做出努力，并在一定程度上降低了患者接受的輻射劑量，但是在降低對比劑用量方面還有一定欠缺[4]，尤其是對肥胖患者。肥胖是動脈硬化的危險因素[5]，同時體重的增加也相應的需要增加造影劑的用量，因此探尋優化的造影劑用量和碘流率（Iodine Delivery Rate，IDR）配合方式，在保證圖像質量的前提下減少造影劑用量對肥胖患者很有意義。之前的研究多集中在研究低管電壓、低造影劑濃度，即雙低掃描模式下，或圖像采集重建算法及掃描方案參數的頸部血管CTA優化[6-8]，未見針對肥胖人群的掃描方法優化研究。本實驗擬通過選取肥胖患者這一特殊人群，優化頸動脈CT造影的造影劑參數，達到不影響檢查效果前提下盡量減少造影劑用量的目的。

1 材料與方法

1.1 一般資料

選擇我院自2016年7～12月懷疑頸動脈疾病行CTA檢查的患者80例，將80例患者隨機分為A、B、C、D四組，分別以不同的注射速度給于濃度、劑量不同的碘比樂造影劑。被試體重指數均屬于超重或肥胖（BMI＞25）。A組20例，男13例，女7例，年齡34～81歲，平均（62.25±14.46）歲，體重指數BMI為28.62±2.76。B組20例，男14例，女6例，年齡31～82歲，平均（63.15±13.21）歲，體重指數BMI 29.19±2.89。C組20例，男12例，女8例，年齡48～82歲，平均（61.70±9.17）歲，體重指數BMI 30.65±2.84。D組例，男14例，女6例，年齡45～73歲，平均（59.45±8.75）歲，體重指數BMI 29.20±1.83。

碘流率即單位時間內注射的碘含量，IDR=對比劑濃度×對比劑注射速率。A組造影劑（碘比樂300 mgI/mL）用量50 mL，流速5 mL/s，IDR為1.5 gI/s；B組造影劑（碘比樂300 mgI/mL）用量50 mL，流速4.5 mL/s，IDR為1.35 gI/s；C組造影劑（碘比樂370 mgI/mL）用量40 mL，流速4.5 mL/s，IDR為1.67 gI/s；D組造影劑（碘比樂370 mgI/mL）用量30 mL，流速4.5 mL/s，IDR為1.67 gI/s。對比劑注射完再以相同流速分別追加生理鹽水30 mL。有嚴重心、肝、腎功能減退、頸動脈支架置入術后、碘對比劑過敏及甲狀腺功能亢進者均不列入此次頸動脈CTA檢查范圍。

1.2 檢查方法

采用Philips Brilliance iCT 256排螺旋CT機，雙筒高壓注射器。掃描參數：120 kV、螺距0.993，探測器寬度0.625 mm，矩陣512×512，旋轉時間0.5 s/r，視場角22×22，層厚0.90 mm，層間距0.45 mm。掃描時采用自動管電流調制技術，選取定位像上主動脈弓部橫斷面作為造影掃描觸發觀察層面，感興趣區（Region of Interest，ROI）=10 mm2，利用同層動態監測技術在注射對比劑6 s后對觀察層面進行掃描，當達到CT設置閾值100 HU時開始觸發掃描，掃描范圍從主動脈弓至大腦動脈環，采用濾波反投影法重建。

1.3 圖像質量評價

采用飛利浦Extended Brilliance Workspace 4.5工作站進行三維處理。利用最大密度投影（Maximum Intensity Projection，MIP）、曲面重組（Curved Planar Reformation，CPR）、容積再現（Volume Rendering，VR）等圖像后處理技術對原始圖像進行重建。

避開管壁及管壁上的斑塊取盡可能大的被測量血管面積作為ROI面積，分別測量主動脈弓、雙側頸總動脈、雙側頸內動脈CT值，并取其平均值作為頸動脈CT值。取ROI=80 mm2分別測量椎前兩側軟組織CT值以及雙側上頜竇內氣體CT值，取其平均值，計算圖像對比噪聲比（Conntrast to Noise Ratio，CNR）：CNR=（ROIa-ROIb）/SD，及信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）：SNR=ROIa/SD。其中 ROIa為頸動脈CT值，ROIb為椎前軟組織CT值，SD為圖像噪聲，即上頜竇內氣體CT值[9]。所有測量均由本科一位高年資主管技師完成，以確保相關參數的一致性。

