多层螺旋CT低浓度对比剂联合低剂量扫描诊断消化道出血的实验研究

翟宁，于鹏，宫凤玲，李孟静，张惠英，马春梅，王星稳

消化道活动性出血是常见的外科急症，在定位诊断及定性诊断方面，多层螺旋CT（MSCT）具有重要作用［1-2］。但不明部位和病因消化道出血扫描范围为膈肌至耻骨联合水平，扫描范围广、扫描时间长，对比剂剂量需求大，是MSCT诊断消化道活动性出血的弊端［3-4］。由于碘的特性，碘对比剂的CT值随着管电压的降低而增加，这就为同时降低辐射剂量及对比剂剂量提供了思路。本研究将MSCT低浓度对比剂联合低剂量扫描技术应用于消化道活动性出血模型的诊断中，以期在保证图像质量的前提下获得最优扫描方案，为临床应用提供研究基础。

1 材料与方法

1.1 对比剂配制 本研究时间为2017年1—4月。回顾收集2014年5月—2016年10月在华北理工大学附属医院经MSCT增强检查诊断并经手术证实的消化道活动性出血患者30例，测量每例患者出血点CT值，均值为（212.1±64.5）HU。以测得的出血点CT值为参考值，将非离子型对比剂碘佛醇（320 mgI/ml）用0.9%氯化钠溶液稀释成4种不同浓度碘溶液，依次为6.40、5.76、5.12、4.48 mgI/ml，120 kV对应的CT值分别为（214.7±1.6）、（185.9±1.4）、（162.2±1.4）、（140.5±2.5）HU；100 kV对应的CT值分别为（251.8±0.3）、（225.0±0.8）、（190.5±0.5）、（161.9±3.4）HU；80 kV对应的CT值分别为（301.9±0.9）、（269.1±0.9）、（229.4±1.2）、（200.7±3.1） HU。

1.2 消化道出血模型的制作 将2块新鲜猪肋板拼接，中间放入一段脊椎骨做支撑，2块猪肋板之间填以新鲜动物脂肪、肾脏及小肠，并将小肠内充入适量气体，将静脉留置针（20 G）置入肠管内，通过连接管与微量注射泵连接。

1.3 实验方法 应用Philips Brilliance 256 ICT扫描模型，以距离模型定位像上下界均为10 mm处作为扫描范围。根据辐射剂量分为常规组和低剂量组。常规组120 kV，300 mAs，扫描层厚0.9 mm，间距0.45 mm，螺距0.16，矩阵512×512。低 剂 量 组：A亚 组 100 kV，300 mAs；B亚 组 100 kV，400 mAs；C亚组80 kV，400 mAs；D亚组80 kV，465 mAs，扫描层厚1.5 mm；对比剂浓度分别为6.40、5.76、5.12、4.48 mgI/ml，注射速率0.5 ml/min，每种对比剂浓度扫描7次，扫描参数同上。各组别扫描所得原始图像传至EBW工作站行图像后处理，窗宽、窗位分别为300、40 HU。

1.4 辐射剂量的计算 记录CT容积剂量指数（CTDIvol）、剂 量 长 度 乘 积（DLP）， 计 算 有 效 剂 量（ED），ED=DLP×k，单位为mSv，k为换算因子，根据国际放射防护委员会公布的标准，k为0.015。

1.5 图像质量评估 在消化道出血模型肌肉内选取感兴趣区域（ROI）测量CT值、SD值，ROI面积50 mm2。（1）图像噪声：所测模型肌肉SD值，经多次测量取平均值。（2）图像噪声信噪比（SNR）：SNR=CT/SD，经多次测量取平均值。（3）图像质量主观评分：采用双盲法进行评分。评分标准：5分为解剖结构边界非常锐利，图像无或仅有少许颗粒，质量为优；4分为解剖结构边界较为清楚，质量为良；3分为图像能够显示解剖结构，边界稍模糊，有轻度的颗粒感，图像质量为及格；亚标准为2分；图像不能接受为1分［5］。

1.6 消化道出血情况 （1）以导管末端可见溢出的线状、喷射状或椭圆形的对比剂影为出血，否则为未出血。（2）测量出血点CT值，在出血点最大层面中心选取ROI测量CT值，经多次测量取平均值。

1.7 统计学方法 使用SPSS 17.0软件包对数据进行统计分析。计量资料以（± s）表示，多组间比较采用单因素方差分析，组间两两比较行LSD-t检验；计数资料的比较采用Fisher's确切概率法。以P＜0.05为差异有统计学意义。

表1 各组辐射剂量、图像质量及不同对比剂浓度下模型出血检出数、出血点平均CT值比较（±s）Table 1 Comparison of radiation dose，image quality of each group，and the record and measurement of the average CT value of model blood output and bleeding point

