低管電壓聯合高濃度碘對比劑對腹部CT增強圖像質量及輻射劑量的影響

張衛國， 賈秀琴， 蔣濤

多排螺旋CT多期增強掃描技術已廣泛應用腹部疾病診斷中，碘對比劑碘濃度和碘總量的合理選擇及應用對成像效果至關重要。碘對比劑的不良反應和患者接受的輻射劑量也逐漸受到重視。CT增強掃描若想獲得理想的圖像，往往依賴于增加對比劑濃度或劑量，這樣可能引起或加重患者對比劑腎病風險。探討如何在滿足診斷要求的前提下，降低CT輻射劑量、減少對比劑總碘量，以降低對比劑腎病(CIN)的發生率已成為研究的熱點[1]。因此，本研究探討使用根據人體體表面積估算的碘總量的80%的對比劑用量和低管電壓進行腹部多期增強掃描，為臨床提供高質量圖像以及降低輻射劑量的可行性。

材料與方法

1.研究對象

搜集本院行上腹部CT檢查的150例患者為研究對象。排除標準：①合并嚴重的心臟、腎臟功能障礙的患者(血清肌酐大于2.0 mg/dL)；② 碘過敏的患者；③存在意識障礙無法配合屏氣的患者；④腹部掃描范圍內有金屬植入物的患者；依據管電壓與不同碘濃度對比劑組合，用完全隨機方法將患者分為：對照組，120 kV，碘濃度300 mg I/mL對比劑；低濃度組，100 kV，碘濃度300 mg I/mL對比劑；高濃度組，100 kV，碘濃度370 mg I /mL對比劑。每組50例患者，三組患者在年齡、體質量指數(BMI)及體表面積(BSA)上相匹配，差異無統計學意義(P>0.05)。本研究經醫院倫理委員會批準，所有患者均簽署了知情同意書。

2.數據采集

采用GE Optima CT 520Pro 16層螺旋CT機，設備狀態檢測合格，掃描參數：三組旋轉速度0.8 s/r，螺距0.969:1，掃描層厚5 mm，重建層厚5 mm，掃描準直0.625×16，重建算法ASIR，噪聲指數10.41，對照組管電壓120 kV，管電流80～300 mA；低濃度組管電壓100 kV，管電流80～300 mA；高濃度組管電壓100 kV，管電流80～250 mA。算法均采用ASIR 40%迭代算法。對照組及低濃度組對比劑采用碘普羅安(300 mg I/mL)，高濃度組對比劑采用碘帕醇(370 mg I/mL)。碘總量：對照組為BSA(m2)×18.6 g I/m2；低濃度組、高濃度組為BSA(m2)×14.9 g I/m2，是對照組碘總量的80%，注射流率為3 mL/s，掃描范圍從膈肌頂端至髂脊，于腹主動脈第二肝門層面觸發掃描，觸發閾值100 HU，到達閾值后6 s開始掃描動脈期圖像，從開始注射對比劑后45～50 s開始掃描門脈期圖像，采用吸氣后屏氣掃描，檢查前對患者進行屏氣訓練。

3.測量指標及輻射劑量估算

對比三組患者的信噪比(signal to noise ratio，SNR)、對比噪聲比(contrast to noise ratio，CNR)、噪聲(SD)、平均容積 CT 劑量指數(volueme CT dose index，CTDIvol)、劑量長度乘積(dose length product，DLP)、有效劑量(effective dose，ED)。記錄患者動脈期、門脈期CTDIvol和DLP，并根據公式計算有效劑量ED，E = DLP×k，其中k為換算因子，采用歐洲CT質量標準指南腹部平均值，取0.015 mSv/mGy·cm[2]。由于腹部CT掃描各期掃描參數相同，故平掃期、動脈期、門脈期及靜脈期的輻射劑量基本相同，本文重點比較門脈期圖像質量及輻射劑量。

4.圖像質量分析

客觀評價：記錄各組所用對比劑的碘總量，腹主動脈，門脈期肝臟的CT值及門脈期肝臟的CT值與平掃期肝臟的CT值之差，差值大于50 HU認為高診斷質量的對比圖像。分別測量第二肝門層面肝左、右葉、肝下緣處的CT值，取平均值作為肝臟CT值(ROI肝臟)；同層面測量左、右兩側的豎脊肌CT值，取平均值作為肌肉的CT值(ROI肌肉)。測量前、后背景 CT值，取平均值作為背景的 CT 值(ROI背景)。 連續測量5層圖像、同位置背景CT，噪聲被定義為背景CT值的標準差，ROI面積為1.00 cm2。計算SNR和CNR：SNR=ROI肝臟/噪聲，CNR =(ROI肝臟-ROI肌肉)/噪聲。分別測量并計算動脈期、門脈期的SNR、CNR及SD，分別比較并做出最終評價。

