低管电压结合低剂量对比剂在64层螺旋CT头颈部血管成像中的应用

王婕妤WANG Jieyu

乔 伟2QIAO Wei

黎秋菊1LI Qiuju

孙红彬1SUN Hongbin

孙 鹤1SUN He

邹 杰1ZOU Jie

低管电压结合低剂量对比剂在64层螺旋CT头颈部血管成像中的应用

王婕妤1WANG Jieyu

乔 伟2QIAO Wei

黎秋菊1LI Qiuju

孙红彬1SUN Hongbin

孙 鹤1SUN He

邹 杰1ZOU Jie

作者单位
1. 中国医科大学附属第四医院放射科 辽宁沈阳 110032
2. 中国医科大学附属盛京医院超声科 辽宁沈阳 110004

目的 探讨64层螺旋CT头颈部血管成像（CTA）低管电压结合低剂量对比剂扫描的可行性，对比低管电压低剂量与常规电压常规剂量对比剂扫描对头颈部血管的显示效果，并评估其对辐射剂量的影响。资料与方法 前瞻性选取接受头颈部CTA检查的80例患者，随机分为对照组和低剂量组，每组各40例。对照组管电压120 kV，对比剂用量80 ml；低剂量组管电压80 kV，对比剂用量50 ml。比较两组动脉图像质量及静脉干扰评分、动脉强化CT值、信噪比（SNR）、对比噪声比（CNR）、辐射剂量。结果 2名医师对动脉图像质量评分、静脉干扰评分的一致性较高（Kappa=0.782、0.867，P＜0.05）。两组动脉图像质量评分、静脉干扰评分、SNR、CNR比较，差异无统计学意义（Z=－0.864～－0.032，t=0.331～1.793，P＞0.05）。低剂量组各动脉强化CT值均高于对照组（t=－8.789～1.715，P＜0.05）。低剂量组容积CT剂量指数、剂量长度乘积和有效剂量均明显低于对照组（Z=－8.888，t=78.092、78.350，P＜0.05）。结论 在头颈部CTA检查中采用低管电压结合低剂量对比剂扫描，可以获得较好的图像质量，能够满足临床诊断需要，同时明显降低辐射剂量。

体层摄影术，螺旋计算机；血管造影术；颈总动脉；颈内动脉；造影剂；剂量效应关系，药物；辐射剂量

头颈部血管成像（CTA）具有操作简便、安全无创、价格低廉的优点，近年广泛应用于临床。通过头颈部CTA可清晰显示颈总及颈内动脉、椎基动脉、Willis环等血管结构，并可接近动脉造影水平[1]，因此该检查可用于检查动脉狭窄、斑块、动脉瘤等头颈部血管疾病。由于头颈部CTA检查扫描范围较大，其带来的辐射剂量问题不可忽视，而对比剂不良反应亦备受关注[2]。本研究旨在探讨在保证图像质量的情况下利用低管电压技术和低剂量对比剂进行头颈部CTA的可行性。

1 资料与方法

1.1 研究对象 前瞻性连续选择2014年1—7月在中国医科大学附属第四医院临床怀疑头颈部血管疾病接受头颈部CTA检查的80例患者。排除标准：含碘对比剂过敏者，心、肝、肾功能不全者，不能配合完成检查者，妊娠期妇女，支架植入及动脉瘤夹闭术后者，肥胖（体重指数≥30 kg/m2[3]）者。采用随机数字表法将所有患者分为对照组和低剂量组，每组40例。两组患者性别、年龄及体重指数差异均无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。见表1。本研究经本院医学伦理委员会批准，所有患者均签署知情同意书。

