低管電壓、低對比劑用量和大螺距在雙期減影頭頸血管CTA中的運用

鄭小丹， 李蛟， 胡軍武， 黃文華， 沈威， 張進華

隨著多排螺旋CT的快速發(fā)展，具有非侵入性、診斷符合率高特點的計算機體層血管成像(computed tomography angiography，CTA)在頭頸部血管性疾病中得到廣泛應用。然而CT的輻射性和對比劑引起的腎臟損害的風險已引起越來越多的關注。因此，在保證圖像質量的情況下減少CT輻射劑量和對比劑用量是臨床工作中所關注的重點。研究發(fā)現管電壓80 kVp的X射線光子能量為43.7 keV，與碘原子K臨界值最為接近，所以衰減值會上升。CT值的公式CT值=(μ物-μ水)/μ水×1000(HU)提示：當管電壓降低并接近80 kVp時，含碘對比劑的CT值會增加[1]，從而減少對比劑用量成為可能，該技術現已用于胸腹部臟器、腦血管、頭頸血管等各種器官的CT血管成像[2-8]。大螺距掃描能有效減少輻射劑量，但圖像噪聲會相應增加，已被用于主動脈和冠脈等部位血管成像[9-10]。本研究比較使用低管電壓(80 kVp)、低對比劑用量結合大螺距掃描方式和常規(guī)掃描方式的頭頸部CTA的圖像質量和輻射劑量，旨在探討低管電壓(80 kVp)、低對比劑用量結合大螺距掃描在頭頸部血管CTA檢查中的可行性和穩(wěn)定性。

材料與方法

1.研究對象

本研究搜集了本院2018年9月-10月行頭頸部CTA檢查的患者共50例，隨機分為A組和B組，每組25人。納入標準：懷疑頭頸部血管疾病的患者，臨床癥狀包括頭痛、頭暈、惡心、嘔吐、麻木、虛弱或意識障礙、行走不穩(wěn)和言語問題等。排除標準：嚴重心、肝或腎功能不全者，孕婦或哺乳期婦女，有碘過敏史者以及檢查前行顱內植入動脈瘤夾閉等手術者。A組男6例，女19例，平均年齡(49.16±10.97)歲，體質量指數(body mass index，BMI)(23.00±2.56) kg/m2；B組男12例，女13例，平均年齡(54.20±11.80)歲，BMI(22.85±2.89) kg/m2。本研究已通過本院倫理委員會審核，患者均已簽署知情同意書。

2.CT掃描和對比劑注射協(xié)議

所有檢查在320排東芝Aquilion ONE Dynamic Volume CT 上進行。頭頸部CTA患者均進行平掃和增強掃描，平掃完成后再進行增強掃描，保證兩次掃描范圍一致，掃描范圍從氣管隆突至頭頂，獲得兩期圖像后做血管減影。增強監(jiān)測層面與掃描起始層面相同即氣管隆突層，興趣區(qū)(region of interest，ROI)放置在降主動脈層面，同層動態(tài)監(jiān)測ROI的CT值，利用自動推注跟蹤程序觸發(fā)掃描，注射對比劑后10 s開始監(jiān)測。A組監(jiān)測條件為100 kVp，50 mA，有效管電流為25 mAs，旋轉時間為0.5 s，觸發(fā)閾值設為180 HU，到達閾值后立即啟動掃描；B組監(jiān)測條件為80 kVp，50 mA，有效管電流為50 mAs，旋轉時間為0.5 s，觸發(fā)閾值設為210 HU，到達閾值后立即啟動掃描。A組掃描參數：100 kVp，螺距0.810。B組掃描參數：80 kVp，螺距1.390。其余參數兩組一致：準直256×0.625 mm，旋轉時間0.5 s，層厚1.0 mm，層間距0.8 mm，圖像矩陣512×512，視野250 mm×250 mm，自動管電流調控，AIDR 3D標準圖像質量重建。

采用高壓注射器將對比劑碘佛醇(320 mg I/mL)通過18G留置針經右肘中靜脈注入患者體內。A組雙期注射：以5 mL/s流率注射50 mL對比劑，隨后以相同流率注射30 mL鹽水；B組三期注射：以6 mL/s流率注射24 mL對比劑，隨后以相同流率注射18 mL對比劑和生理鹽水混合液(1:1混合)，最后以相同流率注射30 mL生理鹽水。

3.客觀和主觀圖像質量評估

客觀圖像質量評估通過畫圓形ROI測量升主動脈(氣管隆突水平)、雙側頸總動脈(假聲帶水平)、雙側頸內頸外動脈(頸內頸外分叉水平)和雙側大腦中動脈的CT值和標準差(SD值)，同時測量上述水平的：胸大肌、胸鎖乳突肌、頭長肌和腦組織的CT值和標準差(SD值)，測量血管的ROI要放置在血管中心，占腔的大小約2/3左右，同時避過血管壁、鈣化或金屬偽影，測量肌肉的ROI=0.25 cm2，避過偽影等。分別計算頸部血管和腦血管信噪比(SNR)和對比度噪聲比(CNR)。計算公式如下：

