膝关节水平小剂量测试技术在大螺距、低千伏下肢动脉CT 成像中的应用研究

胡蓝月 周文珍 王薇 许权 尚晓彤 张娅梅 赵晓静 李同

下肢动脉硬化闭塞症（peripheral arterial occlusive disease，PAOD）是中老年人常见的动脉疾病之一，易引起患者下肢慢性缺血，出现疼痛、间歇性跛行等症状，准确评估PAOD 可及时指导临床治疗，目前CT 血管成像（computed tomography angiography，CTA）是评价PAOD 的重要方法之一，其优势在于无创、简单易实现，其局限性主要是存在X线辐射。关于低辐射剂量下肢动脉CTA 的研究报道较多，其中比较成熟的技术为降低管电压［1-3］和管电流自动控制（automatic tube current modulation，ATCM）［4］技术，较新的低辐射剂量技术主要有大螺距［5］、迭代重组（iterative reconstruction，IR）［6,7］。本研究联合使用多种降低辐射剂量的技术行下肢动脉CTA 检查，包括低千伏、ATCM、大螺距、IR，旨在降低下肢动脉CTA 的辐射剂量，采用膝关节水平小剂量对比剂测试（test bolus）技术来计算大螺距下肢动脉CTA 扫描触发时间，同时评价低辐射剂量下肢动脉CTA 图像质量及辐射剂量。

资料与方法

1.临床资料

本研究回顾性分析60 例怀疑PAOD 的患者，男47 例，女13 例，平均（67±13）岁，范围39～88岁。主要临床表现为患侧肢体皮温低、疼痛、间歇性跛行、腘动脉或足背动脉搏动减弱。分为两组，每组各30 例，A 组为2022 年1 月～2022 年10 月于我院经临床诊断怀疑PAOD 的患者，其中男24 例，平均（68±12）岁，范围39～86 岁；B 组为2021 年2月～12 月于我院就诊的30 例既往连续性患者，其中男23 例，平均（66±14）岁，范围45～88 岁。排除标准：有碘剂过敏史、肝肾功能不全、髋关节置换及体质量指数（body mass index，BMI）大于等于30 kg/m2者。

2.CT 扫描技术

所有患者均采用128 层双源CT（dual-source CT，DSCT）（Definition Flash，Siemens Medical Solutions，Forchheim）行下肢动脉CTA 扫描。下肢CTA 扫描范围自腰2 椎体水平至踝关节，仰卧位，足先进方式。所有患者下肢动脉CTA 对比剂注射方案均为采用高压注射器以3 ml/s 注入80 ml 非离子对比剂碘普罗胺（370 mg I/ml）及50 ml 生理盐水。

A 组扫描参数：大螺距（3.0），80 kVp，参考管电流210 mAs，应用ATCM（Care Dose 4D，Siemens Healthcare）；层厚5 mm；准直2×64×0.6 mm。CTA扫描前先行膝关节水平Test bolus 扫描。Test bolus扫描参数为80 kVp，20 mA，延迟时间为10 s，时间间隔为2 s，对比剂总量12 ml，3 ml/s 流率，20 ml生理盐水冲洗。于双侧腘动脉可获取两条时间密度曲线，达峰时间记录为T1。对于腘动脉闭塞的患者，可于侧支循环获得时间-密度曲线。双侧峰值时间不同者，以时间长的一侧为准。下肢动脉CTA 扫描触发时间计算方法为T1+10 s。图像重组采用IR 法。

B 组扫描参数：标准螺距（1.0），120 kVp；参考管电流210 mAs，应用ATCM（Care Dose 4D，Siemens Healthcare）；层厚5 mm；准直2×64×0.6 mm。CTA 扫描采用对比剂示踪法（bolus tracking），兴趣区（region of interest，ROI）位于肾下主动脉水平，CT 值达160 HU 时，延迟时间7 s 后触发扫描。重组方法为滤过反投影法（filtered back projection，FBP）。

3.图像后处理与分析

薄层图像传输至Siemens 后处理工作站，运用多平面重组（multiplanar reformation，MPR）、最大密度投影（maximum intensity projection，MIP）、曲面重组（curve planar reformation，CPR）、容积重组（volume rendering，VR）及轴位图像观察血管。由两位有经验的阅片医师独立评价图像质量。如评估结果不一致，则通过协商达成一致。

