低管电压、等渗低浓度对比剂在头颈部CTA中的临床应用

胡勤勤，曾国飞，杨华

(重庆市中医院放射科，重庆 400021)

近年来，随着人口的老龄化及多层螺旋CT的普及，头颈部动脉CT血管造影(CT angiography,CTA)已广泛应用于临床。头颈部CTA检查无创，且操作简便，对于血管变异、血管病变的显示具有重要价值。但头颈部CTA检查扫描范围广、辐射剂量大，对患者有潜在的致癌风险[1]；同时，为了维持血管内有效的碘浓度，我们常采用大量高浓度对比剂，增加了诱发对比剂肾病的风险，特别是在年老体弱的患者肾毒性的风险会进一步增加[2-3]。因此，如何获得高质量图像的同时降低辐射量和对比剂用量成为临床研究的热点[4]。目前，国内外已有不少关于低浓度对比剂应用的研究,但对于各参数的组合仍存在争议，缺乏统一的标准，尚需要进一步探讨。因而本研究通过对图像质量多参数进行分析，并与常规CTA进行对比，旨在探讨低管电压、低浓度碘对比剂在头颈CTA检查中的应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2017年1月至2017年8月于重庆市中医院行头颈部CTA检查的患者(排除碘过敏，心、肝、肾功能不全，不能配合或无法完成检查者，以及妊娠期妇女)共60例，其中男性27例，女性33例，年龄31～78岁,平均(60.6±10.3)岁，体重指数(BMI)15.7～29.4 kg/m2。所有患者均被提前告知并签署知情同意书。

1.2 仪器与方法

采用GE Optima CT660扫描仪。患者取仰卧位，头先进，扫描前嘱患者检查过程中制动，不能有吞咽动作，以免产生运动伪影。按不同管电压、对比剂浓度将所有患者随机分成A、B、C 3组，每组20例。A、B组对比剂为碘克沙醇(碘浓度为270 mgI/mL)，A组管电压80 kV，B组管电压100 kV，C组(常规扫描组)：对比剂为碘帕醇(碘浓度为370 mgI/mL)，管电压为120 kV，所有患者均采用固定管电流350 mA。于患者右侧肘正中静脉预置18G套管针，使用高压双筒注射器以5 mL/s流率注射对比剂，对比剂总量为1.5 mL/kg。对比剂注射前注射20 mL生理盐水用于试压,以免注射过程中流速过高导致血管破裂致造影剂外渗。先行平扫用于数字减影蒙片，CTA检查前采用小剂量峰值试验测定颈总动脉的峰值时间，CTA检查启动时间为峰值时间加4 s。扫描范围包括主动脉弓至颅顶。螺距0.984，转速0.5 s/r，准直器宽度0.625 mm×40 mm，矩阵512×512。采用60%自适应统计迭代重建(adaptive statistical interative reconstruction，ASiR)算法，重建层厚0.625 mm，层距0.625 mm。待造影剂注射完后再注射40 mL生理盐水以加快头臂、上腔等静脉系统内对比剂排空，同时稀释造影剂,以免造影剂浓度过高,不利于代谢,造成血管刺激作用。

1.3 图像后处理及分析

所有检查数据传至ADW 4.3工作站进行后处理，重组方式包括容积再现(VR)、曲面重建(CRP)、最大密度投影(MIP)。横断位上测量头颈部各动脉节段(主动脉弓、颈总动脉，颈内动脉，大脑中动脉)CT值，感兴趣区(region of interest，ROI)大小约为测量层面血管管腔面积的1/2，测量时避开粥样斑块，当管腔闭塞时放弃测量。分别测量C4水平右侧颈总动脉CT值及同侧胸锁乳突肌CT值与标准差(SD)，将后者CT值作为本底值，SD值作为噪声值，计算图像的对比度、信噪比(SNR)和对比噪声比(CNR),对比度=颈总动脉CT值-本底值，SNR=颈总动脉CT值/噪声值，CNR=对比度/噪声值。由2名从事血管诊断工作的影像科医师以双盲法对上述各动脉节段图像进行分析，采用4级评分法[5]评价各部位动脉图像质量：1分：图像质量很差，噪声大，血管边缘毛糙，血管仅能显示3级以内分支,不能达到诊断要求；2分：图像质量较差，噪声较大，血管边缘较平滑，血管显示3级分支，可以诊断但较困难；3分：图像质量尚可，有轻度噪声，血管边缘较平滑，血管显示3级以上分支，基本符合诊断要求；4分：图像质量良好，无明显噪声，血管边缘平滑，血管显示4级以上分支，完全符合诊断要求。

