宝石能谱成像不同噪声指数肝脏CT血管造影联合不同浓度对比剂用于超重及肥胖患者

赵 赛，刘治超，马泽鹏，张天乐，赵永霞

(河北大学附属医院放射科，河北 保定 071000)

肝脏CT血管造影(CT angiography, CTA)可非侵入性评价肝脏血管状况[1]，但存在电离辐射损伤及对比剂肾病相关风险[2-3]。对超重[24 kg/m2≤体质量指数(body mass index, BMI)<28 kg/m2]或肥胖(BMI≥28 kg/m2)患者行肝脏CTA时，需以更高的辐射剂量和碘摄入量来保持图像质量。能谱CT为优化图像和降低碘对比剂摄入量提供了选择空间[4]。宝石能谱成像(gemstone spectral imaging, GSI)噪声指数(noise index, NI)与辐射剂量呈负相关。本研究基于GSI采用不同NI联合不同浓度对比剂对超重及肥胖患者行肝脏CTA，观察图像质量、辐射剂量和碘摄入量，以筛选最佳参数组合。

1 资料与方法

1.1 一般资料 前瞻性收集2021年9月—2022年1月90例于河北大学附属医院接受肝脏CTA患者，男44例、女46例，年龄28～78岁、平均(51.3±12.5)岁；BMI 25.11～29.98 kg/m2，平均(26.73±1.61)kg/m2；均无肝、脾及消化系统手术史；随机分为A、B和C组，每组30例。排除碘过敏史、腹部疾病影响相应血管走行及分布、心肝肾等重要器官功能不全者。本研究经院伦理委员会批准(批准号：HDFY-LL-2020-11)，检查前患者均签署检查知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用GE Revolution能谱CT机、能谱扫描方式行肝脏CTA，范围自膈顶至肝脏下缘0.5 cm。采用GSI管电流辅助调制技术，管电流200～485 mA，层厚5 mm，转速0.5 s/rot，SFOV 50 cm×50 cm，探测器宽度80 mm，螺距0.992∶1，分别设置A、B及C组NI值为7、11和15。平扫结束后经右肘正中静脉以流率4.0 ml/s团注对比剂[A、B、C组分别为碘帕醇(370 mgI/ml)、碘海醇(350 mgI/ml)、碘佛醇(320 mgI/ml)]1.2 ml/kg体质量，跟注40 ml生理盐水，以阈值智能追踪技术自动触发扫描，监测ROI置于腹主动脉腹腔干水平层面，阈值130 HU，延迟5.9 s行动脉期扫描，于动脉期结束30 s及47 s分别行门静脉期及肝静脉期扫描。之后采用后置50% ASiR-V重建40～60 keV(间隔5 keV)单能量水平图像，层厚和层间距均为0.625 mm；将图像传导至GE工作站，行最大密度投影(maximal intensity projection, MIP)和容积再现，对比观察各组肝动脉、门静脉及肝静脉等。

1.3 评价图像质量 对单能量水平图像质量进行客、主观评价，筛选最佳单能量图像。

1.3.1 客观评价 分别于腹腔干动脉及肝右静脉放置面积为5 mm2、于门静脉主干及同层面竖脊肌和腹壁皮下脂肪放置面积为10 mm2的ROI，测量其CT值及标准差(standard deviation, SD)，以SD值为图像噪声，反复测量3次，取平均值，并计算其对比度噪声比(contrast-to-noise ratio, CNR)，即CNR=(CT值血管-CT值竖脊肌)/SD腹壁脂肪。

1.3.2 主观评价 由2名具有10年以上工作经验的影像科医师采用双盲法、参考5分值评价标准[5-6]分别评价肝动脉、门静脉和肝静脉的边缘清晰度、图像噪声、显示血管分支及血管与肝实质对比度，取2名医师各项评分的均值进行分析。血管边缘清晰度：5分，非常锐利；4分，较锐利；3分，一般；2分，边缘欠清晰；1分，边缘模糊。图像噪声：5分，几乎无噪声；4分，轻微噪声；3分，中度噪声；2分，重度噪声；1分，严重噪声，不能诊断。显示血管分支：将显示腹腔干定为1级(1分)、肝总动脉为2级(2分)、肝固有动脉为3级(3分)，肝固有动脉以远分支每多显示一级则增加1分；显示门静脉、肝静脉主干为1分，主干1级属支为2分，每多显示一级属支则增加1分，最高评分为5分。肝脏血管与肝实质对比度：5分，优；4分，良；3分，一般；2分，较差；1分，差。主观评分≥3分为达到临床诊断标准。

1.4 评估辐射剂量及碘摄入量 记录容积CT剂量指数(volume CT dosimetry index, CTDIvol)，计算患者体型特异性剂量估算值(size-specific dose estimate, SSDE)[7]；计算碘摄入量：碘摄入量(g)=[患者体质量(kg)×1.2 ml/kg×对比剂浓度(mgI/ml)]/1 000。

1.5 统计学分析 采用SPSS 26.0统计分析软件。以±s表示符合正态分布的计量资料，以中位数(上下四分位数)描述不符合正态分布者，多组间比较采用单因素方差分析或Kruskal-WallisH检验，以LSD-t或Nemenyi法行两两比较。以χ2检验比较计数资料。以Kappa检验分析观察者间主观评价图像质量结果的一致性：Kappa>0.75为一致性较好，0.40～0.75为一致性一般，<0.40为一致性较差。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 患者一般资料 3组年龄、性别及BMI差异均无统计学意义(P均>0.05)，见表1。

