关于降低显影剂剂量消减头颈CTA硬束伪影的研究

林智胜，王建伟，邓婕，季丽雅，赵宇

1.南京医科大学附属明基医院 影像科，江苏 南京 210000；2.南京医科大学第一附属医院 放射科，江苏 南京 210000；3.南京医科大学 医学影像学院 医学影像学系，江苏 南京 210000

引言

使用CT进行头颈部动脉血管造影（CT Angiography，CTA）已经被大量用来代替传统的成像方式[1-2]，例如数字减影血管造影和多普勒超声。CTA可以用于评估中风或短暂性缺血发作[3]、冠状动脉疾病等[4-5]。然而，由于使用CT来做检查会带来高辐射暴露而导致的健康损伤的潜在风险[6]，再加上注射碘造影剂也可能引起人体的不适和过敏反应的风险[7]，这都是进行CTA检查时必须考虑的重要因素。更有研究指出低辐射剂量和低显剂的CTA检查应需要扩展到人体各部位的检查，例如用于评价冠状动脉和颅颈动脉，以防止患者受到辐射和肾损伤[8-12]。

对比剂通过静脉注射时，过多的对比剂会在锁骨下静脉、颈内静脉等静脉系统中淤积，不但无助于检查结果，还会在CT图像上极易形成线束硬化伪影（Beam-Hardening Artifact，BHA）影响影像质量[13-14]，不利于颈内动脉和椎动脉起始部的显示。文献报道认为，对比剂剂量和速率等注射方案的优化可以减轻对比剂在锁骨下静脉的淤积[15-16]。因此，本研究的主要目的是不使用直接观查法进行CT扫描的启动，而是进行CT扫描前进行对比剂的小剂量测试，经测试后，计算出对比剂正确的到达颈动脤的检查时间，再进行扫描的启动，并且运用提高对比剂注射速率增加单位体积的对比剂浓度，减少对比剂用量改善硬射束伪影，保持图像质量，设计出适用于传统的多探测器CT检查的扫描方案和对比剂注射策略的可行性。

1 资料与方法

1.1 一般资料

本研究经医院伦理委员会审查批准，并取得患者知情同意，前瞻性收集我院2017年6月至2018年3月间，头颈部血管CTA检查的受检者58例，其中男32例，女26例，年龄42～81岁，平均年龄（63.5±14.1）岁。受试者均签署知情同意书。

1.2 方法

扫描机型为美国通用公司GE 64排VCT成像系统，扫描参数为：管电压120 kV、管电流625 mAs、层厚0.625 mm、层间距0.625 mm、螺距0.984。高压注射器参数：MALLINCKRODT，P/N：844100-D，S/N：CiC309B546。

依据显影剂和生理盐水的注射剂量将病例随机分为三组。A组：注射60mL碘克沙醇（生产商：恒瑞，规格：320 mgI/mL，100 mL，产品批号：180725DD），40 mL生理盐水（规格：浓度0.9%，100 mL，产品批号：180172）；B组：注射50 mL碘克沙醇，50 mL生理盐水；C组：注射40 mL碘克沙醇，60 mL生理盐水[17]。三组均行头颈部CT平扫和CTA序列扫描，扫描范围由主动脉弓至颅顶，CTA扫描方案采用小剂量团注法，具体如下：首先行测试序列扫描，显影剂注射流速为5 mL/s，注射剂量为显影剂20 mL、生理盐水20 mL，选取第3、4颈椎间的层面为测试层面，以该层面颈总动脉为示踪血管，注射显影剂同时启动测试序列，在监测到颈总动脉内的CT值到达峰值并开始下降后停止扫描，采用GE工作站AW 4.2_07计算出颈总动脉CT值达到峰值的时间为n，以CTA序列的扫描时间为A，利用计算公式t=6+2n-A[6]，计算出显影剂到达头颈动脉系统的达峰时间t，再设置CTA序列的延迟时间为t1，即注射显影剂t1秒后行CTA序列扫描。