主觀評價：由2名高年資放射科醫師采用雙盲法對門脈期圖像進行評判，有分歧時請上級醫師綜合分析，并達成共識。參考胡敏霞等[3]的4分制評分法對圖像質量進行評價：4分，圖像無明顯噪聲，細膩，各器官邊界清晰，肝邊緣處無肋緣下偽影，腎上腺顯示清晰；3分，圖像噪聲較小，較細膩，各器官邊界較清晰，肝邊緣處有輕度肋緣下偽影，腎上腺能夠顯示，但邊緣欠清晰；2分，圖像噪聲較大，各器官邊界尚較清楚，肝邊緣處有明顯肋緣下偽影，腎上腺能夠分辨，但邊緣較模糊；1分，圖像噪聲大，各器官邊界欠清晰，肝邊緣處有嚴重的肋緣下偽影，并有其他偽影，腎上腺顯示不清或雖能顯示但難以確定邊界。評分>2分的圖像，認為可以滿足診斷要求。

表1 三組患者的基本資料統計學分析

注：*參數檢驗。

表2 三組患者圖像SNR、CNR及噪聲比較

注：#參數檢驗；*對照組與低濃度組差異有統計學意義；a對照組與高濃度組存在顯著性差異；b低濃度組與高濃度組存在顯著性差異；腹主A為腹主動脈。

表3 三組患者圖像主觀質量評價比較

注：#參數檢驗；*對照組與低濃度組存在顯著性差異；a對照組與高濃度組存在顯著性差異；b低濃度組與高濃度組存在顯著性差異；腹主A為腹主動脈。

表4 三組患者門脈期的輻射劑量

注：#參數檢驗；a對照組與高濃度組存在顯著性差異；b低濃度組與高濃度組存在顯著性差異。

5.統計學分析

采用SPSS 22.0軟件包進行統計學分析。首先對實驗數據進行正態分布檢驗。除性別采用卡方檢驗以外，三組患者的其他數據采用單因素方差分析(參數檢驗)或Kruskal-Wallis檢驗(非參數檢驗)比較組間主效應是否顯著，組間比較采用雙樣本t檢驗(參數檢驗)或Mann-Whitney U檢驗(非參數檢驗)進行統計分析，采用Bonferroni校正，以P<0.05為差異具有統計學意義。

結 果

1.患者基本資料統計學分析

三組患者性別、年齡、身高、體重、BMI和BSA差異均無統計學意義(表1)。

2.圖像客觀及主觀質量評分

除門脈期CNR無統計學意義(P=0.31)外，三組患者的SNR、腹主A的CNR、噪聲的差異均有統計學意義(P<0.005)，見表2。高濃度組與對照比較發現：腹主A的SNR、CNR、噪聲及門脈期的SNR、噪聲比較，均有明顯差異；高濃度組與低濃度組比較發現：腹主A的SNR、CNR有明顯差異；低濃度組與對照組比較發現：腹主A、門脈期的噪聲比較有明顯差異，其他比較無顯著差異。結果證明高濃度組的圖像質量明顯優于對照組，可以滿足診斷需求。

圖1 腹主動脈CT值。a) 對照組201.0HU； b) 低濃度組307.5HU； c) 高濃度組422.3HU，高濃度組腹主動脈的CT值明顯高于其他兩組。 圖2 門脈期肝實質強化CT值。a) 對照組95.5HU； b) 低濃度組132.8HU； c) 高濃度組141.0HU，高濃度組門靜脈期肝實質CT值高于其他兩組，可以更好的顯示肝臟的病灶。

如表3所示，除門脈期與平掃期強化差值無統計學意義(P=0.31)外，三組患者碘總量、腹主動脈CT值和圖像主觀評分均有統計學意義(P<0.005)，三組結果比較發現：高濃度組的碘總量最低、腹主動脈CT值最高(圖1)，主觀評分高濃度組與低濃度組無差異，但略低于對照組。說明隨著管電壓的降低及對比劑濃度的增加，患者所接受的對比劑碘總量越少，圖像SNR明顯升高，其中高濃度組SNR最高，圖像的門脈期肝CT值與平掃期肝CT的差值均大于50HU并保證了圖像增強的效果，有助于乏血供病變的檢出。其中三組門脈期圖像中高濃度組肝實質CT值最高(圖2)。

3.輻射劑量比較

三組患者門脈期的 CTDIvol、DLP和E差異均有統計學意義(P<0.005)，高濃度組與低濃度組及對照組比較發現，高濃度組降低了自動管電流上限數值，所以高濃度組的CTDIvol、DLP和ED值均顯著小于低濃度組及對照組，進一步降低了患者的輻射劑量(表4)。

