宝石能谱CT双低检查技术在颅脑CTA中的应用研究

徐军，张又新，吴红英，胡孝梨，雷子乔，罗昆

颅脑CTA是临床常用的影像检查方法，常规检查辐射剂量较大，存在着潜在的辐射危害，同时还需要较快的流率注射较高浓度和较大剂量的对比剂来维持血管内的浓度，满足图像后处理和诊断需要，对于需要行造影检查的肾功能不全患者，应尽可能减少对比剂剂量以降低对比剂肾病发生的概率[1-3]。但减少对比剂剂量易造成血管显影浅淡或浓度不均，影响图像质量和诊断[4]。而宝石能谱CT拥有低keV单能量成像和自动能谱协议选择等技术，可以改善图像质量，提高血管CT值和对比度，可以根据患者的体型和图像质量需求个性化患者的辐射剂量和扫描参数，从而可以降低对比剂剂量和辐射剂量[5-6]。本研究旨在初步探讨宝石能谱CT双低检查技术在颅脑CTA检查中的应用价值。

材料与方法

1.研究对象

前瞻性搜集2021年1月-4月本院临床怀疑或诊断为脑血管病变，症状为头晕、头痛、肢体活动障碍等，接受头颅CTA检查的120例患者，按照数字表法随机分为常规剂量组及能谱低剂量组，每组各60例。常规剂量组男35例，女25例，年龄20～80岁，平均(56.87±13.61)岁。能谱低剂量组男31例，女29例，年龄18～92岁，平均(53.45±14.80)岁。所纳入对象排除严重肝肾功能不全、严重失代偿心功能不全、BMI>28 kg/m2的患者。

2.检查方法

采用GE Discovery CT750 HD64排螺旋CT扫描仪。两组扫描方式：常规剂量组采用常规螺旋扫描模式，自动管电流技术，管电压为120 kVp QC(混合能量)；能谱低剂量组采用宝石能谱成像(gemstone spectral imagine，GSI)扫描模式，自动能谱协议选择(automatic spectral imaging mode selection，ASIS)技术，管电压为80 kV和140 kV瞬时(0.5 ms)切换，扫描时自动重建65 keV单能量图像。两组其他扫描参数相同：噪声指数NI为15，探测器宽度40 mm，螺距0.984:1，机架旋转速度0.5 s/r，扫描范围为颅底至颅顶，两组数据均进行0.625 mm层厚的重建，重建算法ASIR设为50%，并将重建数据传输至AW4.6工作站。

3.对比剂注射方案

采用拜耳Stellant-D高压注射器。对比剂采用碘克沙醇(320 mg I/mL)，扫描前两组均采用15 mL的对比剂和20 mL的生理盐水进行小剂量团注测试，估算出对比剂到达靶血管的峰值时间T。扫描时常规剂量组按体重0.7 mL/kg注射对比剂，流率4.0 mL/s，扫描时间为峰值时间T+2～3 s 。能谱低剂量组按体重0.5 mL/kg注射对比剂，流率3.0 mL/s，扫描时间为峰值时间T+1～2 s，扫描后重建出最佳单能量65 keV的图像。

4.图像重建和后处理分析

所有原始扫描数据均传至AW 4.6工作站进行图像后处理，重组方法采用 MPR、MIP、CPR 及 VR 等。分别在颈椎2～3椎间盘层面、大脑中动脉层面、窦汇层面以及枕骨大孔层面测量右颈内动脉、右大脑中动脉M1中段、窦汇和右侧颞肌的强化CT值，测量兴趣区(ROI)的面积为血管或肌肉横断面积的1/2～2/3，以右侧颞肌处ROI的标准差(standard deviation，SD)为背景噪声，计算图像对比噪声比(contrast noise ratio，CNR)及信噪比(signal noise ratio，SNR)。CNR=(CT值右大脑中动脉-CT值右侧颞肌)/SD；SNR=CT值右大脑中动脉/SD。并且记录患者的辐射剂量，包括容积剂量指数(CT dose index volume，CTDIvol)，剂量长度乘积(dose length product，DLP) ，根据DLP计算有效剂量(effective dose，ED)。ED=k×DLP，k=0.0021 mSv/mGy·cm[7]。

5.图像质量及评价

图像质量评价参照文献标准[8]，以大脑中动脉分支的显示情况为代表，采用MIP方法重建，以4分法进行评价：4分，能清楚显示MCA段2级以上分支；3分，能清楚显示MCA的一级分支；2分，能清楚显示M1段，M2段以上分支显示不清 ；1分，M1段显示不完全。所有图像由两名经验丰富的医生采用双盲法对图像质量作出评分，意见不一致时协商取得一致结果。

6.统计学分析

结 果

1.两组图像客观评价

两组患者在性别构成、年龄、BMI等方面差异无统计学意义(P>0.05)，见表1。

表1 两组患者的基本临床资料

两组图像的右颈内动脉和右大脑中动脉强化CT值差异没有统计学意义(P>0.05)，说明两组图像在动脉显示效果上没有差异。两组图像在窦汇CT值上差异有统计学意义(P<0.05)，说明能谱低剂量组静脉污染较常规组明显。

表2 两组图像强化CT值测量数据比较 (HU)

