低管电压联合低剂量对比剂在头颈部CT血管成像中的应用

余甲乐，刘峰，邢杰，赵怡程，隋想，郁万江

青岛大学附属青岛市市立医院放射科，山东 青岛 266000；*通信作者 郁万江 yuwj169@sina.com

头颈血管疾病是造成脑缺血和出血的重要原因，近年发病呈年轻化趋势，及早发现并做出相应临床干预，能够有效减少脑缺血和出血的发生[1]。CT血管成像（CTA）是头颈血管疾病的首选检查方法[2]。常规头颈部CTA扫描一般需要用高剂量、高浓度对比剂以获得高质量血管图像[3]。然而，大剂量使用对比剂增加了不良反应和对比剂肾病的风险[4]。保证图像质量的同时，减少CTA检查中受检者对比剂用量和辐射剂量一直是研究者关注的热点。既往大部分低管电压联合低剂量对比剂的研究使用对比剂用量较大。本研究在头颈部CTA检查时采用低管电压以及更低对比剂用量，探讨该方法的可行性。

1 资料与方法

1.1 研究对象 前瞻性收集2020年6月—2021年5月于青岛市市立医院行头颈血管CTA检查的120例患者，按随机数字表法分成A、B、C组，每组40例。A组男25例，女15例，年龄39～79岁，平均（63.8±9.8）岁；B组男28例，女12例，年龄51～88岁，平均（68.8±9.7）岁；C组男32例，女8例，年龄38～85岁，平均（64.0±12.0）岁。纳入标准：心、肺、肝、肾功能正常。排除标准：体重指数（body mass index，BMI）＞25 kg/m2，注射速度不能达到5 ml/s，碘对比剂过敏，合并严重心、肝、肾等器官功能障碍，合并严重甲状腺功能亢进，有精神、认知障碍不能配合者，头颈部血管严重狭窄者。本研究经青岛市市立医院医学伦理委员会批准（2021临审字第105号），所有检查者均签署知情同意书。

1.2 检查方法 采用GE Discovery CT 750HD，采用Me-drad双筒高压注射器。对比剂使用碘普罗胺370 mgI/ml，经右肘正中静脉注射。扫描参数：螺距1.375∶1，转速0.5 s，探测器宽度40 mm，重建层厚0.625 mm，矩阵512×512。

受检者取仰卧位，头先进，双手放于身体两侧，头部用约束带固定，去除金属异物，检查前嘱受检者检查过程中平静呼吸，勿做吞咽动作。扫描范围自主动脉弓下缘至颅顶，采用尾头方向扫描。3组均采用小剂量测试法，常规组（A组）：测试管电压100 kV，扫描管电压140 kV，管电流590 mA，测试对比剂20 ml，扫描对比剂50 ml；B组：测试和扫描管电压均为100 kV，管电流700 mA，测试对比剂20 ml，扫描对比剂20 ml，C组：测试和扫描管电压为80 kV，其余同B组。3组对比剂注射速度均为5 ml/s，且每次注射对比剂后均以相同速度注射20 ml生理盐水。3组小剂量监测位置均置于主动脉弓，注入对比剂后10 s开始监测，每2 s监测1次，根据时间-密度曲线计算扫描启动时间，扫描启动时间=所测峰值时间+注射时间差－（1/2扫描时间），其中注射时间差=正式扫描注射药物时间－测试注射小剂量时间[5]。扫描结束将数据传至后处理工作站AW 4.6进行容积再现（VR）、最大密度投影（MIP）和曲面重组（CPR）等后处理。

1.3 图像评估

1.3.1 主观评估 由2名经验丰富的放射科主治医师采用双盲法对图像和重建的VR和MIP图像进行主观评分。参考黄涛等[6]的5分制评分标准，3分以上认为满足临床诊断。

