碘流率和造影剂用量在肥胖患者颈动脉CTA中对图像质量的影响

李美然，彭朋，蒋涛

首都医科大学附属北京朝阳医院 放射科，北京 100020

引言

颈部血管性病变近年来在临床中的发病率明显增加，已成为常见病、多发病。随着多层螺旋CT血管成像（Multislice Spiral CT Angiography，MSCTA）越来越普遍地应用于临床，它已成为临床头颈部血管病变的常用检查方法。但CT扫描范围广，受检者所接受的辐射剂量高，对患者的危害增大[1-2]；同时，过量使用对比剂增加了对人体的肾毒性，因此降低对比剂用量既降低了患者患对比剂肾病（Contrast-Induced Nephropathy，CIN）风险，并可减少对比剂外渗几率，所以降低对比剂用量日益受到重视[3]。而CT机的不断发展，扫描速度和重建方法的进步则让临床不断降低造影剂用量成为可能。此前多家医院在减低射线剂量方面做出努力，并在一定程度上降低了患者接受的辐射剂量，但是在降低对比剂用量方面还有一定欠缺[4]，尤其是对肥胖患者。肥胖是动脉硬化的危险因素[5]，同时体重的增加也相应的需要增加造影剂的用量，因此探寻优化的造影剂用量和碘流率（Iodine Delivery Rate，IDR）配合方式，在保证图像质量的前提下减少造影剂用量对肥胖患者很有意义。之前的研究多集中在研究低管电压、低造影剂浓度，即双低扫描模式下，或图像采集重建算法及扫描方案参数的颈部血管CTA优化[6-8]，未见针对肥胖人群的扫描方法优化研究。本实验拟通过选取肥胖患者这一特殊人群，优化颈动脉CT造影的造影剂参数，达到不影响检查效果前提下尽量减少造影剂用量的目的。

1 材料与方法

1.1 一般资料

选择我院自2016年7～12月怀疑颈动脉疾病行CTA检查的患者80例，将80例患者随机分为A、B、C、D四组，分别以不同的注射速度给于浓度、剂量不同的碘比乐造影剂。被试体重指数均属于超重或肥胖（BMI＞25）。A组20例，男13例，女7例，年龄34～81岁，平均（62.25±14.46）岁，体重指数BMI为28.62±2.76。B组20例，男14例，女6例，年龄31～82岁，平均（63.15±13.21）岁，体重指数BMI 29.19±2.89。C组20例，男12例，女8例，年龄48～82岁，平均（61.70±9.17）岁，体重指数BMI 30.65±2.84。D组例，男14例，女6例，年龄45～73岁，平均（59.45±8.75）岁，体重指数BMI 29.20±1.83。

碘流率即单位时间内注射的碘含量，IDR=对比剂浓度×对比剂注射速率。A组造影剂（碘比乐300 mgI/mL）用量50 mL，流速5 mL/s，IDR为1.5 gI/s；B组造影剂（碘比乐300 mgI/mL）用量50 mL，流速4.5 mL/s，IDR为1.35 gI/s；C组造影剂（碘比乐370 mgI/mL）用量40 mL，流速4.5 mL/s，IDR为1.67 gI/s；D组造影剂（碘比乐370 mgI/mL）用量30 mL，流速4.5 mL/s，IDR为1.67 gI/s。对比剂注射完再以相同流速分别追加生理盐水30 mL。有严重心、肝、肾功能减退、颈动脉支架置入术后、碘对比剂过敏及甲状腺功能亢进者均不列入此次颈动脉CTA检查范围。

1.2 检查方法

采用Philips Brilliance iCT 256排螺旋CT机，双筒高压注射器。扫描参数：120 kV、螺距0.993，探测器宽度0.625 mm，矩阵512×512，旋转时间0.5 s/r，视场角22×22，层厚0.90 mm，层间距0.45 mm。扫描时采用自动管电流调制技术，选取定位像上主动脉弓部横断面作为造影扫描触发观察层面，感兴趣区（Region of Interest，ROI）=10 mm2，利用同层动态监测技术在注射对比剂6 s后对观察层面进行扫描，当达到CT设置阈值100 HU时开始触发扫描，扫描范围从主动脉弓至大脑动脉环，采用滤波反投影法重建。

1.3 图像质量评价

采用飞利浦Extended Brilliance Workspace 4.5工作站进行三维处理。利用最大密度投影（Maximum Intensity Projection，MIP）、曲面重组（Curved Planar Reformation，CPR）、容积再现（Volume Rendering，VR）等图像后处理技术对原始图像进行重建。

