能谱计算机断层扫描智能最佳管电压技术在提高食管癌患者胸部增强扫描图像质量中的应用价值

周 悦，侯 平，查开继，王 睿，蒲 实，王明月，董军强，高剑波

(郑州大学第一附属医院放射科，河南 郑州 450052)

增强计算机断层扫描(computed tomography，CT)检查时，体质量指数(body mass index, BMI)较高的食管癌患者往往需要采用较高的管电压[1]。常规120 kVp扫描模式在固定管电压的前提下，无法做到依据患者不同的BMI适当减少患者的辐射剂量。能谱CT智能最佳管电压技术能够依据患者体型和预设扫描参数为参考，智能化选择患者最佳的扫描参数，适当降低管电压并有效调节管电流以尽可能减少辐射剂量，且稳定图像质量[2]。同时，患者体质量的差异也会对碘对比剂注射后血管和脏器的增强效果产生影响[3]。基于患者体质量的差异而计算出的含碘对比剂注射量能够有效减少对比剂的摄入，降低不良反应和对比剂肾病的风险[4]。作者旨在探讨胸部CT双期增强扫描中，能谱CT智能最佳管电压技术联合低碘对比剂注射量对于不同BMI食管癌患者图像质量和辐射剂量的影响。

1 资料与方法

1.1 一般资料收集我院2017年7月至2018年6月间行能谱CT胸部双期增强扫描的食管癌患者。排除标准：年龄<18岁患者；怀孕或哺乳期妇女患者；全身状况欠佳或合并严重心、肝、肾功能不全患者；心血管系统病变患者。最终共有104例患者纳入研究，其中男48例，女52例；年龄37～59(48±4)岁；22例患者发现肺部占位，44例患者显示肺部炎症，21例患者表现为慢支、肺气肿，其余17例均未见肿块或其他病变。所有患者检查前均签署了检查知情同意书。

采用随机数字表法将104例患者分为A组和B组，每组52例。每组再根据BMI分为3个亚组，分别为BMI<18.5 kg·m-2患者各12例、18.5 kg·m-2≤BMI<24.9 kg·m-2患者各20例和BMI≥24.9 kg·m-2患者各20例。

1.2 检查方法所有患者均采用美国GE公司HD750 CT进行扫描。扫描前去除患者身上金属物品，并进行屏气训练。扫描时患者双上肢上举过头顶。扫描范围自胸廓入口至双肺底。B组扫描参数包括：管电压的设定采用能谱CT智能最佳管电压技术，管电流为自动mA·s-1，螺距0.9841。扫描层间距、层厚均为5 mm。对比剂应用非离子型造影剂碘海醇(350 mg·mL-1)，采用双筒高压注射器经肘静脉注射，根据体质量计算注射流率(流率=体质量/30 s)，剂量300 mg·kg-1；监测主动脉弓CT值达到100 Hu时触发扫描，延迟30 s开始动脉期扫描，动脉期结束后延迟60 s开始静脉期扫描。A组采用常规胸部增强CT扫描模式，管电压设定为120 kVp，剂量450 mg·kg-1，其余参数均同B组。

由1位具有丰富放射诊断经验的放射科医师在美国GE公司HealthCare AW 4.6工作站上进行图像分析与测量。采用GSI Viewer软件将2期图像进行分析处理。感兴趣区(region of interest，ROI)分别置于主肺动脉窗层面、气管分叉层面、右肺动脉层面、左右房室层面的降主动脉。分别选取范围为70～80 mm2的圆形或椭圆形区域为ROI的测量范围。采用50%自适应统计迭代重组(adaptive statistical iterative reconstruction，ASIR)分别对2组图像进行重建[3]。

1.3 图像质量评价方法主观评价指标：由2位具有影像学诊断经验的医师进行图像主观评分，意见不一致时经协商解决。主要观察纵隔、大血管、胸膜、胸壁、肺段及亚段支气管，具体评分标准如下[5]：5分(优异)：解剖细节及病灶显示清晰，无明显噪声和伪影；4分(良好)：解剖细节及病灶显示较清晰，噪声和伪影增多；3分(中等)：解剖细节欠清晰，病灶显示尚可，噪声和伪影较明显，但可接受；2分(较差)：解剖细节辨识困难，病灶显示欠清晰，噪声和伪影很明显；1分(极差)：解剖细节无法辨识，病灶显示不清，噪声和伪影极明显。3分以上者可满足诊断要求。