1.3.2 客观测量 测量小剂量监测层面主动脉弓CT值，测量扫描主动脉弓层面主动脉、上腔静脉CT值以及同层面胸大肌CT值和背景噪声（standard deviation，SD），测量左右颈总动脉、左右颈内动脉CT值，测量右颈总动脉分叉层面血管CT值和该层面椎旁肌CT值、SD，测量左右大脑中动脉起始段层面左右大脑中动脉、静脉窦、脑实质CT值和SD。测量感兴趣区，大小：主动脉弓为（50±2）mm2，上腔静脉和同层面胸大肌为（20±2）mm2，颈总动脉和颈内动脉为（4±2）mm2，右颈总动脉分叉处和同层面肌肉为（10±2）mm2，大脑中动脉起始处和同层面静脉窦为（2±2）mm2，脑实质为（20±2）mm2。测量血管CT值时感兴趣区置于血管中央，避开钙化、斑块、狭窄等区域。计算主动脉弓层面、右颈总动脉分叉层面、右大脑中动脉起始段层面信噪比（SNR）、对比噪声比（CNR）：SNR=CT血管/SD血管，CNR=（CT血管－CT肌肉）/SD肌肉。

辐射剂量：每次检查完毕后记录CT容积剂量指数（CT volume dose index，CTDIvol）、剂量长度乘积（dose length product，DLP），计算有效辐射剂量（effective dose，ED）：ED=DLP×K，欧洲CT质量指标K=0.0031 mSv/（mGy·cm）[7]。

1.4 统计学方法 采用SPSS 26.0软件，计数资料采用例表示，组间比较采用χ2检验。图像主观评分比较采用Kruskal-WallisH检验，正态分布的计量资料以±s表示，多组间比较采用单因素方差分析，两两比较采用LSD法。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料比较 3组患者性别、年龄、身高、体重、BMI、扫描范围差异均无统计学意义（P＞0.05），见表1。

表1 3组患者临床资料比较（±s）

表1 3组患者临床资料比较（±s）

组别例数性别（男/女，例）年龄（岁）身高（cm）体重（kg）BMI（kg/m2）扫描范围（mm）A组 40 25/15 63.8±9.8 168.0±8.4 66.3±9.1 23.4±1.8 338.1±18.8 B组40 28/12 68.8±9.7 167.6±6.8 66.5±6.7 23.6±1.4 336.9±26.4 C组 40 32/8 64.0±12.0 168.6±6.9 66.7±7.0 23.4±1.5 338.5±18.9 χ2/F值2.99 1.99 0.17 0.03 0.18 0.06 P值 0.23 0.06 0.85 0.98 0.84 0.94

2.2 图像质量评价 C组有2例评分低于3分，未达到诊断要求，其余均满足诊断要求（表2），3组评分中位数均为4分，3组总体差异无统计学意义（H=5.337，P=0.069）。3组血管VR和MIP图像见图1～3。

图1 女，74岁，身高165 cm，体重60 kg，BMI 22.04 kg/m2，对比剂碘普罗胺370 mgI/ml，流速5 ml/s，测试剂量20 ml，正式扫描剂量50 ml，电压140 kV，主观评分4分。A. VR图像正面观血管走行清晰；B. MIP图像正面观显示血管清晰

图2 女，69岁，身高160 cm，体重60 kg，BMI 23.44 kg/m2，对比剂碘普罗胺370 mgI/ml，流速5 ml/s，测试剂量20 ml，正式扫描剂量20 ml，电压100 kV，主观评分4分。A.VR图像正面观血管走行清晰；B. MIP图像正面观显示血管清晰

图3 女，70岁，身高155 cm，体重52.5 kg，BMI 21.85 kg/m2，对比剂碘普罗胺370 mgI/ml，流速5 ml/s，测试剂量20 ml，正式扫描剂量20 ml，电压80 kV，主观评分4分。A. VR图像正面观血管走行清晰；B. MIP图像正面观显示血管清晰

表2 3组图像主观评分分布（例）

2.3 3组各段血管CT值比较 C组主动脉弓、颈总动脉、颈内动脉、大脑中动脉CT值均大于A、B组，B组各段血管CT值小于A组，但其双侧颈总动脉和双侧颈内动脉CT值均＞300 Hu，可满足诊断要求（表3）。