表1 90例接受肝脏CTA的超重或肥胖患者一般资料比较

2.2 筛选肝脏CTA最佳单能量图像 观察者间对各组图像质量主观评价结果的一致性较好(Kappa=0.84)。A、B、C组40～60 keV单能量图像中，肝动脉、门静脉和肝静脉CT值(A组F值=55.50、242.44、165.34，B组F值=48.37、77.81、106.38，C组F值=64.15、88.33、164.00)及SD值(A组F值=201.72、82.49、77.46，B组F值=170.83、51.70、71.10，C组F值=135.89、84.56、41.12)均随keV增加而降低(P均<0.001)。3组间CNR(A组F值=4.75、17.23、9.18，B组F值=6.64、6.14、22.95，C组F值=5.68、13.18、6.93)及主观评分(A组H值=34.71、27.43、20.87,B组H值=34.65、22.32、29.64,C组H值37.82、27.11、25.70)总体差异均有统计学意义(P均<0.05)；各组内不同单能量图像之间，肝动脉、门静脉及肝静脉CT值两两比较差异均有统计学意义(P<0.001)。各组肝脏CTA最佳单能量水平均为40 keV。

2.3 最佳单能量图像质量 各组40～60 keV单能量图像中，不同单能量图像间肝动脉、门静脉及肝静脉SD值两两比较差异均有统计学意义(P均<0.001)。各组间40 keV单能量图像中的肝动脉、门静脉和肝静脉的CT值、SD值、CNR及主观评分总体差异均无统计学意义(P均>0.05)，主观评分均>3分，均达到临床诊断要求。见表2及图1。

图1 40 keV单能量肝脏CTA轴位MIP图 A～C.A组患者，女，51岁，肝占位，BMI=29.95 kg/m2，肝动脉(A)、门静脉(B)和肝静脉(C)主观评分分别为4.75、4.50和4.50； D～F.B组患者，男，45岁，肝S4段小囊肿，BMI=28.41 kg/m2，肝动脉(D)、门静脉(E)和肝静脉(F)主观评分分别为4.63、4.50及4.38； G～I.C组患者，女，51岁，肝囊肿，BMI=27.82 kg/m，肝动脉(G)、门静脉(H)和肝静脉(I)主观评分分别4.75、4.50及4.50

表2 各组40 keV单能量图像质量客观及主观评价比较

2.4 辐射剂量及碘摄入量 3组间SSDE(F=370.87)及碘摄入量(F=12.40)总体差异均有统计学意义(P均<0.05)；A组SSDE及碘摄入量[(48.02±4.1)mGy、(33.31±4.45)g]均高于B组[(24.31±3.15)mGy、(30.21±3.58)g]及C组[(19.01±1.27)mGy、(28.57±3.72)g，P均<0.05],B组均高于C组(P均<0.05)。

3 讨论

CTA的高辐射剂量日益引起关注，而超重及肥胖患者面临更高电离辐射风险。NI是平衡图像质量与辐射剂量的参数，NI越大，则辐射剂量越小，但SD值也越高，反之亦然。GSI 的NI是启用管电流辅助模式后所预置，系统根据NI、扫描参数(尤其层厚及螺距)、患者体型及扫描范围选择最佳设置，以优化辐射剂量[8]。本研究基于GSI对A、B、C组超重或肥胖患者采集肝脏CTA，分别设置NI为7、11、15(相同层厚)，发现B、C组SSDE均较A组降低，C组SSDE较B组降低。

对儿童及低BMI人群采用低管电压行CTA可减少受检者辐射剂量和碘摄入量[9-10]，但当BMI≥25 kg/m2时，低管电压可致噪声增大而影响图像质量。GSI生成的低单能量(40～70 keV)图像可凸显血管与周围组织的对比度，提高显示血管能力[11]，但图像SD值会随keV下降而增加，故需在控制SD值的前提下优化扫描参数，筛选显示肝脏血管与周围组织最佳对比度的keV。既往研究[12]表明，51 keV为显示肝动脉、门静脉及肝静脉的最佳单能量水平。本研究各组不同单能量图像中，肝动脉、门静脉和肝静脉CT及SD值均随keV增加而降低，而40 keV单能量图像CNR及主观评分均较高，故以40 keV为最佳单能量水平。本研究采用ASiR-V迭代重建算法以降低噪声、提高低对比度和减少重建图像伪影[13-14]，采用后置50% ASiR-V行图像重组，可在能量水平40～45 keV图像中达到肝脏血管对比度和SD值的最佳平衡；各组间40 keV单能量图中肝动脉、门静脉和肝静脉的主、客观评价总体差异均无统计学意义，图像均达到临床诊断要求。

碘浓度是影响CTA图像质量的重要因素之一[15]，增加对比剂浓度、剂量及加快注射流率可提高图像质量。GSI能准确检测含量低至0.5%的碘，减少碘摄入量；GSI最佳单能量水平结合低浓度碘对比剂可减少CTA中超重及肥胖患者碘摄入量。本研究B、C组碘摄入量均低于A组，C组碘摄入量低于B组，提示临床对超重及肥胖患者行肝脏CTA时，应根据BMI及图像质量需求设置GSI NI，以在获得优质图像的同时降低辐射剂量及碘摄入量。

综上，基于GSI以高NI(15)联合低浓度碘对比剂(320 mgI/ml)对超重或肥胖患者行肝脏CTA，可保证图像质量的同时降低辐射剂量和碘摄入量。本研究的局限性：①样本量小，且未观察肝脏病变对图像质量的影响；②未比较基于GSI与常规CT的肝脏CTA辐射剂量；③未根据不同GSI单能量值调整后置ASiR-V值行图像重组，有待后期深入研究。