可變螺距技術在主動脈血管成像中的應用價值

徐凱，杜瑤，梁繼祥，王沄，吳巧玲，孔令燕，付海鴻，金征宇

中國醫學科學院/北京協和醫學院 放射科，北京 100730

引言

主動脈CT血管成像（CT Angiography，CTA）在主動脈病變診斷中具有重要地位，已成為評價主動脈疾病，特別是急性主動脈病變的標準影像學檢查手段[1-3]。但在主動脈CTA的掃描技術上仍然存在一些難點。一方面，主動脈CTA掃描范圍較大，患者在手術前后及藥物治療中需要經常隨診復查，掃描過程中控制放射劑量和對比劑使用量已成為臨床醫生和患者關心的問題之一。另一方面，心臟搏動會導致主動脈瓣及主動脈根部的運動偽影，影響這一部位的圖像質量，進而影響疾病的診斷和后續治療。在主動脈CTA掃描中引入心電門控技術，減少主動脈根部偽影的產生，對于主動脈CTA的圖像質量和病人的后續診斷治療都有重要的意義[4-9]。而常用的心電門控螺旋掃描，需要降低螺距，因此會延長掃描時間，導致放射劑量和對比劑使用量的增加。因此，在主動脈CTA掃描中，是否采用心電門控技術，成了圖像質量和放射劑量之間的兩難選擇。可變螺距技術這一新出現的掃描方式，正是一種可以解決這一兩難狀況的新技術。可變螺距技術可以在一次采集中無縫地執行三次獨立掃描，根據檢查需要改變三次掃描的螺距以及心電門控開關狀態，在主動脈根部及心臟部位，采用較小的螺距以及心電門控技術進行掃描，獲得滿意的圖像質量；而在其他不受心臟搏動偽影影響的部位，采用較大的螺距進行掃描，可以減少掃描時間，同時降低輻射劑量。本次研究以全程應用心電門控技術對主動脈進行掃描的方式作為對照組，評估了可變螺距技術在應用心電門控主動脈掃描中的價值。

1 對象和方法

1.1 對象及分組

2020年3～8月在北京協和醫院就診，臨床懷疑或者診斷主動脈疾病或主動脈疾病術后，建議行主動脈CTA檢查的患者62例，其中男27例，女35例。平均年齡19～82（52.3±16.0）歲；懷疑主動脈疾病27例，主動脈瘤術后12例，主動脈夾層術后7例，大動脈炎隨診16例。排除標準：① 年齡小于18歲；② 腎功能異常；③ 活動性甲狀腺功能亢進；④ 妊娠期婦女；⑤ 碘對比劑過敏的患者。采用簡單隨機分組法將患者隨機分為兩組：① 組1（n=31）：采用帶心電門控的可變螺距技術進行掃描；② 組2（n=31）：主動脈全長采用心電門控技術進行掃描。

1.2 圖像采集

兩組患者均在能Genesis640層CT上連接心電門控后進行掃描，管電100 kV，開啟實時動態曝光劑量調節系統。組1采用可變螺距技術，在一次主動脈采集中對螺距和心電門控狀態按照部位進行改變。第一段：胸廓開口-氣管分叉，螺距HP 91，心電門控關閉；第二段：氣管分-心底，根據心率選擇自動最佳螺距，心電門控開啟；第三段：心底-恥骨聯合上緣，螺距HP 91，心電門控關閉。組2采用常規螺旋掃描，根據心率自動選擇最佳螺距，心電門控全程開啟。

1.3 對比劑注射

兩組患者均按照體質量靜脈團注370 mgI/L對比劑，組1對比劑注射速度是4 mL/s，按照體質量0.8 mL/kg注射，后續注射生理鹽水40 mL，注射速度4 mL/s。組2對比劑注射速度4 mL/s，按照體質量1 mL/kg注射，后續注射生理鹽水40 mL，注射速度4 mL/s。兩組患者掃描均采用自動團注跟蹤觸發技術，選取氣管分叉層面的降主動脈部位放置感興趣區（Region of Interest，ROI），ROI內平均CT值達到180 HU時自動觸發掃描。

1.4 圖像重建

兩組患者均采用混合迭代算法（Adaptive Iterative Dose Reduction 3D，AIDR 3D）進行圖像重建。兩組重建圖像均為1 mm，層間距0.5 mm，并對軸位圖像進行后處理，包括多層面重建、最大密度投影和容積重現技術等。