表3 3组患者各段血管CT值比较（Hu，±s）

表3 3组患者各段血管CT值比较（Hu，±s）

注：a与A组比较，P＜0.05；b与B组比较，P＜0.05

血管A组（n=40）B组（n=40）C组（n=40）F值P值测试主动脉弓 326.8±55.2 331.2±54.9 396.3±55.0ab 19.99 ＜0.001主动脉弓306.4±42.9 288.0±48.4 348.9±51.8ab 17.04＜0.001左颈总动脉 358.5±50.7 317.4±50.8a 374.4±61.5b 11.61 ＜0.001右颈总动脉355.2±46.3 314.8±51.0a 370.9±58.4b 12.36＜0.001左颈内动脉 363.7±50.6 319.0±52.3a 381.8±58.5b 14.39 ＜0.001右颈内动脉357.6±48.6 319.3±54.4a 386.1±63.5ab 14.44＜0.001左大脑中动脉 330.9±39.7 291.7±45.8a 353.1±52.3ab 18.08 ＜0.001右大脑中动脉330.1±40.1 292.5±45.6a 356.4±53.6ab 18.87＜0.001上腔静脉 191.7±116.5 130.3±37.0a 134.3±32.3a 8.86 ＜0.001静脉窦204.2±51.4 138.9±25.6a 146.2±26.1a 38.56＜0.001

A组与B组比较，除主动脉弓外，其余血管CT值差异均有统计学意义（P＜0.05）；A组与C组比较，双侧颈总动脉和左侧颈内动脉CT值差异无统计学意义（P＞0.05），其余血管CT值差异有统计学意义（P＜0.05）；B组和C组比较，各段血管CT值差异均有统计学意义（P＜0.05）。A组测试阶段管电压同B组管电压，且对比剂用量均为20 ml，因此A组和B组测试主动脉弓CT值差异无统计学意义（P＞0.05）。A组上腔静脉和静脉窦CT值大于B、C组，差异有统计学意义（P＜0.05），B、C组间差异无统计学意义（P＞0.05）。3组各段血管CT值频数分布见图4。

图4 3组各段血管CT值频数分布（A、B、C分别为A、B、C组）

2.4 3组图像SNR和CNR比较 3组主动脉弓层面、右颈总动脉分叉层面SNR、CNR以及右大脑中动脉起始层面CNR差异有统计学意义（P＜0.05）；B、C组主动脉弓层面和右颈总动脉分叉层面SNR、CNR均低于A组（P＜0.05）。B、C组右大脑中动脉起始层面CNR与A组比较，差异有统计学意义（P＜0.05）；B组和C组比较，右大脑中动脉起始层面CNR差异有统计学意义（P＜0.05），见表4。

表4 3组患者图像SD、SNR、CNR及辐射剂量比较（±s）

表4 3组患者图像SD、SNR、CNR及辐射剂量比较（±s）

注：SD为背景噪声，SNR为信噪比，CNR为对比噪声比，CTDIvol为CT容积剂量指数，DLP为剂量长度乘积，ED为有效辐射剂量；a与A组比较，P＜0.05；b与B组比较，P＜0.05

项目A组（n=40）B组（n=40）C组（n=40）F值P值主动脉弓层面SD 22.5±4.9 29.7±4.4a SNR 14.1±3.1 9.9±2.1a CNR 19.5±5.7 11.7±3.9a 40.0±5.4ab 127.80＜0.001 53.71＜0.001 42.79＜0.001 8.9±1.7a 11.0±4.0a右颈总动脉分叉层面SD 10.6±4.0 12.0±4.1 SNR 40.3±17.2 30.3±11.6a CNR 51.5±15.7 26.9±11.5a 17.7±6.1ab 24.14＜0.001 11.25＜0.001 62.33＜0.001 25.8±12.8a 25.0±6.4a右大脑中动脉起始层面SD 14.8±7.2 17.1±10.3 SNR 29.0±17.2 22.7±16.6 CNR 33.3±9.2 19.3±5.7a 18.6±7.9a 2.08 0.13 1.16 0.32 75.02＜0.001 25.2±21.6 16.0±4.2ab CTDIvol（mGy） 110.0±15.4 96.2±13.3a 50.5±12.5ab 204.48 ＜0.001 DLP（mGy·cm）1 010.1±30.3 527.2±46.6a 283.5±18.8ab 4 776.33＜0.001 ED（mSv） 2.32±0.07 1.63±0.14a 0.88±0.06ab 2 154.99 ＜0.001

