低管電壓、管電流、對比劑劑量、濃度與流速在非肥胖患者全腹CTA中的應用

廣東省廣州市增城區人民醫院 影像科，廣東 廣州 510000

引言

目前腹部CT血管造影（CT Angiography，CTA）被廣泛應用于臨床，大大提高了腹主動脈、腎動脈、腸系膜動脈疾病的診斷準確率。然而，腹部CTA的掃描范圍與對比劑用量較大，尤其對于需要多次復查的患者，腹部CTA帶來的高輻射劑量和碘攝入量可能增加患癌、對比劑腎病（Conctrast Induced Nephropathy，CIN）等并發癥的風險，Aspelin等[1]指出CIN是繼手術和低血壓之后造成醫源性急性腎功能衰竭的第3大原因，占醫源性急性腎功能衰竭發病率的10%。Albert等[2]的研究發現約2%的癌癥與CT檢測輻射有關。因此降低患者檢查所受的輻射劑量與碘攝入量具有重要臨床應用價值。本次研究將探討減少對比劑用量、濃度、注射速率與輻射劑量等多重指標的可行性方案。

1 資料與方法

1.1 一般資料

本研究為前瞻性研究，收集2019年1月至2019年5月在我院申請接受全腹部血管成像檢查的87例患者，男56例，女31例，年齡48～83歲，平均年齡（54.8±16.3）歲。病例納入標準：體質量指數（Body Mass Index，BMI）≤24 kg/m2（即非肥胖者），無嚴重心律失常、心功能不全，無碘過敏史，肝腎功能正常。將87例患者隨機分為A組（41例）和B組（46例）本研究已通過醫院倫理委員會審核，所有參與患者皆簽署知情同意書。

1.2 方法與設備

1.2.1 方法

所有患者檢查前皆測量BMI。A組采用100 kV管電壓，200 mAs管電流，50 mL（320 mgI/mL）造影劑總量、3 mL/s對比劑注射速率進行血管成像，B組采用120 kV管電壓，250 mAs管電流，90 mL（350 mgI/mL）造影劑總量、4 mL/s對比劑注射速率進行血管成像（B組掃描條件為設備默認條件）。所有患者均使用20 G直通靜脈留置針建立靜脈通道，注射藥物為碘佛醇，藥物注射后注射生理鹽水，速率2.5 mL/s，總劑量為30 mL。采用閾值自動觸發，監測位置于腹主動脈起始部，閾值設置為100 HU。掃描范圍包括肝上緣橫膈至恥骨聯合。掃描完成后分別記錄所有患者容積劑量指數（Volume CT Dose Index，CTDIvol）、劑量長度乘積（Dose-Length Product，DLP）。

1.2.2 設備

全部患者均使用西門子64排128層螺旋CT，所有患者采用常規重建技術重建，掃描層厚0.625 mm×128 mm，機架轉運速度0.5 s/圈，螺距0.8。

1.3 圖像后處理與質量評價

1.3.1 圖像后處理與圖像質量評價

使用西門子MMWP工作站，進行MIPmix、MPR、VR與CPR等重建，重建采用標準算法重建。同時對橫斷面圖像L2水平腹主動脈、腹腔干、右腎動脈、腸系膜上動脈、右髂內動脈、層面進行CT值測量和圖像評分，對L2水平腹主動脈、右腎動脈、右髂內動脈進行噪聲與信噪比（Signal-to-Noise Ratio，SNR）、對比信噪比（Contrast-to-Noise Ration，CNR）計算。

1.3.2 圖像質量評價標準

腹主動脈、髂總動脈、腎動脈、腹腔干（各血管主干）及分支顯示清晰，無任何靜脈的影響評為5分；各血管主干顯示清晰，其二級血管分支變淡，但不影響總體動脈的觀察評為4分；各血管主干顯示清晰，其二級血管分支邊界不清，輕微影響動脈的觀察評為3分；各血管主干及二級血管分支顯示清晰度下降，影響動脈觀察評為2分；各血管主干及二級血管分支顯示不清，嚴重影響動脈觀察評為1分[3]。1分圖為嚴重影響動脈觀察，無法做出VR處理，所有VR統一窗寬窗位為W：256，L：128。由2位放射科中級職稱以上醫生對A、B兩組患者的CTA描圖像進行獨立評分。

1.3.3 圖像客觀評價

對兩組患者的動脈期L2水平腹主動脈、腹腔干、右腎動脈、腸系膜上動脈、右髂內動脈進行CT值測量并記錄數據。以L2水平腹主動脈設定ROI1、腹腔干ROI2、右腎動脈ROI3、腸系膜上動脈ROI4、右髂內動脈ROI5，ROI選取不包括血管壁的最大面積，必須避開管壁的鈣化和斑塊區域。測量各層面圖像的CT1-5值，以其標準差SD1-5為各層面圖像噪聲，測量髂內動脈起始部層面右側豎脊肌CT值的SD作為背景噪聲。計算腹主動脈SNR及CNR：SNR=腹主動脈CT值/背景噪聲；CNR=（腹主動脈CT值-豎脊肌CT值）/背景噪聲。

