低管电压联合高浓度碘对比剂对腹部CT增强图像质量及辐射剂量的影响

张卫国， 贾秀琴， 蒋涛

多排螺旋CT多期增强扫描技术已广泛应用腹部疾病诊断中，碘对比剂碘浓度和碘总量的合理选择及应用对成像效果至关重要。碘对比剂的不良反应和患者接受的辐射剂量也逐渐受到重视。CT增强扫描若想获得理想的图像，往往依赖于增加对比剂浓度或剂量，这样可能引起或加重患者对比剂肾病风险。探讨如何在满足诊断要求的前提下，降低CT辐射剂量、减少对比剂总碘量，以降低对比剂肾病(CIN)的发生率已成为研究的热点[1]。因此，本研究探讨使用根据人体体表面积估算的碘总量的80%的对比剂用量和低管电压进行腹部多期增强扫描，为临床提供高质量图像以及降低辐射剂量的可行性。

材料与方法

1.研究对象

搜集本院行上腹部CT检查的150例患者为研究对象。排除标准：①合并严重的心脏、肾脏功能障碍的患者(血清肌酐大于2.0 mg/dL)；② 碘过敏的患者；③存在意识障碍无法配合屏气的患者；④腹部扫描范围内有金属植入物的患者；依据管电压与不同碘浓度对比剂组合，用完全随机方法将患者分为：对照组，120 kV，碘浓度300 mg I/mL对比剂；低浓度组，100 kV，碘浓度300 mg I/mL对比剂；高浓度组，100 kV，碘浓度370 mg I /mL对比剂。每组50例患者，三组患者在年龄、体质量指数(BMI)及体表面积(BSA)上相匹配，差异无统计学意义(P>0.05)。本研究经医院伦理委员会批准，所有患者均签署了知情同意书。

2.数据采集

采用GE Optima CT 520Pro 16层螺旋CT机，设备状态检测合格，扫描参数：三组旋转速度0.8 s/r，螺距0.969:1，扫描层厚5 mm，重建层厚5 mm，扫描准直0.625×16，重建算法ASIR，噪声指数10.41，对照组管电压120 kV，管电流80～300 mA；低浓度组管电压100 kV，管电流80～300 mA；高浓度组管电压100 kV，管电流80～250 mA。算法均采用ASIR 40%迭代算法。对照组及低浓度组对比剂采用碘普罗安(300 mg I/mL)，高浓度组对比剂采用碘帕醇(370 mg I/mL)。碘总量：对照组为BSA(m2)×18.6 g I/m2；低浓度组、高浓度组为BSA(m2)×14.9 g I/m2，是对照组碘总量的80%，注射流率为3 mL/s，扫描范围从膈肌顶端至髂脊，于腹主动脉第二肝门层面触发扫描，触发阈值100 HU，到达阈值后6 s开始扫描动脉期图像，从开始注射对比剂后45～50 s开始扫描门脉期图像，采用吸气后屏气扫描，检查前对患者进行屏气训练。

3.测量指标及辐射剂量估算

对比三组患者的信噪比(signal to noise ratio，SNR)、对比噪声比(contrast to noise ratio，CNR)、噪声(SD)、平均容积 CT 剂量指数(volueme CT dose index，CTDIvol)、剂量长度乘积(dose length product，DLP)、有效剂量(effective dose，ED)。记录患者动脉期、门脉期CTDIvol和DLP，并根据公式计算有效剂量ED，E = DLP×k，其中k为换算因子，采用欧洲CT质量标准指南腹部平均值，取0.015 mSv/mGy·cm[2]。由于腹部CT扫描各期扫描参数相同，故平扫期、动脉期、门脉期及静脉期的辐射剂量基本相同，本文重点比较门脉期图像质量及辐射剂量。

4.图像质量分析

客观评价：记录各组所用对比剂的碘总量，腹主动脉，门脉期肝脏的CT值及门脉期肝脏的CT值与平扫期肝脏的CT值之差，差值大于50 HU认为高诊断质量的对比图像。分别测量第二肝门层面肝左、右叶、肝下缘处的CT值，取平均值作为肝脏CT值(ROI肝脏)；同层面测量左、右两侧的竖脊肌CT值，取平均值作为肌肉的CT值(ROI肌肉)。测量前、后背景 CT值，取平均值作为背景的 CT 值(ROI背景)。 连续测量5层图像、同位置背景CT，噪声被定义为背景CT值的标准差，ROI面积为1.00 cm2。计算SNR和CNR：SNR=ROI肝脏/噪声，CNR =(ROI肝脏-ROI肌肉)/噪声。分别测量并计算动脉期、门脉期的SNR、CNR及SD，分别比较并做出最终评价。