1.4 辐射剂量及碘摄入量

辐射剂量的测量，扫描后仪器自动生成容积CT剂量指数(CTDIvol)和剂量长度乘积(DLP)。根据公式计算有效辐射剂量(ED)，ED=DLP×K，K值为转换因子，采用欧洲CT质量标准指南取值为0.002 3 mSv/(mGy·cm)[6]。碘摄入量计算包括总碘量及碘注入率两个指标，计算公式分别为：总碘量=对比剂浓度×对比剂使用量；碘注入率=对比剂浓度×对比剂注射速率。

1.5 统计学分析

2 结果

2.1 辐射剂量及碘摄入量

3组患者的辐射剂量相关指标的测量结果见表1，辐射剂量(DLP、ED)比较，3组组间差异有统计学意义(P<0.01)。碘总量A、B组较C组差异有统计学意义(P<0.01)，A、B组总碘量较C组减少约27%。

表1 CT辐射剂量及碘摄入量比较

2.2 图像主观评价结果

A、B、C 3组图像主动脉弓CT值均大于300 HU,血管对比度较好(图1)。A组图像背景噪声较大，周围软组织显示稍差，血管边缘稍毛糙(图2A)，B、C组周围软组织显示清晰，血管边缘锐利(图2B、2C)。3组图像上大脑中动脉及远端终末血管均显示清晰，3组图像均能满足诊断要求(图3)。3组图像的主观评分结果见表2，C组评分最高，A组评分最低，但各组间评分差异无统计学意义(P>0.05)。分析发现，图像低剂量扫描时，图像评分与患者BMI值明显相关：A组图像中主观评分为4分的患者其BMI值均较低，最大的为24 kg/m2，在评分为3分的患者中有4例患者BMI值都>24 kg/m2，而评分为2分的患者BMI值为28.6 kg/m2；B组图像中主观评分为3分的患者中有3例患者BMI值>24 kg/m2。两名诊断医师图像质量主观评分一致性较好(Kappa=0.72)。

2.3 图像客观评估结果

3组主动脉、颈总动脉、颈内动脉、大脑中动脉的CT值及颈总动脉的SNR、CNR值见表3。3组中各支动脉CT值无显著差异(P>0.05)。颈总动脉的SNR、CNR值差异有统计学意义(P<0.05)，A、B组稍低于C组。

表2 图像主观评分结果

表3 图像血管内CT值(HU)及CNR、SNR测量结果

组间两两比较：主动脉弓CT值A、B，A、C组间差异有统计学意义(P=0.040、P=0.033)，其余各动脉组间差异无统计学意义(P>0.05)；SNR值A、C，B、C组间差异有统计学意义(P=0.008、P=0.004)；CNR值A、C，B、C组间差异有统计学意义(P=0.028、P=0.011)，SNR及CNR值A、B组间差异均无统计学意义(P>0.05)。

3 讨论

头颈联合CTA成像扫描范围长，辐射剂量较大，对人体有着潜在的危害，如何降低检查辐射剂量一直是学界研究的热点。降低辐射剂量的方法主要有降低管电压、降低管电流及增大螺距等[7]。诸多研究结果表明：在其余扫描参数保持不变基础上，随着管电压的增高，组织表面入射剂量以及透过组织的X射线剂量均会明显增加，且以组织表面入射剂量增加幅度为甚，因此，组织所吸收的辐射剂量也会随之升高。反之，降低管电压后，脏器组织所吸收的剂量会降低[8]。从研究结果可以看出，当管电压从120 kV降到100 kV后，ED降低了40%，而从100 kV降到80 kV后，ED进一步降低50%，说明降低管电压能明显的降低患者吸收的辐射剂量。然而管电压的降低可明显减弱X线的穿透力，进而减少探测器所接收到的光子量，最终增加扫描后图像的噪声。自适应迭代重建(ASiR)的出现带来了低辐射检查的时代，该算法通过首先建立噪声性质和被扫描物体的模型，能为对噪声抑制要求比较高的检查带来显著好处。也就是说，通过降低重建图像中的噪声我们能获得剂量上的优势，因此在相同噪声水平下，扫描剂量可以显著降低[9]。研究表明：随着迭代权重比的升高，噪声水平随着下降，SNR和CNR随着上升，图像质量有所提升；但权重比不能无限制的上升，原因在于ASiR权重高于70%时，各组织之间的对比度降低，病变的显示能力有所下降，从而影响诊断效果[10]。而且ASiR权重过高会过分改变图像噪声结构，出现“塑料样伪影”,影响临床诊断。文献报道权重比为60%来重建图像最佳[11-13]。尽管在80 kV、100 kV与120 kV之间颈总动脉的SNR和CNR有统计学意义，但是不影响诊断，3组图像的主观评分均值均>3分，均能达到诊断要求。