表1 各组辐射剂量、图像质量及不同对比剂浓度下模型出血检出数、出血点平均CT值比较（±s）Table 1 Comparison of radiation dose，image quality of each group，and the record and measurement of the average CT value of model blood output and bleeding point

注：a与常规组比较，P＜0.05；-代表无此数据；CTDIvol=CT容积剂量指数，DLP=剂量长度乘积，ED=有效剂量

辐射剂量 图像质量消化道出血情况组别出血点平均CT值常规组 19.6 691.6±14.0 10.4±0.2 14.4±0.7 3.2±0.2 4.7±0.6 7 119.3±8.8 6 102.2±8.3 2 72.5±7.8 0 -CTDIvol（mGy）DLP（mGy*cm）ED（mSv）图像客观噪声图像噪声信噪比图像质量主观评分（分）对比剂浓度5.76 mgI/ml对比剂浓度6.40 mgI/ml对比剂浓度5.12 mgI/ml对比剂浓度4.48 mgI/ml出血检出数出血点平均CT值出血检出数出血点平均CT值出血检出数出血点平均CT值出血检出数低剂量组A 亚组 12.4 445.5±21.0a 6.7±0.3a 20.9±2.0a 1.7±0.3a 3.7±0.7a 7 155.9±16.2a 7 126.7±17.5a 6 105.0±9.6a 2 71.5±10.6低剂量组B亚组 16.5 588.9±25.0a 8.8±0.4a 14.7±0.9 3.2±0.1 4.6±0.5 7 150.7±16.5a 7 122.3±11.9a 5 99.4±10.1a 1 69.0低剂量组C亚组 8.2 287.6±17.8a 4.3±0.3a 35.5±4.6a 1.0±0.2a 2.9±0.7a 7 197.0±18.5a 7 170.9±21.7a 7 124.1±15.8a 2 88.0±8.5低剂量组D 亚组 9.5 333.0±19.3a 4.9±0.3a 22.6±2.3a 1.5±0.2a 3.4±0.9a 7 188.3±14.3a 7 141.9±22.5a 7 136.1±17.3a 4 94.0±6.1 F值 - 284.135 284.135 57.930 123.729 14.222 - 26.792 - 14.157 - 11.924 - 5.446 P值 - ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 - ＜0.001 - ＜0.001 - ＜0.001 - 0.049

图1 各组CT扫描图像Figure 1 CT scan images of each group

2 结果

2.1 辐射剂量比较 各组DLP、ED比较，差异有统计学意义（P＜0.05）。其中低剂量组各亚组的DLP、ED低于常规组，差异有统计学意义（P＜0.05，见表1）。

2.2 图像质量评估 各组图像客观噪声、图像噪声信噪比、图像质量主观评分比较，差异有统计学意义（P＜0.05）。其中低剂量组B亚组图像客观噪声、图像噪声信噪比、图像质量主观评分与常规组比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；低剂量组A、C、D亚组图像客观噪声高于常规组，图像噪声信噪比、图像质量主观评分低于常规组，差异有统计学意义（P＜0.05，见表1、图1）。

2.3 消化道出血情况 各组不同对比剂浓度下出血点平均CT值比较，差异有统计学意义（P＜0.05）。其中低剂量组各亚组不同对比剂浓度下出血点平均CT值高于常规组，差异有统计学意义（P＜0.05，见表1、图2）。

图2 各组模型出血检出情况Figure 2 Detection of hemorrhage in each model group

2.4 最优参数 根据图像质量评估结果，本研究以低剂量组B亚组的扫描参数为最优参数组，为寻找最优对比剂浓度，将常规组6.40 mgI/ml（7/7）与低剂量组B亚组6.40 mgI/ml（7/7）、5.76 mgI/ml（7/7）、5.12 mgI/ml（5/7）、4.48 mgI/ml（1/7）对模型出血检出率进行比较，结果显示以上各组模型出血检出率比较，差异有统计学意义（χ2=16.80，P＜0.05）；其中常规组6.40 mgI/ml与低剂量组B亚组6.40、5.76 mgI/ml对模型出血检出率相同，与低剂量组B亚组5.12 mgI/ml对模型出血检出率比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；与低剂量组B亚组、4.48 mgI/ml对模型出血检出率比较，差异有统计学意义（P＜0.05）。

3 讨论

MSCT扫描速度快，具有强大的后处理功能，对消化道出血定位、定性诊断具有重要价值［6］，诊断效能可达93.5%［7］，为诊断消化道出血提供了新的方法［8-10］。但在MSCT诊断消化道出血过程中，常用方法为多期扫描，包括平扫期、动脉期及门脉期［11］，使患者所遭受的辐射伤害及对比剂不良反应增加。因此，对于MSCT诊断活动性消化道出血，如何在保证影像学诊断的基础上，同时降低辐射剂量及对比剂剂量是亟待解决的问题。

