低剂量造影剂结合低管电压在食管癌CT增强扫描中应用的可行性研究

王亚宁，时高峰，杜 煜，王 琦，李如迅

CT增强检查作为目前最常用的影像学检查方法之一，已广泛应用于食管癌的诊断及疗效评估中[1]。目前胸部CT增强检查的造影剂用量通常为1.5～2.0 ml/kg体质量，较大剂量的造影剂存在导致造影剂肾病等较严重并发症的风险[2]。有研究表明，管电压降低时(如从常规的120 kV降至80 kV)，碘造影剂的CT衰减值会显著升高[3]。本研究利用这种原理，尝试比较低剂量造影剂结合低管电压(80 kV)与常规剂量造影剂结合常规管电压(120 kV)的图像质量，评价其临床应用的可行性。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取2013年5—9月在本院行胸部CT增强扫描的食管癌患者100例，采用系统抽样法将其随机分为两组：常规剂量造影剂组(A组，造影剂用量为1.5 ml/kg体质量)和低剂量造影剂组(B组，造影剂用量为1.0 ml/kg体质量)，各50例。检查前患者均签署知情同意书，且检查前均经胃镜检查病理确诊。

A组中，男32例，女18例；平均年龄53岁；平均体质量64.3 kg。B组中，男34例，女16例；平均年龄52.5岁；平均体质量62.5 kg。两组患者的性别构成、年龄、体质量间有均衡性。

1.2 方法 所有检查在DSCT(SOMATOM Definition Flash，Siemens，Germany)上完成。患者仰卧位，扫描定位像后行胸部增强扫描；扫描范围为胸廓上口至肋膈角下缘水平。使用高压注射器经肘前静脉注射非离子型碘造影剂(碘海醇，300 mg/ml，扬子江药业集团)，注射速度为3 ml/s。注射开始后，利用自动触发软件(Bolus tracking)，设定主动脉CT值达+100 HU后自动触发并延迟5 s行动脉期扫描，扫描开始后停止注射造影剂。A组、B组的管电压分别为120 kV和80 kV，其余扫描参数相同：均使用自动毫安秒技术(CARE DOSE 4D)，参考管电流均为120 mAs(机器设定值)，探测器宽度0.6 mm×128，球管旋转时间0.5 s，螺距1.2，图像矩阵512×512，重建层厚及层间隔5 mm。

1.3 图像分析 A组图像重建函数为B30(反投影滤过重建算法)，B组重建函数为I30(迭代重建算法)。将图像分别传输至工作站进行图像评估。

1.3.1 记录扫描完成后两组的容积剂量指数(CTDIvol，单位mGy)和剂量长度乘积(DLP，单位mGy·cm)。

1.3.2 由1名从事影像诊断5年以上的医师分别测量两组图像中胸主动脉、正常食管、食管癌病变的平均CT值及噪声(即标准差)；测量非血管组织器官时，兴趣区(ROI)选择需避开血管、出血、坏死、囊变、钙化等区域。每个组织器官均需测量3次并取平均值。计算各组织器官的信噪比(SNR)、对比噪声比(CNR)，计算公式[4]：SNR=平均CT值/标准差，CNR=(食管癌CT值-正常食管CT值)/标准差。

1.3.3 由2名从事影像诊断8年以上的医师采用双盲法对图像进行评估。使用5级法[5]：1级，优良图像，定为1分；2级，优于普通图像，定为2分；3级，普通图像，定为3分；4级，较差图像，定为4分；5级，不适合诊断的图像，定为5分。1～3级的图像定为满足诊断的图像。5级评价标准包括病变显示、病变边缘锐利度及噪声水平3个部分，具体如下。

病变显示：1级，病变显示良好；2级，病变容易显示；3级，病变可显示；4级，病变显示困难；5级，病变不能显示。病变边缘锐利度：1级，病变边缘显影优秀；2级，病变边缘显影较好；3级，病变边缘显影合适；4级，病变边缘显影模糊；5级，病变边缘显影不清。噪声水平：1级，无肉眼可见噪声；2级，噪声水平低于平均水平；3级，平均水平噪声；4级，噪声水平高于平均水平噪声；5级，噪声较大，影响诊断。

2 结果

2.1 两组造影剂用量比较 A组造影剂用量为(80.5±15.4)ml，B组为(52.5±13.4)ml，两组比较差异有统计学意义(F=11.133，P=0.001)。

2.2 两组辐射剂量比较 两组食管癌患者CT增强扫描的CTDIvol、DLP比较，差异均有统计学意义(P<0.05，见表1)。

2.3 两组CT增强扫描图像中胸主动脉、正常食管、食管癌的平均CT值、噪声、SNR和CNR比较，差异均无统计学意义(P>0.05，见表2、图1、图2)。

2.4 两组图像的满足诊断率及图像质量评分比较 2名医师对两组患者图像质量的主观评价(即满足诊断率)具有较好的一致性(P>0.05，见表3)。A组患者医师1和医师2评价的图像质量评分分别为(2.4±1.8)分和(2.5±1.7)分，与B组的(2.6±1.9)分和(2.5±1.8)分比较，差异均无统计学意义(P值分别为0.027和0.024)。

Table1 Comparison of mean radiation dose between two groups of esophageal cancer patients who received CT enhancement scanning

组别例数CTDIvol(mGy)DLP(mGy·cm)A组506 5±1 5220 5±35 1B组502 3±1 1 75 3±22 6 F值4 97317 890P值0 030 0 000

注：CTDIvol=容积剂量指数，DLP=剂量长度乘积

表3 2名医师评价两组图像质量的满足诊断率比较〔n(%)〕

Table3 Comparison of meet diagnosis rates of image quality between two groups by two doctors