1.3.4 患者輻射劑量評價

掃描完成后記錄所有病人CTDIvol、DLP，后應用公式計算有效劑量（Effective Dose，ED），計算公式為ED=DLP×k公式，其中k=0.015（腹部）[4]。將A、B兩組的所有CTDIvol、DLP、ED數值進行對比統計。

1.4 統計學分析

所有患者資料采用SPSS 19.0軟件進行數據處理：患者年齡用均數±標準差表示（±s）、性別用例數表示。A、B兩組患者ED、CT值、背景噪聲、SNP、患者年齡的比較采用t檢驗分析進行，A、B兩組患者性別比較皆采用卡方檢驗進行，P＜0.05為差異有統計學意義。兩位評分醫生對全腹CTA圖像評分的一致性采用Kappa檢驗，Kappa檢驗≥0.75為一致性優良，0.75＞Kappa檢驗≥0.4為一致性一般，Kappa檢驗＜0.4為一致性較差。如一致性很好則采用評分者1的評分結果，評分結果以中位數與四分位數間距表示M（Q1～Q3），兩組評分采用秩和檢驗，P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

A、B兩組共87例患者平均年齡與性別差異如表1所示，兩組間年齡、性別差異皆無統計學意義（P＞0.05）。比較兩組L2水平腹主動脈、腹腔干、右腎動脈、腸系膜上動脈、右髂內動脈CT值，兩組各層面CT值差異皆具有統計學意義（P＜0.001）（表2）。兩組圖像背景噪聲差異不具有統計學意義（t=1.786，P＞0.05）、兩組腹主動脈SNR（t=1.356，P＞0.05）、CNR（t=1.615，P＞0.05）差異皆不具有統計學意義（表3）。

評分者1對兩組全腹CTA圖像評分為（4.73±0.55）分，評分者2對兩組全腹CTA圖像評分為（4.78±0.47）分，兩組全腹CTA圖像皆可滿足診斷要求（圖1～2），兩名評分者對兩組全腹CTA圖像評分一致性優良（Kappa＝0.932、0.930），A、B兩組評分差異不具有統計學意義（Z=-0.326，P＞0.05）（表4）。兩組所有患者CTDIvol、DLP、ED差異均具有統計學意義（P＜0.001）（表3）。

圖1 不同條件掃描所得圖像

圖2 腹主動脈SNR、CNR指標箱圖對比

表1 A、B兩組患者一般資料（±s）

表1 A、B兩組患者一般資料（±s）

組別 平均年齡/歲 男/女/例 BMI/(kg/m2)A組 (n=41) 52.6±15.6 26/15 22.1±1.5 B組 (n=46) 57.0±17.0 30/16 21.9±1.7 t值/χ2值 -1.263 0.031 0.824 P值 0.210 0.861 0.475

表2 A、B兩組患者血管各部位CT值比較（±s）

表2 A、B兩組患者血管各部位CT值比較（±s）

組別 L2水平腹主動脈 腹腔干 右腎動脈 腸系膜上動脈 右髂內動脈 右側豎脊肌A組 (n=41） 402.0±37.8 377.5±34.3 367.8±28.3 367.0±26.1 368.2±24.4 51.35±6.3 B組 (n=46) 318.2±21.7 297.1±44.4 283.4±50.1 277.7±29.9 295.4±29.6 50.67±5.9 t值 12.855 9.366 9.165 14.747 12.413 0.438 P值 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 0.729

表3 A、B兩組患者腹主動脈噪聲、信噪比、CTDIvol、DLP、ED比較（±s）

表3 A、B兩組患者腹主動脈噪聲、信噪比、CTDIvol、DLP、ED比較（±s）

組別 腹主動脈對比信噪比 腹主動脈信噪比 背景噪聲 CTDIvol/mGy DLP/（mGy·cm） ED/mSv A組 (n=41) 29.6±5.2 34.1±4.8 13.4±2.5 7.8±0.3 334.9±29.8 5.0±0.5 B組 (n=46) 27.4±7.3 32.4±7.2 12.6±1.3 15.4±0.3 701.6±60.1 10.5±0.9 t值 1.615 1.356 1.786 -1412.400 -35.378 -35.378 P值 0.144 0.179 0.185 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001

