低电压与个体化对比剂用量结合迭代算法头颈部CTA应用

黄涛，马隆佰，毛一朴，刘梅，扶昭，陆虹宇

随着CT技术的发展，CT血管成像(CT angiography,CTA)对头颈部血管疾病的诊断价值已接近或者达到数字减影血管造影的水平，且作为无创的检查方法在临床中应用越来越广泛[1-2]。与此同时，头颈部CTA大范围的扫描带来的辐射问题和较大剂量使用对比剂对患者肾脏的潜在危害也越来越受到重视，既要保证满足诊断的图像质量，又要尽可能降低患者的辐射剂量和对比剂用量，成为临床研究的热点[3-5]。采用迭代重建算法可以在降低扫描辐射剂量的同时不增加甚至减少图像噪声[6]，使低剂量扫描成为可能。本研究旨在探讨低管电压(80 kV)与个体化对比剂用量结合迭代算法在头颈部CTA中降低辐射剂量和对比剂用量的可行性。

材料与方法

1.一般资料

搜集2019年2-4月行头颈部CTA患者60例，其中男32例，女28例，年龄19～84岁，随机分为A、B两组。排除标准：碘对比剂过敏者；严重心肝肾功能不全者；因血管耐受差对比剂注射流率达不到5.0 mL/s者；体质指数(body mass index,BMI)≥30 kg/m2重度肥胖者；哺乳期或妊娠期妇女。所有受检者均签署知情同意书。

2.仪器与方法

采用飞利浦公司Brilliance iCT 256层螺旋CT机。患者仰卧于检查床上，双上肢平放在身体两侧，头部用束缚带固定，检查前告诉患者平静呼吸，检查过程中勿做吞咽动作。行正侧位双定位像，扫描范围自气管分叉至颅顶。基本扫描参数固定：螺距0.814，准直器宽度128×0.625 mm，旋转时间0.5 s/r，重建层厚0.9 mm，重建层间距0.45 mm，矩阵512×512。A组管电压120 kV，管电流300 mAs，370 mg I/mL碘帕醇对比剂，总量60 mL，流率5.0 mL/s。随后以相同流速注射生理盐水30 mL，采用滤波反投影法(filtered back projection，FBP)重建。B组管电压80 kV，管电流使用系统根据定位像推荐的mAs(选择DoseRight模式，参考值400 mAs)，370 mg I/mL碘帕醇对比剂，总量=体重×0.6 mL/kg，流率5.0 mL/s。随后以相同流率注射生理盐水30 mL，采用idose4level3迭代算法重建。采用Nemoto双筒高压注射器，经右侧肘静脉团注对比剂，延迟时间设定采用Bolus-Tracking技术，将感兴趣区(region of interest，ROI)置于气管分叉层面降主动脉内，触发阈值140 HU，触发后延迟4～5 s扫描。

3.图像后处理

扫描完成后数据传至Extended Brilliance Workspace工作站，采用容积再现(volume rendering，VR)、最大密度投影(maximum intensity projection，MIP)和曲面重组(curved planar reconstruction，CPR)等后处理方法重组图像，结合横断面图像进行评价。

4.图像分析

主观评价：由2名放射科医师采用盲法对图像质量进行评分，有差异者经讨论达成共识后作出最终评价。评分标准：5分，图像噪声小，组织对比度极好，颗粒均匀，无伪影，血管边缘光滑锐利；4分，图像噪声尚可，组织对比度较好，颗粒较均匀，无或有少许伪影，血管边缘较清晰；3分，图像噪声较大，组织对比度一般，颗粒欠均匀，有伪影，血管边缘显示尚可；2分，图像噪声较大，组织对比度差，颗粒粗糙，有较大伪影，血管边缘毛糙；1分，图像噪声较大，组织对比度极差，颗粒粗糙，伪影严重，血管边缘显示不清。≥3分的图像方可认为用于临床诊断[7]。

