肺癌患者CT肺动脉成像优化扫描研究*

李海烈， 何长久， 肖乾坤， 周鹏， 胡仕北， 刘舫

610041成都，四川省肿瘤医院·研究所，四川省癌症防治中心，电子科技大学医学院 影像科

在我国,肺癌占男性恶性肿瘤发病率第一位,占女性恶性肿瘤发病率第二位，肺癌占男女恶性肿瘤死亡率均为第一位[1]。肺癌患者在治疗的过程中容易引起多种并发症，在各种恶性肿瘤中是血栓发生率最高的疾病之一，肺栓塞(Pulmonary embolism,PE)就是最常见的一种[2]。文献报道肺栓塞是恶性肿瘤常见的并发症，原因主要与恶性肿瘤引起机体的凝血与纤维溶解机制异常，易出现血栓性或出血性疾病有关[3]。激素、靶向药物治疗可破坏肿瘤细胞，诱发急性肿瘤溶解综合征，可加重患者高凝状态引发血栓，而放疗以及血管生长抑制剂的使用均可增加肿瘤患者肺栓塞的发生率[4]。恶性肿瘤可使肺栓塞的发病率增加4倍[5]，且病死率、致残率及临床漏诊率均较高[6]。因此，若能及早发现肺栓塞，对挽救患者的生命尤为重要。DSA虽能做出明确诊断，但其具有创伤性。多层螺旋CT 肺动脉成像(CT pulmonary angiography，CTPA)以其快速的容积扫描和较高的空间和时间分辨率给血管系统疾病检查创造了有利条件，它不仅可以判断PE的程度、范围、急慢性，还可观察心腔内有无血栓、肺组织灌注情况、肺梗死病灶以及评估心功能状态和其他并发症等[7]。随着肺癌患者PE筛查人数增加和PE 病人常需要行多次CTPA 检查来了解栓子吸收及心肺功能恢复情况，会造成辐射剂量的增大，因此降低辐射剂量非常重要。CT 电离辐射是目前医学辐射主要来源，在发达国家占年人均辐射量1/4[8]。由于胸部具有良好的天然对比，适用于低剂量技术，低剂量CTPA是未来的发展趋势。随着近年来各种技术革新，低剂量扫描研究较多，本文通过降低管电流和管电流的方法对CT肺动脉成像进行研究。

1 资料与方法

1.1 患者资料

对2016年1月至2016年5月来四川省肿瘤医院医院就诊，并符合下列标准患者进行研究。纳入标准：(1)肺癌确诊怀疑肺动脉栓塞(PE),需行CT肺动脉成像(CTPA)；(2)年龄≥18岁；(3)体质量指数(body mass index,BMI)为18～25 kg/m2；(4)自愿签署碘过敏知情同意书；(5)自愿签署科研项目知情同意书。排除标准：(1)碘对比剂过敏；(2)严重心功能不全；(3)严重肾功能不全；(4)检查过程中不能配合完成检查。

60名肺癌患者(男性30名、女性30名)纳入研究，依据扫描参数不同随机分成三组，每组20名，男女各10名。对照组、降管电流组和降管电压组年龄分别为(56.6±13.6)、(57.9±10.6)、(62.0±8.8) 岁，P=0.435,各组年龄差异无统计学意义；三组体质量指数分别为(22.4±1.1)、(22.8±1.1)、(22.7±1.2)kg/m2，P=0.709,各组体质量指数差异无统计学意义。

1.2 检查方法

采用Philips Briliance iCT256层螺旋CT进行肺动脉成像扫描。患者仰卧位，两手举过头顶，嘱咐患者扫描时身体不能移动，扫描时少量吸气后憋住气保持胸部不动，扫描范围为胸锁关节水平至肋隔角水平。增强对比剂为碘比乐，对比剂含碘370 mg/ml，使用双筒高压注射器以4.0 ml/s流率先注射20 ml生理盐水测试血管压力，压力能够承受后以相同流率注射对比剂20 ml，注射对比剂后再以相同流率再注射20 ml生理盐水。扫描采用阈值自动触发技术，监测线设于胸锁关节水平头臂干静脉处，阈值设定61 HU,触发后延迟5 s扫描，扫描起始位置与监测线完全重合。对照组、降管电流组和降管电压组的管电压和管电流分别为120 KV、200 mAs，120 KV、100 mAs，80 KV、200 mAs。螺距0.915，扫描层厚0.9 mm，层间距0.45 mm,转速0.4 s/周，矩阵512×512，扫描图像均进行迭代算法(iDose4)重组。