主观评价：由2名高年资放射科医师采用双盲法对门脉期图像进行评判，有分歧时请上级医师综合分析，并达成共识。参考胡敏霞等[3]的4分制评分法对图像质量进行评价：4分，图像无明显噪声，细腻，各器官边界清晰，肝边缘处无肋缘下伪影，肾上腺显示清晰；3分，图像噪声较小，较细腻，各器官边界较清晰，肝边缘处有轻度肋缘下伪影，肾上腺能够显示，但边缘欠清晰；2分，图像噪声较大，各器官边界尚较清楚，肝边缘处有明显肋缘下伪影，肾上腺能够分辨，但边缘较模糊；1分，图像噪声大，各器官边界欠清晰，肝边缘处有严重的肋缘下伪影，并有其他伪影，肾上腺显示不清或虽能显示但难以确定边界。评分>2分的图像，认为可以满足诊断要求。

表1 三组患者的基本资料统计学分析

注：*参数检验。

表2 三组患者图像SNR、CNR及噪声比较

注：#参数检验；*对照组与低浓度组差异有统计学意义；a对照组与高浓度组存在显著性差异；b低浓度组与高浓度组存在显著性差异；腹主A为腹主动脉。

表3 三组患者图像主观质量评价比较

注：#参数检验；*对照组与低浓度组存在显著性差异；a对照组与高浓度组存在显著性差异；b低浓度组与高浓度组存在显著性差异；腹主A为腹主动脉。

表4 三组患者门脉期的辐射剂量

注：#参数检验；a对照组与高浓度组存在显著性差异；b低浓度组与高浓度组存在显著性差异。

5.统计学分析

采用SPSS 22.0软件包进行统计学分析。首先对实验数据进行正态分布检验。除性别采用卡方检验以外，三组患者的其他数据采用单因素方差分析(参数检验)或Kruskal-Wallis检验(非参数检验)比较组间主效应是否显著，组间比较采用双样本t检验(参数检验)或Mann-Whitney U检验(非参数检验)进行统计分析，采用Bonferroni校正，以P<0.05为差异具有统计学意义。

结 果

1.患者基本资料统计学分析

三组患者性别、年龄、身高、体重、BMI和BSA差异均无统计学意义(表1)。

2.图像客观及主观质量评分

除门脉期CNR无统计学意义(P=0.31)外，三组患者的SNR、腹主A的CNR、噪声的差异均有统计学意义(P<0.005)，见表2。高浓度组与对照比较发现：腹主A的SNR、CNR、噪声及门脉期的SNR、噪声比较，均有明显差异；高浓度组与低浓度组比较发现：腹主A的SNR、CNR有明显差异；低浓度组与对照组比较发现：腹主A、门脉期的噪声比较有明显差异，其他比较无显著差异。结果证明高浓度组的图像质量明显优于对照组，可以满足诊断需求。

图1 腹主动脉CT值。a) 对照组201.0HU； b) 低浓度组307.5HU； c) 高浓度组422.3HU，高浓度组腹主动脉的CT值明显高于其他两组。 图2 门脉期肝实质强化CT值。a) 对照组95.5HU； b) 低浓度组132.8HU； c) 高浓度组141.0HU，高浓度组门静脉期肝实质CT值高于其他两组，可以更好的显示肝脏的病灶。

如表3所示，除门脉期与平扫期强化差值无统计学意义(P=0.31)外，三组患者碘总量、腹主动脉CT值和图像主观评分均有统计学意义(P<0.005)，三组结果比较发现：高浓度组的碘总量最低、腹主动脉CT值最高(图1)，主观评分高浓度组与低浓度组无差异，但略低于对照组。说明随着管电压的降低及对比剂浓度的增加，患者所接受的对比剂碘总量越少，图像SNR明显升高，其中高浓度组SNR最高，图像的门脉期肝CT值与平扫期肝CT的差值均大于50HU并保证了图像增强的效果，有助于乏血供病变的检出。其中三组门脉期图像中高浓度组肝实质CT值最高(图2)。

3.辐射剂量比较

三组患者门脉期的 CTDIvol、DLP和E差异均有统计学意义(P<0.005)，高浓度组与低浓度组及对照组比较发现，高浓度组降低了自动管电流上限数值，所以高浓度组的CTDIvol、DLP和ED值均显著小于低浓度组及对照组，进一步降低了患者的辐射剂量(表4)。

