肝脏门静脉期CT 增强的影响因素与对策

杨克柽 陈 伟*

随着CT 技术的不断发展，尤其是近年双能CT（dual-energy CT,DECT）的出现，使得影像质量不断提高，临床应用范围也不断扩展。 但CT 技术的革新对优化应用也提出了新的挑战，即如何在提高影像质量的基础上尽量降低辐射损伤。 在静脉注射对比剂的上腹部增强检查中，肝脏双重供血特点增加了对比剂血流动力学的复杂性，使得门静脉期影像质量难以达到预期， 这是目前CT 成像技术研究中的重点问题之一。 本文从临床实践的角度，分析了影响门静脉期影像质量的对比剂、 病人和CT 成像技术等方面因素，综述了在提高门静脉期影像质量的同时降低对比剂剂量和辐射剂量的研究进展，并对基于DECT 的上腹部检查计划设计方案的研究予以展望。

1 对比剂剂量估算

含碘对比剂的发展经历了高渗透离子型单体、高渗透非离子型单体和等渗透非离子型二聚物等3个阶段，安全性依次提高，其主要副作用即对比剂肾病，该病发病机制复杂，至今尚无定论。有研究表明，对比剂发生率与肾功能有关，糖尿病继发严重慢性肾病病人的对比剂肾病发生率最高可达50%[1]。 除了评估检查前风险、注射跟随盐水和检查后的补液等常规的预防措施之外，在满足临床应用的前提下合理降低对比剂剂量是控制对比剂肾病发生率的最有效方法， 这也是估算对比剂剂量的基本原则。对比剂的药物代谢动力学，即在体内随血液的流动不断扩散、稀释，绝大部分最终以原形经肾脏排出的规律，是确定对比剂应用方案的基本依据[2-4]。 在距离注射部位（肘前静脉）由近到远的器官中其浓度随时间的变化曲线由尖峭逐渐变得平阔，其中灌注率高的器官（如肝脏）的浓度峰值较高。 另一方面，高压快速团注加速了局部静脉血流，从而改变了心血管系统的正常血流情况，导致各器官中对比剂浓度峰值的升高、到达时间提前、持续时间缩短。

在肝脏分期扫描中，门静脉期比动脉期滞后大约30 s，对比剂浓度峰值大幅降低。 同时，对比剂随血液的再循环有可能改变浓度-时间曲线， 增加了局部浓度分布的复杂性，所以在肝脏检查中，估算的对比剂剂量主要是应确保门静脉期影像满足诊断要求。 一般认为，对比剂在体内的分布浓度反比于血容量 （blood volume，BV）， 而后者与体质量相关；在体质量相同的情况下，成年男性的BV 比女性多5%~10%[4]， 所以临床常规按照性别和体质量估算剂量。 但这种方法易发生剂量低估和高估的情况，实践中为了避免影像增强不足，一般采取“宁多勿少”对策。 这可能导致动脉期影像过度增强甚至出现金属伪影，影响诊断可靠性。 此外，大剂量的对比剂将大幅提高毒副反应发生率和辐射剂量指数（CT dose index,CTDI）[5]。

为了提高病人间影像增强的一致性同时降低对比剂剂量，大量研究提出了采用不同体型指数作为剂量估算依据的改进方法。 其中， 体质量指数（body mass index,BMI）只反映胖瘦程度，不能单独作为剂量计算依据，需与体质量结合使用；净体质量（lean body weight, LBW）的计算需采用脂肪测量设备，额外增加了工作量，不利于实际工作；体表面积（body surface area, BSA）直接反映基础代谢率且计算简便， 常用于生理学测量和临床给药剂量计算。 研究[6-8]表明，心脏和主动脉的增强与BSA 的相关性最高， 尤其是儿童和体型偏胖病人； 而采用BSA 和体质量估算剂量对肝实质增强的影响没有显著差异。 基于增强程度与BV 成正比的假设，Kondo 等[9]的前瞻性研究表明，在LBW、BV 和体质量三者中， 门静脉期肝实质增强与LBW 的相关性最高。 而Svensson 等[10]通过类似的研究却得出了不同的结论，相对于上述复杂计算获得的不同体型指数，若要达到肝实质增强的一致性，采用常规的体质量估算法是最优的。 因此，如何估算对比剂剂量以提高肝脏增强效果目前还存在争议。 最近有研究者[11]提出了一种根据平扫的CTDI 自动估算对比剂剂量的方法， 尤其适用于急诊中信息不全的病例。此外， 门静脉增强检查能够显示门静脉解剖结构，在诸如肝脏术前准备的临床应用中具有重要意义，但应选择哪一种体型指数作为对比剂剂量的估算指标，目前尚未见文献报道。

