低剂量CT 肺动脉成像技术进展

马晶晶 袁 涛 全冠民*

肺动脉栓塞（pulmonary embolism,PE）是一种致死率较高的疾病。 多层螺旋CT 肺动脉成像（CT pulmonary arteries angiography，CTPA）已取代导管法血管造影，成为诊断PE 的主要影像检查方法，它除可判断PE 的程度、范围、急慢性，还可观察心腔内有无血栓、肺组织灌注情况、肺梗死病灶以及评估心功能状态和其他并发症等[1]。 由于PE 病人常需要行多次CTPA 检查来了解栓子吸收及心肺功能恢复情况，因此会造成辐射剂量的增大，这一问题逐渐引起了人们的关注。CT 电离辐射是目前医学辐射主要来源，在发达国家占年人均辐射量1/4[2]。 目前低辐射剂量CTPA 已成为研究的焦点。 胸部具有良好的天然对比，适合应用低剂量技术，CTPA 检查由于碘对比剂增加了血管对比度， 故降低了辐射剂量，但对观察肺动脉和栓子的影响较小。 近年来，有关低剂量CTPA 的研究报道较多， 本文对其扫描方法和研究进展予以综述。

1 降低管电流

1.1 降低固定管电流 目前国内外低剂量扫描多采用降低管电流的方法。 管电流与辐射剂量呈线性关系。 X 线球管的管电流决定了阴极灯丝发射电子数量，即管电流愈大，阴极发射电子数愈多，电子撞击阳极靶产生的X 线剂量也愈大。 管电流下降虽然降低了信噪比，但对于肺这种高对比器官作用不甚明显。 如姜等[3]采用管电压120 kV 对可疑PE 病人行双期CTPA 研究，第1 期管电流280 mA，第2 期管电流60 mA 或30 mA，结果显示，不同观察者间判断为“不确定”结果与“阳性”结果差异有统计学意义， 但与管电流无关；60 mA 组和30 mA 组均具有较高敏感性及特异性；血管内强化评分，30 mA 组与280 mA 组比较差异有统计学意义， 而与60 mA组差异无统计学意义；管电流60 mA 时辐射剂量相当于280 mA 时的21.42%， 相当于100 mA 时的59.93%。 Henes 等[4]比较了同一个体（猪PE 模型）120 kV/120 mAseff [mAseff（effective mAs）为毫安效应 或 称 有 效 毫 安=mAs/螺 距]、120 kV/80 mAseff 和80 kV/80 mAseff 这3 组CTPA 的诊断准确性，3 组容积CT 剂量指数 （CT dose index volume，CTDIvol）、剂量长度乘积（dose-length product，DLP）和有效剂量 （effective dose，ED） 分 别 为：7.1、4.7、1.4 mGy；199.5、132.1、39.4 mGy·cm；3.39、2.25、0.6 mSv，差异均有统计学意义， 辐射剂量明显下降。 当管电压120 kV 不变时，管电流自120 mA 降至80 mA，影像质量下降不明显；但当管电压及管电流均降低时，影像质量受损，仅中央肺动脉及叶级动脉PE 诊断准确性不变。 尽管80 kV/80 mAseff 组影像质量部分受损，但其可以用于中央肺动脉栓子吸收情况的随访。

1.2 自动管电流技术 即管电流自动调制技术。由于病人体型差异以及不同部位对放射线吸收情况差异明显，选择合适管电流可避免不必要的辐射并保证影像质量。 管电流调制技术目前已广泛应用于临床，但应用这种技术需预设有效的毫安秒和噪声指数，这两个参数选择需结合病人年龄、体型及临床需要。 虽然厂商会提供参考值，但仍需在临床实践中不断改进。王等[5]研究表明640 层CTPA 采用自动管电流技术和右心房阈值跟踪触发，有效剂量降低56%，对比剂剂量从60 mL 降至20 mL。自动管电流技术常结合低管电压来降低辐射剂量[6-7]。 富等[6]研究表明， 结合管电流调制技术，80 kV 组ED 较120 kV 组降低约67%， 同时80 kV 组肺动脉CT 值较高，两组间信噪比（SNR）、对比噪声比(CNR)及影像质量评分差异均无统计学意义。

2 降低管电压

CT 辐射剂量与管电压的平方成正比，降低管电压可增加高原子序数物质的CT 值，虽然噪声增加，但CNR 并不降低，甚至有所增加，因此降低管电压成为减少CTPA 辐射剂量另一简单而有效的方法[8-10]。如Björkdahl 等[11]研究表明管电压自120 kV 降至100 kV 时， 平均DLP 及ED 分别降低42%及45%，CTDIvol降低40%，而CNR 无下降，主观影像质量评分差异无统计学意义。 Schueller-Weidekamm 等[9]将管电压从140 kV 降至100 kV，段及亚段肺动脉显示率增高， 同时CTDIvol从10.4 mGy 下降至3.4 mGy。胡等[7]研究128 层螺旋CT 管电流调制CTPA，80 kV组CTDIvol、DLP 及ED 均低于100 kV 组，ED 降低约56.35%。