客观评价指标：由1位具有丰富放射诊断经验的放射科医师在后处理软件上测量每个ROI的CT值，测量3次取平均值。计算4组图像的信噪比(signal to noise ratio，SNR)和对比噪声比(contrast noise-to-ratio，CNR)。SNR=ROI的CT值/噪声。CNR=(CT值-CT值背景肌肉)/SD值背景肌肉，其中同层面背部肌肉的SD值代表图像噪声值。

1.4 辐射剂量记录图像得到的容积CT剂量指数(volume computed tomography dose index,CTDIvol)及剂量长度乘积(dose length product，DLP)，计算有效射线剂量(effective dose，ED)。

1.5 统计学处理采用SPSS 19.0进行统计学分析，年龄、身高、体质量、辐射剂量和客观质量等计量资料采用配对t检验比较，图像的主观评价采用Mann-Whiteney U检验，检验水准α=0.05。

2 结果

2.1 2组患者基本资料比较2组患者的性别、年龄构成比较差异均无统计学意义(P均>0.05)，组间具有可比性。B组患者每kg体质量的对比剂浓度较A组减少了33.33%(150/450)。见表1。

表1 2组患者性别、年龄及扫描参数比较

2.2 2组图像质量比较主观评价指标：2位医师对组间进行质量评分的Kappa值为0.78～0.82，所有图像均达到诊断要求。CT增强动脉期，A1组、A2组图像质量主观评分高于B1组、B2组(P均<0.05)，B1组、B2组分别较A1组和B2组提高了9.35%和5.46%。A3组与B3组比较差异均无统计学意义(P均>0.05)。静脉期A组、B组主观评分差异均无统计学意义(P均>0.05)。

客观评价指标：B组在2期各层面降主动脉的CT值低于A组，图像噪声均低于A组(P均<0.05)。组间CNR比较，静脉期A1和B1组间支气管分叉层面和右肺动脉层面、A2和B2组间左右房室层面、A3和B3组间左右房室层面比较差异无统计学意义(P均>0.05)，其余层面B组的CNR均高于A组，差异均有统计学意义(P均<0.05)。SNR在B组的各个BMI亚组均高于A组，差异均有统计学意义(P均<0.05)。见图1、表2～7。

2.3 2组管电压的选择和辐射剂量比较对于BMI<18.5 kg·m-2的患者，管电压选取80 kVp和100 kVp比例分别为69%(9/13)和31%(4/13)；18.5 kg·m-2≤BMI<24.9 kg·m-2患者管电压选取100 kVp和120 kVp分别为75%(15/20)和25%(5/20)；BMI≥24.9 kg·m-2患者管电压选取100 kVp和120 kVp分别为80%(16/20)和20%(4/20)。

BMI≥24.9 kg·m-2亚组中，A3组与B3组CTDIvol、DLP和ED比较差异无统计学意义(P>0.05)。BMI<18.5 kg·m-2和18.5 kg·m-2≤BMI<24.9 kg·m-2亚组中，A1组和A2组的CTDIvol、DLP、ED低于B1组和B2组，且ED分别降低了16.39% (1.46/8.91)和14.50% (0.67/4.62)。见表8。

图1 A、B组在动脉期(A、B)、静脉期(C、D)各层面降主动脉的CT值和图像噪声的比较

组别nSNR主肺动脉窗支气管分叉右肺动脉左右房室CNR主肺动脉窗支气管分叉右肺动脉左右房室图像质量评分/分A1组1216.17±9.9215.63±9.2814.47±10.3913.02±8.8611.26±5.489.01±4.799.11±3.699.37±3.633.88±0.15B1组1241.39±12.9036.72±18.5630.58±14.1628.06±2.6419.66±10.8324.22±5.1223.18±12.4523.57±3.584.28±0.14t2.913.692.264.421.464.963.076.454.78P0.020.020.04<0.0010.02<0.0010.01<0.001<0.001

