80kV低管电压扫描对脑CT血管成像图像质量及辐射剂量的影响

唐 坤 TANG Kun

李 瑞 LI Rui

林 洁 LIN Jie

郑祥武 ZHENG Xiangwu

曹国全 CAO Guoquan

近年来，随着多层螺旋CT（MSCT）的推广使用，CT血管成像（CTA）在临床上得到广泛应用。但由于CTA的扫描层面薄，达到一定分辨率所需的射线剂量势必有所增加[1]。因此，如何降低患者CTA检查中所接受的辐射剂量已成为关注重点。目前，降低CTA辐射剂量的主要方法是通过降低管电流来实现的，虽然已有少数关于低管电压低剂量CTA的报道，但都相对集中于肺动脉[2]、主动脉[3]等大血管，而有关低管电压脑CTA的研究仍较少，且目前的研究均处于初期阶段，部分研究数据尚存在差异。因此，本研究拟通过对比80 kV及120 kV管电压对脑CTA图像质量及辐射剂量的影响，探讨低管电压低剂量脑CTA的临床可行性。

1 资料与方法

1.1 研究对象 2011-06～12在温州医学院附属第一医院行脑CTA检查的100例患者中，男58例，女42例；年龄18～82岁，平均（53.2±15.4）岁。头晕、头痛18例，脑梗死13例，脑出血47例，脑外伤16例，高血压47例，糖尿病20例。依据扫描管电压不同将患者分为80 kV组和120 kV组，每组50例。排除颅脑手术者、对造影剂过敏者及严重心肾功能疾病而不宜行CTA检查者。所有患者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用GE LightSpeed 16层螺旋CT仪，以20G留置针经右侧手背静脉或肘前静脉穿刺，双手置于身体两侧，取仰卧位，头先进。对比剂使用非离子型造影剂碘海醇（350 mgI/ml，扬子江药业），采用高压注射，注射剂量为80～90 ml，注射速度4.0 ml/s。采用延时扫描，静脉注射对比剂后延时22～24 s开始扫描，扫描范围从颅底至颅顶。

扫描方案：两组分别采用80 kV和120 kV管电压，其余扫描参数相同：管电流380 mA，准直16×1.25 mm，旋转时间0.6 s，层厚5.0 mm，层间距5.0 mm，螺距0.562，视野25 cm，矩阵512×512，重建层厚1.25 mm，重建间隔0.6 mm。

1.3 图像质量评价

1.3.1 客观评价 分别测量基底动脉、左右两侧颈内动脉颅内段、大脑前动脉、大脑中动脉及大脑后动脉CT值，以枕叶脑实质CT值为血管背景，取其CT值标准差为图像噪声，并计算各动脉对比噪声比（CNR）、信噪比（SNR）。CT值测量感兴趣区（ROI）尽可能大，并避开钙化区，所有测量均由一位放射科住院医师独立完成。CNR及SNR计算：CNR=(ROIa－ROIb)/SD；SNR=ROIa/SD（其中ROIa为血管CT值，ROIb为背景脑实质CT值，SD为图像噪声）。

1.3.2 主观评价 由2名有经验的放射科医师采用盲法对图像质量进行独立评价。采用5分评价法分别对脑动脉所有重建图像，包括多平面重组（MPR）、最大密度投影（MIP）、容积再现（VR）及血管边缘形态、微小血管显示、整体图像质量、诊断信心等进行评价。

1.4 辐射剂量计算 系统依据所设置的扫描参数自动计算出辐射剂量值、CT剂量指数容积（CTDIvol)和剂量长度乘积（DLP），记录每种扫描方案的CTDIvol和DLP。根据DLP计算有效剂量（ED），ED=k×DLP，k 为组织权重因子（单位：mSv•mGy-1•cm-1），采用欧盟委员会推荐的成人头部权重因子0.0021[4]。

