低管电压、管电流、对比剂剂量、浓度与流速在非肥胖患者全腹CTA中的应用

广东省广州市增城区人民医院 影像科，广东 广州 510000

引言

目前腹部CT血管造影（CT Angiography，CTA）被广泛应用于临床，大大提高了腹主动脉、肾动脉、肠系膜动脉疾病的诊断准确率。然而，腹部CTA的扫描范围与对比剂用量较大，尤其对于需要多次复查的患者，腹部CTA带来的高辐射剂量和碘摄入量可能增加患癌、对比剂肾病（Conctrast Induced Nephropathy，CIN）等并发症的风险，Aspelin等[1]指出CIN是继手术和低血压之后造成医源性急性肾功能衰竭的第3大原因，占医源性急性肾功能衰竭发病率的10%。Albert等[2]的研究发现约2%的癌症与CT检测辐射有关。因此降低患者检查所受的辐射剂量与碘摄入量具有重要临床应用价值。本次研究将探讨减少对比剂用量、浓度、注射速率与辐射剂量等多重指标的可行性方案。

1 资料与方法

1.1 一般资料

本研究为前瞻性研究，收集2019年1月至2019年5月在我院申请接受全腹部血管成像检查的87例患者，男56例，女31例，年龄48～83岁，平均年龄（54.8±16.3）岁。病例纳入标准：体质量指数（Body Mass Index，BMI）≤24 kg/m²（即非肥胖者），无严重心律失常、心功能不全，无碘过敏史，肝肾功能正常。将87例患者随机分为A组（41例）和B组（46例）本研究已通过医院伦理委员会审核，所有参与患者皆签署知情同意书。

1.2 方法与设备

1.2.1 方法

所有患者检查前皆测量BMI。A组采用100 kV管电压，200 mAs管电流，50 mL（320 mgI/mL）造影剂总量、3 mL/s对比剂注射速率进行血管成像，B组采用120 kV管电压，250 mAs管电流，90 mL（350 mgI/mL）造影剂总量、4 mL/s对比剂注射速率进行血管成像（B组扫描条件为设备默认条件）。所有患者均使用20 G直通静脉留置针建立静脉通道，注射药物为碘佛醇，药物注射后注射生理盐水，速率2.5 mL/s，总剂量为30 mL。采用阈值自动触发，监测位置于腹主动脉起始部，阈值设置为100 HU。扫描范围包括肝上缘横膈至耻骨联合。扫描完成后分别记录所有患者容积剂量指数（Volume CT Dose Index，CTDIvol）、剂量长度乘积（Dose-Length Product，DLP）。

1.2.2 设备

全部患者均使用西门子64排128层螺旋CT，所有患者采用常规重建技术重建，扫描层厚0.625 mm×128 mm，机架转运速度0.5 s/圈，螺距0.8。

1.3 图像后处理与质量评价

1.3.1 图像后处理与图像质量评价

使用西门子MMWP工作站，进行MIPmix、MPR、VR与CPR等重建，重建采用标准算法重建。同时对横断面图像L2水平腹主动脉、腹腔干、右肾动脉、肠系膜上动脉、右髂内动脉、层面进行CT值测量和图像评分，对L2水平腹主动脉、右肾动脉、右髂内动脉进行噪声与信噪比（Signal-to-Noise Ratio，SNR）、对比信噪比（Contrast-to-Noise Ration，CNR）计算。

1.3.2 图像质量评价标准

腹主动脉、髂总动脉、肾动脉、腹腔干（各血管主干）及分支显示清晰，无任何静脉的影响评为5分；各血管主干显示清晰，其二级血管分支变淡，但不影响总体动脉的观察评为4分；各血管主干显示清晰，其二级血管分支边界不清，轻微影响动脉的观察评为3分；各血管主干及二级血管分支显示清晰度下降，影响动脉观察评为2分；各血管主干及二级血管分支显示不清，严重影响动脉观察评为1分[3]。1分图为严重影响动脉观察，无法做出VR处理，所有VR统一窗宽窗位为W：256，L：128。由2位放射科中级职称以上医生对A、B两组患者的CTA描图像进行独立评分。

1.3.3 图像客观评价

对两组患者的动脉期L2水平腹主动脉、腹腔干、右肾动脉、肠系膜上动脉、右髂内动脉进行CT值测量并记录数据。以L2水平腹主动脉设定ROI1、腹腔干ROI2、右肾动脉ROI3、肠系膜上动脉ROI4、右髂内动脉ROI5，ROI选取不包括血管壁的最大面积，必须避开管壁的钙化和斑块区域。测量各层面图像的CT1-5值，以其标准差SD1-5为各层面图像噪声，测量髂内动脉起始部层面右侧竖脊肌CT值的SD作为背景噪声。计算腹主动脉SNR及CNR：SNR=腹主动脉CT值/背景噪声；CNR=（腹主动脉CT值-竖脊肌CT值）/背景噪声。