避开管壁及管壁上的斑块取尽可能大的被测量血管面积作为ROI面积，分别测量主动脉弓、双侧颈总动脉、双侧颈内动脉CT值，并取其平均值作为颈动脉CT值。取ROI=80 mm2分别测量椎前两侧软组织CT值以及双侧上颌窦内气体CT值，取其平均值，计算图像对比噪声比（Conntrast to Noise Ratio，CNR）：CNR=（ROIa-ROIb）/SD，及信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）：SNR=ROIa/SD。其中 ROIa为颈动脉CT值，ROIb为椎前软组织CT值，SD为图像噪声，即上颌窦内气体CT值[9]。所有测量均由本科一位高年资主管技师完成，以确保相关参数的一致性。

1.4 图像分析

检查重建图像质量主观评价由本科两名高年资的副主任医师共同完成。采用4分评价法对颈动脉VR和曲面重组图像及血管壁进行评价[10]。4分：动脉显示好，连续性好，管壁锐利，无伪影；3分：动脉大部分显示好，管壁稍模糊，伪影小，不影响诊断；2分：局部动脉显示尚可，管壁毛糙，伪影多，连续性差；1分：动脉未显影（血管闭塞除外）。两名医师对图像质量评分产生不同意见时，需经讨论后达成一致为最后评分结果。

1.5 统计学分析

采用SPSS 22.0统计软件对数据进行统计学分析。用均数±标准差表示计数资料，使用单因素ANOVA比较4组患者颈动脉CTA中各段血管腔内CT值、CNR、SNR及重建图像质量评分间有无统计学意义。P＜0.05为有统计学差异。

2 结果

2.1 一般资料比较

80例患者分组进行CTA检查，四组年龄、性别、BMI无统计学差异（P＞0.05）。

2.2 客观图像CT值比较

A、B、C、D四组间的各测量点的CT值、CNR、SNR结果，见表1。由测量结果可见同样造影剂用量，轻度减慢注射速度，或减少造影剂用量而加大造影剂浓度从而明显提高IDR的情况下，血管强化程度无明显差异。而在造影剂用量继续减少到30 mL时（D组），同样的IDR情况下，血管强化程度也开始出现明显下降。

表1 四组被试的图像数据结果比较（HU）

2.3 图像质量主观评分比较

四组被试的图像VR、CPR血管重组图像质量评分结果见表2。结合表1结果可见，A～C三组的血管强化程度无差异，这三组血管重建的主观评价质量间也无差异，都属于质量优良。而血管强化程度明显下降的D组的血管重建质量也可满足诊断需要。D组碘比乐颈动脉CT造影结果见图1，IDR为1.67 gI/s时（典必乐370 mgI/mL），30 mL造影剂用量颈动脉重组图像。可见VR和CPR血管重建图像清晰、伪影小，可满足诊断需要。

表2 四组被试重建图像质量的主观评分比较（分）

图1 30 mL高浓度碘比乐颈动脉CT造影VR、CPR重建图

3 讨论

被称之为诊断颈部动脉血管病变“金标准”的三维数字减影血管造影（3-Dimension Digital Subtraction Angiography，3D-DSA）虽然在临床应用广泛，但患者的辐射剂量增加，且是有创检查，术后不良反应和并发症相对较多，由于其局限性使其只能作为常规DSA检查的重要补充，不能代替常规DSA检查[11]。超声虽然可以显示颈部血管，但是受操作者经验影响图像不直观，且无法保存全部检查图像数据。颈部磁共振血管成像检查检查时间长，费用高。CTA作为一种无创的影像检查技术，因其扫描速度快、图像后处理功能强大等优点在临床中广泛应用。

3.1 造影剂优化的必要性

CT颈部血管成像的影响因素很多，并且对颈血管的强化程度要求很高。颈部CTA需要使用高压注射器完成高流速、高压力含碘对比剂静脉团注，才能使目标血管碘对比剂在短时间内达到峰值浓度满足诊断要求[12]。虽然应用大剂量对比剂可以提高颈动脉CTA的图像质量，但是大剂量地使用对比剂对患者血管质量要求增加，还同时增加了造影剂对血管的刺激及对比剂的外渗几率。因此对比剂用量的多少是直接关系到对患者危害大小和成像质量好坏的关键因素[13]。从以往文献中可知，注射对比剂的剂量、速率及浓度等均可影响靶血管的强化峰值及持续时间，但是各项参数均无统一标准。造影剂说明书的使用剂量不能随时更新，并应对不同的检查设备，在快速发展的CT硬件设备和图像重建技术下普遍剂量过大，如果盲目的以此为依据注射大剂量对比剂，不仅增加了患者的心、肾功能负担，而且对于颈动脉造影较短的扫描时间窗毫无必要，同时会带来很多副作用。肥胖者由于较厚的体脂层，常需要面对较正常体重者更高的辐射剂量和造影剂用量来完成增强检查。因此，对于肥胖患者，探究注射对比剂的各项参数，在不影响诊断的情况下，优化造影剂使用有着重要意义。

