低電壓與個體化對比劑用量結合迭代算法頭頸部CTA應用

黃濤，馬隆佰，毛一樸，劉梅，扶昭，陸虹宇

隨著CT技術的發展，CT血管成像(CT angiography,CTA)對頭頸部血管疾病的診斷價值已接近或者達到數字減影血管造影的水平，且作為無創的檢查方法在臨床中應用越來越廣泛[1-2]。與此同時，頭頸部CTA大范圍的掃描帶來的輻射問題和較大劑量使用對比劑對患者腎臟的潛在危害也越來越受到重視，既要保證滿足診斷的圖像質量，又要盡可能降低患者的輻射劑量和對比劑用量，成為臨床研究的熱點[3-5]。采用迭代重建算法可以在降低掃描輻射劑量的同時不增加甚至減少圖像噪聲[6]，使低劑量掃描成為可能。本研究旨在探討低管電壓(80 kV)與個體化對比劑用量結合迭代算法在頭頸部CTA中降低輻射劑量和對比劑用量的可行性。

材料與方法

1.一般資料

搜集2019年2-4月行頭頸部CTA患者60例，其中男32例，女28例，年齡19～84歲，隨機分為A、B兩組。排除標準：碘對比劑過敏者；嚴重心肝腎功能不全者；因血管耐受差對比劑注射流率達不到5.0 mL/s者；體質指數(body mass index,BMI)≥30 kg/m2重度肥胖者；哺乳期或妊娠期婦女。所有受檢者均簽署知情同意書。

2.儀器與方法

采用飛利浦公司Brilliance iCT 256層螺旋CT機。患者仰臥于檢查床上，雙上肢平放在身體兩側，頭部用束縛帶固定，檢查前告訴患者平靜呼吸，檢查過程中勿做吞咽動作。行正側位雙定位像，掃描范圍自氣管分叉至顱頂。基本掃描參數固定：螺距0.814，準直器寬度128×0.625 mm，旋轉時間0.5 s/r，重建層厚0.9 mm，重建層間距0.45 mm，矩陣512×512。A組管電壓120 kV，管電流300 mAs，370 mg I/mL碘帕醇對比劑，總量60 mL，流率5.0 mL/s。隨后以相同流速注射生理鹽水30 mL，采用濾波反投影法(filtered back projection，FBP)重建。B組管電壓80 kV，管電流使用系統根據定位像推薦的mAs(選擇DoseRight模式，參考值400 mAs)，370 mg I/mL碘帕醇對比劑，總量=體重×0.6 mL/kg，流率5.0 mL/s。隨后以相同流率注射生理鹽水30 mL，采用idose4level3迭代算法重建。采用Nemoto雙筒高壓注射器，經右側肘靜脈團注對比劑，延遲時間設定采用Bolus-Tracking技術，將感興趣區(region of interest，ROI)置于氣管分叉層面降主動脈內，觸發閾值140 HU，觸發后延遲4～5 s掃描。

3.圖像后處理

掃描完成后數據傳至Extended Brilliance Workspace工作站，采用容積再現(volume rendering，VR)、最大密度投影(maximum intensity projection，MIP)和曲面重組(curved planar reconstruction，CPR)等后處理方法重組圖像，結合橫斷面圖像進行評價。

4.圖像分析

主觀評價：由2名放射科醫師采用盲法對圖像質量進行評分，有差異者經討論達成共識后作出最終評價。評分標準：5分，圖像噪聲小，組織對比度極好，顆粒均勻，無偽影，血管邊緣光滑銳利；4分，圖像噪聲尚可，組織對比度較好，顆粒較均勻，無或有少許偽影，血管邊緣較清晰；3分，圖像噪聲較大，組織對比度一般，顆粒欠均勻，有偽影，血管邊緣顯示尚可；2分，圖像噪聲較大，組織對比度差，顆粒粗糙，有較大偽影，血管邊緣毛糙；1分，圖像噪聲較大，組織對比度極差，顆粒粗糙，偽影嚴重，血管邊緣顯示不清。≥3分的圖像方可認為用于臨床診斷[7]。