表4 A、B兩組患者腹主動脈CTA評分比較M（Q1～Q3）

3 討論

本研究在使用低輻射劑量低造影劑用量、濃度與注射速率的前提下，可獲得滿足影像診斷的圖像。A組患者各層面平均CT值與B組患者各層面平均CT值（P＜0.001)具有統計學意義，各層面SNR、CNR與圖像評分（P＞0.05）皆無統計學意義，A組患者平均CTDIvol、DLP、ED皆具有統計學意義。

電離輻射所致的DNA雙鏈結構斷裂被認為是可造成細胞死亡、染色體畸變及誘發癌癥的一種最嚴重的損害表現[5-6]。細胞對于DNA雙鏈結構斷裂的最早反應之一就是形成H2AX組蛋白異型的磷酸化形式—γ-H2AX，而CT輻射則會引起這種反應[7]。本研究A組患者CTDIvol、DLP、ED分別較B組患者下降51%、48%、48%，本次研究所用的低輻射劑量掃描方法大大的降低了患者腹部CTA檢查所受的ED，從而降低輻射損傷的發生。雖然最大程度的降低患者檢查所受輻射劑量具有重要意義，但隨著輻射劑量的降低，圖像質量會出現下降，醫學影像質量是以解決患者問題為準，在不影響疾病診斷的前提下應允許適度噪聲的存在[8]。劉義軍等[9]的48例BMI≤22 kg/m2患者的腹部CTA研究中得出，在低輻射劑量掃描條件下CT值、噪聲會出現提升，本研究在低輻射劑量的同時下使用低造影劑劑量、濃度與流速（50 mL、320 mgI/mL、3 mL/s），出現了血管內CT值、噪聲上升的現象，但亦可獲得滿足診斷條件的圖像，造成此現象的主要原因是由于碘在原子序數排列中的特性，適當降低管電壓后越接近碘的結合能，能夠更好地吸收X線，增加強化后血管的CT值[10-11]。A組中各層面CT值皆大于B組主要是因為管電壓下降時更能接近碘的K緣（33.2 keV），此時碘的X線吸收主要以光電吸收為主，分別在一個較低的kVp和120 kVp能下掃描，較低的kVp者的影像碘密度比120 kVp時顯著增強，從而使得圖像對比度增加[12-14]。

本研究中A組碘攝取量比B組降低40%且圖像質量無明顯下降。大劑量對比劑的使用不僅增加了患者的經濟負擔，還可能引起CIN，Yang等[15]對CIN的分子機制及其與碘造影劑體外的研究中指出，成人腹部CTA靜脈使用370 mgI/mL濃度造影劑總用量應低于50 mL、350 mgI/mL濃度造影劑總用量應低于80 mL為安全且圖像滿足診斷，但在320 mgI/mL濃度時未有建議，本次研究使用320 mgI/mL濃度、造影劑總用量為50 mL時可獲得滿足診斷圖像。同時血管內過高的藥物濃度反而不利于血管內細節的觀察[16-17]，增加漏診的可能。本次研究中使用了較低的造影劑劑量、濃度與流速很好的減緩了這一問題的發生，且圖像滿足診斷，原因是因為血管的強化程度主要取決于對比劑濃度與速率，與血管強化程度呈正相關[18-19]。曹建新等[20]的120例分組研究中發現，在相同造影劑濃度的條件下，100 kV、250 mAs與120 kV、200 mAs條件圖像質量均未出現明顯下降。本次研究A組100 kV管電壓，200 mAs、且低濃度、低流速的情況下較B組患者圖像質量亦無明顯差異，本次研究中A組血管CT值較B組上升約26%，雖然輻射劑量的下降不可避免的導致CT值的上升，但未對CTA血管圖像內部結構造成影響，且低劑量造成的噪聲增加可以通過血管內CT值的上升優化其CTA的SNP。并且此次使用較低的造影劑濃度與流速可減少藥物的粘稠度與藥物注射時的血管壓力，降低在高壓注射器注射期間血管破裂的幾率。此掃描方案在臨床上并無增加額外工作程序，操作簡單并可減少輻射對患者造成的傷害與避免二次檢查的風險。綜上所述：在BMI≤ 24 kg/m2的人群中進行全腹部CTA檢查時應使用低輻射劑量、低造影劑劑量、濃度與流速的方案進行掃描。

本次研究的不足主要在于未納入高BMI人群與未對患者進行CIN隨訪監測，低造影劑劑量、濃度對降低CIN發生率的影響程度需要進一步追蹤證實。且本次研究中的掃描條件與注射方案是否為最低劑量仍需進一步探究。

總之，在進行全腹部CTA檢查時應先測量患者BMI數值，在BMI≤24 kg/m2的人群中使用低管電壓、管電流，造影劑劑量、濃度與注射速率的掃描方式進行血管成像可獲得滿足診斷的圖像且明顯降低患者所受ED與患者碘對比劑使用總量。