双低剂量在头颈部无迭代技术多层螺旋CT血管成像中的可行性

张文艳 ZHANG Wenyan赵 静 ZHAO Jing周瑞臣 ZHOU Ruichen李 健 LI Jian惠 颖 HUI Ying郭庆乐 GUO Qingle

论著

双低剂量在头颈部无迭代技术多层螺旋CT血管成像中的可行性

张文艳1ZHANG Wenyan
赵 静2ZHAO Jing
周瑞臣2ZHOU Ruichen
李 健2LI Jian
惠 颖2HUI Ying
郭庆乐2GUO Qingle

作者单位 1. 华北理工大学研究生学院 河北唐山063000 2. 华北理工大学附属开滦总医院影像科河北唐山 063000

目的通过探讨双低剂量在头颈部无迭代技术多层螺旋CT血管成像（CTA）应用中的可行性，实现在降低辐射剂量的基础上减少对比剂使用量，以降低受检者辐射危害和对比剂肾病发病率。资料与方法选取51例行双低剂量头颈CTA检查的患者作为双低组[管电压100 kV，管电流300 mA，对比剂0.7 ml/kg碘佛醇（320 mgI/ml）]，51例行常规剂量头颈CTA检查的患者作为常规组[管电压120 kV，管电流350 mA，对比剂1.0 ml/kg碘佛醇（320 mgI/ml）]。测量两组患者血管内CT值和背景噪声，比较两组患者信噪比（SNR）、对比噪声比（CNR）、图像质量主观评分、辐射剂量及碘负荷量。结果双低组与常规组容积CT剂量指数分别为18.00 mGy、33.86 mGy，有效剂量分别为3.85 mSv/(mGy·cm)、7.25 mSv/(mGy·cm)，碘负荷量分别为224 mgI/kg、320 mgI/kg。双低组主动脉弓SNR及CNR高于常规组，但差异无统计学意义（t=－1.572、－1.783，P＞0.05）；双侧颈总动脉、颈内动脉、大脑中动脉SNR及CNR均低于常规组，但差异无统计学意义（t=0.341～1.739，P＞0.05）。双低组及常规组图像质量主观评分分别为（3.69±0.47）分、（3.70±0.46）分，差异无统计学意义（Z=－0.213，P＞0.05）。结论 采用双低剂量扫描技术在无迭代技术螺旋CT行头颈部CTA检查可以获得质量满意的图像。

脑血管造影术；颈动脉；体层摄影术，螺旋计算机；图像处理，计算机辅助；辐射剂量；造影剂

头颈部CT血管成像（CTA）广泛应用于脑血管疾病的检查[1]，然而由于其扫描层厚薄及扫描范围大，受检者不仅接受大量的放射辐射，还需要大量的含碘对比剂以维持血管内碘浓度，导致恶性肿瘤及对比剂肾病的发病风险增加[2-3]。因此，如何在图像质量满足诊断要求的前提下最大限度地降低辐射剂量及碘负荷量成为目前头颈CTA应用中亟待解决的问题。既往研究[4-5]表明采用低电压联合低剂量对比剂技术（双低剂量扫描技术）能够解决这一问题，然而这些研究主要集中于带有自适应统计迭代重建算法（以下简称“迭代技术”）功能的高端CT机。本研究采用低电压联合低剂量对比剂技术在无迭代技术的多层螺旋CT机对患者行头颈部CTA检查，与常规剂量头颈CTA进行对比，旨在探讨双低剂量扫描技术在头颈部无迭代技术CTA应用中的可行性。

1 资料与方法

1.1 研究对象 连续选取2014年6月1日—12月31日因自发性蛛网膜下腔出血、头晕、头痛等原因于华北理工大学附属开滦总医院行双低剂量头颈部CTA检查的51例患者作为双低组，其中男35例，女16例；平均年龄（51.84±11.49）岁。选取2011年1月1日—2014年5月31日因相同原因行常规剂量头颈部CTA检查的51例患者作为常规组，其中男35例，女16例；平均年龄（51.82±11.60）岁。纳入标准：①同意参加本研究并签署知情同意书者；②性别、年龄、身高、体重不限；③既往无严重心脑血管疾病者，包括严重高血压（血压＞180/110 mmHg）、近期心肌梗死、心功能不全等；④既往无严重肝、肾功能不全及糖尿病者；⑤无明显甲状腺功能亢进者；⑥碘过敏试验阴性者；⑦非过敏体质者。排除标准：①任一侧头颈血管完全闭塞影响相关资料收集者；②碘过敏者；③由于其他未知原因不能顺利完成检查者。两组患者性别、年龄比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。本研究经本院医学伦理委员会审查批准。