客觀評價：測量主動脈弓、頸總動脈分叉層面左右頸總動脈、左右大腦中動脈起始端、主動脈弓層面上腔靜脈、環狀軟骨層面左右頸內靜脈CT值(CT血管)，以標準差(standard deviation，SD)作為圖像噪聲(SD血管)，同時測量同層面左側胸大肌、左側胸鎖乳突肌、左側顳肌的CT值(CT肌肉)。測量時ROI置于管腔中央，面積大于測量層面管腔面積的1/2，避開鈣化、軟斑塊及狹窄區域，每處測量3次，取平均值。根據公式，信噪比(signal noise ratio，SNR)=CT血管/SD血管、對比噪聲比(contrast noise ratio，CNR)=(CT血管-CT肌肉)/SD血管，計算主動脈弓層面、左頸總動脈分叉層面、左大腦中動脈起始層面的SNR和CNR。

5.輻射劑量

記錄每個患者掃描完成后CT設備自動生成的容積CT劑量指數(volume CT dose index，CTDIvol)和劑量長度乘積(dose length product，DLP)，并根據DLP算出有效劑量(effective dose，ED)，ED=DLP×k，在頭頸部掃描中轉換系數k取0.0031 mSv/(mGy·cm)[8]。

6.統計學方法

采用SPSS 22.0軟件進行數據分析。兩組患者性別比較采用卡方檢驗，計量資料比較采用獨立樣本t檢驗，等級資料比較采用Mann-WhitneyU檢驗。P<0.05為差異有統計學意義。

結 果

1.一般資料比較

兩組患者的性別、年齡、BMI、掃描范圍如表1，一般資料差異無統計學意義(P>0.05)。

表1 兩組患者一般資料比較

注：性別比較采用卡方檢驗，年齡、BMI、掃描范圍比較采用獨立樣本t檢驗

2.圖像質量比較(圖1、2)

圖像質量主觀評價：兩組患者圖像質量主觀評分結果(表2)滿足診斷要求(≥3分)，B組圖像質量與A組相比，差異無統計學意義(P>0.05)。

表2 兩組患者圖像質量主觀評分結果

注：采用Mann-Whitney U檢驗(Z=-0.279，P=0.780)

圖像質量客觀評價:兩組患者頭頸部血管各節段CT值(表3)B組主動脈弓、左右頸總動脈、左右大腦中動脈CT值均高于A組，差異有統計學意義(P<0.05)；B組上腔靜脈CT值低于A組，差異有統計學意義(P<0.05)；兩組患者左右頸內靜脈CT值差異無統計學意義(P>0.05)。兩組圖像SD、SNR和CNR(表4)主動脈弓層面，B組SD高于A組，差異有統計學意義(P<0.05)，SNR和CNR差異無統計學意義(P>0.05)；左頸總動脈分叉層面及左大腦中動脈起始層面兩組圖像SD差異無統計學意義(P>0.05)，B組SNR和CNR高于A組，差異有統計學意義(P<0.05)。

表3 兩組患者頭頸部血管各節段CT值比較 (HU)

表4 兩組圖像三個層面SD、SNR、CNR比較

3.輻射劑量和對比劑用量比較

A、B兩組CTDIvol分別為(20.26±0.00)、(7.22±2.12)mGy，DLP分別為(872.94±47.08)、(311.15±99.46)mGy·cm，ED分別為(2.71±0.15)、(0.97±0.31)mSv，差異有統計學意義(t=33.716，27.964，27.930，P<0.05)，B組輻射劑量較A組降低64.21%。A、B兩組患者的對比劑用量分別為(60±0.00)、(36.27±5.08)mL，差異有統計學意義(t=25.598，P<0.05)，B組對比劑用量較A組降低39.55%。

圖1 男，52歲，BMI 24.91kg/m2，采用120kV，300mAs，60mL對比劑，FBP重建算法，圖像質量評分4分。a)VR圖像(前面觀)，頭頸部血管分布、走行顯示清晰; b)頭頸部血管MIP圖像(前面觀)，頭頸部血管分布、走行顯示清晰；c)頭部血管MIP圖像(橫斷面)，Willis環顯示清晰，雙側大腦前、中、后動脈及大腦前、后交通動脈顯示清晰；d)CPR圖像示頸內動脈走行連續，血管壁光滑。 圖2 男，56歲，BMI 24.77kg/m2，采用80kV，系統根據定位像推薦mAs，39mL對比劑，idose4 level3迭代重建算法，圖像質量評分4分。a)VR圖像(前面觀)，頭頸部血管分布、走行顯示清晰; b)頭頸部血管MIP圖像(后面觀)，頭頸部血管分布、走行顯示清晰; c)頭部血管MIP圖像(橫斷面)，雙側大腦中、后動脈顯示清晰，遠端分支分布顯示清晰; d)CPR圖像，頸內動脈走行連續，顯示清晰，血管壁光滑，與軟組織分界清楚。