1.3.4 患者辐射剂量评价

扫描完成后记录所有病人CTDIvol、DLP，后应用公式计算有效剂量（Effective Dose，ED），计算公式为ED=DLP×k公式，其中k=0.015（腹部）[4]。将A、B两组的所有CTDIvol、DLP、ED数值进行对比统计。

1.4 统计学分析

所有患者资料采用SPSS 19.0软件进行数据处理：患者年龄用均数±标准差表示（±s）、性别用例数表示。A、B两组患者ED、CT值、背景噪声、SNP、患者年龄的比较采用t检验分析进行，A、B两组患者性别比较皆采用卡方检验进行，P＜0.05为差异有统计学意义。两位评分医生对全腹CTA图像评分的一致性采用Kappa检验，Kappa检验≥0.75为一致性优良，0.75＞Kappa检验≥0.4为一致性一般，Kappa检验＜0.4为一致性较差。如一致性很好则采用评分者1的评分结果，评分结果以中位数与四分位数间距表示M（Q1～Q3），两组评分采用秩和检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

A、B两组共87例患者平均年龄与性别差异如表1所示，两组间年龄、性别差异皆无统计学意义（P＞0.05）。比较两组L2水平腹主动脉、腹腔干、右肾动脉、肠系膜上动脉、右髂内动脉CT值，两组各层面CT值差异皆具有统计学意义（P＜0.001）（表2）。两组图像背景噪声差异不具有统计学意义（t=1.786，P＞0.05）、两组腹主动脉SNR（t=1.356，P＞0.05）、CNR（t=1.615，P＞0.05）差异皆不具有统计学意义（表3）。

评分者1对两组全腹CTA图像评分为（4.73±0.55）分，评分者2对两组全腹CTA图像评分为（4.78±0.47）分，两组全腹CTA图像皆可满足诊断要求（图1～2），两名评分者对两组全腹CTA图像评分一致性优良（Kappa＝0.932、0.930），A、B两组评分差异不具有统计学意义（Z=-0.326，P＞0.05）（表4）。两组所有患者CTDIvol、DLP、ED差异均具有统计学意义（P＜0.001）（表3）。

图1 不同条件扫描所得图像

图2 腹主动脉SNR、CNR指标箱图对比

表1 A、B两组患者一般资料（±s）

表1 A、B两组患者一般资料（±s）

组别 平均年龄/岁 男/女/例 BMI/(kg/m2)A组 (n=41) 52.6±15.6 26/15 22.1±1.5 B组 (n=46) 57.0±17.0 30/16 21.9±1.7 t值/χ2值 -1.263 0.031 0.824 P值 0.210 0.861 0.475

表2 A、B两组患者血管各部位CT值比较（±s）

表2 A、B两组患者血管各部位CT值比较（±s）

组别 L2水平腹主动脉 腹腔干 右肾动脉 肠系膜上动脉 右髂内动脉 右侧竖脊肌A组 (n=41） 402.0±37.8 377.5±34.3 367.8±28.3 367.0±26.1 368.2±24.4 51.35±6.3 B组 (n=46) 318.2±21.7 297.1±44.4 283.4±50.1 277.7±29.9 295.4±29.6 50.67±5.9 t值 12.855 9.366 9.165 14.747 12.413 0.438 P值 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 0.729

表3 A、B两组患者腹主动脉噪声、信噪比、CTDIvol、DLP、ED比较（±s）

表3 A、B两组患者腹主动脉噪声、信噪比、CTDIvol、DLP、ED比较（±s）

组别 腹主动脉对比信噪比 腹主动脉信噪比 背景噪声 CTDIvol/mGy DLP/（mGy·cm） ED/mSv A组 (n=41) 29.6±5.2 34.1±4.8 13.4±2.5 7.8±0.3 334.9±29.8 5.0±0.5 B组 (n=46) 27.4±7.3 32.4±7.2 12.6±1.3 15.4±0.3 701.6±60.1 10.5±0.9 t值 1.615 1.356 1.786 -1412.400 -35.378 -35.378 P值 0.144 0.179 0.185 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001