1.3 图像分析方法

1.3.1 主观评价 由两名影像主治医师先采用双盲法对图像进行评价，以便分析评价结果一致性，再共同评分取得一致意见用于比较不同方案的图像质量。(1)图像质量评分：1分：不接受；2分：接受；3分：良；4分：优。(2)图像噪声评分：1分：噪声明显，不接受；2分：噪声偏大，细节显示不清；3分：有噪声但细节可辨识；4分：有噪声或很小，细节显示清楚。(3)图像锐利度评分：根据血管边缘锐利度进行评价。1分：不合格，血管边缘模糊；2分：较差，血管边缘毛躁，勉强能诊断；3分：良好，血管边缘光滑，显示较好；4分：优秀，血管边缘非常锐利。以上评分≥3分可满足临床诊断需求。

1.3.2 客观评价 由两名影像主治医生共同对图像进行客观评价。分别测量肺动脉干、右肺动脉、左肺动脉、右肺动脉降支、左肺动脉降支CT值(SI)和标准差(SD)，以SD作为噪声，SI/SD作为信噪比(SNR)，ROI置于血管内，并避开血管壁，面积均选取相应血管中段断面的1/3以避免容积效应影响，同一血管测量三次取平均值作为最终结果。SNR=SI靶血管/SD靶血管；CNR=(SI靶血管-SI竖脊肌)/SD靶血管，其中SI竖脊肌为肺动脉干分岔层面竖脊肌CT值[9]。测量面积为52.3 mm2，取三次测量平均值。

1.3.3 辐射剂量 记录各组扫描的CT剂量容积指数(CT volume dose index, CTDIvol)和剂量长度乘积(dose long product,DLP)。有效辐射剂量(effective dose,ED)根据公式ED=K×DLP，其中K为转换因子，采用欧洲CT质量标准指南提出的胸部平均值为0.014mSv.mGy-1.cm-1[10]。

1.4 统计学方法

采用SPSS19.0软件进行统计学分析。连续变量用(x±s)表示，离散变量用中位数(M)表示。采用方差分析比较不同方案下肺动脉干，左、右肺动脉，左、右肺动脉降支的CT值、噪声、SNR和CNR，两两比较采用LSD法。采用非参数Kruskal-Wallis检验比较不同扫描方案下各肺动脉血管的图像评分。采用Kappa检验评价2名医师评分的一致性，Kappa值<0.4为一致性差，Kappa值为0.4～0.75为一致性中等，Kappa>0.75为一致性好。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 PE检出结果

扫描图像经主治医师诊断，对照组检出明显PE患者4名，早期PE样改变患者4名，降管电流组检出明显PE患者3名，早期PE样改变患者3名，降管电压组检出明显PE患者4名，早期PE样改变患者3名。

2.2 图像主观评价

2名医师对图像进行图像质量评分、图像噪声评分、图像锐利度评分的一致性好，Kappa值分别为0.778、0.776、0.753。各扫描方案图像的以上各项评分均≥3分，均可满足临床诊断要求(图1～3)。不同方案肺动脉成像的图像间评分差异无统计学意义(P分别为0.161、0.133、0.148，均>0.05)(表1)。

图1 为对照组(采用常规扫描参数)肺动脉成像，肺动脉强化明显，显示清楚，噪声较小，能够较好满足诊断需求

图2 为降管电流组肺动脉成像，肺动脉强化明显，显示清楚，噪声小，能够满足诊断需求

图3 为降管电压组肺动脉成像，肺动脉强化明显，显示清楚，噪声小，能够满足诊断需求

2.3 图像客观评价

2.3.1 CT值评价 所测各肺动脉CT值，降管电流组与对照组差异无统计学意义(P为0.198、0.413、0.346、0.481、0.585,均>0.05),降管电压组高于对照组和降管电流组，与对照组差异有统计学意义(P为0.000、0.001、0.001、0.003、0.001，均<0.01)，与降管电流组差异有统计学意义(P均为0.000，均<0.01)(表2)。实验表明在管电流不变，降低管电压可明显增加肺动脉CT值。

2.3.2 噪声评价 所测各肺动脉噪声，降管电流组与对照组在肺动脉干和右肺动脉上差异有统计学意义(P为0.032、0.046，均<0.05)，在左肺动脉、右肺动脉降支和左肺动脉降支上差异无统计学意义(P为0.061、0.360、0.334，均>0.05)，降管电压组高于对照组和降管电流组，与对照组差异有统计学意义(P均为0.000，均<0.01)，与降管电流组差异有统计学意义(P为0.008、0.000、0.000、0.000、0.000，均<0.01)。实验表明降低管电流或管电压，肺动脉噪声均会增加，降低管电压时噪声增加更明显(表2)。

