能譜計算機斷層掃描智能最佳管電壓技術在提高食管癌患者胸部增強掃描圖像質量中的應用價值

周 悅，侯 平，查開繼，王 睿，蒲 實，王明月，董軍強，高劍波

(鄭州大學第一附屬醫院放射科，河南 鄭州 450052)

增強計算機斷層掃描(computed tomography，CT)檢查時，體質量指數(body mass index, BMI)較高的食管癌患者往往需要采用較高的管電壓[1]。常規120 kVp掃描模式在固定管電壓的前提下，無法做到依據患者不同的BMI適當減少患者的輻射劑量。能譜CT智能最佳管電壓技術能夠依據患者體型和預設掃描參數為參考，智能化選擇患者最佳的掃描參數，適當降低管電壓并有效調節管電流以盡可能減少輻射劑量，且穩定圖像質量[2]。同時，患者體質量的差異也會對碘對比劑注射后血管和臟器的增強效果產生影響[3]。基于患者體質量的差異而計算出的含碘對比劑注射量能夠有效減少對比劑的攝入，降低不良反應和對比劑腎病的風險[4]。作者旨在探討胸部CT雙期增強掃描中，能譜CT智能最佳管電壓技術聯合低碘對比劑注射量對于不同BMI食管癌患者圖像質量和輻射劑量的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料收集我院2017年7月至2018年6月間行能譜CT胸部雙期增強掃描的食管癌患者。排除標準：年齡<18歲患者；懷孕或哺乳期婦女患者；全身狀況欠佳或合并嚴重心、肝、腎功能不全患者；心血管系統病變患者。最終共有104例患者納入研究，其中男48例，女52例；年齡37～59(48±4)歲；22例患者發現肺部占位，44例患者顯示肺部炎癥，21例患者表現為慢支、肺氣腫，其余17例均未見腫塊或其他病變。所有患者檢查前均簽署了檢查知情同意書。

采用隨機數字表法將104例患者分為A組和B組，每組52例。每組再根據BMI分為3個亞組，分別為BMI<18.5 kg·m-2患者各12例、18.5 kg·m-2≤BMI<24.9 kg·m-2患者各20例和BMI≥24.9 kg·m-2患者各20例。

1.2 檢查方法所有患者均采用美國GE公司HD750 CT進行掃描。掃描前去除患者身上金屬物品，并進行屏氣訓練。掃描時患者雙上肢上舉過頭頂。掃描范圍自胸廓入口至雙肺底。B組掃描參數包括：管電壓的設定采用能譜CT智能最佳管電壓技術，管電流為自動mA·s-1，螺距0.9841。掃描層間距、層厚均為5 mm。對比劑應用非離子型造影劑碘海醇(350 mg·mL-1)，采用雙筒高壓注射器經肘靜脈注射，根據體質量計算注射流率(流率=體質量/30 s)，劑量300 mg·kg-1；監測主動脈弓CT值達到100 Hu時觸發掃描，延遲30 s開始動脈期掃描，動脈期結束后延遲60 s開始靜脈期掃描。A組采用常規胸部增強CT掃描模式，管電壓設定為120 kVp，劑量450 mg·kg-1，其余參數均同B組。

由1位具有豐富放射診斷經驗的放射科醫師在美國GE公司HealthCare AW 4.6工作站上進行圖像分析與測量。采用GSI Viewer軟件將2期圖像進行分析處理。感興趣區(region of interest，ROI)分別置于主肺動脈窗層面、氣管分叉層面、右肺動脈層面、左右房室層面的降主動脈。分別選取范圍為70～80 mm2的圓形或橢圓形區域為ROI的測量范圍。采用50%自適應統計迭代重組(adaptive statistical iterative reconstruction，ASIR)分別對2組圖像進行重建[3]。

1.3 圖像質量評價方法主觀評價指標：由2位具有影像學診斷經驗的醫師進行圖像主觀評分，意見不一致時經協商解決。主要觀察縱隔、大血管、胸膜、胸壁、肺段及亞段支氣管，具體評分標準如下[5]：5分(優異)：解剖細節及病灶顯示清晰，無明顯噪聲和偽影；4分(良好)：解剖細節及病灶顯示較清晰，噪聲和偽影增多；3分(中等)：解剖細節欠清晰，病灶顯示尚可，噪聲和偽影較明顯，但可接受；2分(較差)：解剖細節辨識困難，病灶顯示欠清晰，噪聲和偽影很明顯；1分(極差)：解剖細節無法辨識，病灶顯示不清，噪聲和偽影極明顯。3分以上者可滿足診斷要求。