对比剂到达和排空的快慢取决于心输出量（cardiac output,CO）。当患有低血压等心血管疾病或服用降心率药物（如β 受体阻滞剂）时，CO 降低，各器官的对比剂浓度随时间变化均有不同程度延迟且其浓度-时间曲线变得平阔， 为了达到相同的增强效果需要较大的对比剂剂量；而当因心情紧张导致心跳加快时，情况则刚好相反。 同时，考虑到老年人CO 低、碘耐受性弱而辐射耐受性强，为降低年龄风险可针对性地适当减少对比剂剂量而调高毫安秒以保证影像质量；年轻人则相反，CO 高、碘耐受性强而辐射耐受性弱，可适当增加对比剂剂量而调低毫安秒[12-13]。 总之，制定检查计划时充分考虑CO将有利于影像质量的提高。 检查前的口头医嘱非常必要，以使病人在检查过程中保持正常的生理状态。

不同疾病也会影响对比剂剂量的估算。Ichikawa 等[14]多中心前瞻性的实验结果显示，富血供肝细胞癌的动脉期增强幅度的推荐值为33.7~40.9 HU，相应的对比剂体质量比为567~647 mgI/kg。这样的研究数据具有重要的参考价值，有助于制定个性化的检查方案，以提高影像质量和诊断可靠性。

2 对比剂注射方案

在确定剂量后，对比剂的注射速率和注射时长互相制约。 提高注射速率则相应缩短注射时间，可使动脉期主动脉和肝脏的对比剂浓度峰值升高且到达和排空时间提前，血液中随时间变化的碘浓度曲线由平阔逐渐变得尖峭， 有利于提高增强幅度。但为使对比剂浓度处于峰值的时间窗与CT 扫描时长相匹配，在注射速率和注射时长之间应优先考虑后者，可显著提高动脉期影像中主动脉和肝实质的增强效果[15-16]。 Guerrisi 等[17]在对肝细胞癌病人的研究中也得出了类似结论，即提高注射速率有助于动脉期影像增强，改善病灶显示；同时也发现，只要实际碘投放量相同，门静脉期影像的增强效果不会随注射速率的不同而显著变化。 这一结论可推广至上腹部检查的一般情形[18]。

当注射速率因受个体原因影响而偏低时，为不延长注射时间可选择高碘浓度对比剂。 但高碘浓度对比剂的黏度和渗透压相对较高，毒副作用相应增大。 当注射速率较高时，宜选用较低碘浓度的对比剂以提高安全性。

30 mL 左右生理盐水的跟随冲刷能显著消除或减少对比剂在注射器导管、肱静脉和上腔静脉内的储留，可提高对比剂的利用率和影像的增强效果，尤其是在剂量较低时作用更明显，这种方法已被广泛采用[19]。所以，以双头高压注射器代替传统的单头高压注射器进行对比剂注射应该是今后的发展趋势。

3 CT 增强成像技术

与平扫不同，增强检查的主要目的是突出显示含对比剂的血管，以了解其血供情况，因此在设计扫描协议时对扫描方式和参数的选择也应有所不同。

3.1 球管电压 对比剂所含碘元素的k 边缘为33.2 keV，适当降低kV 值可增强X 线的光电效应，从而增大衰减系数。 Kalva 等[20]研究表明，降低kV 值在腹主动脉增强中不但显著提高增强幅度而且大幅降低了CTDI，减少了对比剂的用量，这可以应用到上腹部其他脏器。 Nakayama 等[21]的前瞻性实验结果显示，当kV 值从120 降至90，在保持影像质量不变的情况下，对比剂剂量至少可降低20%，同时CTDI降低幅度可达57%。进一步降低管电压至80 kV，为使门静脉期肝实质增强达到临床诊断要求的最低阈值（50 HU），按体质量估算对比剂为0.28 gI/kg，比采用常规120 kV 扫描所需剂量（0.52 gI/kg）降低了近一半[14，22-23]。