3.2 造影剂优化的探索

扫描方式、注射流率等曾是减少头颈CTA对比剂用量的主要研究方向[14]，例如如何在低管电压低对比剂的情况下获得更好的图像质量已经备受热议。因为降低管电压可以增加碘对比剂对X线的衰减，显著提高血管的CT值，加大血管和周围组织的对比程度，这就为减少对比剂用量提供了可能[15]。在既往的研究中，利用100 kVp管电压，4.5 mL/s的流率注入对比剂典比乐（370 mgI/mL）获得过很好的图像质量[16]。使用256层CT，应用低剂量对比剂（40 mL）联合生理盐水（40 mL）同样获得优的CTA图像[17]。但未见不同造影剂浓度、不同碘流率下CT血管造影，特别是对肥胖被试的造影剂优化研究。

本研究中，使用非离子型低渗对比剂碘比乐，A、B组造影剂浓度、剂量相同，总注入碘含量同为15 g，B组因注射速度减低而碘流率稍减低，因此A组各项数据的平均数较B组稍高，但两组血管强化程度和图像后期重建质量间无统计学差异。C、D组造影剂浓度、注射速度相同，因此碘流率相同。C组总注射碘剂14.8 g，较A、B组稍减少，但较A、B组造影剂浓度增高，虽注射速度较A组减低，但IDR仍较A、B组增高，因此其血管强化程度和图像后期重建质量平均数高于B组，但与A、B组无统计学差异。因此，减少造影剂用量后可通过提高造影剂浓度，保证碘剂注射总量并提高IDR来保证图像质量。那么如果进一步减少造影剂用量，使得碘剂注射总量下降，到达什么程度会影响图像质量呢？为此我们设立了D组。D组由于造影剂用量进一步减少至30 mL，碘剂摄入总量降至11.1 g，虽然IDR与C组一样，高于A、B组，但由于注射时长缩短（较A组缩短2.7 s，较B组缩短4.4 s，较C组缩短2.2 s），血管强化程度和图像后期重建质量较前三组存在统计学差异，但图像质量仍可满足诊断需要。因此，在我们的实验中，对于肥胖的患者，减少造影剂用量到30 mL，以4.5 mL/s速度进行造影剂注射，图像质量尚可满足诊断的需要，即此时碘剂总量与注射速度间的平衡尚可满足临床需要。由于实验例数较少，实验结果可能存在一定局限性，扩大各分组被试，可更好地分析不同碘流率和造影剂用量对图像质量的影响趋势。假牙等伪影也会引起图像质量噪声影响CT值的准确性。应用BMI判断患者肥胖分组又存在一定局限性，要真正度量病人是否肥胖，还需要利用微电力度量病人的阻抗，以推断病者的脂肪厚度。体脂肪率比BMI更准确，而腰围身高比比体脂肪率好，最好的指标是看内脏脂肪，若内脏脂肪正常，就算腰围或体脂肪率很高，健康风险也不高，对全身的血液循环影响也较小。因此本实验可以继续扩大样本，细化采集的患者信息，并针对患者脂肪含量进行个性化剂量优化方面的研究。

4 结论

总之，通过本研究可见，注射造影剂用量相同时，碘流率高的图像质量会更好。造影剂用量减少时，可通过提高造影剂浓度、提高IDR来维持足够的血管强化程度。但在碘流率相同，并且碘剂摄入总量下降过多时，则会造成图像质量下降。因此，我们需要在碘剂摄入总量、注射速度间寻求平衡。对于肥胖患者，采用高浓度对比剂（碘比乐370 mgI/mL）行颈动脉CTA时，可以在注射碘总量基本不变的情况下，提高IDR，不影响图像质量并降低注射速度，减少造影剂用量，降低造影剂风险。采用更准确有效评价被试肥胖程度的参数，以指导造影剂使用方法优化的研究值得继续进行，最终实现造影剂用量个体化，以进一步减小造影剂对被试的危害。