1.5 圖像質量評價

由1位多年資的醫生獨立對圖像進行測量。分別在升主動脈、主動脈弓、腹主動脈起始部、腹主動脈分叉部位和腎動脈部位取ROI，ROI為圓形，面積盡可能地包括整個測量的血管管腔面積，同時注意避開管壁與血管斑塊。測量ROI內的平均CT值和標準差。在腹主動脈分叉部位測量臨近腰大肌的平均CT值，作為對比組織強化值，測量腹壁外空氣的噪聲值，作為背景噪聲，用于對比噪聲比（Contrast Noise Ratio，CNR）的計算。分別計算不同部位主動脈管腔的信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）（SNR=平均強化值/噪聲值）和CNR（平均強化值=對比組織的強化值/背景噪聲值）。同時，對主動脈圖像質量進行主觀評價。由兩位多年資的醫生獨立對易受心臟搏動偽影影響的升主動脈圖像進行主觀評價。對升主動脈進行評價，評價采用3分值評分法：3分：圖像質量良好，無運動或階梯偽影；2分：圖像質量尚可，稍有模糊但仍可評價；1分：圖像質量較差，圖像有明顯模糊或者組織邊緣出現重影，無法評價。

1.6 輻射劑量評價

記錄主動脈CTA掃描的劑量長度乘積（Dose Length Production，DLP），以及計算有效劑量（Effective Dose，ED），ED采用DLP乘以換算系數0.017來計算[5]。

1.7 統計學處理

采用SPSS 23.0統計軟件，計量資料以均數±標準差表示，組間圖像的SNR、CNR和ED比較采用獨立樣本配對t檢驗；組間患者主觀圖像質量評分的比較采用ALPHA檢驗測定兩個醫師評分結果間的一致性，ALPHA＞0.7為兩者一致性較好，P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 人口學資料和掃描參數的比較

兩組患者年齡[（52.87±16.40）歲vs.（51.77±15.94）歲，t=0.2 6 7，P=0.7 9 0]、身高[（1.6 7±0.0 6）mvs.（1.65±0.08）m，t=0.889，P=0.377]、體質量[（68.25±11.54）kgvs.（64.06±9.75）kg，t=1.545，P=0.128]、BMI[（24.33±3.14）kg/m2vs.（23.31±2.53）kg/m2，t=1.401，P=0.166]均無統計學差異。組1的掃描時間是（8.78±0.83）s，短于組2的（14.55±2.06）s，差異有統計學意義（t=-14.415，P＜0.001），見表1。

表1 人口學資料和掃描參數的比較（±s）

表1 人口學資料和掃描參數的比較（±s）

組別 男/例 年齡/歲 身高/m 體質量/kg BMI/(kg/m3) 掃描時間/s 掃描長度/cm組1 13 52.87±16.40 1.67±0.006 68.25±11.54 24.33±3.14 8.78±0.83 75.86±3.87組2 14 51.77±15.94 1.65±0.08 64.06±9.75 23.31±2.53 14.55±2.06 73.28±4.08 t值 0.267 0.889 1.545 1.401 14.415 2.545 P值 0.790 0.377 0.128 0.166 ＜0.001 0.014

2.2 兩組圖像質量主觀和客觀評價均無顯著差異

兩組患者在主動脈各個部位（升主動脈、主動脈弓、腹主動脈起始部及腹主動脈分叉部位）和腎動脈的強化值、噪聲、SNR、CNR無統計學差異（P均＞0.05），見表2～5。兩組患者圖像的主觀評價結果顯示圖像質量較好，均可滿足診斷要求，兩名醫師對圖像質量評分一致性較好ALPHA=0.736，無統計學差異[（2.68±0.47）分vs.（2.61±0.55）分，t=0.490，P=0.626]，見圖1。

表2 兩組患者主動脈各部位及腎動脈強化值的比較（±s，HU）

表2 兩組患者主動脈各部位及腎動脈強化值的比較（±s，HU）

組別 升主動脈 主動脈弓 腹主動脈起始部 腹主動脈分叉部位 腎動脈組1 482.25±154.10 434.06±131.26 451.72±145.85 432.92±134.71 393.27±123.13組2 467.99±103.91 453.14±97.61 448.29±88.95 434.00±111.41 400.11±81.27 t值 0.427 -0.650 0.112 -0.034 -0.258 P值 0.671 0.518 0.911 0.973 0.797

圖 1 可變螺距組和全程心電門控組的主觀圖像質量對照

2.3 可變螺距組輻射劑量明顯低于全程心電門控組

組 1的 平 均DLP為（594.09±236.98）mGy·cm， 明顯 低 于 組 2的（1020.51±438.6）mGy·cm（t=-4.638，P＜0.001），組1的ED為（10.09±4.48）mSv，明顯低于組2的 (17.34±7.45）mSv（t=-4.638，P＜0.001）。

3 討論

主動脈CTA已經作為臨床診斷主動脈病變的最直接及最有效的檢查方法[1-3]，采用各種技術，減少心臟搏動造成的主動脈根部偽影，已成為主動脈掃描中的常見操作[4,6-11]。