2.5 辐射剂量比较 C组辐射剂量明显低于A组、B组（P＜0.05），见表4。B组较A组ED下降29.74%，C组较B组下降46.01%，C组较A组下降62.07%。

3 讨论

头颈部CTA是头颈血管疾病的首选检查方法，为临床提供优质图像的同时，减少受检者的受照剂量和对比剂总量，降低对比剂不良反应、对比剂肾病发病风险对影像技师尤为重要[8-9]。既往多数研究通过降低管电压以减少辐射剂量，使用低剂量对比剂的研究也有很多，但其剂量仍然相对较大。本研究联合低管电压和低剂量对比剂，显示其实际应用具有可行性。

3.1 图像质量分析 X线为低能光谱射线，与对比剂的相互作用是以光电效应为主，降低管电压，X线光子能量也随之下降，光电效应会随之增加，因为低管电压下X线输出的能量更接近碘K边缘33 keV[10-11]。本研究中，与100 kV和140 kV相比，80 kV管电压的X线光子能量与碘的结合更加接近，产生的光电效应也更强，所得CT值更高。单纯降低管电压，图像噪声增加，图像质量下降[12]，尤其体型大的受检者更为显著，因此本研究排除BMI＞25 kg/m2者，并将管电流设置700 mA较高值，减小因降低管电压造成图像质量下降的影响。

既往研究显示管电流对检查者CT值无明显影响，因此增加电流并不会影响CT值结果[13]。杨正彬等[14]研究显示，头颈部CTA血管CT值≥300 Hu可满足诊断。本研究中，B组各段血管平均CT值约为300 Hu，虽低于A组，但可满足诊断要求；C组血管平均CT值较B组明显增大，并大于A组。本研究以3个层面比较SNR和CNR，B组和C组SNR、CNR均低于A组，B、C组间无显著差异。主观评分显示3组均基本满足诊断需求。

3.2 辐射剂量分析 CT辐射剂量与管电压的平方成正比，降低管电压减少辐射剂量效果明显[15]。管电流也影响辐射剂量，但其影响强度远不及管电压。以往头颈部CTA研究中，常用管电压为100 kV，低管电压组采用80 kV的研究较多[16-17]。本研究B、C组分别采用100 kV、80 kV，结果显示3组辐射剂量两两比较均有显著差异，与A组相比，B、C组辐射剂量明显降低，尤其C组ED比A组降低62.07%、较B组降低46.01%，辐射剂量大幅度下降。

3.3 对比剂用量分析 以往研究中，大多数采用智能触发方法降低管电压和对比剂用量，但对比剂用量基本为30～45 ml[18-19]，仍然相对较多。团注测试研究中大多会选择减少正式扫描的对比剂用量，杨正彬等[20]的研究中正式扫描使用45 ml对比剂。也有少部分研究通过减少测试剂量减少对比剂用量，陶黎等[21]在头颈部CTA中用4 ml对比剂测试，50 ml对比剂扫描，可以达到理想图像。

本研究A组测试对比剂20 ml，扫描对比剂50ml，B组和C组的测试和扫描对比剂均为20 ml，扫描对比剂用量低于以往大部分研究。B、C组上腔静脉和静脉窦CT值小于A组，B组对比剂得到更充分的利用。在现设的机器扫描参数下，头颈部CTA的扫描时间约为3.6 s，而A组以5 ml/s的速度注射50 ml对比剂，注射时间为10 s，有一部分对比剂并未得以利用，造成浪费，由此B、C组对于对比剂的利用较A组具有优势。

3.4 本研究的局限性 ①本研究纳入样本量有限，且女性较少；②扫描参数管电流未使用自动管电流，且设置值较高；③实验组扫描采用固定对比剂用量20 ml，没有个体化；④C组2例主观评分未达到诊断要求，后期可以探究改变迭代函数能否提高图像质量。

总之，采用80 kV管电压、20 ml小剂量测试，扫描20 ml对比剂的方法行头颈部CTA可行，可在满足临床诊断要求的同时，减少受检者的受照辐射剂量和对比剂总量，降低对比剂肾病发病风险和对比剂不良反应风险。