对标准体型病人行低管电压CT肺动脉成像的可行性研究

赵磊杨晓光包丽丽刘挨师

对标准体型病人行低管电压CT肺动脉成像的可行性研究

赵磊1杨晓光1包丽丽2刘挨师1

目的通过对比低管电压CT肺动脉成像（CTPA）与常规CTPA的影像质量与辐射剂量，从而评价低管电压CTPA应用于标准体型病人的临床价值。方法前瞻性选取我院2013年2月—2014年8月标准体型（体质量指数≤25 kg/m2，体质量≤80 kg）病人60例，并随机分为2组。A、B两组管电压分别设置为80 kV和120 kV。管电流设置基于循环时间测试峰值。评价并对比A、B两组影像质量与辐射剂量，选取肺动脉干影像质量参数与辐射剂量进行Pearson相关性分析。结果A组总体肺动脉CT值与噪声值高于B组，差异具有统计学意义（P= 0.000）。A组总体肺动脉SNR和CNR与B组相比差异无统计学意义（分别P=0.187，P=0.309）。A组有效剂量显著低于B组［（1.69±0.43）mSv∶（5.63±1.84）mSv，P=0.000］。有效剂量与CT值和噪声值呈负相关。结论低管电压CTPA应用于标准体型病人可以有效减低辐射剂量，同时保证影像质量，具有临床应用价值。

体层摄影术，X线计算机；血管成像；肺栓塞

DOI：10.19300/j.2016.L3343

【Abstract】ObjebtiveThe purpose of this study was to compare image quality and radiation dose between low voltage CT pulmonary angiography（CTPA）and conventional CTPA protocols in patients of standard body type.Methods60 consecutive patients with low body mass index（≤25 kg/m2）and low body mass（≤80 kg）suspected having pulmonary embolism（PE）were prospectively enrolled from February 2013 to August 2014.The patients were divided into two groups. Tube voltage was set at 80 kV for group A and 120 kV for group B.Tube current settings were determined by testing bolus peak attenuation.Radiation dose and image quality were compared between the two groups.The relationship between image quality parameter and radiation dose measured at pulmonary artery trunk were analyzed with Pearson correlation.Results The total pulmonary arteries showed significantly higher attenuation and noise in group A than in group B（P=0.000）.The total signal-to-noise ratio and total contrast-to-noise ratio did not significantly differ between groups A and B（P=0.187，P= 0.309，respectively）.The mean effective dose showed significantly lower in group A than in group B（1.69±0.43 mSv vs 5.63± 1.84 mSv，P=0.000）.The attenuation or noise and effective dose was negatively correlated.ConclusionUsing 80 kV-CTPA can achieve stable image quality with reduced effective radiation dose compared with 120 kV-CTPA in patients with low body mass index（≤25 kg/m2）and low body mass（≤80 kg）.

【Key words】Tomography，X-ray computed；Angiography；Pulmonary embolism

Int J Med Radiol，2016，39（2）：107-110；115

CT肺血管成像（CT pulmonary angiography，CTPA）是一种对可疑肺栓塞筛查或肺栓塞溶栓后评价的重要诊断工具，已常规应用于临床实践［1］。由于其扫描范围覆盖整个胸部，因而辐射剂量较高［2］。近年来，随着迭代重建算法的投入使用，80～100 kV逐渐开始替代120～140 kV［3-6］。低管电压可以提高靶血管的衰减值，与120 kV相比，80 kV下的X线更易产生光电效应，从而一定程度上提高了影像质量［7］。多项100 kV与80 kV的研究均得出了上述结论［3-6，8］。本研究尝试通过降低管电压来降低辐射剂量，并与常规CTPA方案进行影像质量与辐射剂量的比较，从而明确其临床应用的可行性。

作者单位：1内蒙古医科大学附属医院影像诊断科，呼和浩特010050；2内蒙古医科大学基础医学院

通讯作者：刘挨师，E-mail：liuaishi@sina.com

基金项目：内蒙古自治区卫生和计划生育委员会科研项目（201 301050）

1　资料与方法

1.1一般资料本研究连续选取2013年2月—2014年8月就诊于内蒙古医科大学附属医院可疑肺动脉栓塞或肺栓塞溶栓后评估并拟行CTPA的60例病人，每组各30例，均为标准体型［体质量指数（BMI）≤25 kg/m2，体质量≤80 kg］，全部病人签署知情同意书。排除标准：碘过敏史，心功能不全，肾功能不全者。所选病人随机分为2组，A组病人采用低管电压设置，B组病人采用常规管电压设置。所有病人均顺利完成检查，未出现严重药物不良反应。A、B两组病人性别、年龄、身高、体质量、BMI、扫描长度、管电流设置差异比较均无统计学意义（P≥0.05）（表1）。