采用降低kV 值的方法也存在一些问题： ①由于探测器所接收射线减少，量子噪声增加，影像质量下降。 自动曝光控制技术 （automatic exposure control,AEC）可有效控制噪声水平，提高对比噪声比（contrast noise ratio, CNR），有助于降低CTDI，已被新型CT 扫描设备普遍采用[24]。 ②CT 扫描设备的kV 值只有少数几个选项，如80、100、120 和140 等，不一定存在最优的选项； 而且如何根据个体差异（如体质量）优选目前并无统一的标准，因此在实际工作中大多采用默认的120 kV。 Siegel 等[25]开发的基于定位像的智能工具软件，可根据用户对目标器官（肝脏）增强的预期自动设置kV 值，在提高影像质量的基础上有效降低CTDI， 尤其适合儿童病人。许多新型CT 设备已经具备类似的功能， 但目前尚未对kV 值实现连续调节，推荐值并不等于最优值。

3.2 扫描速度 扫描速度决定了完成扫描所需的时间。 早期CT 扫描速度低，在肝脏扫描中为获得足够的扫描时间窗，对比剂分两阶段注射，即高流率注射一部分对比剂后调低流率继续注射，以维持对比剂浓度峰值的持续时间。 螺旋CT 的出现大幅提高了扫描速度，要求对比剂浓度处于峰值的时间窗相应缩小，可采用恒定流率注射，在保持影像质量不变的情况下注射剂量降低了40%[26]。多层螺旋CT进一步大幅提高了扫描速度， 以SIEMENS 的第二代双源CT 为代表的最新机型完成肝脏扫描只需3~5 s，甚至更少，有利于病人的屏气配合，提高了影像质量。 但由于注射时间不能无限缩短，所以扫描速度达到一定阈值后再增加亦无益于增强。 在编辑扫描协议时，准直器宽度、螺距和机架旋转速度决定着扫描速度。

3.3 扫描定时 在提高扫描速度、缩短对比剂注射时间的条件下，各期相扫描定时要求更加精确。 延迟时间选择不当，扫描不在对比剂浓度处于峰值的时间窗内进行，影像增强幅度必然降低。 更为严重的是，仅凭影像往往不足以推断影像增强不足的原因，导致临床诊断存在误判的可能。 在肝脏动脉期，早期的团注试验法目前已经被智能追踪技术（bolus tracking technique,BTT）所取代，显著降低了对比剂剂量和CTDI[27]。 由于上腹部各器官的对比剂浓度峰值到达时间略有不同，所以为了达到预期的增强效果，要根据具体的检查目的附加触发延时。 如果以主动脉为目标， 在跟踪到腹主动脉的CT 值到达触发阈值后立即执行扫描； 而对于肝脏实质病变，到达触发阈值后需再额外延迟若干秒甚至十几秒，以使肝脏充分灌注[28-29]。 但是在临床工作中，检查申请单上常缺少相应的内容，扫描延时很少进行个性化的调整，一般不改变预设值。

理论上，主动脉的对比剂浓度到达峰值的时间与门静脉对比剂浓度到达峰值的时间成正比，要求门静脉期延迟应根据动脉期延迟的不同而相应调节。 而实际上对于所有的CT 扫描设备，除了动脉期采用BTT 之外，门静脉期和平衡期的延迟时间一般根据经验设定为固定值，比如30 s 和60 s。 对于血液循环速度偏离正常值的病人，其门静脉影像增强将受到影响。 例如躁动儿童病人的动脉期延迟可缩短至成人的2/3， 在此情况下其门静脉期相对于普通人的要提前到达，而扫描仍按计划进行，故门静脉期影像也将增强不足。 目前有关这方面的研究尚较少。

