低浓度对比剂和低管电压结合适应性统计迭代技术对腹部动脉血管成像质量的影响

吕婷婷 LV Tingting

刘爱连 LIU Ailian

汪禾青 WANG Heqing

田士峰 TIAN Shifeng

刘静红 LIU Jinghong

刘义军 LIU Yijun

低浓度对比剂和低管电压结合适应性统计迭代技术对腹部动脉血管成像质量的影响

吕婷婷 LV Tingting

刘爱连 LIU Ailian

汪禾青 WANG Heqing

田士峰 TIAN Shifeng

刘静红 LIU Jinghong

刘义军 LIU Yijun

作者单位
大连医科大学附属第一医院放射科 辽宁大连 116010

目的 探讨低浓度对比剂和低管电压结合适应性统计迭代（ASIR）技术对腹部动脉血管成像（CTA）质量的影响。资料与方法 前瞻性收集139例行全腹动态增强检查、体重指数（BMI）＜22 kg/m2的患者，将其分为A组78例（管电压80 kVp +50% ASIR，对比剂碘浓度270 mgI/ml）及B组61例（管电压120 kVp，对比剂碘浓度350 mgI/ml）。评价两组右肾动脉的主观质量评分，对两组评分进行一致性检验；比较两组图像容积CT剂量指数（CTDIvol），腹主动脉主干及分支、右侧竖脊肌CT值，血管对比噪声比（CNR），右侧竖脊肌图像噪声（SD）及总碘量。结果 两组图像的主观评分一致性很好（Kappa值＞0.80），A、B组图像右肾动脉评分分别为（4.60±0.51）分和（3.81±0.76）分，差异有统计学意义（Z=－6.86，P＜0.01）。A、B组CTDIvol分别为（5.56±4.21）mGy、（7.11±1.54）mGy，差异有统计学意义（t=－9.89，P＜0.01）；两组各动脉CT值均大于400 HU，A组腹主动脉主干及分支的CT值、CNR均高于B组（P＜0.05）；两组图像SD值差异无统计学意义（P＞0.05）；A、B组总碘量分别为270 mg、350 mg，A组较B组每位患者总碘量降低了22.86%。结论对于BMI＜22 kg/m2的患者，低浓度对比剂、低管电压结合ASIR技术能够提高腹部CTA图像质量，并有效降低辐射剂量及对比剂碘含量。

主动脉，腹；肾动脉；脾动脉；肝动脉；肠系膜上动脉；体层摄影术，X线计算机；血管造影术；适应性统计迭代重建技术；造影剂；辐射剂量

CT血管成像（CTA）具有低风险、无创性等优势，在临床已得到广泛应用，但CTA可给患者带来辐射损伤，注射的含碘对比剂可能引发对比剂肾病等副作用。如何在保证CTA图像质量的同时，降低患者所受辐射剂量及对比剂剂量，已成为研究的热点。使用低浓度对比剂可以减轻对比剂副作用，但会使血管内的CT值降低，影响CTA的血管成像质量。降低管电压可以提升碘对比剂的CT值，并减少辐射剂量[1]，但同时增加了图像噪声。适应性统计迭代（adaptive statistical iterative reconstruction，ASIR）重建技术的问世使降低扫描条件，但不增加图像噪声成为可能[2]。本文旨在探讨应用低浓度对比剂、低管电压结合ASIR技术对腹部动脉CTA图像质量的影响。

1 资料与方法

1.1 研究对象 前瞻性收集2013年3—12月于大连医科大学附属第一医院行能谱CT全腹动态增强扫描的139例患者。纳入标准：①体重指数（BMI）＜22 kg/m2；②无碘对比剂使用禁忌证；③呼吸状态平稳，不影响正常屏气；④无心脏疾病，血液循环状态正常。按照首诊时间段分为A组78例和B组61例： A组男56例，女22例；年龄44～79岁，平均（62±12）岁；B组男42例，女19例；年龄49～87岁，平均（59±12）岁。本研究经本院伦理委员会审核批准，所有患者检查前均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用GE Discovery CT 750 HD能谱CT机，扫描范围自膈顶至耻骨联合下缘。A组为低浓度对比剂低管电压组，管电压为80 kVp，50% ASIR，噪声（SD）指数为10，采用浓度为270 mgI/ml的威视派克对比剂（通用电气药业，中国上海）；B组为高浓度对比剂常规扫描组，管电压为120 kVp，SD指数为14，采用浓度为350 mgI/ml的欧乃派克对比剂（通用电气药业，中国上海）。两组均行全腹三期动态增强扫描。其余扫描参数相同：螺距1.375，螺旋扫描速度0.8 s/周，探测器宽度4 cm；自动毫安调制，扫描层厚5 mm，层间隔5 mm。图像重建均采用标准算法，重建层厚1.25 mm，层间隔1.25 mm。对比剂总量均为100 ml，注药速度5.0 ml/s，随即以同样速度注入0.9%氯化钠注射液20 ml。动脉期利用Smart Prep软件监控，监控层面设于右肾门平面的腹主动脉，扫描触发阈值设定为150 HU。当感兴趣区（ROI）实时阈值图显示监控靶血管的CT值达到设定阈值时启动扫描。