客觀評價指標：由1位具有豐富放射診斷經驗的放射科醫師在后處理軟件上測量每個ROI的CT值，測量3次取平均值。計算4組圖像的信噪比(signal to noise ratio，SNR)和對比噪聲比(contrast noise-to-ratio，CNR)。SNR=ROI的CT值/噪聲。CNR=(CT值-CT值背景肌肉)/SD值背景肌肉，其中同層面背部肌肉的SD值代表圖像噪聲值。

1.4 輻射劑量記錄圖像得到的容積CT劑量指數(volume computed tomography dose index,CTDIvol)及劑量長度乘積(dose length product，DLP)，計算有效射線劑量(effective dose，ED)。

1.5 統計學處理采用SPSS 19.0進行統計學分析，年齡、身高、體質量、輻射劑量和客觀質量等計量資料采用配對t檢驗比較，圖像的主觀評價采用Mann-Whiteney U檢驗，檢驗水準α=0.05。

2 結果

2.1 2組患者基本資料比較2組患者的性別、年齡構成比較差異均無統計學意義(P均>0.05)，組間具有可比性。B組患者每kg體質量的對比劑濃度較A組減少了33.33%(150/450)。見表1。

表1 2組患者性別、年齡及掃描參數比較

2.2 2組圖像質量比較主觀評價指標：2位醫師對組間進行質量評分的Kappa值為0.78～0.82，所有圖像均達到診斷要求。CT增強動脈期，A1組、A2組圖像質量主觀評分高于B1組、B2組(P均<0.05)，B1組、B2組分別較A1組和B2組提高了9.35%和5.46%。A3組與B3組比較差異均無統計學意義(P均>0.05)。靜脈期A組、B組主觀評分差異均無統計學意義(P均>0.05)。

客觀評價指標：B組在2期各層面降主動脈的CT值低于A組，圖像噪聲均低于A組(P均<0.05)。組間CNR比較，靜脈期A1和B1組間支氣管分叉層面和右肺動脈層面、A2和B2組間左右房室層面、A3和B3組間左右房室層面比較差異無統計學意義(P均>0.05)，其余層面B組的CNR均高于A組，差異均有統計學意義(P均<0.05)。SNR在B組的各個BMI亞組均高于A組，差異均有統計學意義(P均<0.05)。見圖1、表2～7。

2.3 2組管電壓的選擇和輻射劑量比較對于BMI<18.5 kg·m-2的患者，管電壓選取80 kVp和100 kVp比例分別為69%(9/13)和31%(4/13)；18.5 kg·m-2≤BMI<24.9 kg·m-2患者管電壓選取100 kVp和120 kVp分別為75%(15/20)和25%(5/20)；BMI≥24.9 kg·m-2患者管電壓選取100 kVp和120 kVp分別為80%(16/20)和20%(4/20)。

BMI≥24.9 kg·m-2亞組中，A3組與B3組CTDIvol、DLP和ED比較差異無統計學意義(P>0.05)。BMI<18.5 kg·m-2和18.5 kg·m-2≤BMI<24.9 kg·m-2亞組中，A1組和A2組的CTDIvol、DLP、ED低于B1組和B2組，且ED分別降低了16.39% (1.46/8.91)和14.50% (0.67/4.62)。見表8。

圖1 A、B組在動脈期(A、B)、靜脈期(C、D)各層面降主動脈的CT值和圖像噪聲的比較

組別nSNR主肺動脈窗支氣管分叉右肺動脈左右房室CNR主肺動脈窗支氣管分叉右肺動脈左右房室圖像質量評分/分A1組1216.17±9.9215.63±9.2814.47±10.3913.02±8.8611.26±5.489.01±4.799.11±3.699.37±3.633.88±0.15B1組1241.39±12.9036.72±18.5630.58±14.1628.06±2.6419.66±10.8324.22±5.1223.18±12.4523.57±3.584.28±0.14t2.913.692.264.421.464.963.076.454.78P0.020.020.04<0.0010.02<0.0010.01<0.001<0.001