静脉注入碘对比剂后大部分经肾脏排泄，而碘对比剂的不良反应主要有特异性反应和细胞毒性反应，前者一般与剂量无关，难以预防，而细胞毒性反应的发生率与对比剂剂量呈正相关，低浓度对比剂可减轻其对血管内皮细胞及肾脏功能的潜在损害[14]。本研究中采用低浓度对比剂碘克沙醇270 mgI/mL，总碘量较常规组明显减少，产生不良反应的概率明显降低，对心、肾功能较差者尤为适用，且碘克沙醇270 mgI/mL为等渗对比剂，其渗透压为290 mOsm/kg，与血浆相同，当对比剂进入血液循环后，不会增加血容量，从而可以减少心脏负担，使患者更为舒适。由于对比剂浓度降低，血管强化的CT值会减低。CT值是物质X射线衰减系数在CT图像上的反映,是构成CT图像的基础物质，而X射线衰减系数又取决于物质的密度、原子序数及X射线的能量。研究表明[15]：较低的管电压(80 kV或者100 kV)与常用的120 kV比较可以提高碘对比剂的CT衰减值，具体结果为每mgI/mL提高30 Hu(100 kV)或者40 HU(80 kV)。本研究中使用碘浓度270 mgI/mL、80 kV时主动脉弓CT值均值为541.37 HU，碘浓度270 mgI/mL、100 kV时主动脉弓CT值均值为470.75 HU，而碘浓度370 mgI/mL、120 kV时主动脉弓CT值均值为423.05 HU，随着管电压的增加，CT值逐渐降低，同时也证明了上述观点。这是由于低电压的X线平均能量更接近碘的K值，光电效应作用更大，所以强化效果更好[16]。因此，使用低浓度对比剂，配合低电压和迭代重建技术能够保证血管腔内CT值。此外有研究表明碘对比剂的输注速率越快，对团注碘的压缩也越大，受检者靶血管的强化效果越明显，特别是对于血管弹性较差的患者，但是也要注意对比剂注射速率不能过快，否则容易引起对比剂的外渗，因而，本研究中采用5 mL/s流率注射对比剂，结果显示：5 mL/s的流率血管显影效果较好，且没有一例对比剂外渗并发症发生。

此外，本研究发现：双低扫描时管电压的选择与患者的BMI值有一定相关，当患者BMI值<24 kg/m2时，采用80 kV能获得良好的图像，当BMI值>24 kg/m2时，采用80 kV图像信噪比明显降低，而采用100 kV能明显提升图像的信噪比。这是由于超重及肥胖人群BMI过大，随着X线衰减变化导致探测器曝光改变而影响图像噪声，即X线穿透能力减弱，从而图像的噪声增加[17]。目前，对于头颈部CTA双低个性化扫描报道还很少，有相关文献[18]报道了根据患者的体重指数给与相应的管电压及造影剂浓度的个性化扫描。这样既避免了体重指数小的患者接受不必要的辐射，也使得体重指数大的患者不会由于重建图像质量差而不能满足诊断要求。同时,根据经验推荐：采用低剂量扫描时，当BMI≤24 kg/m2时，采用80 kV以尽可能的降低辐射剂量，而当BMI>24 kg/m2时应用100 kV以保证图像足够的信噪比。

尽管研究证实了双低扫描的可行性，但本研究也存在一定的局限性：首先，样本含量过少，患者间的个体差异较大从而影响结果的准确性；第二，血管病变的诊断缺乏金标准，有待与DSA进一步比较；第三，低管电压组SNR和CNR相对较低，需对参数进行进一步优化；第四，未对患者BMI值进行分类统计，尚需更大样本来进一步研究。

综上所述，基于ASiR技术的双低CTA检查能在较大幅度降低碘摄入量及辐射剂量的同时获得临床满意的图像。合适管电压的选择应结合患者的BMI值，建议BMI临界点采用24 kg/m2，BMI≤24 kg/m2时，采用80 kV；BMI>24 kg/m2时，采用100 kV。