医师A组(n=50)B组(n=50)145(90)44(88)246(92)43(86)Kappa值0 880 75P值0 350 45

注：A、B、C分别为胸主动脉、正常食管、食管癌病变的轴位图像

图1 A组1例55岁女性食管癌患者CT增强扫描图像示胸中段食管癌及胸主动脉、正常食管、食管癌的平均CT值和噪声

Figure1 CT enhancement scanning image of a 55-year-old woman(A group) with esophageal carcinoma，showing CT numbers and noise of thoracic middle segment esophageal cancer，thoracic aorta，normal esophagus and esophageal cancer

注：A、B、C分别为胸主动脉、正常食管、食管癌病变的轴位图像

图2 B组1例54岁男性食管癌患者CT增强扫描图像示胸下段食管癌及胸主动脉、正常食管、食管癌的平均CT值和噪声

Figure2 CT enhancement scanning image of a 54-year-old man(B group) with esophageal carcinoma，showing the CT numbers and noise of thoracic lower segment esophageal cancer，thoracic aorta，normal esophagus and esophageal cancer

表2 两组食管癌患者CT增强扫描图像中不同组织器官的平均CT值、噪声、SNR及CNR比较

Table2 Comparison of mean CT numbers，noise，SNR and CNR of CT enhancement scanning images on different organs and lesions between two groups of esophageal cancer patients

组别例数胸主动脉平均CT值 噪声 SNR 正常食管平均CT值 噪声 SNR 食管癌平均CT值 噪声 SNR CNRA组50227 0±22 313 5±4 117 9±9 135 5±10 42 5±1 311 2±3 054 9±6 913 8±4 54 9±1 62 2±2 1B组50202 3±26 312 6±7 216 6±9 341 3±7 93 5±3 610 7±2 158 3±9 412 0±3 55 4±2 31 9±1 8F值1 1080 1310 0120 7420 6560 5570 0970 1380 0573 496P值2 2970 7190 9150 3930 4210 4580 7570 7120 7360 066

注：SNR=信噪比，CNR=对比噪声比

3 讨论

食管癌是我国较为常见的胃肠道恶性肿瘤，已成为危害人民健康的主要疾病之一。随着新技术、新疗法的不断应用，对食管癌进行准确的影像学分期评估对于最佳治疗方案的选择具有非常重要的意义。近年来随着软硬件技术的不断进步，CT增强检查在食管癌治疗前后的评价中起到越来越重要的作用[6]。

造影剂的总量是造影剂肾病的基础高危因素之一[7-8]。目前CT检查使用的碘造影剂用量一般需要根据患者体质量计算(1.5～2.0 ml/kg体质量)，造影剂主要(约90%)经肾脏排泄，加重了肾脏的负担，较大剂量的造影剂增加了造影剂肾病的发生率[9-10]。有国外研究显示，造影剂用量<100 ml时，造影剂肾病的发生率会显著降低。本研究中B组尝试采用的造影剂用量按1.0 ml/kg体质量来计算，比常用的1.5 ml/kg体质量的方法降低了33.3%的造影剂用量，且造影剂总量不超过100 ml〔B组为(52.5±13.4)ml，显著低于A组的(80.5±15.4)ml〕。另一方面，使用较低剂量的造影剂也可降低患者的经济负担。

在常规120 kV管电压时，1 mg/ml的碘造影剂可增加约26 Hu的CT衰减值[11]。造影剂用量的减少会导致血管和组织器官的强化程度减低，表现为强化峰值的降低和持续时间的缩短，从而降低了增强扫描图像的质量。国外有研究显示较低的管电压(80 kV或100 kV)比常用的120 kV可以提高碘造影剂的CT衰减值，具体结果为每mgI/ml提高30 Hu(100 kV)或40 Hu(80 kV)，原理是较低的管电压发出的X线光子能量更接近碘原子K层电子能级(33 keV)，增大了光电效应的同时降低了康普顿散射效应[12]。因此本研究中B组采用了较低的管电压(80 kV)，发现胸主动脉、正常食管、食管癌病变的平均CT值及图像质量评分与A组比较无差异。提示低剂量造影剂结合80 kV管电压可以得到与常规剂量造影剂及120 kV常规管电压相当的强化效果。

本研究结果显示，B组的辐射剂量(即CTDIvol和DLP)显著低于A组的，表明单纯降低管电压而不相应提高管电流等其他扫描参数会降低扫描剂量。根据以往的研究，辐射剂量的降低会导致图像噪声增加而使图像质量下降；故为了保证较好的图像质量，B组的图像采用了迭代重建算法。迭代重建算法较常规的反投影滤过重建算法可显著降低图像的噪声，目前被广泛应用于低剂量扫描中[13]。因此，B组虽然增强扫描的造影剂用量降低，但其图像噪声、SNR、CNR与A组比较无差异。图像的噪声不仅与辐射剂量相关，还与患者的体型、扫描部位有一定的相关性[14]，故需要进一步增加病例数来深入研究。

根据以往的胸部低剂量增强扫描研究结果——扫描剂量的显著降低不影响肺窗图像的质量[15]，因此本研究未对两组图像的肺窗质量进行比较分析。本研究中应用的迭代重建算法较常规的反投影滤过重建算法所需时间有所延长，在一定程度上降低了临床工作效率，这是软硬件技术的局限性造成，相信随着技术的不断进步能够加以解决。

总之，较低剂量的造影剂结合80 kV管电压对食管癌患者进行CT增强扫描，可获得较好的图像质量，能够满足食管癌术前诊断的要求，值得临床推广应用。

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