表1 采用不同扫描方案对患者行肺动脉造影扫描各部位的图像评分结果

注：M：中位数；P25，P75：上、下四分位数

表2 采用不同扫描方案对患者行肺动脉造影扫描各部位的CT值和噪声结果比较

2.3.3 信噪比(SNR)评价 所测各肺动脉SNR，降管电流组与对照组在肺动脉干、右肺动脉和左肺动脉上差异有统计学意义(P为0.000、0.004、0.012，均<0.05),在右肺动脉降支和左肺动脉降支上差异无统计学意义(P为0.183、0.058，均>0.05),降管电压组与对照组差异有统计学意义(P为0.006、0.003、0.008、0.027、0.034，均<0.05),降管电压组与降管电流组差异无统计学意义(P为0.222、0.920、0.995、0.402、0.895，均>0.05)，对照组最高。实验表明降低管电压或管电流，SNR均会降低，降管电压组和降管电流组差异不明显(表3)。

表3 采用不同扫描方案对患者行肺动脉造影扫描各部位的SNR和CNR结果比较

注：SNR：信噪比，CNR：对信噪比

2.3.4 对比信噪比(CNR)评价 所测各肺动脉CNR，降管电流组与对照组在肺动脉干、右肺动脉和左肺动脉上差异有统计学意义(P为0.001、0.010、0.020，均<0.05)，在右肺动脉降支和左肺动脉降支上差异无统计学意义(P为0.237、0.089，均>0.05)，降管电压组与对照组在肺动脉干、右肺动脉和左肺动脉上差异有统计学意义(P为0.025、0.025、0.033，均<0.05)，在右肺动脉降支和左肺动脉降支上差异无统计学意义(P为0.073、0.111>0.05)，降管电压组与降管电流组差异无统计学意义(P为0.114、0.580、0.716、0.579、0.830，均>0.05)，对照组最高(表3)。实验表明降低管电压或管电流，CNR均会降低，降管电压组和降管电流组差异不明显。

2.4 辐射剂量

对照组、降管电流组和降管电压组的CTDIvol和DLP均值分别为13.51 mGy、6.74 mGy、3.91 mGy和(372.73±29.76)mGy.cm、(200.33±16.90)mGy.cm、(127.59±15.70)mGy.cm。5种扫描方案辐射剂量差异有统计学意义(F为431.294，P=0.000<0.05)，对照组辐射剂量最大，降管电压组最小。

3 讨 论

3.1 图像质量与辐射剂量

3.1.1 降低管电流对图像质量和辐射剂量的影响

降低管电流是目前国内外CT低剂量扫描多采用的方法。管电流与辐射剂量呈线性关系,X 线球管的管电流决定了阴极灯丝发射电子数量，即管电流愈大，阴极发射电子数愈多，电子撞击阳极靶产生的X 线剂量也愈大。管电流下降虽然降低了信噪比，但对于肺这种高对比器官作用不甚明显[11]。从实验数据(表2、表3)可以看出管电压120 KV，管电流从200 mAs降至100mAs，所测血管CT值与200 mAs组比较差异无统计学意义，图像噪声值增加，SNR和CNR降低，辐射剂量均值降为200mAs组的53.6%。由于肺部组织有着良好的天然对比性，100 mAs组和200 mAs组图像评分均≥3分，差异无统计学意义(表1)，能够满足诊断要求。姜英健等[12]采用管电压120 kV 对可疑PE 病人行双期CTPA 研究，第1 期管电流280 mAs，第2 期管电流60 mAs。结果显示，血管内强化评分，60 mAs 组与280 mAs组比较差异无统计学意义，管电流60 mAs 时辐射剂量相当于280 mAs 时的21.42%。Henes 等[13]也对同一个体(猪PE 模型)120 kV/120 mAs、120 kV/80 mAs组CTPA 进行了研究。结果显示，管电压120 kV 不变，管电流自 120 mAs降至 80 mAs，影像质量下降不明显，CTDIvol和DLP分别为：7.1、4.7 mGy；3.39、2.25mSv，差异均有统计学意义，辐射剂量明显下降。本实验通过降低管电流对低剂量CTPA扫描的研究与上面两组实验研究结果类似。