1.3 图像后处理 扫描结束后，将原始数据传送至AW 4.5工作站，对两组图像的动脉期薄层数据进行分析。由2名分别有5年和8年CT读片经验的放射科主治医师采用盲法对图像进行主观评价与客观测量。

1.3.1 主观评分 应用薄层最大密度投影（MIP）、容积再现（VR）以及曲面重组（CPR）技术对各组图像的腹主动脉主干及分支进行重建。在腹主动脉的各分支血管中，肾动脉分级较明显，故选取右肾动脉作为图像评价对象，由2名观察者对两组图像的右肾动脉分别进行评分。图像质量评价标准：1级分支为主干，2级分支为前后支，3级分支为段支动脉，4级分支为段支以下细小分支。评分标准：图像能够清晰显示段支动脉及细小分支，血管边缘光滑为5分；能够显示段支动脉及细小分支，血管边缘欠光滑为4分；图像能够清晰显示前后分支动脉，血管边缘欠光滑为3分；能够显示左右肾动脉分支及血管边缘为2分；不能显示左右肾动脉分支为1分。

1.3.2 客观测量 由观察者1记录两组的容积CT剂量指数（CT dose index of volume，CTDIvol）；由观察者2测量腹主动脉主干（右肾门水平）及其主要分支（肝总动脉、脾动脉、肠系膜上动脉、右肾动脉）的CT值以及平右肾门水平右侧竖脊肌CT值及图像SD值，同时计算各血管对比噪声比（CNR）：CNR=（CT动脉−CT竖脊肌）/SD竖脊肌。所有ROI放置时均应避开图像伪影区，并向远端连续层面测量3次取平均值。血管内ROI直径约为管腔的2/3，腹主动脉主干ROI放置在右肾动脉水平，其分支血管的ROI放置在各动脉距分支开口1 cm处，竖脊肌ROI大小约为100 mm2，放置竖脊肌中央。同时计算并比较A、B组对比剂总碘量，总碘量=浓度×剂量。

1.4 统计学方法 采用SPSS 17.0软件，对两组右肾动脉主观评分结果的一致性进行Kappa检验，Kappa值＜0.20为一致性很差，0.21～0.40为一致性较差，0.41～0.60为一致性一般，0.61～0.80为一致性较好，0.81～1.00为一致性很好，2名观察者评分无差异时，用观察者组内数据标准差小的一组评分结果进行统计学分析；采用Mann-Whitney U检验比较两组图像的主观评分；采用独立样本t检验比较两组的CTDIvol及腹主动脉主干及其分支的CT值、CNR值及SD值；P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组图像主观评分结果 两组右肾动脉主观评分及一致性检验结果见表1。2名观察者对两组图像的主观评分一致性很好（Kappa值＞0.80）。A、B组图像主观质量评分分别为（4.60±0.51）分、（3.81±0.76）分，A组图像右肾动脉评分优于B组，差异有统计学意义（Z=－6.86，P＜0.01），两组图像均能较好地显示右肾动脉各级分支，满足临床诊断需求（图1、2）。

表1 2名观察者右肾动脉主观评分及一致性检验（例）

图1 男，51岁，A为浓度270 mgI/ml对比剂、80 kVp管电压、50% ASIR的MIP图像，可见右肾动脉分支清晰、锐利（箭），4级分支，评分5分；B为VR图像，显示右肾动脉末端血管清晰（箭），4级分支，评分5分

图2 男，63岁。A为浓度350 mgI/ml对比剂、120 kVp管电压的MIP图像，可见右肾动脉分支略模糊（箭），3级分支，评分为4 分；B为VR图像，显示肾动脉分支模糊（箭），4级分支，评分4分

2.2 两组CTDIvol、CT值、CNR值、SD值及对比剂总碘量的比较 A、B组CTDIvol值分别为（5.56±4.21）mGy、（7.11±1.54 ）mGy， A组低于B组，差异有统计学意义（t=－9.89，P＜0.01）。两组腹主动脉主干及各分支CT值均大于400 HU，A组的CT值均大于B组，差异均有统计学意义（P＜0.05）。A组腹主动脉主干及各分支CNR均大于B组，差异均有统计学意义（P＜0.05）。A、B组图像SD值分别为（29.56±0.41）HU、（30.34±0.49）HU，差异无统计学意义（t=－1.24，P＞0.05）。A组每位患者所用总碘量为270 mg，B组为350 mg，A组与B组相比每位患者所用总碘量降低了22.86%。见表2。

表2 两组客观测量结果比较

3 讨论

腹部CTA的关键是加大血管与周围组织的对比，目前临床常规CTA扫描时，往往通过使用高浓度（350 mgI/ml或更高）对比剂、提高注射速度等方法来提高血管的对比度，使得对比剂肾病、全身过敏反应及血管外渗等对比剂副作用的发生几率增加[3]。虽然使用低浓度对比剂可以减少摄入的总碘量，从而降低副作用的发生几率，但同时会降低血管CT值，影响CTA的图像质量。