表4 A、B两组患者腹主动脉CTA评分比较M（Q1～Q3）

3 讨论

本研究在使用低辐射剂量低造影剂用量、浓度与注射速率的前提下，可获得满足影像诊断的图像。A组患者各层面平均CT值与B组患者各层面平均CT值（P＜0.001)具有统计学意义，各层面SNR、CNR与图像评分（P＞0.05）皆无统计学意义，A组患者平均CTDIvol、DLP、ED皆具有统计学意义。

电离辐射所致的DNA双链结构断裂被认为是可造成细胞死亡、染色体畸变及诱发癌症的一种最严重的损害表现[5-6]。细胞对于DNA双链结构断裂的最早反应之一就是形成H2AX组蛋白异型的磷酸化形式—γ-H2AX，而CT辐射则会引起这种反应[7]。本研究A组患者CTDIvol、DLP、ED分别较B组患者下降51%、48%、48%，本次研究所用的低辐射剂量扫描方法大大的降低了患者腹部CTA检查所受的ED，从而降低辐射损伤的发生。虽然最大程度的降低患者检查所受辐射剂量具有重要意义，但随着辐射剂量的降低，图像质量会出现下降，医学影像质量是以解决患者问题为准，在不影响疾病诊断的前提下应允许适度噪声的存在[8]。刘义军等[9]的48例BMI≤22 kg/m2患者的腹部CTA研究中得出，在低辐射剂量扫描条件下CT值、噪声会出现提升，本研究在低辐射剂量的同时下使用低造影剂剂量、浓度与流速（50 mL、320 mgI/mL、3 mL/s），出现了血管内CT值、噪声上升的现象，但亦可获得满足诊断条件的图像，造成此现象的主要原因是由于碘在原子序数排列中的特性，适当降低管电压后越接近碘的结合能，能够更好地吸收X线，增加强化后血管的CT值[10-11]。A组中各层面CT值皆大于B组主要是因为管电压下降时更能接近碘的K缘（33.2 keV），此时碘的X线吸收主要以光电吸收为主，分别在一个较低的kVp和120 kVp能下扫描，较低的kVp者的影像碘密度比120 kVp时显著增强，从而使得图像对比度增加[12-14]。

本研究中A组碘摄取量比B组降低40%且图像质量无明显下降。大剂量对比剂的使用不仅增加了患者的经济负担，还可能引起CIN，Yang等[15]对CIN的分子机制及其与碘造影剂体外的研究中指出，成人腹部CTA静脉使用370 mgI/mL浓度造影剂总用量应低于50 mL、350 mgI/mL浓度造影剂总用量应低于80 mL为安全且图像满足诊断，但在320 mgI/mL浓度时未有建议，本次研究使用320 mgI/mL浓度、造影剂总用量为50 mL时可获得满足诊断图像。同时血管内过高的药物浓度反而不利于血管内细节的观察[16-17]，增加漏诊的可能。本次研究中使用了较低的造影剂剂量、浓度与流速很好的减缓了这一问题的发生，且图像满足诊断，原因是因为血管的强化程度主要取决于对比剂浓度与速率，与血管强化程度呈正相关[18-19]。曹建新等[20]的120例分组研究中发现，在相同造影剂浓度的条件下，100 kV、250 mAs与120 kV、200 mAs条件图像质量均未出现明显下降。本次研究A组100 kV管电压，200 mAs、且低浓度、低流速的情况下较B组患者图像质量亦无明显差异，本次研究中A组血管CT值较B组上升约26%，虽然辐射剂量的下降不可避免的导致CT值的上升，但未对CTA血管图像内部结构造成影响，且低剂量造成的噪声增加可以通过血管内CT值的上升优化其CTA的SNP。并且此次使用较低的造影剂浓度与流速可减少药物的粘稠度与药物注射时的血管压力，降低在高压注射器注射期间血管破裂的几率。此扫描方案在临床上并无增加额外工作程序，操作简单并可减少辐射对患者造成的伤害与避免二次检查的风险。综上所述：在BMI≤ 24 kg/m2的人群中进行全腹部CTA检查时应使用低辐射剂量、低造影剂剂量、浓度与流速的方案进行扫描。

本次研究的不足主要在于未纳入高BMI人群与未对患者进行CIN随访监测，低造影剂剂量、浓度对降低CIN发生率的影响程度需要进一步追踪证实。且本次研究中的扫描条件与注射方案是否为最低剂量仍需进一步探究。

总之，在进行全腹部CTA检查时应先测量患者BMI数值，在BMI≤24 kg/m2的人群中使用低管电压、管电流，造影剂剂量、浓度与注射速率的扫描方式进行血管成像可获得满足诊断的图像且明显降低患者所受ED与患者碘对比剂使用总量。