表1 两组患者一般资料比较

1.2 仪器与方法 采用GE 64层 LightSpeed VCT。患者取仰卧位，双手自然垂放于身体两侧，去除假牙及头颈部金属饰物。扫描过程中保持头颈部固定不动。嘱患者平静呼吸及不能做吞咽动作至扫描结束。扫描参数：对照组管电压120 kV，对比剂用量80 ml；低剂量组管电压80 kV，对比剂用量50 ml。预置18G套管针，使用高压双筒注射器经肘静脉注射，对比剂为碘海醇（350 mgI/ml），注射速度4.5 ml/s，两组生理盐水用量均为20 ml。采用对比剂示踪技术进行扫描，在主动脉弓降部勾画ROI，触发阈值为120 HU，触发后延迟4.5 s后扫描，从足侧到头侧，扫描范围从主动脉弓（aorta arch，AOAR）到颅顶，X线球管探测器宽度64 mm ×0.625 mm，旋转时间为0.6 s/周，螺距0.984，视野 25 cm ×25 cm，矩阵512×512，管电流350 mA，重建层厚1.250 mm，窗宽600 HU，窗位180 HU。

1.3 图像后处理 将扫描得到的原始数据传送至GE AW 4.4工作站，后处理方法包括多平面重组（MPR）、曲面重组（CPR）、最大密度投影（MIP）、容积再现（VR），并对所得图像进行评价。

1.3.1 主观评价 由2名有经验的放射科主治医师采用双盲法对图像质量进行评价，取2名医师评分的平均值。①动脉图像质量：于轴位、MPR图像、CPR图像及VR图像上观察AOAR、双侧颈总动脉（common carotid artery，CCA）、双侧颈内动脉（internal carotid artery，ICA）、双侧大脑中动脉M1段（middle cerebral artery M1，MCA-M1）、基底动脉（basilar artery，BA）。采用4级评分法评价[4]：1分：图像质量很差，无法观察血管；2分：图像质量较差，影响分析；3分：图像质量尚可，不影响分析；4分：图像质量良好，血管显示清晰。②静脉干扰：造影剂注射同侧颈部静脉内残留的造影剂造成的伪影对邻近动脉的影响。对颈部血管进行VR重建，以4分法进行评价[5]：1分：颈内静脉内残留造影剂超过颈总动脉分叉水平；2分：颈内静脉内有造影剂残留，但未超过颈总动脉分叉水平；3分：锁骨下静脉内有较多造影剂残留，影响锁骨下动脉观察；4分：锁骨下静脉内仅有少量造影剂残留，不影响锁骨下动脉观察。

1.3.2 客观评价 ①血管强化的CT值：以原始图像横断面进行观察，测量AOAR、双侧CCA（甲状软骨水平）、双侧ICA（分叉上方约2.0 cm）、双侧MCA-M1、BA的CT值，每个点测量3次取平均值，ROI尽量占据血管最大面积，避开斑块。②图像噪声：在横断面图像上取CCA（甲状软骨水平）、双侧ICA（分叉上方约2.0 cm）、双侧MCA-M1水平，分别于左、右侧的空气内放置ROI测量图像噪声，所得的CT值的标准差的平均值作为图像噪声，ROI面积约300 mm2。③背景信号（SI背景）：在双侧CCA（甲状软骨水平）、双侧ICA（分叉上方约2.0 cm）水平将ROI放置于椎旁肌肉内，双侧MCA-M1水平将ROI放置于颞肌内，取3次测量CT值的平均值。④信噪比（SNR）：为血管内的CT值与图像噪声的比值，即SNR=SI血管/噪声。⑤对比噪声比（CNR）：为血管内的CT值与背景CT值的差值与图像噪声的比值，即CNR=（SI血管－SI背景）/噪声。

1.4 辐射剂量 记录由计算机生成的容积CT剂量指数（CT dose index of volume，CTDIvol），用CTDIvol乘以扫描长度得出剂量长度乘积（dose-length product，DLP），并计算有效剂量（effective dose，ED）。

其中k值参照欧盟委员会关于CT质量标准指南，在头颈部CTA扫描时K=0.0031[6]。

1.5 统计学方法 采用SPSS 17.0软件，患者年龄、体重指数、CT值、SNR、CNR、DLP、ED组间比较采用独立样本t检验；两组性别比较采用χ2检验；两组图像动脉质量评分、静脉干扰评分及CTDIvol采用非参数检验；采用Kappa检验评估2名医师评估的一致性，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 图像主观评价 两组 AOAR、双侧CCA、双侧ICA、BA、双侧MCA-M1及静脉干扰平均分比较，差异均无统计学意义（P＞0.05），见表2。两组的图像质量均满意（图1、2）。2名医师对动脉图像质量评分、静脉干扰评分的一致性较高（Kappa=0.782、0.867，P＜0.05）。