4.一致性比较

两名医师对图像质量评价的结果一致性较好(Kappa=0.85，P<0.05)。

讨 论

肝脏增强CT图像质量和患者体重有密切的关联，固定对比剂剂量基本是一个标准化体重患者的假设，实行普遍。但这种方法并不合理，临床工作中患者的体重、身高条件各不相同，尤其是体重因素对增强图像的质量有明显的影响，在体型大的患者中，固定对比剂剂量可能降低肿瘤与肝脏的对比度显示。而在体型偏小的患者，过量的对比剂剂量可能导致不必要的成本增加，并可能会增加患者肾毒性的风险。

腹部增强图像质量受很多相关因素影响，包括对比剂的浓度、剂量、注射流率、注射持续时间、注射后延迟时间以及患者因素(体重、体型和心功能输出率)。通常认为对比剂增强效果是与患者体重成反比，大体重的患者需要的碘总量大于小体重的患者，才能实现肝脏增强后与平扫期CT值相差50HU[4]这样高诊断质量的图像要求。目前，在腹部增强常规采用根据患者BMI计算对比剂用量，但腹部脏器中肝脏的脂肪含量个体差异性很大，特别是超重患者，肝脏脂肪含量高，按BMI计算对比剂用量可能会高估所需对比剂。近期，Ho等[5]和Kondo等[6-7]报道使用去脂体重(LBW)计算对比剂用量，可使肝实质和血管增强均匀度提高，但需要使用人体脂肪监测仪测量身体脂肪百分比，临床应用中不切实际。本研究使用体表面积(BSA)计算对比剂用量，结果显示三组图像都能满足诊断且门脉期肝CT值与平扫期肝CT值差值都大于50HU，对照组组图像评分明显高于低浓度、高浓度组，说明在不考虑扫描条件时，使用BSA计算对比剂用量可以为每位患者提供准确的碘总量，与以前的报道[8-11]指出根据患者BSA计算造影中对比剂用量是合理的观点相符，且计算简便，方便操作。低浓度、高浓度组使用碘总量是对照组的80%，碘总量使用中高浓度组最低，降低患者对比剂肾病的发生率，同时降低原材料成本。肝脏增强图像效果除了取决于扫描时机的把握，还会受到对比剂浓度或剂量的影响。Guerrisi等[12]的研究显示使用高浓度碘对比剂能够大大提高肝脏动脉增强效果，高浓度组腹主动脉CT值最高，这是因为使用相同注射流率、相同碘含量时，高浓度对比剂用量低于低浓度对比剂，因而注射时间短，导致通过目标血管的单位时间内的碘含量升高，导致靶血管内CT值增高。本研究使用BSA估算碘总量基础上，高浓度对比剂的碘总量是低浓度对比剂碘总量的80%，说明采用高浓度对比剂联合低管电压的结果与上述观点相符。

腹部各脏器组织之间的密度差很小，对比度相对低。以往为了保证腹部各脏器能有良好对比，一般使用120kV扫描。有研究[13]认为降低管电压与降低管电流相比，能够更有效地降低辐射剂量。但是，低管电压扫描能够导致图像噪声和颗粒状伪影的增加而影响图像的评价。唐坤等[14]研究表明，对于低对比的腹部，单纯降低管电压会导致图像CNR下降。本文研究结果与上述观点一致，高浓组优势明显，与对照组、低浓度组比较，高浓度组图像腹主动脉SNR和CNR及噪声均显著高于对照组和低浓度组，门脉期SNR高浓度组略低于对照组，与低浓度组无差别，门脉期CNR三组差异不明显，但高浓度组患者辐射剂量最低。已有研究表明，管电流对辐射剂量起决定性作用，与辐射剂量成正比线性相关，在其他参数不变的情况下，降低管电流即可降低辐射剂量[15-17]。本研究中，高浓度对比剂提高了组织的SNR和CNR，因此，在保证图像质量的同时，降低了管电流，在管电压及BMI相同时，辐射剂量随管电流的降低而减少，高浓度组管电流的上限数值比对照组和低浓度组低16%，所以辐射剂量比对照组降低18%，比低浓度组降低17.5%。

总之，在对比剂注射流率和对比剂注射后延迟时间相同时，使用体表面积估算的对比剂用量是相对准确的；使用100kV匹配高浓度对比剂，保证为临床提供高对比的增强图像前提下，减少对比剂用量，降低患者辐射剂量，提高患者耐受性和降低对比剂急性肾损伤发生的风险。