1.2 仪器与方法 采用无迭代技术的GE LightSpeed VCT机进行扫描。扫描参数：双低组管电压100 kV，管电流300 mA；常规组管电压120 kV，管电流350 mA；其余扫描参数均一致：准直器64×0.625 mm，机架转速0.5 s/r，螺距0.984，层厚0.625 mm。扫描范围均为主动脉弓至颅顶。患者取仰卧位，平静呼吸，头先进。采用专用扫描头架，并用制动带固定额部、下颌角及胸部，告知患者扫描过程中避免头部运动、吞咽、咳嗽等。采用双筒高压注射器经肘正中静脉以5 ml/s注射碘佛醇（320 mgI/ml）对比剂及生理盐水各20 m1，延迟5 s后在C4椎体水平间隔1 s进行多次重复扫描。使用多图像感兴趣区（ROI）工具在C4椎体水平左侧颈内动脉内选择ROI测量时间-密度曲线，确定达峰时间。根据公式（1）计算延迟时间，然后注入对比剂[6]。对比剂用量双低组为0.7 ml/kg，常规组为1.0 ml/kg，注射速度均为5 ml/s。对比剂注射完毕后再次注射生理盐水40 ml，注射速度5 ml/s。

1.3 图像后处理 将扫描所得原始图像传至AW 4.5工作站，进行多平面重组（MPR）、最大密度投影（MIP）、曲面重组（CPR）及容积再现（VR）等处理。

1.3.1 客观评价 由1名影像科主治医师在轴面图像上测量主动脉弓、双侧颈总动脉（平舌骨水平）、双侧颈内动脉（平寰枢关节水平）及双侧大脑中动脉水平段CT值，同时测量左侧胸大肌、双侧胸锁乳突肌、双侧咬肌及双侧大脑白质区的CT值及标准差。用各处肌肉或脑组织CT值的标准差表示背景噪声，根据公式（2）、（3）计算各处信噪比（SNR）及对比噪声比（CNR），每组数据均测量3次取平均值。

1.3.2 主观评价 由1名影像科主治医师及1名主任医师采用双盲法对所有CPR、VR图像质量进行主观评价。评价标准：①1分：图像质量很差，颈部及颅内大血管及其分支显示不清，无法进行血管分析；②2分：图像质量较差，颈部及颅内大血管可以显示，但主要分支显示欠佳，影响血管分析；③3分：图像质量尚可，颈部及颅内大血管及主要分支可以显示，但细小分支显示欠佳，不影响血管分析；④4分：图像质量良好，颈部及颅内大血管及其分支显示清晰，可以进行血管分析。所有CPR、VR图像均按照I～V级顺序观察[7]。

1.4 辐射剂量 采用容积CT剂量指数（volume CT dose index，CTDIvol）、剂量长度乘积（dose length product，DLP）及有效剂量（effective dose，ED）评价患者的辐射剂量。扫描完成后记录每例患者检查时由机器自动生成的CTDIvol及DLP，根据公式（4）计算ED。EDLP根据欧洲CT质量标准指南[8]采用0.0054 mSv/(mGy·cm)。

1.5 统计学方法 采用SPSS19.0软件，两个独立样本计量资料组间比较采用t检验；图像主观评分比较采用Mann-Whitney U检验；P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组辐射剂量及对比剂用量比较 两组辐射剂量及碘对比剂用量见表1。双低组较常规组CTDIvol、DLP及ED分别下降了46.84%、46.86%及46.90%，双低组碘负荷量较常规组下降了30.0%。

表1 双低组及常规组辐射剂量及碘对比剂用量

2.2 两组SNR与CNR比较 双低组主动脉弓SNR、CNR高于常规组，但差异无统计学意义（t=－1.572、－1.783，P＞0.05）；双侧颈总动脉、颈内动脉、大脑中动脉SNR、CNR均低于常规组，但差异均无统计学意义（t=0.341～1.739，P＞0.05）。见表2、3。