3.4 DECT 技术 X 线衰减系数不但与被扫描物质有关，而且随X 线能量不同而不同，所以CT 值与物质的物理性质（密度）之间并不具有一一对应关系。CT 值较大的物质密度可能较低，反之亦然。 与传统扫描方式不同，DECT 同时采集两组高低不同kV 值的投影数据，可重建得到更多的信息，甚至可以进行物质的定量分析，极大丰富了临床应用。 目前进入临床应用的DECT 扫描设备有SIEMENS 公司的SOMAOM Definition （Flash）和GE 公司的Discovery CT750 HD，分别采用双源和单源管电压快速切换技术[30-32]。DECT 在肝脏增强中的应用研究可分为以下几个方面：①双源CT 通过对两套球管-探测器系统同时得到的两种能量影像采用不同权重方案回顾性重建复合能量影像， 可达到相当于传统CT 降低kV 值的效果，这不仅能够优化影像质量，而且有利于简化扫描协议。 ②虚拟单能量影像（virtual monochromatic image，VMI）模拟单能量X 线扫描所得，有效抑制了射束硬化效应，较之复合能量影像失真减少，能显示更多、更清晰的解剖细节，有利于门静脉的显示。基于VMI 的能谱成像，即CT 值随X线能量变化的曲线，为物质定量分析提供了全新的方法，尤其在肿瘤鉴别诊断中的价值已经得到充分证明。 目前文献[33-36]报道多以GE 公司的CT 扫描设备为研究平台。SIEMENS 的第二代双源CT 也实现了类似的功能[37]。 关于不同重建图像的比较，Kim 等[38]研究发现，对于富血供的肝细胞癌，采用线性融合的影像质量优于非线性融合。 有研究者[39-40]对大量上腹部门静脉增强病例的回顾性分析表明，较之线性融合影像， 非线性融合影像的CNR 大幅提高、噪声水平降低，且能显示更多的门静脉分支，影像质量甚至高于根据CNR 能谱曲线优选的VMI。 Mileto等[41]的前瞻性研究表明，在减少对比剂剂量50%的条件下，门静脉期影像质量没有显著降低。 由于重建原理不同，非线性融合影像与VMI 之间并不能简单通过对比噪声、对比度和CNR 等参数来比较质量高低，尤其是在门静脉期增强中的合理应用还有待进一步研究。③基质分析中的碘基影像直接反映了体内含碘对比剂的分布，尤其适合增强检查。 双源CT在这方面优势明显，第二代双源CT 加装0.4 mm 扁平锡滤线器， 有效解决了X 线能谱间的重叠问题，虚拟平扫（virtual non-contrast,VNC）影像质量显著提高，它在上腹部多期扫描时可以取代常规平扫影像，极大降低了CTDI[42-43]。 但也有研究[44]指出，VNC影像中肝脏边缘存在因强化算法导致的环状部分容积伪影，而且从动脉期和门静脉期得到的VNC 影像对小病灶的显示均有明显区别，说明这一代产品尚未解决基质定量计算的准确性问题。

DECT 应用于增强检查也存在一些问题。 除了该技术应用时间不长、尚未普及，其临床应用性能有待研究之外，相对复杂的影像重建和后处理过程是阻碍其推广应用的主要原因。 实际工作中，由于缺乏临床应用规范，DECT 技术往往很少被采用，不能充分发挥其设备效益。

4 展望

可以预见，DECT 将会不断得到推广应用，而过时的对比剂应用方案显然已不能满足要求。 为适应个性化检查需要，未来的上腹部增强检查将在一套计划系统的辅助下进行。 当输入病人的必要信息（人口统计学特征参数、心率、检查部位和疾病分类等）后，系统自动生成最优对比剂应用方案和CT 扫描协议，当操作人员对某些设置不满意时，可适当手动调节并得到相应优化方案。 同时，一套影像重建和后处理规范将大大简化操作流程， 确保噪声、对比度和CNR 等质量参数处于最优平衡状态。 此外，诊断医生也必须改变传统的阅片习惯，以适应不断发展的新技术。

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