低管电压、低对比剂用量和大螺距在双期减影头颈血管CTA中的运用

郑小丹， 李蛟， 胡军武， 黄文华， 沈威， 张进华

随着多排螺旋CT的快速发展，具有非侵入性、诊断符合率高特点的计算机体层血管成像(computed tomography angiography，CTA)在头颈部血管性疾病中得到广泛应用。然而CT的辐射性和对比剂引起的肾脏损害的风险已引起越来越多的关注。因此，在保证图像质量的情况下减少CT辐射剂量和对比剂用量是临床工作中所关注的重点。研究发现管电压80 kVp的X射线光子能量为43.7 keV，与碘原子K临界值最为接近，所以衰减值会上升。CT值的公式CT值=(μ物-μ水)/μ水×1000(HU)提示：当管电压降低并接近80 kVp时，含碘对比剂的CT值会增加[1]，从而减少对比剂用量成为可能，该技术现已用于胸腹部脏器、脑血管、头颈血管等各种器官的CT血管成像[2-8]。大螺距扫描能有效减少辐射剂量，但图像噪声会相应增加，已被用于主动脉和冠脉等部位血管成像[9-10]。本研究比较使用低管电压(80 kVp)、低对比剂用量结合大螺距扫描方式和常规扫描方式的头颈部CTA的图像质量和辐射剂量，旨在探讨低管电压(80 kVp)、低对比剂用量结合大螺距扫描在头颈部血管CTA检查中的可行性和稳定性。

材料与方法

1.研究对象

本研究搜集了本院2018年9月-10月行头颈部CTA检查的患者共50例，随机分为A组和B组，每组25人。纳入标准：怀疑头颈部血管疾病的患者，临床症状包括头痛、头晕、恶心、呕吐、麻木、虚弱或意识障碍、行走不稳和言语问题等。排除标准：严重心、肝或肾功能不全者，孕妇或哺乳期妇女，有碘过敏史者以及检查前行颅内植入动脉瘤夹闭等手术者。A组男6例，女19例，平均年龄(49.16±10.97)岁，体质量指数(body mass index，BMI)(23.00±2.56) kg/m2；B组男12例，女13例，平均年龄(54.20±11.80)岁，BMI(22.85±2.89) kg/m2。本研究已通过本院伦理委员会审核，患者均已签署知情同意书。

2.CT扫描和对比剂注射协议

所有检查在320排东芝Aquilion ONE Dynamic Volume CT 上进行。头颈部CTA患者均进行平扫和增强扫描，平扫完成后再进行增强扫描，保证两次扫描范围一致，扫描范围从气管隆突至头顶，获得两期图像后做血管减影。增强监测层面与扫描起始层面相同即气管隆突层，兴趣区(region of interest，ROI)放置在降主动脉层面，同层动态监测ROI的CT值，利用自动推注跟踪程序触发扫描，注射对比剂后10 s开始监测。A组监测条件为100 kVp，50 mA，有效管电流为25 mAs，旋转时间为0.5 s，触发阈值设为180 HU，到达阈值后立即启动扫描；B组监测条件为80 kVp，50 mA，有效管电流为50 mAs，旋转时间为0.5 s，触发阈值设为210 HU，到达阈值后立即启动扫描。A组扫描参数：100 kVp，螺距0.810。B组扫描参数：80 kVp，螺距1.390。其余参数两组一致：准直256×0.625 mm，旋转时间0.5 s，层厚1.0 mm，层间距0.8 mm，图像矩阵512×512，视野250 mm×250 mm，自动管电流调控，AIDR 3D标准图像质量重建。

采用高压注射器将对比剂碘佛醇(320 mg I/mL)通过18G留置针经右肘中静脉注入患者体内。A组双期注射：以5 mL/s流率注射50 mL对比剂，随后以相同流率注射30 mL盐水；B组三期注射：以6 mL/s流率注射24 mL对比剂，随后以相同流率注射18 mL对比剂和生理盐水混合液(1:1混合)，最后以相同流率注射30 mL生理盐水。

3.客观和主观图像质量评估

客观图像质量评估通过画圆形ROI测量升主动脉(气管隆突水平)、双侧颈总动脉(假声带水平)、双侧颈内颈外动脉(颈内颈外分叉水平)和双侧大脑中动脉的CT值和标准差(SD值)，同时测量上述水平的：胸大肌、胸锁乳突肌、头长肌和脑组织的CT值和标准差(SD值)，测量血管的ROI要放置在血管中心，占腔的大小约2/3左右，同时避过血管壁、钙化或金属伪影，测量肌肉的ROI=0.25 cm2，避过伪影等。分别计算颈部血管和脑血管信噪比(SNR)和对比度噪声比(CNR)。计算公式如下：