3.1.2 降低管电压对图像质量和辐射剂量的影响 CT 辐射剂量与管电压的平方成正比，降低管电压可增加高原子序数物质的CT 值，虽然噪声增加，但CNR 并不降低，甚至有所增加，因此降低管电压成为减少CTPA 辐射剂量简单而有效的方法[14-16]。采用低管电压CT扫描可以降低辐射剂量，增加血管强化程度[17-18]。从实验数据(表2、表3)可以看出，管电流200 mAs不变，管电压由120 KV降至80 KV时CT值差异有统计学意义，CT值明显高于120 KV组，图像噪声值增加，SNR和CNR降低，辐射剂量均值降至120KV组的34.3%。由于肺部组织有着良好的天然对比性，120 KV组和80 KV组图像评分均≥3分，差异无统计学意义(表1)，能够满足诊断要求。Bjorkdahl 等[19]研究表明管电压自120 kV 降至100 kV 时， 平均DLP 及ED 分别降低42%及45%，CTDIvol降低40%，而CNR 无下降，主观影像质量评分差异无统计学意义。Schueller-Weidekamm等[15]将管电压从140 kV 降至100 kV，段及亚段肺动脉显示率增高， 同时CTDIvol从10.4 mGy 下降至3.4 mGy。胡伟等[20]研究128 层螺旋CT 管电流调节CTPA，80 kV组CTDIvol、DLP 及ED 均低于100 KV 组，ED 降低约56.35%。本实验通过降低管电压对低剂量CTPA扫描的研究与上面两组实验研究结果类似。

3.1.3 降低管电压与降低管电流对图像质量与辐射剂量的影响比较 从实验数据(表2、表3)可知，降管电流组(120 KV、100 mAs)和降管电压组(80 KV、200 mAs)相比，所测肺动脉血管CT值和噪声值差异均有统计学意义，CT后者明显高于前者，噪声值后者较前者高，SNR和CNR两者差异无统计学意义，辐射剂量均值后者为前者的64.1%。两组扫描方案图像评分均≥3分，差异无统计学意义(表1)，均能满足诊断要求。对于肺这种高对比组织，降低管电压较降低管电流比较能够更加明显强化肺动脉血管，虽然噪声有所增加，但SNR和CNR并未降低，辐射剂量明显降低。通过降低管电压能够更好实现CT肺动脉成像低剂量扫描，80KV结合200mAs可作为CT肺动脉成像优化扫描方案。由于低能量光子被病人吸收增多，造成低管电压时影像噪声增大，因此不宜一味地降低管电压，而应寻求一个最优化的管电压，以得到最好的影像质量和最低辐射剂量，该最优化管电压更多依赖于病人体型及具体诊断需求[21]。

3.2 优化扫描在肺癌患者CTPA中的重要意义

肺部临近于一些最敏感、最重要器官和组织，包括心脏、食管和脊髓。这些结构对于辐射非常敏感，即使低剂量的辐射，对于这些组织的破坏也会导致明显的副作用，危及患者的生活质量。本身罹患肺癌患者，经过手术、放化疗及长时间缺乏活动，身体极其虚弱，过多的剂量照射将对患者身体状况产生重要影响，这在肺癌患者放射检查中是一个主要关注的问题。另外，由于肺部具有良好的天然对比，通过本文的研究适当降低管电压可以明显增加肺动脉血管的CT值，虽然噪声有所增加，但对各级肺动脉血管的显示影响不大，诊断上也能满足需求。当管电压降低到80KV时，患者一次辐射剂量将减少三分之二，很大程度上降低了肺癌患者的辐射风险，充分显示了优化扫描方案在肺癌患者CTPA中的重要意义，对肺癌患者后期的治疗至关重要。

由于实际状况所限，未能收集足够大的实验患者数据。扫描采用阈值触发，不同个体身体状况各有差异，扫描图像质量不能完全保持一致，略有差异。低剂量CT实现的方法很多，如大螺距扫描、减小扫描覆盖范围、前瞻性心电门控、重建算法等等。本文仅从降低管电压、管电流参数研究，不够全面，今后还将进行更加深入的研究。

作者声明：本文第一作者对于研究和撰写的论文出现的不端行为承担相应责任；

利益冲突：本文全部作者均认同文章无相关利益冲突；

学术不端：本文在初审、返修及出版前均通过中国知网(CNKI)科技期刊学术不端文献检测系统学术不端检测；

同行评议：经同行专家双盲外审，达到刊发要求。

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