4.一致性比較

兩名醫師對圖像質量評價的結果一致性較好(Kappa=0.85，P<0.05)。

討 論

肝臟增強CT圖像質量和患者體重有密切的關聯，固定對比劑劑量基本是一個標準化體重患者的假設，實行普遍。但這種方法并不合理，臨床工作中患者的體重、身高條件各不相同，尤其是體重因素對增強圖像的質量有明顯的影響，在體型大的患者中，固定對比劑劑量可能降低腫瘤與肝臟的對比度顯示。而在體型偏小的患者，過量的對比劑劑量可能導致不必要的成本增加，并可能會增加患者腎毒性的風險。

腹部增強圖像質量受很多相關因素影響，包括對比劑的濃度、劑量、注射流率、注射持續時間、注射后延遲時間以及患者因素(體重、體型和心功能輸出率)。通常認為對比劑增強效果是與患者體重成反比，大體重的患者需要的碘總量大于小體重的患者，才能實現肝臟增強后與平掃期CT值相差50HU[4]這樣高診斷質量的圖像要求。目前，在腹部增強常規采用根據患者BMI計算對比劑用量，但腹部臟器中肝臟的脂肪含量個體差異性很大，特別是超重患者，肝臟脂肪含量高，按BMI計算對比劑用量可能會高估所需對比劑。近期，Ho等[5]和Kondo等[6-7]報道使用去脂體重(LBW)計算對比劑用量，可使肝實質和血管增強均勻度提高，但需要使用人體脂肪監測儀測量身體脂肪百分比，臨床應用中不切實際。本研究使用體表面積(BSA)計算對比劑用量，結果顯示三組圖像都能滿足診斷且門脈期肝CT值與平掃期肝CT值差值都大于50HU，對照組組圖像評分明顯高于低濃度、高濃度組，說明在不考慮掃描條件時，使用BSA計算對比劑用量可以為每位患者提供準確的碘總量，與以前的報道[8-11]指出根據患者BSA計算造影中對比劑用量是合理的觀點相符，且計算簡便，方便操作。低濃度、高濃度組使用碘總量是對照組的80%，碘總量使用中高濃度組最低，降低患者對比劑腎病的發生率，同時降低原材料成本。肝臟增強圖像效果除了取決于掃描時機的把握，還會受到對比劑濃度或劑量的影響。Guerrisi等[12]的研究顯示使用高濃度碘對比劑能夠大大提高肝臟動脈增強效果，高濃度組腹主動脈CT值最高，這是因為使用相同注射流率、相同碘含量時，高濃度對比劑用量低于低濃度對比劑，因而注射時間短，導致通過目標血管的單位時間內的碘含量升高，導致靶血管內CT值增高。本研究使用BSA估算碘總量基礎上，高濃度對比劑的碘總量是低濃度對比劑碘總量的80%，說明采用高濃度對比劑聯合低管電壓的結果與上述觀點相符。

腹部各臟器組織之間的密度差很小，對比度相對低。以往為了保證腹部各臟器能有良好對比，一般使用120kV掃描。有研究[13]認為降低管電壓與降低管電流相比，能夠更有效地降低輻射劑量。但是，低管電壓掃描能夠導致圖像噪聲和顆粒狀偽影的增加而影響圖像的評價。唐坤等[14]研究表明，對于低對比的腹部，單純降低管電壓會導致圖像CNR下降。本文研究結果與上述觀點一致，高濃組優勢明顯，與對照組、低濃度組比較，高濃度組圖像腹主動脈SNR和CNR及噪聲均顯著高于對照組和低濃度組，門脈期SNR高濃度組略低于對照組，與低濃度組無差別，門脈期CNR三組差異不明顯，但高濃度組患者輻射劑量最低。已有研究表明，管電流對輻射劑量起決定性作用，與輻射劑量成正比線性相關，在其他參數不變的情況下，降低管電流即可降低輻射劑量[15-17]。本研究中，高濃度對比劑提高了組織的SNR和CNR，因此，在保證圖像質量的同時，降低了管電流，在管電壓及BMI相同時，輻射劑量隨管電流的降低而減少，高濃度組管電流的上限數值比對照組和低濃度組低16%，所以輻射劑量比對照組降低18%，比低濃度組降低17.5%。

總之，在對比劑注射流率和對比劑注射后延遲時間相同時，使用體表面積估算的對比劑用量是相對準確的；使用100kV匹配高濃度對比劑，保證為臨床提供高對比的增強圖像前提下，減少對比劑用量，降低患者輻射劑量，提高患者耐受性和降低對比劑急性腎損傷發生的風險。