(1)

(2)

由两位有6年以上头颈部CTA诊断经验的放射科医生评估图像质量，对患者的扫描方案和研究设计不知情，在横轴面、多平面重组和VR图像上评估图像质量。血管图像质量分为1～5分：5分，血管完全充满，均匀的血管内密度和锐利的血管壁，无伪影；4分，血管充满，血管内密度均匀，血管壁轻微模糊或轻度伪影；3分，血管通常充满，血管内密度不均匀，血管壁略微模糊或轻度伪影，但仍可评估图像；2分，血管内血管密度不均匀，血管壁模糊，有明显伪影，评估有限；1分，血管无法识别，有明显的伪影，无法诊断。评分≥3的图像被认为具有诊断价值，而评分<3分的图像被认为不具有诊断价值。如果观察员之间存在分歧，双方最终协商达成一致。

图1 A组，女，57岁，身高163 cm，体重60 kg，管电压100 kVp，螺距0.810。a、c)颈部和脑部血管VR图像； b、d)颈部和脑部血管MIP图像。 图2 B组，女，60岁，身高165 cm，体重65 kg，管电压80 kVp，螺距1.390。a、c)颈部和脑部血管MIP图像； b、d)颈部和脑部血管VR图像。

4.辐射剂量评估

计算机断层扫描剂量指数(CTDIvol)(mGy)和剂量-长度乘积(DLP)(mGy·cm)由CT机系统自动生成。有效剂量(ED)(mSv)计算公式为：ED=DLP×k，k是转换因子。在头颈部CTA中，k值设定为0.0031 mSv/(mGy·cm)[11]。碘的含量(mg I)=对比剂浓度(mg I/mL)×对比剂剂量(mL)。

5.统计学分析

采用SPSS 23.0进行统计学分析。连续数据表示为平均值±标准差，符合正态分布数据利用两个独立样本的t检验来比较，不符合正态分布数据用Mann-Whitney U检验比较。分类数据采用卡方检验比较。图像质量的主观评分使用Mann-Whitney U检验比较。观察者对图像质量的一致性用Kappa检验，Kappa<0.4，一致性差，0.40.75，一致性好。以P<0.05为差异有统计学意义。

结 果

1.患者一般情况

A组与B组患者的年龄、性别和BMI差异没有统计学意义(P>0.05，表1)。

表1 患者一般情况

注：*为卡方值。

2.辐射剂量和碘总量

B组的平均CTDIvol比A组低[(59.84±14.59)mGy vs (76.11±24.16)mGy，Z=-2.396，P=0.017]，B组的平均DLP比A组低[(275.54±22.73)mGy·cm vs (508.43±89.61)mGy·cm，Z=-6.063，P<0.001]，B组的ED低于A组[(0.85±0.07)mSv vs (1.58±0.28)mSv，Z=-6.063，P<0.001]，见表2。B组使用了33 mL对比剂，碘总量为10.56 g，A组使用了50 mL对比剂，碘总量为16 g，B组使用的对比剂比A组少34%。

表2 两组辐射剂量和碘总量

3.图像质量

客观图像质量评估中，两组头颈部各段血管所测CT值都在300 HU以上，满足临床血管疾病的诊断需要。两组头颈部各段血管的CT值基本一致，差异没有统计学意义(P>0.05，表3)。两组间各段血管的SNR和CNR也基本一致，差异没有统计学意义(P>0.05，表3)。

两组所有图像都满足临床诊断(图1)。A组主观图像质量评分为4.86±0.34，B组主观图像质量评分为4.78±0.41，两组差异无统计学意义(Z=-0.725，P=0.468)。两组观察者对图像质量评分的一致性良好(A组Kappa=0.834，B组Kappa=0.884)。