表3 A1組和B1組靜脈期不同層面降主動脈圖像質量評價指標比較

表4 A2組和B2組動脈期不同層面降主動脈圖像質量評價指標比較

表5 A2組和B2組靜脈期不同層面降主動脈圖像質量評價指標比較

表6 A3組和B3組動脈期不同層面降主動脈圖像評價指標比較

表7 A3組和B3組靜脈期不同層面降主動脈圖像評價指標比較

表8 2組行能譜CT胸部增強掃描的各BMI亞組輻射劑量比較

3 討論

降低管電壓作為減低輻射劑量最有效的方式，可以彌補低濃度對比劑造成的血管CT值偏低的缺陷[6]。能譜CT智能最佳管電壓技術作為一種全自動動態實時射線劑量調控技術，能夠依據患者BMI的大小、掃描時球管的角度等來調節管電流的大小，從而減少患者所接受的輻射劑量[7]。陳建等[8]提出，為了確保圖像質量，對于BMI<18.5 kg·m-2和18.5 kg·m-2≤BMI<24.9 kg·m-2的患者，建議管電壓選取80 kVp和100 kVp；而對于BMI較大的患者，則建議選用較高的管電壓。本研究結果顯示，B組對于BMI<18.5 kg·m-2的患者，管電壓傾向于選取80 kVp，而18.5 kg·m-2≤BMI<24.9 kg·m-2和BMI≥24.9 kg·m-2患者管電壓主要以100 kVp和120 kVp為主。有研究[9]顯示，降低管電壓能夠有效提高血管腔內對比劑的CT值。為了提高圖像對比度，能譜CT智能最佳管電壓技術以調節管電流來彌補調整管電壓所造成的潛在圖像質量損失。能譜CT智能最佳管電壓技術聯合低碘對比劑注射量組(A1組、A2組)動脈期圖像質量評分高于常規劑量掃描聯合常規對比劑注射量組(B1組、B2組)，其余組間主觀評分比較差異均無統計學意義，圖像質量均能滿足診斷要求。

輻射劑量與管電壓的平方成正比，降低管電壓能夠有效減少輻射劑量[8, 10]。如果單純使用降低管電壓來減少輻射劑量，對于BMI較大的患者，低管電壓會使圖像噪聲增加，對比噪聲比下降[11]。能譜CT智能最佳管電壓技術是依據掃描定位像來確定患者的體型，通過自動計算管電壓下所需管電流的變化曲線和輻射劑量，從中選擇一組劑量效率最佳的kV-mA基準曲線，從而推薦出一個最佳的kV設置[12]。許軼群等[12]研究發現，能譜CT智能最佳管電壓技術對于管電壓的選擇與患者的BMI呈正相關，非肥胖組患者的輻射劑量較肥胖組減少了31.74%。本研究結果顯示，能譜CT智能最佳管電壓技術使得BMI較小的患者選擇較低的管電壓，反之選擇較高的管電壓。該技術對于BMI<18.5 kg·m-2和18.5 kg·m-2≤BMI<24.9 kg·m-2患者的有效射線劑量能夠分別降低16.39%和14.50%，BMI≥24.9 kg·m-2患者間差異無統計學意義。因此，CT智能最佳管電壓技術能夠有效降低輻射劑量，尤以體型較瘦的患者；聯合低碘對比劑注射量也能夠減少患者接受的對比劑劑量，降低對比劑腎病的發生率。

本研究還存在以下不足之處：首先，對于BMI<18.5 kg·m-2患者納入研究的病例數不足，該組數據所得的結論還需進一步論證。其次，本研究采用50%ASIR分別對2組圖像進行重建，今后對于應用不同權重ASIR配比后圖像質量的分析有待于進一步驗證。

綜上所述，在胸部CT增強掃描時，能譜CT智能最佳管電壓技術能夠依據患者不同BMI選擇合適的管電壓，從而有效降低輻射劑量并提高圖像SNR與CNR，聯合低碘對比劑注射方案能夠減少患者造影劑的攝入并維持良好的圖像質量。