1.5 统计学方法 采用SPSS 17.0软件，两组图像扫描长度、CT值、图像噪声、CNR、SNR及辐射剂量比较采用成组t检验，两组间图像主观评分比较采用非参数秩和检验；2名观察者间的一致性采用Kappa检验，Kappa＞0.60认为一致性较好，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 辐射剂量 100例患者均成功实施脑CTA检查。两组扫描长度差异无统计学意义（t=1.49, P＞0.05）。80 kV组CTDIvol、DLP及ED较120 kV组分别降低63.97%、64.54%和64.65%，两组DLP及ED差异均有统计学意义（t=18.24、18.24, P＜0.001），见表1。

表1 两种扫描方案的辐射剂量比较

2.2 客观图像质量 80 kV组脑动脉CT值较120 kV组增加133.29～187.45 Hu，80 kV组脑动脉与周边脑实质CT值之差较120 kV组增加120.90～175.06 Hu，差异均有统计学意义（t=12.65、11.27、11.45、10.07、12.99,P＜0.001），但两组各动脉CNR、SNR差异无统计学意义（P＞0.05）。80 kV组、120 kV组图像噪声比较，差异有统计学意义（t=15.16, P＜0.001）。见表2。

2.3 主观图像质量 两组脑动脉重建图像（包括VR、MIP及MPR）质量显示均较好，差异均无统计学意义（―1.61、―1.76、―1.76, P＞0.05）。对于脑动脉远端分支的显示，尤其是微小血管分支的显示程度，80 kV组较120 kV组明显增多，两组差异有统计学意义（U=―5.89, P＜0.001）。80 kV组脑动脉血管边缘锐利程度较120 kV组降低，两组差异有统计学意义（U=―5.39, P＜0.001）。80 kV组图像的整体质量及对图像的诊断信心评分小于120 kV组，但两组差异无统计学意义（U= ―1.82、―1.47, P＞0.05）（图 1）。两组主观图像质量评价结果见表3。

表2 80kV组与120kV组的客观图像质量评价比较

图1 80 kV组及120 kV组管电压脑血管重建图像。A、C分别为80kV管电压下脑血管容积再现及最大密度投影图像：血管边缘较锐利（评分4分），微小分支血管显示一般（评分3分），图像整体质量较好（评分4分），诊断信心充足（评分5分）；B、D分别为120 kV管电压下脑血管容积再现及最大密度投影图像：血管边缘锐利（评分5分），微小分支血管显示少（评分5分），图像整体质量好（评分5分），诊断信心充足（评分5分）

表3 80 kV组和120kV组主观图像质量评价结果（分）

3 讨论

作为一种无创性检查，脑CTA的临床价值已得到广泛认可，并已成为一种常规检查手段。然而CT辐射剂量较大，一次头部常规CT检查所致ED为0.9～4.0 mSv，而CTA检查因扫描层厚薄，为达到一定的分辨率需要加大管电流，因此产生的辐射剂量更大，如果行双期或减影扫描，其辐射剂量为单次扫描的2～3倍[5]。因此，在不影响图像质量的前提下，如何降低CTA辐射剂量，成为关注热点。

降低管电压可以有效降低CT检查的辐射剂量。从连续X射线强度公式I=KiZU2（I：X射线强度：i：管电流；K：比例系数；Z：阳极靶材料的原子序数：U：管电压）可见，X射线的强度与X射线管的管电压平方呈正相关，因此，等幅度地降低管电压或降低管电流，前者比后者能更有效地降低辐射剂量。本研究结果显示，当管电压由120 kV降到80 kV时，CT辐射剂量将明显降低，约为64%。Waaijer等[6]关于脑Willis环低管电压的研究结果同样表明，90 kV低管电压组与常规120 kV组相比，其辐射剂量可降低30%。因此，在减少CTA辐射剂量方面，降低管电压是一种行之有效的方法。随着管电压降低，入射X线能量减少，其对组织的穿透力降低，相应地，组织对入射X线的吸收增加，从而导致组织的吸收剂量加大。然而研究表明，在其他扫描条件不变的情况下，随着管电压的升高，表面入射剂量和透过的X射线剂量均明显增加，且前者增加的幅度要远远大于后者，因此，组织的吸收剂量也随之增加。反之，随着管电压降低，组织的吸收剂量并不增加而是降低[7]。本研究结果显示，当管电压降低至80 kV时，患者所接受的ED将降低64.65%，由此可见，降低管电压能大大降低患者所遭受的辐射危害。