表3 客观图像质量分析

讨 论

随着CT技术的快速发展，在临床实践中已经应用了一些技术来降低辐射剂量，例如管电流的自动调控、降低管电压、大螺距和新迭代算法的运用等[12-15]。本研究采用了低管电压和大螺距来降低辐射剂量，但这会增加图像噪声影响诊断，为了弥补这一点，两组检查都采用了具有高空间分辨力、低噪声和出色图像的AIDR 3D算法来降低图像噪声[16-19]。CTA检查中影响动脉增强的重要因素是对比剂的注射流率、碘浓度、注射持续时间(推注加宽和再循环的累积效应)和心输出量。本研究中两组对比剂注射流率和注射持续时间不一致的原因是：CTA检查中对比剂注射流率与扫描持续时间必须相匹配，对比剂注射流率增加会导致时间密度曲线(time-density curve，TDC)曲线峰值增高，注射流率较大的实验组会获得更好的图像质量，但是，伴随着TDC曲线峰值增高，最佳扫描时间窗口会变窄，如果扫描持续时间较长，在最佳时间窗口进行扫描的几率变小，会导致图像质量不佳，所以为了避免这种情况，一是加大注射对比剂总量延长注射持续时间即加宽最佳扫描时间窗口，实验组双期注射对比剂时间加起来为7 s，扫描时间为4 s，这样给扫描预留了3 s的空档，以保证扫描成功；二是加快扫描速度减少扫描持续时间，这也是本研究选择大螺距扫描的理由。同时本研究中两组监测条件不一致，A组监测条件为100 kVp，50 mA，有效管电流25 mAs，触发阈值设为180 HU，B组监测条件为80 kVp，50 mA，有效管电流50 mAs，触发阈值设为210 HU。有效管电流的不同是因为B组监测管电压比A组低，势必会导致图像噪声增加，一方面影响操作者观察监测层面图像，另一方面太大的噪声会引起误触发扫描，所以为了减少图像噪声使其维持在一定范围，就必须相应的提高监测的有效管电流。而实验组触发阈值设置较高的原因，一是因为碘的k缘效应，80 kVp时血管内碘的衰减比100 kVp时大，TDC曲线峰值增高，二是因为大螺距扫描时扫描时间变短，这样保证了即使设置较高的阈值，扫描比对照组稍晚，但扫描窗口依然落在合理的范围内，一方面不会加剧静脉的干扰，另一方面能提高信号强度，在噪声增大的时候依然有较高的信噪比。

Yu等[20]和Luo等[21]分别探讨了100 kVp结合AIDR 3D迭代重建在头颈部和头部血管CTA中降低辐射剂量的应用，100 kVp结合AIDR 3D迭代重建的实验组与120 kVp结合FBP重建的对照组相比，分别降低辐射剂量71%和45%，而图像质量不变。李玮等[22]发现在头颈CTA成像中100 kVp结合AIDR 3D迭代重建的实验组比120 kVp结合AIDR 3D迭代重建的对照组，DLP降低24.96%，而图像质量不变。Zhang等[8]研究了头颈血管CTA成像中270 mg I/mL、80 kVp结合AIDR 3D迭代重建的实验组与320 mg I/mL、120 kVp结合FBP重建的对照组相比，辐射剂量减少50%，对比剂用量减少15.6%，而实验组图像质量明显提高。本实验研究头颈血管CTA成像中100 kVp，0.810螺距和50 mL对比剂为对照组，探讨80 kVp、1.390大螺距和33 mL对比剂的实验组进一步降低辐射剂量的可行性，结果发现与对照组相比有效辐射剂量降低45.8%，对比剂用量降低34%，而两组的主观图像质量和客观图像质量都没有太大差别。众所周知，碘对比剂和对比剂肾病之间存在剂量相关性，本研究实验组对比剂用量降低34%，可以降低对比剂肾病的发生率。根据国家健康委员会最新发布的《X射线计算机断层摄影成年人诊断参考水平》，颅脑CTA和颈部CTA 25%位数的CTDIvol和DLP分别为15 mGy、420 mGy·cm和10 mGy、390 mGy·cm，本研究中对照组A组已经达到这个标准，而实验组B组比这个基础还低，显著降低了辐射剂量。Yu等[17]发现头颈部血管CTA中80 kVp、自动管电流调制结合AIDR 3D算法比100 kVp、自动管电流调制结合AIDR 3D算法可以在BMI<25 kg/m2的患者中产生具有低辐射剂量的高质量图像，而在BMI>25 kg/m2的患者中效果不明显。本研究未根据BMI将患者进行分组，实验组与对照组相比也获得低辐射剂量的高质量图像。

本研究也有一些局限性：首先，由于伦理道德问题，不可能在个体内比较100 kVp和80 kVp两组协议；其次，纳入样本量不大，为了进一步评估实验组的稳定性和可靠性，需要在更大的样本中进行研究；最后，本研究没有将两组与DSA金标准相比较，仅评估了定量和定性图像质量，下一步可以研究实验组在动脉狭窄和动脉瘤等疾病中的诊断特异度和敏感度。

综上阐述，本研究结果显示，低管电压(80 kVp)、低对比剂用量结合大螺距扫描比100 kVp、小螺距扫描辐射剂量明显降低，对比剂用量明显减少，而头颈部CTA图像质量不变，值得临床推广应用。