2.2 图像客观评价 低剂量组 AOAR、双侧CCA、双侧ICA、BA、双侧MCA-M1的CT值均高于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05），见表3。两组双侧CCA、双侧ICA、双侧MCA-M1的SNR、CNR比较，差异均无统计学意义（P＞0.05），见表4、5。

2.3 两组辐射剂量比较 低剂量组CTDIvol、DLP和ED均明显低于对照组，差异有统计学意义（P＜0.01），见表6。低剂量组辐射剂量比对照组降低了69%。

表2 两组动脉图像质量评分及静脉干扰评分比较（分）

图1 男，70岁，体重指数24.44 kg/m2，采用120 kV管电压，80 ml对比剂进行扫描，于横轴位（A）、MIP（B）、CPR（C）及VR（D）图像观察，动脉图像质量评分4分，血管边缘光滑锐利，分支显示良好，箭示右侧颈内动脉起始部软斑块

图2 男，61岁，体重指数23.50 kg/m2，采用80 kV管电压，50 ml对比剂进行扫描，于横轴位（A）、MIP（B）、CPR（C）及VR（D）图像观察，轴位索条状伪影增加，但强化的血管与周围软组织对比尚好，动脉图像质量评分4分，血管边缘光滑锐利，分支显示良好

表3 两组8个动脉节段CT值比较（HU）

表4 两组6个动脉节段SNR值比较

表6 两组辐射剂量比较

3 讨论

近年来，头颈部CTA因其无创、精确、安全等技术特点，在头颈部血管疾病的临床诊断和治疗中发挥着重要的作用。由于头颈部CTA扫描范围内有眼球晶状体、甲状腺等对射线敏感的器官，因此降低CT辐射剂量尤为重要[7-8]。同时因检查需要注射大剂量对比剂，对肾脏存在潜在危害，如对比剂肾病等[9]， 因此对比剂安全等问题备受关注。目前多数研究只探讨相同参数下低管电压扫描，或只探讨相同参数下低剂量对比剂扫描，而关于低管电压与低剂量对比剂相结合在头颈部CTA临床应用的研究鲜有报道。本研究旨在保证CT图像质量满足临床诊断需要的前提下，在其他扫描参数恒定的情况下，通过降低管电压和减少对比剂用量来降低辐射剂量，减少对比剂不良反应的发生，进一步探讨64层螺旋CT低管电压结合低剂量对比剂头颈部CTA的临床价值和应用前景。

3.1 低管电压对图像质量的影响 X射线与物质相互作用的主要形式有光电效应、康普顿效应和电子对效应。而CT增强扫描所用的含碘对比剂与X射线所发生的作用是以光电效应为主的。光电效应是指原子中某一壳层的电子吸收一个光子的能量后从原子中逃逸出来，此逸出来的电子称为光电子。当入射光子的能量等于或稍高于某一电子的结合能时，如K层结合能（即原子从K壳层释放一个电子所需的最小能量），X射线吸收率最大，光电效应最强。光电效应的相对强弱决定了该物质对X射线的衰减程度，从而影响CT值的高低。对比剂中碘的原子序数为53，K层电子结合能为33.2 KeV，管电压为80 kV时的光子能量为43.7 KeV，更接近碘剂的电子结合能，此时组织对X线吸收率最大，图像的CT值更高[10]。本研究结果显示，低剂量组血管腔内CT值较对照组增加，两组差异有统计学意义。此外，两组各动脉节段的SNR、CNR、动脉图像质量评价及静脉干扰评分差异均无统计学意义，提示虽然管电压下降会导致图像噪声增加，血管边缘的锐利度下降，但主要是影响软组织之间的对比度，而强化的血管与周围软组织仍具有较高的对比度，因此受其影响较小，整体图像质量并无明显下降。这一结论在相关文献中也得以证实[11-12]。