测量下肢动脉强化CT 值对图像进行定量分析，ROI 放置时尽可能包括除管壁及斑块外的所有动脉管腔。分别于以下4 个平面进行测量：主动脉分叉（aortic bifurcation，AA）、双侧股动脉（bilateral common femoral arteries，CFA）、双侧股浅动脉中段（bilateral midsuperficial femoral arteries，SFA）以及双侧小腿中部（bilateral midcalf，CA）。计算图像信噪比（signal-to-noise ratio，SNR）及对比噪声比（contrast-to-noise ratio，CNR），计算方法分别为：

（SD：standard deviation，标准差）。图像噪声为4 个测量层面皮下脂肪噪声的平均值。

定性评价CTA 图像包括3 个解剖学区域，分别为腹髂、股腘和小腿区域。采用3 级评价体系：3级为极好，动脉强化明显，边界清晰，无明显静脉污染，可完全评价血管病变；2 级为良好，动脉强化良好，边界清晰，静脉轻度污染，可以诊断；1 级为差，动脉未充分强化，静脉污染严重，无法诊断血管病变。

4.辐射剂量

记录扫描时间、扫描长度、剂量长度乘积（dose length product，DLP）和CT容积剂量指数（volume CT dose index，CTDIvol）。

5.统计分析

使用SPSS 16.0 统计学软件，统计量采用均值±标准差描述，采用非参数Mann－Whiteney 检验进行两组图像质量评级之间的比较，采用独立t检验进行组间连续性变量的比较。P＜0.05 视为具有统计学意义。计算Cohen’s Kappa 值（κ）比较两位阅片医师评价图像质量的差异。

结果

1.图像分析

A 组的平均CT 值、平均SNR 及平均CNR 分别为（494.41±89.27）HU，50.12±19.21，43.37±16.83，均较B 组［分别为（320.52±73.29）HU、36.71±10.43、26.27±9.54］高，且具有显著统计学差异（P＜0.001），具体结果见表1。B 组的图像噪声［（9.33±3.79）HU］较A 组［（11.24±3.79）HU］低（P＜0.001）。两组间图像质量评级差异无统计学意义（表2）。A 组30 例患者均获得满足诊断图像（图1、2）。两位阅片医师图像质量评级结果一致性良好（κ=0.76）。

图1 64 岁，女，A 组。a)MIP 图示腹髂及股腘区域图像质量为3 级，左侧小腿区域图像质量为2 级，MIP 图示左侧腘动脉瘤（箭）；b)膝关节水平轴位图像示左侧腘动脉瘤（箭）；c)Test bolus 扫描获得的腘动脉时间－密度曲线，左（曲线1）/右（曲线2）腘动脉的达峰时间分别为38 和32 s 图2 61 岁，男，A 组。a)MIP 图示三个解剖区域图像质量均为3 级，右侧股浅动脉支架植入（箭）；b)曲面重组图示支架管腔内部分再狭窄（箭）；c)Test bolus 扫描获得的腘动脉时间密度曲线，右（曲线1）/左（曲线2）腘动脉的达峰时间分别为36 和34 s 图3 Test bolus 扫描获得的膝关节水平动脉峰值时间，平均值为33 s，范围20～48 s

表1 两组间血管强化CT 值、CNR 和SNR 比较

Test bolus 扫描A 组共获得60 条时间密度曲线，其中1 条来自侧支循环，膝关节水平动脉平均峰值时间为33 s，范围自20～48 s（图3）。

2.辐射剂量

A、B 两组平均DLP、CTDIvol及扫描时间 均存在统计学差异（P＜0.001），两组间平均扫描长度无统计学差异（P＞0.05）（表3）。

表3 两组CTA 辐射剂量比较

讨 论

本研究证实80 kVp、大螺距双源CT 下肢动脉成像可获得满足诊断用图像，且可以显著降低辐射剂量。利用小剂量测试（test bolus）技术获得膝关节水平动脉峰值时间，可以个体化计算该扫描模式的触发时间。