1.2设备与方法所有病人均采用64层螺旋CT系统（lightspeed VCT-XT）（GE医疗，美国）。分别将A、B两组管电压设置为80 kV和120 kV。管电流设置与循环时间测试兴趣区（ROI）衰减值有关，当循环时间测试ROI衰减值为100 HU以下时，管电流设置为400 mA；当循环时间测试ROI衰减值为100～200 HU时，管电流设置为300 mA；当循环时间测试ROI衰减值为200 HU以上时，管电流设置为200 mA。其他采集参数：机架转速0.4 s/圈，准直器宽度0.625 mm×64，重建层厚0.625 mm，重建层间距0.625 mm，矩阵512×512，螺距因子0.514∶1，影像以标准算法重建。对比剂采用碘普罗胺注射液（370 mgI/mL）（拜耳先灵，德国）。A、B两组注射参数设置相同，包括注射流率（4 mL/s）、对比剂剂量（28 mL）、盐水冲洗剂量（40 mL）。通过循环时间测试确定延迟时间：选取气管隆突下1 cm平面延迟4 s进行连续扫描，间隔1 s。在肺动脉主干通过绘制ROI连续测量衰减值，并绘制时间密度曲线。通过时间密度曲线确定延迟时间（峰值时间+1 s）。扫描结束后所有数据传入AW4.4工作站和PACS。

1.3影像质量评价由2位阅片者（分别从事胸部影像诊断6年、10年）在不知道扫描参数的情况下进行评价。

1.3.1主观影像质量评价基于管腔锐利度与对比度进行Ⅰ级～Ⅳ级影像质量评分：Ⅳ级（无明显噪声，管腔边界锐利，对比度优），Ⅲ级（有轻度噪声，管腔边界较清楚，对比度良），Ⅱ级（噪声稍大，对比度尚可，管腔尚能评价），Ⅰ级（噪声大或对比度差影响管腔评价）。评价不一致时由2位阅片者协商达成一致。对每例病人各肺叶肺动脉最大显示级数进行评价。肺动脉干为第1级，左、右肺动脉为第2级，肺叶动脉为第3级，肺段动脉为第4级，肺亚段动脉为第5级，以此类推。

1.3.2客观影像质量评价对肺动脉管腔衰减值进行测量，测量衰减值时避开射束硬化伪影及运动伪影。ROI绘制于管腔中央。ROI面积至少达到100 mm2。测量每例病人肺动脉干、右肺动脉、左肺动脉、右肺上叶动脉、左肺上叶动脉、右肺中叶动脉、左肺上叶舌段动脉、右肺下叶动脉、左肺下叶动脉。记录衰减值均数和标准差。均数记为SI血管，标准差记为噪声。在肺动脉干层面测量左侧肩胛骨周围肌肉平均衰减值，记为SI背景。计算目标血管的信号噪声比（SNR）与对比噪声比（CNR）。SNR=SI血管/噪声。CNR=（SI血管-SI背景）/噪声。

表1　2组一般资料的比较

表2　2组肺动脉不同解剖部位CT值的比较

1.4辐射剂量通过计算机自动生成的剂量报告得到剂量长度乘积（dose length product，DLP），并通过剂量换算因子换算得到有效剂量（effective dose，ED），本研究剂量换算因子取值0.017 mSv/mGy·cm［9］。

1.5统计学处理采用SPSS13.0统计软件进行统计学分析。计量资料以均数±标准差（±s）表示，计数资料以百分数及自然数表示。计量资料比较采用两独立样本t检验。计数资料比较采用χ2检验。计量资料相关性分析采用Pearson相关。双侧检验P＜0.05认为差异具有统计学意义。

2　结果

2.1影像质量研究共纳入536支肺动脉，其中A 组266支，B组270支（A组1例病人栓子阻塞整个管腔，累及动脉包括右肺上叶动脉、右肺中叶动脉、左肺舌段动脉、右肺下动脉，依照标准管腔主观评分无法评价，且客观影像质量参数无法测量）。

2.1.1主观影像质量A、B两组总体肺动脉（所有测量的肺动脉）平均主观评分差异无统计学意义（3.76±0.52∶3.68±0.66，t=1.448，P=0.148）。A、B两组肺动脉干、右肺动脉、左肺动脉、右肺上叶动脉、左肺上叶动脉、右肺中叶动脉、左肺上叶舌段动脉、右肺下叶动脉、左肺下叶动脉主观评分差异均无统计学意义（t值分别为1.469、0.457、1.204、0.165、0.215、0.086、0.770、1.267、0.968，P值分别为0.147、0.650、0.233、0.870、0.831、0.932、0.445、0.210、0.337）。以病人为研究水平，A组肺动脉平均显示级数为8.49± 1.26，B组为8.52±1.17（t=-0.237，P=0.813）。

2.1.2客观影像质量A组总体肺动脉CT衰减值和噪声值显著高于B组［分别为（589.25±149.90）HU∶（348.47±108.57）HU，t=21.320，P=0.000；（51.64± 15.25）HU∶（29.77±13.25）HU，t=17.728，P=0.000］（表2、3）（图1）。A组总体肺动脉SNR和CNR与B组相比均无差异（分别为12.20±4.48∶12.72±4.65，t=-1.322，P=0.187；10.93±4.26∶10.55±4.36，t=1.018，P=0.309）。两组间的肺动脉干SNR和左肺上叶舌段动脉CNR比较，其差异具有统计学意义（分别为P=0.027，P= 0.044）（表4、5）。其余肺动脉SNR和CNR的差异无统计学意义。