討 論

頭頸部CTA是臨床上頭頸部血管病變常用的檢查方法，在采用傳統的FBP重建圖像時，如果采用低劑量技術掃描往往會導致圖像噪聲增加，影響圖像質量。idose4是飛利浦公司新一代的迭代重建技術，具有雙空間多模型的特點，其先在CT數據的投影空間建立噪聲模型，糾正和消除原始數據的噪聲，然后進入圖像空間，用噪聲模型減去解剖模型，進一步消除各種噪聲，提高空間分辨率和密度分辨率[9]。本研究顯示采用低管電壓(80 kV)與個體化對比劑用量結合迭代算法行頭頸部CTA具有可行性。

CT輻射劑量與眾多因素有關，其中管電壓是尤為重要的因素之一，由于輻射劑量與管電壓的平方成正比，因此采用低管電壓掃描對降低輻射劑量的效果更為顯著[10]，這也是本研究管電壓采用80 kV的主要原因。256層iCT行頭頸部CTA檢查時，管電壓設為120 kV，管電流為300 mAs，圖像質量好，輻射劑量較低，可作為最佳掃描參數[11]，本研究常規組采用此參數具有對照價值。既往頭頸部CTA低劑量掃描研究，大多是采用管電壓100 kV，固定管電流掃描[8,12-13]，本研究采用管電壓80 kV，管電流使用系統根據定位像推薦的mAs，掃描時管電流210～575 mAs，體現了CT檢查中輻射劑量的個體化原則。由于管電壓采用80 kV時，系統允許的最大管電流為575 mAs，為保證圖像質量本研究排除了MBI≥30 kg/m2的重度肥胖者。研究結果顯示B組的輻射劑量較A組降低64.21%，兩組圖像均能滿足診斷要求，圖像質量主觀評分差異并無統計學意義。在圖像質量客觀評價方面，本研究從3個層面比較兩組圖像的SD、SNR和CNR，能較全面反映降低輻射劑量對客觀圖像質量的影響。主動脈弓層面B組SD高于A組，但SNR和CNR 差異無統計學意義。左頸動脈分叉層面及左大腦中動脈起始層面兩組圖像SD差異無統計學意義，而B組SNR和CNR顯著高于A組，這是由于B組采用低管電壓(80 kV)，X線光子能量降低，更接近碘原子K層電子能級(33 keV)，光電效應加大，對血管內碘對比劑衰減程度增大，使血管內CT值升高[14]，從而提高SNR和CNR，降低了輻射劑量而圖像質量并未下降。

CTA檢查中血管的強化程度與患者的體重成負相關[15]。體重較重患者使用相對較少的對比劑劑量不能保證頭頸部血管內的碘濃度維持在一個相對穩定的平臺期，使用體重較輕患者相對較多對比劑劑量可能會造成上腔靜脈對比劑聚集產生線束硬化偽影影響頸動脈根部顯示。劉建新等[16]研究亦表明減少對比劑在靜脈系統內尤其是在上腔靜脈內存留可以提高圖像質量。因此，個體化的對比劑用量不僅能夠使患者對比劑應用更加合理，還可以保證圖像質量。由于降低管電壓可以使血管內CT值升高，采用低管電壓掃描時理論上減少對比劑用量也可以使頭頸血管內CT值維持在較高水平。溫孟皇等[17]頭頸動脈CT血管成像腦動脈強化的相關體質因素的研究指出根據患者體重采用個體化對比劑用量標準是一種比較便捷的方法。本研究B組以患者體重為依據，對比劑總量=體重×0.6 mL/kg，平均對比劑用量為(36.27±5.08)mL，較A組(60±0.00)mL降低39.55%，結果顯示各動脈的CT值均顯著高于A組，而上腔靜脈CT值低于A組，表明個體化對比劑用量，不僅可以降低患者接受的對比劑劑量，而且可以減少上腔靜脈內對比劑聚集產生線束硬化偽影，提高圖像質量。

本研究的局限性：①實驗組未設置更低的參考mAs，采用更低的輻射劑量是否能夠獲得滿足診斷的圖像質量尚不清楚；②未設置低濃度對比劑組，使用低濃度對比劑聯合個體化用量降低患者的碘攝入量有待進一步研究。

綜上所述，采用低管電壓(80kV)與個體化對比劑用量結合迭代算法行頭頸部CTA具有可行性，可以在圖像質量滿足診斷的前提下有效降低輻射劑量和對比劑用量。