3.1 辐射剂量及图像质量 降低管电压是降低辐射剂量最显著的方法。从连续X射线强度公式I=KiZU2可知，X射线的辐射强度与管电压的平方成正比，降低管电压比降低等幅度的管电流能更有效地降低辐射剂量。有研究表明，管电压由120 kV下降至80 kV时辐射剂量降低约64%［12］。但降低管电压的同时，到达靶极的X线量减少，增加了图像噪声，进而影响图像质量，影响诊断结果的准确性，对肥胖患者尤为明显。MSCT检查能够观察黏膜下的病变，如小肠肿瘤、憩室、肠系膜的病变等，不仅可定位出血部位，同时能够对出血原因给予提示，因此，对图像质量有较高要求。研究表明，增加管电流是降低图像噪声的有效方法之一［13］。因此，本研究在降低管电压的同时，适当增加管电流，以求寻找既能降低辐射剂量、又可保证图像质量的最优扫描参数。研究结果表明，低剂量组各亚组的辐射剂量均低于常规组，但低剂量组A、C、D亚组图像的噪声、信噪比及图像质量主观评分均低于常规组，无法满足图像质量要求。而低剂量组B亚组（100 kV、400 mAs）图像的噪声、信噪比及图像质量主观评分与常规组比较差异无统计学意义，且辐射剂量较常规组降低了约14.9%，既满足了诊断对图像质量的要求，又能减少MSCT检查对患者造成的辐射伤害。

3.2 消化道出血的检出情况 对比剂浓度、剂量、持续注射时间、流速等是CT血管造影（CTA）检查时影响靶血管强化程度的主要对比剂因素［14］。而高浓度、高剂量的对比剂应用会增加肾毒性。由于碘的特性，同样浓度的碘对比剂在低管电压条件下可获得较高的CT值，使得同时降低辐射剂量及对比剂剂量成为可能。白桦等［15］报道，管电压由120 kV降至100 kV时，碘信号幅度大约增加17%。李杨［16］研究表明，100 kV、300 mgI/ml组显示头颈各段血管的CT值高于120 kV、370 mgI/ml组CT值，且辐射剂量降低了40.25%，对比剂用量下降7.23%～33.88%。因此，本研究在得出最优扫描参数后进一步降低对比剂浓度，以实现低辐射剂量及低对比剂剂量的目标。本研究表明，低剂量组B亚组（100 kV、400 mAs）-5.12 mgI/ml对模型出血的检出率与常规组-6.4 mgI/ml比较差异无统计学意义，说明在一定范围内，同时降低管电压及对比剂浓度，能够满足MSCT对消化道出血的诊断，对比剂浓度较常规组下降约20%，说明双低剂量扫描方案在MSCT诊断消化道活动性出血中是可行的。

3.3 本研究局限性 本研究采用动物模拟人体实验，模拟出血点时为配比的相应浓度的对比剂由导管直接注入腹腔，无法模拟人体血管内血液流动的状态，与正常人体生理情况尚有差异；在没有肠管内液体稀释效应的情况下，模拟的出血点的CT值决定于配制的对比剂浓度，因此测量本院经Philips Brilliance 256 ICT常规增强检查诊断并手术证实的30例消化道出血的患者出血点CT值，以此CT值均值为参考值配比对比剂，在实验过程中，每次扫描完成后均对新鲜小肠进行冲洗，残留液体对对比剂起到稀释作用。本研究中6.40 mgI/ml、5.76 mgI/ml、5.12 mgI/ml、4.48 mgI/ml浓度对比剂均为碘佛醇（320 mgI/ml）与0.9%氯化钠溶液按一定比例配制成2.0%、1.8%、1.6%、1.4%的浓度。

综上所述，双低剂量扫描方案在MSCT诊断消化道活动性出血中是可行的，为临床应用提供了研究基础，能为患者减轻MSCT增强检查所造成的心理负担及身体伤害。经研究证实，100 kV、400 mAs为最优扫描参数。在模拟出血速率为0.5 ml/min情况下，该参数条件下显示模型出血点的最优对比剂浓度为5.12 mgI/ml，对应出血点CT值约（99.4±10.1）HU，辐射剂量较常规组降低约14.9%，对比剂浓度降低约20.0%。

作者贡献：翟宁、宫凤玲进行文章的构思与设计，文章的可行性分析，撰写论文，并对文章整体负责；李孟静、王星稳负责文献/资料收集、整理；张惠英、马春梅进行统计学分析；于鹏进行英文修订，负责文章的质量控制及审校，监督管理。

本文无利益冲突。