(1)

(2)

由兩位有6年以上頭頸部CTA診斷經驗的放射科醫(yī)生評估圖像質量，對患者的掃描方案和研究設計不知情，在橫軸面、多平面重組和VR圖像上評估圖像質量。血管圖像質量分為1～5分：5分，血管完全充滿，均勻的血管內密度和銳利的血管壁，無偽影；4分，血管充滿，血管內密度均勻，血管壁輕微模糊或輕度偽影；3分，血管通常充滿，血管內密度不均勻，血管壁略微模糊或輕度偽影，但仍可評估圖像；2分，血管內血管密度不均勻，血管壁模糊，有明顯偽影，評估有限；1分，血管無法識別，有明顯的偽影，無法診斷。評分≥3的圖像被認為具有診斷價值，而評分<3分的圖像被認為不具有診斷價值。如果觀察員之間存在分歧，雙方最終協(xié)商達成一致。

圖1 A組，女，57歲，身高163 cm，體重60 kg，管電壓100 kVp，螺距0.810。a、c)頸部和腦部血管VR圖像； b、d)頸部和腦部血管MIP圖像。 圖2 B組，女，60歲，身高165 cm，體重65 kg，管電壓80 kVp，螺距1.390。a、c)頸部和腦部血管MIP圖像； b、d)頸部和腦部血管VR圖像。

4.輻射劑量評估

計算機斷層掃描劑量指數(CTDIvol)(mGy)和劑量-長度乘積(DLP)(mGy·cm)由CT機系統(tǒng)自動生成。有效劑量(ED)(mSv)計算公式為：ED=DLP×k，k是轉換因子。在頭頸部CTA中，k值設定為0.0031 mSv/(mGy·cm)[11]。碘的含量(mg I)=對比劑濃度(mg I/mL)×對比劑劑量(mL)。

5.統(tǒng)計學分析

采用SPSS 23.0進行統(tǒng)計學分析。連續(xù)數據表示為平均值±標準差，符合正態(tài)分布數據利用兩個獨立樣本的t檢驗來比較，不符合正態(tài)分布數據用Mann-Whitney U檢驗比較。分類數據采用卡方檢驗比較。圖像質量的主觀評分使用Mann-Whitney U檢驗比較。觀察者對圖像質量的一致性用Kappa檢驗，Kappa<0.4，一致性差，0.40.75，一致性好。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

結 果

1.患者一般情況

A組與B組患者的年齡、性別和BMI差異沒有統(tǒng)計學意義(P>0.05，表1)。

表1 患者一般情況

注：*為卡方值。

2.輻射劑量和碘總量

B組的平均CTDIvol比A組低[(59.84±14.59)mGy vs (76.11±24.16)mGy，Z=-2.396，P=0.017]，B組的平均DLP比A組低[(275.54±22.73)mGy·cm vs (508.43±89.61)mGy·cm，Z=-6.063，P<0.001]，B組的ED低于A組[(0.85±0.07)mSv vs (1.58±0.28)mSv，Z=-6.063，P<0.001]，見表2。B組使用了33 mL對比劑，碘總量為10.56 g，A組使用了50 mL對比劑，碘總量為16 g，B組使用的對比劑比A組少34%。

表2 兩組輻射劑量和碘總量

3.圖像質量

客觀圖像質量評估中，兩組頭頸部各段血管所測CT值都在300 HU以上，滿足臨床血管疾病的診斷需要。兩組頭頸部各段血管的CT值基本一致，差異沒有統(tǒng)計學意義(P>0.05，表3)。兩組間各段血管的SNR和CNR也基本一致，差異沒有統(tǒng)計學意義(P>0.05，表3)。

兩組所有圖像都滿足臨床診斷(圖1)。A組主觀圖像質量評分為4.86±0.34，B組主觀圖像質量評分為4.78±0.41，兩組差異無統(tǒng)計學意義(Z=-0.725，P=0.468)。兩組觀察者對圖像質量評分的一致性良好(A組Kappa=0.834，B組Kappa=0.884)。