2.2辐射剂量A组DLP显著低于B组［（98.99± 25.39）mGy·cm∶（334.53±107.55）mGy·cm，t=-11.675，P=0.000］。A组ED显著低于B组［（1.69±0.43）mSv∶（5.63±1.84）mSv，t=-11.423，P=0.000］。

2.3辐射剂量与影像质量相关性分析ED与CT值呈负相关（r=-0.658，P=0.000），与噪声值呈负相关（r=-0.755，P=0.000）。ED与SNR（r=0.204，P=0.118）和CNR无相关性（r=0.072，P=0.582）。

3　讨论

表3　2组肺动脉不同解剖部位噪声值的比较

表4　2组肺动脉不同解剖部位SNR的比较

表5　2组肺动脉不同解剖部位CNR的比较

CT检查所产生的电离辐射问题受到放射医师和临床医师的关注，提高CT检查的安全性在疾病诊断、治疗方案选取与预后评价中具有重要意义。低剂量电离辐射对人体亦具有危害，同高剂量电离辐射所造成的急性放射损伤相比，低剂量电离辐射通过电离的能量转移裂解DNA，增加了其修复错配的概率，使得受照者罹患癌症的风险提高。根据国际放射防护委员会的评估，10 mSv的辐射剂量将会导致2/1 000的癌症发生风险概率。遵循ALARA原则减低辐射剂量可以在维持CTPA有效性的同时提高安全性。

如何优化降低辐射剂量措施，并且保证影像质量具有重要意义。减低辐射剂量的主要措施包括改进算法、降低管电压、降低管电流、管电流调制技术及其他降低噪声措施［13］。基于64层螺旋CT最有效、最简便的降低辐射剂量措施为降低管电压。管电压降低20 kV可以减少约一半的辐射剂量［3，11-12］，同时降低管电压可以提高光电效应，减少康普顿散射效应，提高增强CT血管信号强度［7］。高衰减值可以更好地显示细小血管与梗阻［14］。目前低剂量CTPA的研究主要集中在如何降低管电压。多项CTA研究［3-6，8］认为低BMI和低体质量的病人可以通过降低管电压来减低辐射剂量，这是由于BMI可以更好地反映全身组织分布的均匀性，是影响影像质量的关键因素。另一方面，体质量也对影像质量具有重要影响。因此，本研究基于BMI与体质量设置管电压。

从管电压角度考虑，低管电压使得噪声值大幅度提高，但衰减值也获得了大幅度提高，因此客观影像质量指标诸如SNR与CNR同常规电压相比无明显改变。提高管电流可以降低影像噪声，本研究将管电流提高至200～400 mA，主要是为了弥补低管电压噪声的影响［15］。本研究管电流的选择基于循环时间测试肺动脉的强化峰值。为了达到SNR和CNR在样本中的稳定性，通过循环时间测试预测血管信号强度，信号强度高可以选择较低等级的管电流，以减低SNR与CNR的离散趋势，使得影像质量达到适当的水平。因此，通过基于病人体型与肺动脉循环时间测试峰值联合设置管电压与管电流可以达到影像质量的可评估性。

增强CT衰减值取决于病人生理指标及对比剂注射技术，包括体质量、心输出量、体表面积及体质量指数、对比剂容积和浓度、注射速率、对比剂类型和生理盐水冲洗效果［10］。考虑到综合因素，笔者采用恒定的对比剂注射技术以便减少混杂因素的干扰。

本研究显示在标准体型病人中行低管电压CTPA具有较高的可行性，体现在辐射剂量显著减低，约为标准CTPA的30%（1.69 mSv/5.63 mSv× 100%），而影像质量无明显下降。本研究还发现辐射剂量与SNR、CNR均无相关性，说明采用本研究扫描和注射方案下的影像质量具有较高的稳定性。

本研究的局限性：①样本量较少，不能精确评价总体均数。基于解剖位置的亚组比较发现肺动脉干与左肺上叶动脉的SNR、CNR差异具有统计学意义，然而总体评价差异无统计学意义。这种情况可能与样本量不足有关。进一步的研究中将会加大样本量，提高结果观察的准确性。②本研究显示辐射剂量与CT值呈负相关，这可能是由于高辐射剂量样本主要来源于高管电压组，因此CT值较低。③辐射剂量与噪声值呈负相关，因此影响了影像的密度分辨率［16］，但是SNR与CNR差异无统计学意义。④低管电压获得的影像质量与对照组相比无统计学意义，但是需要进行有创性肺动脉造影明确有效性（诊断准确性）。⑤本研究由于设备所限采用的是滤过反投影算法，如采用迭代算法则可以通过该方案获得更加优质的影像质量，提高诊断效能。

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Low kV CT pulmonary angiography at 64-slice CT for standard body type：a feasibility study

ZHAO Lei1，YANG Xiaoguang1，BAO Lili2，LIU Aishi1.1 Department of Radiology，The Affiliated Hospital of Inner Mongolia Medical University，Hohhot 010050，China；2 Department of Preclinical Medicine College，Inner Mongolia Medical University