客观评价：测量主动脉弓、颈总动脉分叉层面左右颈总动脉、左右大脑中动脉起始端、主动脉弓层面上腔静脉、环状软骨层面左右颈内静脉CT值(CT血管)，以标准差(standard deviation，SD)作为图像噪声(SD血管)，同时测量同层面左侧胸大肌、左侧胸锁乳突肌、左侧颞肌的CT值(CT肌肉)。测量时ROI置于管腔中央，面积大于测量层面管腔面积的1/2，避开钙化、软斑块及狭窄区域，每处测量3次，取平均值。根据公式，信噪比(signal noise ratio，SNR)=CT血管/SD血管、对比噪声比(contrast noise ratio，CNR)=(CT血管-CT肌肉)/SD血管，计算主动脉弓层面、左颈总动脉分叉层面、左大脑中动脉起始层面的SNR和CNR。

5.辐射剂量

记录每个患者扫描完成后CT设备自动生成的容积CT剂量指数(volume CT dose index，CTDIvol)和剂量长度乘积(dose length product，DLP)，并根据DLP算出有效剂量(effective dose，ED)，ED=DLP×k，在头颈部扫描中转换系数k取0.0031 mSv/(mGy·cm)[8]。

6.统计学方法

采用SPSS 22.0软件进行数据分析。两组患者性别比较采用卡方检验，计量资料比较采用独立样本t检验，等级资料比较采用Mann-WhitneyU检验。P<0.05为差异有统计学意义。

结 果

1.一般资料比较

两组患者的性别、年龄、BMI、扫描范围如表1，一般资料差异无统计学意义(P>0.05)。

表1 两组患者一般资料比较

注：性别比较采用卡方检验，年龄、BMI、扫描范围比较采用独立样本t检验

2.图像质量比较(图1、2)

图像质量主观评价：两组患者图像质量主观评分结果(表2)满足诊断要求(≥3分)，B组图像质量与A组相比，差异无统计学意义(P>0.05)。

表2 两组患者图像质量主观评分结果

注：采用Mann-Whitney U检验(Z=-0.279，P=0.780)

图像质量客观评价:两组患者头颈部血管各节段CT值(表3)B组主动脉弓、左右颈总动脉、左右大脑中动脉CT值均高于A组，差异有统计学意义(P<0.05)；B组上腔静脉CT值低于A组，差异有统计学意义(P<0.05)；两组患者左右颈内静脉CT值差异无统计学意义(P>0.05)。两组图像SD、SNR和CNR(表4)主动脉弓层面，B组SD高于A组，差异有统计学意义(P<0.05)，SNR和CNR差异无统计学意义(P>0.05)；左颈总动脉分叉层面及左大脑中动脉起始层面两组图像SD差异无统计学意义(P>0.05)，B组SNR和CNR高于A组，差异有统计学意义(P<0.05)。

表3 两组患者头颈部血管各节段CT值比较 (HU)

表4 两组图像三个层面SD、SNR、CNR比较

3.辐射剂量和对比剂用量比较

A、B两组CTDIvol分别为(20.26±0.00)、(7.22±2.12)mGy，DLP分别为(872.94±47.08)、(311.15±99.46)mGy·cm，ED分别为(2.71±0.15)、(0.97±0.31)mSv，差异有统计学意义(t=33.716，27.964，27.930，P<0.05)，B组辐射剂量较A组降低64.21%。A、B两组患者的对比剂用量分别为(60±0.00)、(36.27±5.08)mL，差异有统计学意义(t=25.598，P<0.05)，B组对比剂用量较A组降低39.55%。

图1 男，52岁，BMI 24.91kg/m2，采用120kV，300mAs，60mL对比剂，FBP重建算法，图像质量评分4分。a)VR图像(前面观)，头颈部血管分布、走行显示清晰; b)头颈部血管MIP图像(前面观)，头颈部血管分布、走行显示清晰；c)头部血管MIP图像(横断面)，Willis环显示清晰，双侧大脑前、中、后动脉及大脑前、后交通动脉显示清晰；d)CPR图像示颈内动脉走行连续，血管壁光滑。 图2 男，56岁，BMI 24.77kg/m2，采用80kV，系统根据定位像推荐mAs，39mL对比剂，idose4 level3迭代重建算法，图像质量评分4分。a)VR图像(前面观)，头颈部血管分布、走行显示清晰; b)头颈部血管MIP图像(后面观)，头颈部血管分布、走行显示清晰; c)头部血管MIP图像(横断面)，双侧大脑中、后动脉显示清晰，远端分支分布显示清晰; d)CPR图像，颈内动脉走行连续，显示清晰，血管壁光滑，与软组织分界清楚。