表3 客觀圖像質量分析

討 論

隨著CT技術的快速發(fā)展，在臨床實踐中已經應用了一些技術來降低輻射劑量，例如管電流的自動調控、降低管電壓、大螺距和新迭代算法的運用等[12-15]。本研究采用了低管電壓和大螺距來降低輻射劑量，但這會增加圖像噪聲影響診斷，為了彌補這一點，兩組檢查都采用了具有高空間分辨力、低噪聲和出色圖像的AIDR 3D算法來降低圖像噪聲[16-19]。CTA檢查中影響動脈增強的重要因素是對比劑的注射流率、碘濃度、注射持續(xù)時間(推注加寬和再循環(huán)的累積效應)和心輸出量。本研究中兩組對比劑注射流率和注射持續(xù)時間不一致的原因是：CTA檢查中對比劑注射流率與掃描持續(xù)時間必須相匹配，對比劑注射流率增加會導致時間密度曲線(time-density curve，TDC)曲線峰值增高，注射流率較大的實驗組會獲得更好的圖像質量，但是，伴隨著TDC曲線峰值增高，最佳掃描時間窗口會變窄，如果掃描持續(xù)時間較長，在最佳時間窗口進行掃描的幾率變小，會導致圖像質量不佳，所以為了避免這種情況，一是加大注射對比劑總量延長注射持續(xù)時間即加寬最佳掃描時間窗口，實驗組雙期注射對比劑時間加起來為7 s，掃描時間為4 s，這樣給掃描預留了3 s的空檔，以保證掃描成功；二是加快掃描速度減少掃描持續(xù)時間，這也是本研究選擇大螺距掃描的理由。同時本研究中兩組監(jiān)測條件不一致，A組監(jiān)測條件為100 kVp，50 mA，有效管電流25 mAs，觸發(fā)閾值設為180 HU，B組監(jiān)測條件為80 kVp，50 mA，有效管電流50 mAs，觸發(fā)閾值設為210 HU。有效管電流的不同是因為B組監(jiān)測管電壓比A組低，勢必會導致圖像噪聲增加，一方面影響操作者觀察監(jiān)測層面圖像，另一方面太大的噪聲會引起誤觸發(fā)掃描，所以為了減少圖像噪聲使其維持在一定范圍，就必須相應的提高監(jiān)測的有效管電流。而實驗組觸發(fā)閾值設置較高的原因，一是因為碘的k緣效應，80 kVp時血管內碘的衰減比100 kVp時大，TDC曲線峰值增高，二是因為大螺距掃描時掃描時間變短，這樣保證了即使設置較高的閾值，掃描比對照組稍晚，但掃描窗口依然落在合理的范圍內，一方面不會加劇靜脈的干擾，另一方面能提高信號強度，在噪聲增大的時候依然有較高的信噪比。

Yu等[20]和Luo等[21]分別探討了100 kVp結合AIDR 3D迭代重建在頭頸部和頭部血管CTA中降低輻射劑量的應用，100 kVp結合AIDR 3D迭代重建的實驗組與120 kVp結合FBP重建的對照組相比，分別降低輻射劑量71%和45%，而圖像質量不變。李瑋等[22]發(fā)現在頭頸CTA成像中100 kVp結合AIDR 3D迭代重建的實驗組比120 kVp結合AIDR 3D迭代重建的對照組，DLP降低24.96%，而圖像質量不變。Zhang等[8]研究了頭頸血管CTA成像中270 mg I/mL、80 kVp結合AIDR 3D迭代重建的實驗組與320 mg I/mL、120 kVp結合FBP重建的對照組相比，輻射劑量減少50%，對比劑用量減少15.6%，而實驗組圖像質量明顯提高。本實驗研究頭頸血管CTA成像中100 kVp，0.810螺距和50 mL對比劑為對照組，探討80 kVp、1.390大螺距和33 mL對比劑的實驗組進一步降低輻射劑量的可行性，結果發(fā)現與對照組相比有效輻射劑量降低45.8%，對比劑用量降低34%，而兩組的主觀圖像質量和客觀圖像質量都沒有太大差別。眾所周知，碘對比劑和對比劑腎病之間存在劑量相關性，本研究實驗組對比劑用量降低34%，可以降低對比劑腎病的發(fā)生率。根據國家健康委員會最新發(fā)布的《X射線計算機斷層攝影成年人診斷參考水平》，顱腦CTA和頸部CTA 25%位數的CTDIvol和DLP分別為15 mGy、420 mGy·cm和10 mGy、390 mGy·cm，本研究中對照組A組已經達到這個標準，而實驗組B組比這個基礎還低，顯著降低了輻射劑量。Yu等[17]發(fā)現頭頸部血管CTA中80 kVp、自動管電流調制結合AIDR 3D算法比100 kVp、自動管電流調制結合AIDR 3D算法可以在BMI<25 kg/m2的患者中產生具有低輻射劑量的高質量圖像，而在BMI>25 kg/m2的患者中效果不明顯。本研究未根據BMI將患者進行分組，實驗組與對照組相比也獲得低輻射劑量的高質量圖像。

本研究也有一些局限性：首先，由于倫理道德問題，不可能在個體內比較100 kVp和80 kVp兩組協(xié)議；其次，納入樣本量不大，為了進一步評估實驗組的穩(wěn)定性和可靠性，需要在更大的樣本中進行研究；最后，本研究沒有將兩組與DSA金標準相比較，僅評估了定量和定性圖像質量，下一步可以研究實驗組在動脈狹窄和動脈瘤等疾病中的診斷特異度和敏感度。

綜上闡述，本研究結果顯示，低管電壓(80 kVp)、低對比劑用量結合大螺距掃描比100 kVp、小螺距掃描輻射劑量明顯降低，對比劑用量明顯減少，而頭頸部CTA圖像質量不變，值得臨床推廣應用。