1.4 圖像分析

檢查重建圖像質量主觀評價由本科兩名高年資的副主任醫師共同完成。采用4分評價法對頸動脈VR和曲面重組圖像及血管壁進行評價[10]。4分：動脈顯示好，連續性好，管壁銳利，無偽影；3分：動脈大部分顯示好，管壁稍模糊，偽影小，不影響診斷；2分：局部動脈顯示尚可，管壁毛糙，偽影多，連續性差；1分：動脈未顯影（血管閉塞除外）。兩名醫師對圖像質量評分產生不同意見時，需經討論后達成一致為最后評分結果。

1.5 統計學分析

采用SPSS 22.0統計軟件對數據進行統計學分析。用均數±標準差表示計數資料，使用單因素ANOVA比較4組患者頸動脈CTA中各段血管腔內CT值、CNR、SNR及重建圖像質量評分間有無統計學意義。P＜0.05為有統計學差異。

2 結果

2.1 一般資料比較

80例患者分組進行CTA檢查，四組年齡、性別、BMI無統計學差異（P＞0.05）。

2.2 客觀圖像CT值比較

A、B、C、D四組間的各測量點的CT值、CNR、SNR結果，見表1。由測量結果可見同樣造影劑用量，輕度減慢注射速度，或減少造影劑用量而加大造影劑濃度從而明顯提高IDR的情況下，血管強化程度無明顯差異。而在造影劑用量繼續減少到30 mL時（D組），同樣的IDR情況下，血管強化程度也開始出現明顯下降。

表1 四組被試的圖像數據結果比較（HU）

2.3 圖像質量主觀評分比較

四組被試的圖像VR、CPR血管重組圖像質量評分結果見表2。結合表1結果可見，A～C三組的血管強化程度無差異，這三組血管重建的主觀評價質量間也無差異，都屬于質量優良。而血管強化程度明顯下降的D組的血管重建質量也可滿足診斷需要。D組碘比樂頸動脈CT造影結果見圖1，IDR為1.67 gI/s時（典必樂370 mgI/mL），30 mL造影劑用量頸動脈重組圖像。可見VR和CPR血管重建圖像清晰、偽影小，可滿足診斷需要。

表2 四組被試重建圖像質量的主觀評分比較（分）

圖1 30 mL高濃度碘比樂頸動脈CT造影VR、CPR重建圖

3 討論

被稱之為診斷頸部動脈血管病變“金標準”的三維數字減影血管造影（3-Dimension Digital Subtraction Angiography，3D-DSA）雖然在臨床應用廣泛，但患者的輻射劑量增加，且是有創檢查，術后不良反應和并發癥相對較多，由于其局限性使其只能作為常規DSA檢查的重要補充，不能代替常規DSA檢查[11]。超聲雖然可以顯示頸部血管，但是受操作者經驗影響圖像不直觀，且無法保存全部檢查圖像數據。頸部磁共振血管成像檢查檢查時間長，費用高。CTA作為一種無創的影像檢查技術，因其掃描速度快、圖像后處理功能強大等優點在臨床中廣泛應用。

3.1 造影劑優化的必要性

CT頸部血管成像的影響因素很多，并且對頸血管的強化程度要求很高。頸部CTA需要使用高壓注射器完成高流速、高壓力含碘對比劑靜脈團注，才能使目標血管碘對比劑在短時間內達到峰值濃度滿足診斷要求[12]。雖然應用大劑量對比劑可以提高頸動脈CTA的圖像質量，但是大劑量地使用對比劑對患者血管質量要求增加，還同時增加了造影劑對血管的刺激及對比劑的外滲幾率。因此對比劑用量的多少是直接關系到對患者危害大小和成像質量好壞的關鍵因素[13]。從以往文獻中可知，注射對比劑的劑量、速率及濃度等均可影響靶血管的強化峰值及持續時間，但是各項參數均無統一標準。造影劑說明書的使用劑量不能隨時更新，并應對不同的檢查設備，在快速發展的CT硬件設備和圖像重建技術下普遍劑量過大，如果盲目的以此為依據注射大劑量對比劑，不僅增加了患者的心、腎功能負擔，而且對于頸動脈造影較短的掃描時間窗毫無必要，同時會帶來很多副作用。肥胖者由于較厚的體脂層，常需要面對較正常體重者更高的輻射劑量和造影劑用量來完成增強檢查。因此，對于肥胖患者，探究注射對比劑的各項參數，在不影響診斷的情況下，優化造影劑使用有著重要意義。