降低管电压可以显著增加含对比剂血管的CT值。本研究结果显示，随着管电压的降低，80 kV组血管CT强化值较120 kV组显著增加，血管与周边脑实质的对比度加大。这是因为当管电压由120 kV降到80 kV时，X线的能量更接近对比剂碘原子K层结合能33.2 keV，其产生的光电效应更强，相应所得CT值也就越高。Bahner等[8]研究发现，80 kV低管电压扫描不仅血管CT强化值显著高于120 kV，而且图像CNR也比120 kV组高26%～59%（P＜0.05）。该结果与本研究结果存在一定差异，原因在于Bahner等[8]的研究在降低管电压的同时也增加了管电流值，在一定程度上弥补了低管电压所导致的噪声增加，故图像CNR及SNR相应升高。本研究中两组管电流值相同，虽然80 kV低管电压扫描所得图像CNR及SNR与120 kV组相比没有增加，但两组无显著差异。增加管电流虽然可以提高图像CNR及SNR，但同时增加了辐射剂量，因此本研究在保证图像客观质量的同时，能更大幅度地降低CT辐射剂量。

本研究结果显示，80 kV低管电压扫描所得脑CTA重建图像质量较好，但血管边缘的锐利程度减低，这是由于管电压降低后图像噪声增加所致。此外，随着管电压的降低，微小分支血管显示明显增多，这是低管电压所致血管强化值增加的结果。从临床诊断角度来说，微小分支血管增多的临床意义有限，且在一定程度上可能会干扰大分支血管的观察效果，但可以通过窗宽、窗位阈值调节将其“隐藏”。因此，本研究在保证整体图像质量及诊断结果不受影响的条件下大幅度降低辐射剂量，符合放射检查中应遵循的辐射防护最优化原则[9,10]。然而也有学者持不同意见，Wagner等[10]研究认为，管电压降低，虽然可使血管CT值增加，但由于颅骨对射线的衰减增加以及背景脑组织CT值增加，将导致血管对比度、图像质量、血管边缘形态及诊断信心降低。然而项研究时间较早，仪器机型相对落后（4层螺旋CT），且该扫描条件中管电流值较低，螺距值偏大，这些都有可能导致图像质量降低，而且该研究的样本量小，每组仅10例患者，其结果的准确性还有待进一步验证。

此外，本研究提示随着管电压降低，图像噪声将显著增加，与文献[6,8,11]报道相符。既往研究认为噪声增加会对颅内细小血管及后循环的图像质量产生较严重的影响，因此建议适当增加管电流以弥补低管电压所致的噪声增加[11]。本研究结果表明，在管电流一致的情况下，虽然图像噪声有所增加，整体图像质量包括后循环大脑后动脉及基底动脉的图像质量均未明显受损，而且诊断信心充足。因此，在不影响疾病诊断的前提下，应允许适度噪声的存在，过度追求图像的低噪声，会使受检者接受过多不必要的辐射剂量[12]。

综上所述，80 kV低管电压脑CTA虽然图像噪声增加，血管边缘锐利程度减低，且微小分支血管显示增多，但80 kV低管电压扫描可以显著增加血管强化值及其与周边组织的对比，而且图像整体质量及诊断信心不受影响，并能大幅度地降低辐射剂量，减少患者的辐射危害。因此，80 kV低管电压脑CTA的临床应用价值较高，推荐常规使用。

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