CTA检查时因薄层扫描等因素，给患者带来较常规扫描更大的辐射损伤，而降低管电压可以减少辐射剂量。此外，应用低管电压（如80 kVp）可以增加碘对比剂的强化程度，使血管与周围组织的对比度加大[4-5]，这是由于X线光子能量随着管电压的降低而降低，当光子能量水平接近含有原子序数的组织或结构（如含碘的血管）时，光电效应明显加大。X线的穿透力随患者BMI的增加而减弱[6-7]，对BMI高的患者，应用低管电压时，可能因X线无法穿透组织而影响图像质量，因此本研究入组病例均为BMI＜22 kg/m2的患者。

低管电压扫描在有效降低X线辐射剂量的同时，会使图像噪声明显增加，ASIR技术的出现可以弥补这一缺陷。ASIR是指通过自适应技术精确描述和构建探测到的信号的光子统计学，是对原始数据层面的反复迭代运算，可以降低噪声并提高图像分辨率[8]。既往研究表明，胸部、腹部扫描的图像噪声随着ASIR权重的增加呈下降趋势，将ASIR权重设置在40%～60%时可以获得较高的图像质量[9-11]。

本研究中A组应用了低浓度对比剂，总碘含量较B组降低了22.86%，且腹主动脉主干及分支的CT值、CNR、主观评分均优于B组。既往研究指出，若目标血管强化CT值在400 HU以上，可以获得较好的CTA图像质量[12]。本研究中A、B组各动脉的CT值均在400 HU以上，低浓度对比剂、低管电压扫描方案的动脉强化效果与高浓度对比剂、常规管电压的扫描方案相似。本研究将A组ASIR权重设置在50%，其噪声与B组间无显著差异，即应用50% ASIR技术的低管电压扫描未增加噪声，并获得了更好的图像质量。

本研究的不足之处：①由于两组病例非同一患者，可能存在个体差异；②本研究只选取了BMI＜22 kg/m2的患者。

总之，对于BMI＜22 kg/m2的患者，应用270 mgI/ml对比剂、80 kVp管电压结合50% ASIR技术能够提高腹部CTA图像质量，并有效降低辐射剂量及对比剂碘含量。

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（本文编辑 冯 婕）

Effect of Low Contrast Dose and Low Tube Voltage Combined with Adaptive Statistical Iterative Reconstruction in the Image Quality of Abdominal CT Angiography

Purpose To investigate the effect of low contrast dose and low tube voltage combined with adaptive statistical iterative reconstruction (ASIR) on image quality of abdominal CT angiography. Materials and Methods 139 patients with body mass index (BMI) ＜22 kg/m2who were supposed to undergo abdominal dynamic contrast-enhanced examination were prospectively enrolled and randomly divided into group A with 78 cases (80 kVp tube voltage +50% ASIR, contrast agent concentration 270 mgI/ml) and group B with 61 cases (120 kVp tube voltage, contrast agent concentration 350 mgI/ml). Subjective score of right renal artery image quality of the two groups were evaluated and the coefficient between them was tested; CT dose index of volume (CTDIvol), CT values of abdominal aorta and its branches, and the right side erector spinae, contrast-tonoise ratio (CNR) of the vessel, the right erector spinae image noise (SD), and the total amount of iodine were also compared between the two groups. Results The inter observer agreement for subjective scores were very good (Kappa value＞0.80) in both groups, the subjective score of group A and group B were 4.60±0.51 and 3.81±0.76, respectively, and the difference was statistically significant (Z=－6.86, P＜0.05). CTDIvol of group A and group B were (5.56±4.21) mGy and (7.11±1.54) mGy, respectively, the difference was statistically significant (t=－9.89, P＜0.01); CT values of the arteries in both groups were all greater than 400 HU; CT values and the CNR of the abdominal aortic trunk and branches in group A were higher than those of group B (P＜0.05); there was no statistically significant difference of image noise between the two groups (P＞0.05). The total amount of iodine dose in group A and group B was 270 mg and 350 mg respectively, with a 22.86% reduce of the total iodine for each patient in A group than in B group. Conclusion For patients with BMI＜22 kg/m2, it is feasible to use low dose contrast medium with low tube voltage and ASIR, which may not only improve the image quality of abdominal CTA but also reduce the radiation dose and iodine content.

Aorta, abdominal; Renal artery; Splenic artery; Hepatic artery; Mesenteric artery, superior; Tomography, X-ray computed; Angiography; Statistical iterative reconstruction; Contrast media; Radiation dosage

10.3969/j.issn.1005-5185.2015.04.005

刘爱连

Department of Radiology, The First Affiliated Hospital of Dalian Medical University，Dalian 116010, China

Address Correspondence to: LIU Ailian

E-mail: cjr.liuailian@vip.163.com

R445；R572

2014-11-13

2015-03-30

中国医学影像学杂志

2015年 第23卷 第4期：260-263

Chinese Journal of Medical Imaging

2015 Volume 23(4): 260-263