1.3 图像处理方法

图像后处理和分析在GE工作站AW 4.2_07上进行，由两位资深放射科医师分别独立对图像进行定性和定量分析内静脉内残留造影剂超过颈总动脉分叉水平。静脉内残留造影剂超过颈总动脉分叉水平。结果不一致时两人重新观察图像，经商议后得出一致结论。两定量分析的观察指标为感兴趣血管的CT值，方法为：选择右侧锁骨下静脉、升主动脉、降主动脉、左颈总动脉、右颈总动脉、左大脑中动脉、右大脑中动脉为感兴趣区（Region of Interest，ROI），手绘测量ROI部位的血管CT值，ROI面积大小占血管截面积的80%，测量时注意避开血管钙化点、软斑块和狭窄等区域，每个ROI测量三次，以均值纳入后续统计学分析。

定性分析包括右侧锁骨下静脉硬束伪影和最大密度投影（Maximum Intensity Projections，MIP）后图像总体质量。锁骨下静脉硬束伪影评分标准为：1分为优良无伪影，2分是有轻度伪影，3分是为有明显伪影。MIP重建后整体影像质量的评分标准为：1分，动脉密度高，强化均匀，动脉表面光滑锐利，无静脉干扰；2分，动脉密度尚可，强化较均匀，动脉表面呈颗粒状，静脉略显影，但不影响诊断；3分，动脉强化影淡，动静脉密度相近难以区分，比较其差异。

1.4 统计学分析

统计学分析均采用SPSS 18.0软件进行，定量资料采用表示，多组间均数比较采用方差分析；定性资料多组间比较采用Kruskal-Wallis H秩和检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 三组病例感兴趣血管CT值的比较结果

A、B、C三组CT值比较结果，见表1。三组病例在升主动脉、降主动脉、左颈总动脉、右颈总动脉、左大脑中动脉、右大脑中动脉的CT值比较无统计学差异（升主动脉，P=0.659；降主动脉，P=0.375；颈总动脉（左侧），P=0.273；颈总动脉（右侧），P=0.195；大脑中动脉（左侧），P=0.136；大脑中动脉（右侧），P=0.248，但在右锁骨下静脉存在统计学差异（P＜0.05）。进一步使用单因数方差分析进行两两比较，可得知A组B组比较时两组并无差异（P=3.01），但C组相较于A组与B组时有较低的CT值并且具有统计学意义（P＜0.05）。三组影像图如图1所示。

表1 各组感兴趣区CT值比较（，HU）

表1 各组感兴趣区CT值比较（，HU）

图1 三组病例右锁骨下静脉层面的影像

2.2 三组病例图像质量定性分析结果

图像质量主观评价部分名由两名医师对三组重建图像进行图像质量评价，包含对锁骨下静脉伪影定性评估与MIP重组图像整体质量的评估，经Kappa值检验（Kappa值为0.64～0.82），主观评分的差异均有统计学意义（P0.05）；在进行图像质量主锁骨下静脉伪影定性评估的结果，见表2，C组图像伪影最少（均值1.14±0.64），其中无伪影的有11例，轻度伪影的6例，有明显伪影的3例；B组（均值2.2±0.69）图像中无伪影的有0例，轻度伪影的9例，有明显伪影的10例；A组（均值2.25±0.78）图像中无伪影的有6例，轻度伪影的8例，有明显伪影的5例，进行比较后具有统计学意义（P0.05）。将影像进行MIP重组后评诂图像整体质量的评估结果，见表2，经秩和检验后，三组评分差异无统计学意义（P＞0.05）。

表2 右侧锁骨下静脉伪影评分（例）

3 讨论

3.1 线束硬化伪影及其形成的原因

CT重建算法是基于假设X线为单能射线，其衰减系数与穿透物体的厚度呈线性关系，但是实际上CT球管产生的X线为宽能谱射线，其衰减系数与穿透物体厚度为非线性关系，这种假设与现实之间的差距会在CT图像上高密度物质之间形成明暗相间的条带状伪影，此即为线束硬化伪影[18-19]。头颈部CTA常采用静脉团注法注射显影剂，显影剂的循环路径是由上肢静脉注射点经上腔静脉系统回心，再由心脏注入头颈部动脉系统，此过程中，常会在静脉系统，特别是锁骨下静脉淤积较高浓度的显影剂，不仅会造成静脉污染，还容易形成上述的线束硬化伪影，严重影响对头颈部动脉，特别是双侧颈内动脉及椎动脉起始段的显示。