讨 论

头颈部CTA是临床上头颈部血管病变常用的检查方法，在采用传统的FBP重建图像时，如果采用低剂量技术扫描往往会导致图像噪声增加，影响图像质量。idose4是飞利浦公司新一代的迭代重建技术，具有双空间多模型的特点，其先在CT数据的投影空间建立噪声模型，纠正和消除原始数据的噪声，然后进入图像空间，用噪声模型减去解剖模型，进一步消除各种噪声，提高空间分辨率和密度分辨率[9]。本研究显示采用低管电压(80 kV)与个体化对比剂用量结合迭代算法行头颈部CTA具有可行性。

CT辐射剂量与众多因素有关，其中管电压是尤为重要的因素之一，由于辐射剂量与管电压的平方成正比，因此采用低管电压扫描对降低辐射剂量的效果更为显著[10]，这也是本研究管电压采用80 kV的主要原因。256层iCT行头颈部CTA检查时，管电压设为120 kV，管电流为300 mAs，图像质量好，辐射剂量较低，可作为最佳扫描参数[11]，本研究常规组采用此参数具有对照价值。既往头颈部CTA低剂量扫描研究，大多是采用管电压100 kV，固定管电流扫描[8,12-13]，本研究采用管电压80 kV，管电流使用系统根据定位像推荐的mAs，扫描时管电流210～575 mAs，体现了CT检查中辐射剂量的个体化原则。由于管电压采用80 kV时，系统允许的最大管电流为575 mAs，为保证图像质量本研究排除了MBI≥30 kg/m2的重度肥胖者。研究结果显示B组的辐射剂量较A组降低64.21%，两组图像均能满足诊断要求，图像质量主观评分差异并无统计学意义。在图像质量客观评价方面，本研究从3个层面比较两组图像的SD、SNR和CNR，能较全面反映降低辐射剂量对客观图像质量的影响。主动脉弓层面B组SD高于A组，但SNR和CNR 差异无统计学意义。左颈动脉分叉层面及左大脑中动脉起始层面两组图像SD差异无统计学意义，而B组SNR和CNR显著高于A组，这是由于B组采用低管电压(80 kV)，X线光子能量降低，更接近碘原子K层电子能级(33 keV)，光电效应加大，对血管内碘对比剂衰减程度增大，使血管内CT值升高[14]，从而提高SNR和CNR，降低了辐射剂量而图像质量并未下降。

CTA检查中血管的强化程度与患者的体重成负相关[15]。体重较重患者使用相对较少的对比剂剂量不能保证头颈部血管内的碘浓度维持在一个相对稳定的平台期，使用体重较轻患者相对较多对比剂剂量可能会造成上腔静脉对比剂聚集产生线束硬化伪影影响颈动脉根部显示。刘建新等[16]研究亦表明减少对比剂在静脉系统内尤其是在上腔静脉内存留可以提高图像质量。因此，个体化的对比剂用量不仅能够使患者对比剂应用更加合理，还可以保证图像质量。由于降低管电压可以使血管内CT值升高，采用低管电压扫描时理论上减少对比剂用量也可以使头颈血管内CT值维持在较高水平。温孟皇等[17]头颈动脉CT血管成像脑动脉强化的相关体质因素的研究指出根据患者体重采用个体化对比剂用量标准是一种比较便捷的方法。本研究B组以患者体重为依据，对比剂总量=体重×0.6 mL/kg，平均对比剂用量为(36.27±5.08)mL，较A组(60±0.00)mL降低39.55%，结果显示各动脉的CT值均显著高于A组，而上腔静脉CT值低于A组，表明个体化对比剂用量，不仅可以降低患者接受的对比剂剂量，而且可以减少上腔静脉内对比剂聚集产生线束硬化伪影，提高图像质量。

本研究的局限性：①实验组未设置更低的参考mAs，采用更低的辐射剂量是否能够获得满足诊断的图像质量尚不清楚；②未设置低浓度对比剂组，使用低浓度对比剂联合个体化用量降低患者的碘摄入量有待进一步研究。

综上所述，采用低管电压(80kV)与个体化对比剂用量结合迭代算法行头颈部CTA具有可行性，可以在图像质量满足诊断的前提下有效降低辐射剂量和对比剂用量。