随着CT 设备硬件和图像后处理软件的不断发展，目前CTA 检查已成为评估动脉病变可靠手段。有研究认为，CTA 在诊断PAOD 中有较高敏感性和特异性，可以替代DSA［2,8］。CT 扫描的缺陷在于较高的辐射剂量［2,9］。Utsunomiya 等［2］报道下肢动脉CTA 成像DLP 可以高达1464.7 mGy×cm，既往低剂量研究中，采用降低千伏值的技术较多［2,10］，将千伏值自120 kVp 降至80 kVp［2］，辐射剂量可降低30%。近来为了最大限度降低患者辐射剂量，采用多种低辐射剂量技术联合使用成为趋势，有研究分别采用70 kVp［5］和80 kVp［11］联合大螺距行下肢动脉CTA 低辐射剂量扫描，平均DLP 分别为83.7 mGy×cm 和266.6 mGy×cm。本研究采用80 kVp、大螺距和ATCM 联合行下肢动脉CTA 检查，平均DLP 为152.20 mGy×cm，结果与既往研究类似［5,11］。本研究中低辐射剂量技术之一的大螺距模式，又称为Flash 扫描模式，增大螺距可缩短扫描时间，从而降低辐射剂量［12］，在常规胸部和腹部CT 扫描发现，将螺距从1 增加至3.2 时，平均辐射剂量可分别减少了20%和45%［13］。Flash 扫描最初是用于低辐射剂量冠状动脉CTA 成像。目前为了实现低剂量CT 扫描，有研究其他部位的CT 成像也采用了该技术［5,14,15］，将该技术运用下肢动脉CTA成像的既往报道较少。由于大螺距下肢动脉CTA 成像的扫描速度非常快，平均扫描时间只有2.70 s，类似于给下肢动脉进行“快照”。因此大螺距下肢动脉CTA 成像扫描触发时间的确定就成为该技术的难点。既往研究下肢动脉CTA 成像的触发技术多为腹主动脉水平的Bolus tracking［16,17］或者Test bolus［18,19］技术，然而位于腹主动脉水平监测的技术并不适用于大螺距扫描模式，大螺距扫描模式下，若于腹主动脉进行监测，则并不能准确把握整个下肢血管完全强化的时间。另有研究［5］将腘动脉近段作为检测层面，使用Bolus tracking 技术触发大螺距下肢CTA 扫描，该方式有一定的局限性，一方面腘动脉相对较细，ROI 放置相对较难；另一方面部分PAOD 患者可能存在腘动脉闭塞，此种情况下Bolus tracking 技术则无法追踪到血管的 强 化。Nakaya 等［20］报 道 了64 排 下 肢 动 脉CTA成像的研究，该研究扫描触发时间为股动脉达峰时间，平均扫描时间为10 s，该研究获得了符合诊断用的下肢动脉CTA 图像。本研究通过膝关节水平Test blous 技术可以获得膝关节水平动脉强化的峰值时间，将其作为大螺距CTA 扫描延迟时间的依据，为大螺距下肢动脉CTA 扫描成功完成提供保证。若患者腘动脉发生闭塞，Test blous 扫描后，可从侧支循环获取时间－密度曲线；对于腘动脉与侧支循环均无强化的患者，此种情况可以改用标准扫描模式完成检查。本研究结果中，所有患者均获得了时间－密度曲线，其中有1 例患者从侧支循环获取时间－密度曲线。另外本研究A 组采用了膝关节水平Test blous 技术，该扫描的平均DLP 值为5.32 mGy×cm，膝关节水平的转换因子k非常小，只有0.0004 mSv/mGy×cm，其有效辐射剂量平均为0.002 mSv，基本可忽略不计，因此采用膝关节部位Test blous 扫描并不会给患者增加较多的辐射剂量。

另外低千伏和ATCM 是常见且成熟的降低辐射剂量的技术，既往研究较多［1,2,4］。本研究采用80 kVp 和ATCM 设置，符合既往研究的结果。低千伏和大螺距会导致图像噪声增加，通过IR 可提高图像质量［6,21］。因此本研究中即使A 组的图像噪声较B 组高，但两组的图像质量评级不存在统计学差异。

本研究的局限性：第一，研究的样本量较小；第二，西门子第二代DSCT 其中一套球管的探测器扫描野只能达到33 cm，较胖患者腹部皮下部分组织可能会超出扫描野，虽然并不影响位于中心位置的血管成像，但扫描信息会有一定缺失。

综上所述，利用腘动脉达峰时间计算大螺距下肢动脉CTA 扫描延迟时间有效可行，80 kVp、大螺距、ATCM 联合IR 技术行下肢动脉CTA 检查，相较于标准扫描模式，同样可获得满足诊断用图，同时显著降低辐射剂量。