3.2 显影剂剂量减小对线束硬化伪影消减的讨论

显影剂的理化特性和注射方案（总剂量、注射速率和生理盐水的冲刷等）是影响CTA靶血管强化的重要因素。显影剂剂量增加可以成比例的增加靶血管的强化，但是显影剂剂量过大会造成显影剂淤积在静脉系统，导致线束硬化伪影[7]，因此，本研究将显影剂剂量由60 mL减少到40 mL，以期减少显影剂在静脉系统中的淤积。本前瞻性研究之实验结果与预期设计一致，表明随着显影剂剂量下降，其在右锁骨下静脉中的淤积减少（右锁骨下静脉CT值减小），而线束硬化伪影也随之改善，但是显影剂剂量减少不仅会降低静脉系统中显影剂浓度，也会同时降低头颈动脉中显影剂浓度，针对此问题，Fleischmann[16]研究提出，高注射速率可以弥补剂量下降带来的靶血管强化的不足。本研究采用5 mL/s的高注射速率，结果与文献研究一致，三组病例头颈部动脉系统CT值以及MIP重建图像后的图像质量评诂比较均无差异，究其机制，可能是高注射速率维持了血管内高注射压，保证了单位时间内足够高浓度的显影剂通过靶血管，弥补了剂量下降带来的靶血管强化不足。另外，生理盐水的冲刷也起到了维持血管内注射压的作用，既可以加速静脉系统中显影剂的廓清，也避免了注射同样剂量显影剂带来的静脉淤积等问题。

3.3 小剂量注射法的讨论

有相关研究指出，进行CTA检查时，透过参数的适当调整，可以考虑减少对比剂的剂量而仍然可以维持良好的影像质量，降低肾毒性，进而维护病患的安全[20-21]。不同的心率带来的是循环时间的改变。高心率带来的问题是，循环时间快的病人，如果扫描速度过快的话，那很可能颅内动脉血管还没有完全达到强化的最高峰扫描就结束了，导致动脉浓度过淡显影不清影响诊断。反之，亦然。还有患者的自身因素，如心排出量等也会影响CTA头颈动脉的强化速度与程度[22]，因此，本研究采用小剂量团注法：小剂量测试计算延迟时间的方法，通过相同速率的造影剂和生理盐水的预注射，实际在人体内循环系统中监测循环时间与强化程度，形成一个完整的时间-密度曲线图，通过这个曲线，就能掌握病人体内的循环时间和特点，精准控制扫描延迟时间，从而保证了头部血管CTA检查的成功率。较之传统的目标血管示踪法更为精确的兼顾了个体循环速度差异。本实验中，将测试点定于颈3、4椎体之间的颈总动脉，该位置是整个头颈部动脉系统扫描范围的中点，因此示踪出来的CT值达峰时间n是整个头颈动脉系统CT值达峰时间的一半，整个头颈部动脉系统CT值的达峰时间即是2n。根据Fleischmann提出的造影剂注射模型公式[16]，本实验依据病例心功能设置的个性化的延迟时间保证了CT整个序列的扫描时间和动脉系统达峰时间的重叠，使得在CT扫描时间内，头颈部动脉系统的显影剂浓度维持在较高水平，处于最佳的强化状态。

当然，本研究也存在一定的局限性。①样本量较小，今后可扩大样本量进行更深更广的研究；②CTA靶血管的强化还受到显影剂的碘含量、患者体重、研究中并未对此因素进行分析；③本研究为了减少混杂因素对结果的影响，仅仅阐述了显影剂剂量对CTA图像质量的影响，其他因素对于CTA图像质量的影响也是今后有待进一步深入研究的地方。总之，头颈部CTA合理减少显影剂剂量并不会影响整体影像质量，但可以改善锁骨下静脉淤塞而造成线束硬化伪影。