3.2 造影劑優化的探索

掃描方式、注射流率等曾是減少頭頸CTA對比劑用量的主要研究方向[14]，例如如何在低管電壓低對比劑的情況下獲得更好的圖像質量已經備受熱議。因為降低管電壓可以增加碘對比劑對X線的衰減，顯著提高血管的CT值，加大血管和周圍組織的對比程度，這就為減少對比劑用量提供了可能[15]。在既往的研究中，利用100 kVp管電壓，4.5 mL/s的流率注入對比劑典比樂（370 mgI/mL）獲得過很好的圖像質量[16]。使用256層CT，應用低劑量對比劑（40 mL）聯合生理鹽水（40 mL）同樣獲得優的CTA圖像[17]。但未見不同造影劑濃度、不同碘流率下CT血管造影，特別是對肥胖被試的造影劑優化研究。

本研究中，使用非離子型低滲對比劑碘比樂，A、B組造影劑濃度、劑量相同，總注入碘含量同為15 g，B組因注射速度減低而碘流率稍減低，因此A組各項數據的平均數較B組稍高，但兩組血管強化程度和圖像后期重建質量間無統計學差異。C、D組造影劑濃度、注射速度相同，因此碘流率相同。C組總注射碘劑14.8 g，較A、B組稍減少，但較A、B組造影劑濃度增高，雖注射速度較A組減低，但IDR仍較A、B組增高，因此其血管強化程度和圖像后期重建質量平均數高于B組，但與A、B組無統計學差異。因此，減少造影劑用量后可通過提高造影劑濃度，保證碘劑注射總量并提高IDR來保證圖像質量。那么如果進一步減少造影劑用量，使得碘劑注射總量下降，到達什么程度會影響圖像質量呢？為此我們設立了D組。D組由于造影劑用量進一步減少至30 mL，碘劑攝入總量降至11.1 g，雖然IDR與C組一樣，高于A、B組，但由于注射時長縮短（較A組縮短2.7 s，較B組縮短4.4 s，較C組縮短2.2 s），血管強化程度和圖像后期重建質量較前三組存在統計學差異，但圖像質量仍可滿足診斷需要。因此，在我們的實驗中，對于肥胖的患者，減少造影劑用量到30 mL，以4.5 mL/s速度進行造影劑注射，圖像質量尚可滿足診斷的需要，即此時碘劑總量與注射速度間的平衡尚可滿足臨床需要。由于實驗例數較少，實驗結果可能存在一定局限性，擴大各分組被試，可更好地分析不同碘流率和造影劑用量對圖像質量的影響趨勢。假牙等偽影也會引起圖像質量噪聲影響CT值的準確性。應用BMI判斷患者肥胖分組又存在一定局限性，要真正度量病人是否肥胖，還需要利用微電力度量病人的阻抗，以推斷病者的脂肪厚度。體脂肪率比BMI更準確，而腰圍身高比比體脂肪率好，最好的指標是看內臟脂肪，若內臟脂肪正常，就算腰圍或體脂肪率很高，健康風險也不高，對全身的血液循環影響也較小。因此本實驗可以繼續擴大樣本，細化采集的患者信息，并針對患者脂肪含量進行個性化劑量優化方面的研究。

4 結論

總之，通過本研究可見，注射造影劑用量相同時，碘流率高的圖像質量會更好。造影劑用量減少時，可通過提高造影劑濃度、提高IDR來維持足夠的血管強化程度。但在碘流率相同，并且碘劑攝入總量下降過多時，則會造成圖像質量下降。因此，我們需要在碘劑攝入總量、注射速度間尋求平衡。對于肥胖患者，采用高濃度對比劑（碘比樂370 mgI/mL）行頸動脈CTA時，可以在注射碘總量基本不變的情況下，提高IDR，不影響圖像質量并降低注射速度，減少造影劑用量，降低造影劑風險。采用更準確有效評價被試肥胖程度的參數，以指導造影劑使用方法優化的研究值得繼續進行，最終實現造影劑用量個體化，以進一步減小造影劑對被試的危害。