3.2 低管电压对辐射剂量的影响 从连续X射线强度公式I=KiZU2（I：X射线强度；K：比例系数；i：管电流；Z：阳极靶材料的原子序数；U：管电压）[13]可以看出，辐射剂量与管电压的平方成正比，管电压降低，辐射剂量以平方的关系降低。本研究两组辐射剂量对比差异均有统计学意义，低剂量组较对照组辐射剂量明显降低了69%，说明低管电压能显著降低X线辐射剂量，与夏巍等[14]的研究结果一致。

3.3 低管电压对对比剂用量的影响 碘对比剂的不良反应主要有特异性反应和细胞毒性反应，前者一般与剂量无关，难以预防，而后者与对比剂剂量有关，剂量越大，细胞毒性反应的发生率越高。因此应尽量降低对比剂剂量，能满足诊断需要即可。本研究中对照组与低剂量组在图像质量方面无显著差异，均能清晰地显示头颈部正常血管和病变，说明低剂量对比剂与常规剂量效果相同，与杨春燕等[1]的研究结果一致。由于管电压下降会使血管腔内CT值增加，与常规管电压相比，达到相同CT值所需对比剂剂量相对减少，因此可减少对比剂剂量。本研究对照组对比剂剂量为80ml，低剂量组对比剂剂量为50 ml，对比剂剂量减少可降低对比剂不良反应的发生几率。

总之，低管电压结合低剂量对比剂行64层螺旋CT头颈部CTA可获得比较满意的图像，可以满足临床诊断需要，低管电压技术可以达到降低辐射剂量的目的，合理降低对比剂用量可以减少对比剂肾病等医源性危害，减轻患者的经济负担。

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（本文编辑冯婕）

Feasibility of Low Tube Voltage Combined with Low Contrast Dose in 64-slice Spiral CT Cerebral and Carotid Arteriography

Purpose To evaluate the feasibility of a low-dose contrast medium protocol for 64-slice spiral CT angiography (CTA) of cerebral and carotid using a low-tube-voltage setting, and to compare the display effect of cerebral and carotid arteries by low-tubevoltage low-dose contrast medium and routine-tube-voltage routine-dose contrast medium scanning, and to assess the effect on radiation dose. Materials and Methods Eighty consecutive patients were prospectively selected to perform cerebral and carotid CTA inspection. The patients were randomly divided into control group and low dose group with 40 people in each group. The voltage in control group was 120 kV and the contrast agent was 80 ml; those in low dose group were 80 kV and 50 ml, respectively. The artery image quality was evaluated and venous interference was scored. The CT value, signalto-noise ratio (SNR), contrast-to-noise ratio (CNR) and radiation dose in both groups were statistically analyzed. Results The consistency of uniform in artery image quality score and venous interference score was rather high according to the assessment of two physicians (Kappa=0.782 and 0.867). There was no statistical difference in artery image quality score, venous interference score, SNR and CNR between the two groups (Z=－0.864-－0.032, P＞0.05). The CT value in low dose group was higher than that in control group (differences with statistical significance, t=－8.789-1.715, P＜0.05). The CT dose index of volume, dose-length product and effective dose in low dose group were all significantly lower than those in control group (Z=－8.888, t=78.092 and 78.350, respectively, P＜0.05). Conclusion The use of low tube voltage and low contrast dose in cerebral and carotid CTA examination can result in high quality images which meets the diagnostic needs and obviously reduce radiation dosage.

Tomography, spiral computed; Angiography; Carotid artery, common; Carotid artery, internal; Contrast media; Dose-response relationship, drug; Radiation dosage

10.3969/j.issn.1005-5185.2015.07.001

邹 杰

Department of Radiology, the Fourth Affiliated Hospital of China Medical University, Shenyang 110032, China

Address Correspondence to: ZOU Jie

E-mail: jie1010@126.com

R445.3

2015-02-31

2015-06-25

中国医学影像学杂志

2015年 第23卷 7期：481-485

Chinese Journal of Medical Imaging

2015 Volume 23(7): 481-485