近年来提出的“双低”CTA 技术逐渐受到重视。所谓的“双低”CTA，即同时采用低辐射剂量及低对比剂用量的CTA 技术[12]。 “双低”CTPA 既降低了辐射剂量，又减少了碘负荷[13-14]。 如Szucs-Farkas 等[13]研究了双低技术在PE 应用中的准确性，结果表明，双低组（80 kV，75 mL）与常规组（120 kV，100 mL）的影像质量及对PE 诊断的准确性差异无统计学意义；常规组及双低组的敏感度及特异度分别为79.9%与81.3%、98.0%与98.2%。Viteri-Ramírez 等[15]报道，对于体质量＜80 kg 的可疑PE 病人，80 kV/60 mL（管电压/对比剂剂量）组较100 kV/80 mL 组辐射剂量降低60%且对比剂剂量减少25%， 前者肺动脉CT值较高，两组SNR 及CNR 差异无统计学意义。

双源CTPA 应用报道逐渐增多，实现了同一病人不同管电压间的比较[16]，避免了许多无法控制因素，还可以提供功能信息，包括肺灌注数据[17]。 如Godoy等[18]研究显示双源CT 同步高管电压（140 kV）、低管电压 （80 kV）CTPA 间影像质量无差异， 低管电压（80 kV）CTPA 影像质量反而较高；同时表明管电压80 kV 时，低对比剂剂量可以明显改善影像质量且增加中央肺动脉和周围肺动脉CT 值。 Wichmann 等[19]将120 例病人分为单源100 kV-400 mg I/mL、 单源70 kV-400 mg I/mL 及 双 源70 kV-300 mg I/mL 共3 组， 结果表明单源70 kV-400 mg I/mL 组较单源100 kV-400 mg I/mL 组DLP 降低59%， 但SNR 和CNR 相当； 双源70 kV-300 mg I/mL 组CTPA 影像质量较好，同时碘负荷降低，而辐射剂量与100 kV-400 mg I/mL 组无明显差异。

由于低能量光子被病人吸收增多，造成低管电压时影像噪声增大， 因此不宜一味地降低管电压，而应寻求一个最优化的管电压，以得到最好的影像质量（如CNR）和最低辐射剂量。 该最优化管电压更多依赖于病人体型及具体诊断需求[20]。

3 其他扫描技术改进

3.1 大螺距扫描 当扫描范围一定时， 增大螺距，扫描时间缩短，辐射剂量相应降低，且有利于危重及配合困难的病人的扫描。以往CT 设备的探测器层数影响螺距的选择，为保证Z 轴分辨力，常采用较小螺距，因此辐射剂量较高。 目前大螺距扫描已逐渐应用于CTPA，Hou 等[21]比较了双源128 层CTPA（螺距2.8）与双源64 层CTPA（螺距0.9），表明两组影像质量差异无统计学意义， 而辐射剂量降低47.2%； 同时大螺距扫描时心脏结构及近端冠状动脉结构明显改善，有可能实现胸痛病例的一站式扫描。Co 等[22]研究显示，双源128 层CT 模拟心电门控技术（大螺距3.2）结合心脏蝶形滤线器较常规双源CT（螺距2.8）辐射剂量降低约48%，虽然前者噪声增加，SNR 及CNR 下降， 但不影响肺动脉评价。 de Zordo 等[23]比较了双源大螺距（3.2）100 kV 及120 kV、双能CT（100/140 kV 及螺距0.55）、单源CT（螺距1.2）100 kV 及120 kV 等5 组影像质量及辐射剂量，结果表明， 双源大螺距100 kV 组辐射剂量最低，与其他组之间影像质量无差异。

3.2 减小扫描覆盖范围 上述降低辐射剂量的方法均有可能不同程度地影响影像质量，但优化Z 轴扫描长度既可以降低辐射剂量，尤其是位于扫描范围边缘的器官剂量，又不影响影像质量。由于多层螺旋CT 内插重建技术的需要，过度扫描不可避免，使得辐射范围要比影像扫描范围长数厘米。 对于CTPA扫描范围，各研究者意见不一[24]。 一些研究者[25-26]认为无需扫描全肺，因为孤立的外周肺动脉栓塞临床意义不大，而另一些研究者则强调需要扫描全肺以明确CTPA 阴性病人产生临床症状的原因[27]。Ueharad 等[25]研究表明，目前尚未发现主动脉弓水平之上及心脏水平之下的孤立肺栓塞，如从主动脉弓水平扫描至肺底， 其范围较全肺扫描长度减少21.9%，有效剂量降低21.9%。 Atalay 等[26]比较了大范围[Z 轴（28.0±3.4） cm]和小范 围（Z 轴14.2 cm）CTPA 相关和非相关诊断， 结果表明，Z 轴扫描范围减少49%， 辐射剂量相应降低49%， 后者仅漏诊0.8%（3 个）相关诊断和28%（60 个）非相关诊断，因此认为小范围扫描对于PE 诊断影响不明显。Rodrigues 等[24]研究了侧位定位图对CTPA 影像质量及辐射剂量的影响， 结果表明， 正、 侧位定位图CTPA 较仅有正位定位图CTPA 扫描长度减小[（19.5±17.4）mm 和（39.1±20.4）mm]，且主要是肺底扫描范围减小，两组肺尖范围无差异,这使得肝和胃的有效剂量分别降低约86%和75%。 扫描长度缩短，辐射剂量呈线性下降[28]，同时缩短了屏气时间，有可能减少或消除呼吸运动伪影。