两组图像的SD，SNR和CNR差异均没有统计学意义(P>0.05)，见表3。

表3 两组图像SD、SNR以及CNR的测量结果比较

两组患者的辐射剂量(CTDL、DLP、ED)和对比剂总量差异有统计学意义(P<0.05)，见表4。

表4 两组患者辐射剂量和对比剂总量的数据比较

2.两组图像主观评价

两组患者检查完，均无明显不良反应，所有患者颅脑CTA显影均能满足影像诊断(图1、2)。常规剂量组图像质量评分4分40例，3分20例，能谱低剂量组质量评分4分44例，3分16例，两组所有患者右侧大脑中动脉M1或M2段显影不清的情况均没有出现。在两组患者右侧大脑中动脉显示上，主观评分差异无统计学意义(P=0.427)。

图1 能谱65 keV头部血管MIP图像。 图2 常规120 kV头部血管MIP图像。两组图像脑部的主要动脉血管及其分支均能清晰显示，评分均为4分，其中对于窦汇强化CT值，能谱组比常规组偏高，可能存在一定的静脉干扰。

讨 论

肾毒性是静脉应用对比剂的主要副作用之一，其发生率与剂量呈正相关，同时还与一些危险因素有关，如糖尿病、肾衰竭和多发性骨髓瘤等等。一般来说，行头部CTA的患者往往年龄偏大同时伴有其他风险因素，因此CTA检查时减少对比剂剂量显得尤为重要。与此同时，颅脑CTA检查也存在着潜在的辐射危害，辐射损伤可引起细胞、组织、器官甚至各个系统的变化，最终导致整体功能变化直至发生病变，因此降低辐射剂量同样具有重要意义。

宝石能谱采用单源瞬时kV切换技术，高压发生器能在极短时间内完成140 kV和80 kV高低电压间的切换，几乎在同时同角度进行两个能量的数据采样，并根据这两种能量数据确定体素在40～140 keV范围内的衰减系数，获取该能量范围内的101个单能量图像[9]。与常规CT图像相比，宝石能谱单能图像能有效地减少射线硬化伪影，具有更好的图像质量、SNR和CNR，还可以提供丰富的影像学信息，实现物质组成成分的初步分析及物质分离，并产生物质分离图，能够为临床提供更多的有价值信息，提高诊断符合率，此外宝石能谱CT还采用了全新的图像重建方法即ASIR重建算法，能在保证图像质量的前提下实现更低的辐射剂量[10]。

宝石CT的自动能谱协议选择扫描模式可根据患者体型选择最优化的扫描参数，使患者辐射剂量个体化[11]。另外Bogot等[12]和Johnson等[13]研究表明，颅脑CTA在单能量65 keV下能提高血管和周围组织的对比，增强血管显示效果。因此本研究主要基于这两点，重建65 keV单能量图像，通过最佳单能量成像及自动能谱协议选择技术来降低对比剂剂量和辐射剂量，旨在达到与常规CT能有同样的血管显影效果和图像质量，并探讨其在颅脑CTA检查中的应用价值。

本研究采用的是小剂量团注测试技术，这个方法简单直观，通过测出靶血管的时间-密度曲线，得到对比剂到达颅脑动脉的峰值时间，可以精确延迟时间，利于把握准确的扫描时机，获得更好的图像质量[14]。但是在一定程度上增加了患者对比剂的剂量，以致对比剂总剂量只降低了约25%。另外在实验结果中，能谱低剂量组的窦汇CT值较常规组要高出许多，并且差异具有统计学意义，这说明能谱低剂量组扫描的颅脑CTA静脉窦污染较常规组要严重一些，究其原因可能跟对比剂的流率降低有关，导致靶血管的峰值时间推后，扫描时间较晚而静脉提前显影。其次，本研究没有采用个体化的注射方案，而是两组分开按照统一的流率注射对比剂，对于体重过大的患者，就会存在注射流率不足，从而导致颅内动脉血管充盈不佳，对比剂浓度不高，增强效果不明显，而需要增加对比剂剂量。相反，对于体重过轻的患者，对比剂的注射流率过高，血管强化CT值明显，易造成对比剂剂量使用过多。最终会导致两组患者的血管强化CT值不均衡，标准差大。

当然本研究也有其优点。第一，收集的病例患者全部来自于急诊科室，患者身体状况较差，采用的对比剂是安全性最高的等渗非离子型对比剂碘克沙醇，在临床检查中不易发生过敏反应，已有大量数据研究证实。第二，本研究采用的“小剂量团注测试+低对比剂剂量”的方式，能够有效预防或减轻对比剂渗漏，降低对比剂渗漏风险。第三，采用了能谱最佳单能量成像和自动能谱协议选择技术，降低了患者的对比剂剂量和辐射剂量，在实验结果中，能谱组较常规组的对比剂剂量降低约25%，辐射剂量降低了约55%，其中属辐射剂量降低最为明显。因此本研究在临床检查中也具有一定的参考价值。

总之，本研究证实了运用宝石能谱CT最佳单能量成像结合自动能谱协议选择技术在颅脑CTA检查中可以降低患者的对比剂剂量和辐射剂量，且与常规扫描模式相比，可有相同的动脉显示效果以及信噪比。