表3 A1组和B1组静脉期不同层面降主动脉图像质量评价指标比较

表4 A2组和B2组动脉期不同层面降主动脉图像质量评价指标比较

表5 A2组和B2组静脉期不同层面降主动脉图像质量评价指标比较

表6 A3组和B3组动脉期不同层面降主动脉图像评价指标比较

表7 A3组和B3组静脉期不同层面降主动脉图像评价指标比较

表8 2组行能谱CT胸部增强扫描的各BMI亚组辐射剂量比较

3 讨论

降低管电压作为减低辐射剂量最有效的方式，可以弥补低浓度对比剂造成的血管CT值偏低的缺陷[6]。能谱CT智能最佳管电压技术作为一种全自动动态实时射线剂量调控技术，能够依据患者BMI的大小、扫描时球管的角度等来调节管电流的大小，从而减少患者所接受的辐射剂量[7]。陈建等[8]提出，为了确保图像质量，对于BMI<18.5 kg·m-2和18.5 kg·m-2≤BMI<24.9 kg·m-2的患者，建议管电压选取80 kVp和100 kVp；而对于BMI较大的患者，则建议选用较高的管电压。本研究结果显示，B组对于BMI<18.5 kg·m-2的患者，管电压倾向于选取80 kVp，而18.5 kg·m-2≤BMI<24.9 kg·m-2和BMI≥24.9 kg·m-2患者管电压主要以100 kVp和120 kVp为主。有研究[9]显示，降低管电压能够有效提高血管腔内对比剂的CT值。为了提高图像对比度，能谱CT智能最佳管电压技术以调节管电流来弥补调整管电压所造成的潜在图像质量损失。能谱CT智能最佳管电压技术联合低碘对比剂注射量组(A1组、A2组)动脉期图像质量评分高于常规剂量扫描联合常规对比剂注射量组(B1组、B2组)，其余组间主观评分比较差异均无统计学意义，图像质量均能满足诊断要求。

辐射剂量与管电压的平方成正比，降低管电压能够有效减少辐射剂量[8, 10]。如果单纯使用降低管电压来减少辐射剂量，对于BMI较大的患者，低管电压会使图像噪声增加，对比噪声比下降[11]。能谱CT智能最佳管电压技术是依据扫描定位像来确定患者的体型，通过自动计算管电压下所需管电流的变化曲线和辐射剂量，从中选择一组剂量效率最佳的kV-mA基准曲线，从而推荐出一个最佳的kV设置[12]。许轶群等[12]研究发现，能谱CT智能最佳管电压技术对于管电压的选择与患者的BMI呈正相关，非肥胖组患者的辐射剂量较肥胖组减少了31.74%。本研究结果显示，能谱CT智能最佳管电压技术使得BMI较小的患者选择较低的管电压，反之选择较高的管电压。该技术对于BMI<18.5 kg·m-2和18.5 kg·m-2≤BMI<24.9 kg·m-2患者的有效射线剂量能够分别降低16.39%和14.50%，BMI≥24.9 kg·m-2患者间差异无统计学意义。因此，CT智能最佳管电压技术能够有效降低辐射剂量，尤以体型较瘦的患者；联合低碘对比剂注射量也能够减少患者接受的对比剂剂量，降低对比剂肾病的发生率。

本研究还存在以下不足之处：首先，对于BMI<18.5 kg·m-2患者纳入研究的病例数不足，该组数据所得的结论还需进一步论证。其次，本研究采用50%ASIR分别对2组图像进行重建，今后对于应用不同权重ASIR配比后图像质量的分析有待于进一步验证。

综上所述，在胸部CT增强扫描时，能谱CT智能最佳管电压技术能够依据患者不同BMI选择合适的管电压，从而有效降低辐射剂量并提高图像SNR与CNR，联合低碘对比剂注射方案能够减少患者造影剂的摄入并维持良好的图像质量。