3.3 前瞻性心电门控 前瞻性心电门控技术仅在R-R 间期的固定时间点扫描， 其他时间不产生射线，因此能大幅降低辐射剂量，其价值已在冠状动脉CTA 中得到证实[29-30]。 目前CTPA 检查以非心电门控螺旋扫描为主， 一次屏气完成全肺薄层扫描，但不能完全消除心脏搏动产生的伪影对肺动脉影像质量的影响。王等[31]比较了256 层螺旋CT 前瞻性心电门控、 回顾性心电门控与非门控CTPA 的辐射剂量及影像质量，前瞻组和非门控组的辐射剂量无统计学差异，均较回顾组明显降低，同时前瞻组影像质量明显改善。 Chinnaiyan 等[32]多中心前瞻性心电门控及大螺距扫描可使冠状动脉疾病、PE 等CTA 检查平均DLP 降低约61%，影像质量无明显变化。Shuman 等[33]研究了两家医疗机构前瞻性心电门控CTPA， 均较常规螺旋非心电门控CTPA 辐射剂量降低28%，同时可减少心脏搏动伪影对肺动脉的影响； 其中一家医疗机构前瞻性心电门控CTPA 辐射剂量较另一家前瞻性心电门控CTPA 降低约22%，可能由于采用了低管电压（80 kV）。 前瞻性心电门控结合大螺距行CTPA 可在未屏气和低辐射剂量情况下获得较高质量CTPA 影像[34]。

4 重建算法

影像噪声与剂量的平方根成反比，降低50%噪声需要增加4 倍剂量[35]。因此，影像噪声增大是降低辐射剂量的主要制约因素。 研究表明，恰当的数据处理及影像重建方法可降低噪声，同时保证影像质量不变。 近年来开发的迭代重建 （iterative reconstruction，IR）算法利用矩阵代数，选择性地识别并去除影像噪声，其降噪能力使之能在较低剂量条件下获得较好的影像质量。如Hara 等[36]采用自适应迭代重建算法（adaptive statistical iterative reconstruction，ASIR），辐射剂量较滤过反投影（filtered back-projection，FBP）重建算法降低32%～65%，影像质量无下降。Laqmani 等[37]采用低管电压（80 kV）结合混合迭代 重建（hybrid iterative recongstruction,HIR），平 均CTDIvol及平均ED 分别为2.3 mGy、1.2 mSv， 体质量小于80 kg 者ED 接近1 mSv；与FBP 比较，噪声降低约46%。 Ridge 等[38]研究了不同迭代水平（ASIR0%、ASIR30%、ASIR50%）CTPA 影像质量及PE 检出率，证明3 组间肺动脉CT 值、血管主观评分及PE 检出率无统计学差异，ASIR30%组和ASIR50%组影像信噪比较高。IR 相比FBP 可以降低影像噪声，保证影像质量，使得进一步降低辐射剂量成为可能[22]。

5 其他

X 线球管发射的X 射线是由不同能量光子组成的混合射线，并非所有射线都用于成像，其中低能量光子穿透能力弱，只增加皮肤剂量，而对成像无作用，只有高能量光子增加成像对比度[39]。 因此，应使用滤线系统合理除去低能量光子。 Co 等[22]采用心脏蝶形滤线器，使CTPA 辐射剂量降低31%，该技术在降低扫描野周围（视野330 mm）辐射量的同时，不影响扫描野中心（视野250 mm）辐射量。

由于CT 检查对人体会造成一定伤害， 因此在能够取得相同诊断效果的情况下，应首选对人体损伤更小甚至没有伤害的其他检查。 事实上，降低辐射剂量最简单、 最重要的方法是严格掌握CTPA 适应证， 减少无临床指征的CTPA 以及对正确诊断无作用的多余检查，如常规平扫及延迟扫描等[40]。鉴于CTPA 电离辐射危害及碘对比剂毒性作用， 已有研究者研究了MR 肺动脉成像，Zhang 等[41]报道3.0 T三维增强MR 肺动脉成像可取代CTPA 诊断PE，但由于检查费用、设备的普及性以及部分监护设备不能进入机房等原因未能广泛应用于临床。

6 小结

综上所述，降低CTPA 辐射剂量方法众多。 CT剂量调控及合理应用， 不但能降低病人辐射剂量，还可以减少CT 球管损耗，大幅度提高CT 球管使用寿命。 目前常采取多方面措施联合降低辐射剂量，如低管电压结合自动管电流技术、低管电压结合前瞻性心电门控技术等。 目前低管电压结合迭代技术CTPA 仍处于研究阶段， 该技术有可能开启低剂量CTPA 新局面。

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