本研究采用回顧性心電門控，可變螺距技術，結合寬體探測器進行掃描。研究結果顯示，與全程采用心電門控，較小螺距的掃描方式相比，采用可變螺距技術進行主動脈CTA掃描，在保證了圖像質量的同時，掃描時間明顯縮短，輻射劑量明顯降低，同時可采用較小的對比劑劑量。

表3 兩組患者主動脈各部位及腎動脈噪聲的比較（±s，HU）

表3 兩組患者主動脈各部位及腎動脈噪聲的比較（±s，HU）

組別 升主動脈 主動脈弓 腹主動脈起始部 腹主動脈分叉部位 腎動脈組1 22.06±4.52 17.88±3.40 21.51±4.83 23.11±3.97 20.40±7.98組2 20.14±5.22 19.80±4.23 20.53±6.11 23.09±4.93 25.88±10.31 t值 1.547 -1.975 0.696 0.017 -2.336 P值 0.127 0.053 0.489 0.986 0.023

表4 兩組患者主動脈各部位及腎動脈SNR的比較 （±s）

表4 兩組患者主動脈各部位及腎動脈SNR的比較 （±s）

組別 升主動脈 主動脈弓 腹主動脈起始部 腹主動脈分叉部位 腎動脈組1 22.18±6.31 28.89±9.80 22.08±7.09 19.06±5.74 22.28±9.04組2 24.71±8.50 23.87±7.44 24.08±9.49 19.68±6.54 17.21±6.22 t值 -1.327 2.270 -0.942 -0.392 2.570 P值 0.189 0.027 0.350 0.697 0.013

表5 兩組患者主動脈各部位和腎動脈CNR的比較（±s）

表5 兩組患者主動脈各部位和腎動脈CNR的比較（±s）

組別 升主動脈 主動脈弓 腹主動脈起始部 腹主動脈分叉部位 腎動脈組1 30.68±15.51 27.31±14.01 28.57±15.16 27.32±14.29 30.68±15.51組2 37.77±17.29 36.54±17.48 35.81±15.81 34.18±16.28 37.11±17.29 t值 -1.699 -2.287 -1.839 -1.764 -1.699 P值 0.094 0.026 0.071 0.083 0.094

目前常見的降低主動脈偽影的方式有：心電門控，其中又包括前瞻性心電門控和回顧性心電門控；以及大螺距快速掃描等方式。其中，大螺距快速掃描用于主動脈CTA的研究，近年來較為多見，其掃描速度較快，可以在不采用心電門控的情況下獲得較好的主動脈根部圖像質量，同時降低掃描劑量和對比劑用量[10,12-15]。但這種掃描方式僅能在雙源CT上實現。

CT掃描技術進入后64排CT時代后，雙源和寬體探測器成為CT機發展的兩大方向。對于寬體探測器CT掃描儀，保證主動脈圖像質量的同時，降低掃描劑量同樣是探索的方向。黃超等[8]采用前瞻性門控的方法，在320排CT上對主動脈進行成像，可獲得較好的圖像質量。但前瞻性門控掃描采用斷層掃描方式，包括掃描之間停頓、動床在內的總體掃描時間較長，對比劑用量較大，斷層之間可能出現運動偽影，同時對比劑濃度在不同斷層之間可能發生突變。

在64排CT及早期的雙源CT中，也有采用回顧性心電門控掃描結合無心電門控掃描進行大范圍胸痛三聯癥掃描的嘗試[6,16-17]，但這一技術并不成熟，不能將不同螺距的掃描無縫銜接，心電門控掃描與非心電門控掃描之間仍需要停頓，導致總體掃描時間延長，對比劑用量增加，同時非寬體的探測器時間分辨率也較低，需要較長的掃描時間，或只能用于有限的掃描范圍，因此這種掃描方式難以得到廣泛應用。

本研究中采用的可變螺距技術，只在心臟區域按照心率自動選擇螺距進行回顧性心電門控螺旋掃描，其他部位采用非心電門控方式進行較大螺距的螺旋掃描，同時對不同螺距的掃描實現了無縫銜接，結合寬體探測器的優勢，在保證主動脈圖像質量的同時，明顯加快了掃描時間，降低了輻射劑量和對比劑用量，對寬體探測器CT進行主動脈CTA掃描的方案實現了明顯的優化。

本文的不足在于研究主要著重于圖像質量和輻射劑量的研究，在診斷準確性等方面沒有進行全面評價；樣本量較少。這些方面是我們進一步研究的方向。

綜上所述，可變螺距技術在采用心電門控方式的主動脈掃描中，在保證圖像質量的同時，可以明顯降低掃描輻射劑量和對比劑使用量。