表2 双低组与常规组SNR比较

表3 双低组与常规组CNR比较

2.3 两组图像质量主观评分比较 双低组图像质量主观评价得分为（3.69±0.47）分，常规组为（3.70±0.46）分，组间比较差异无统计学意义（Z=－0.213，P＞0.05）。见图1、2。

图1 男，19岁，头晕3 d入院，行常规剂量头颈CTA扫描。CTDIvol、DLP及ED分别为33.86 mGy、1342.03 mGy·cm及7.25 mSv，对比剂使用剂量为1.0 ml/kg，图像主观评价为4分。A、B示双侧椎动脉血管壁光滑，管腔未见狭窄；头颅血管VR图像（后面观）示右侧大脑后动脉发育不良（箭），供血区由右侧后交通动脉优势供血（箭头，C）；头颅血管MIP图像（横断位）示右侧大脑后动脉发育不良（箭），供血区由右侧后交通动脉优势供血（箭头，D）

图2 男，49岁，头痛2周，加重2 d入院，行双低剂量头颈CTA扫描。CTDIvol、DLP及ED分别为18.00 mGy、713.19 mGy·cm 及3.85 mSv，对比剂使用剂量为0.7 ml/kg，图像主观评价为4分。A、B示双侧椎动脉血管壁光滑，管腔未见狭窄；头颅血管VR图像（后面观）示双侧大脑前动脉、双侧大脑中动脉及大脑后动脉未见异常（C）；头颅血管MIP图像（横断位）示双侧大脑前动脉、双侧大脑中动脉及大脑后动脉未见异常（D）

3 讨论

头颈CTA实现了头颈部血管的无创检查，但是该检查辐射剂量大、致癌性强[2]，其对比剂的广泛使用导致对比剂肾病的发生率升高[3]，因此如何在获得良好图像质量的基础上有效地减少辐射剂量及对比剂用量成为影像学研究的热点。既往多数关于双低剂量扫描技术进行头颈CTA的研究[4-5]使用了迭代技术，该方法能够有效地减少背景噪声，提高图像质量。但是仅有少数医院有迭代技术的CT机，且检查价格昂贵，无迭代技术的CT检查普及率高。使用无迭代技术的多层螺旋CT成功开展双低剂量头颈CTA检查将会使更多的患者受益。本研究从以下几点探讨双低剂量扫描技术在无迭代技术的多层螺旋CT头颈部CTA应用中的可行性。

3.1 辐射剂量分析 本研究通过采用双低剂量扫描技术在无迭代技术的多层螺旋CT机行头颈部联合CTA检查，双低组CTDIvol为18.00 mGy，比常规组降低了46.84%。夏巍等[9]采用双低技术在单独行头颅部CTA可行性研究中使用无迭代技术的CT机，结果显示采用80 kV管电压、0.5 ml/kg碘海醇（370 mgI/ml）对比剂时，图像SNR及CNR均增加，本研究结果与这一结果略有不同，原因可能是其使用的80 kV管电压与本研究的100 kV相比，光子能量更接近碘对比剂K层结合能，血管内的CT值进一步增高。同时，夏巍等[9]使用的高管电流技术（管电流600 mA）弥补了由于管电压降低而造成的噪声增加，双低组SNR及CNR较常规组均增加，CTDIvol为27.5 mGy，而本研究虽然使用了100 kV管电压，但是管电流仅为300 mA，CTDIvol 为18.0 mGy。因此，本研究患者接受的辐射剂量更低，且图像SNR、CNR及图像的主观评分与常规组比较无显著差异。

3.2 对比剂用量分析 由于含碘对比剂的广泛使用，对比剂的肾毒性越来越受到人们的重视[3]。本研究双低组采用0.7 ml/kg碘海醇（碘负荷量为224 mgI/kg）行头颈CTA检查，结果显示当碘对比剂使用剂量降低为原来的70%时，图像质量并未下降，提示降低管电压的同时，在一定程度上降低对比剂用量可以获得质量满意的头颈部CTA图像，能满足临床的诊断要求。国内研究[4,9]采用0.3 ml/kg碘帕醇（碘负荷量为111 mgI/kg）和0.5 ml/kg碘海醇（碘负荷量为185 mgI/kg），这两项研究中使用对比剂碘负荷量均低于本研究，原因是使用迭代技术或高管电流技术降低对比剂用量会造成图像质量下降。然而，本研究中既未使用迭代技术，也未通过高管电流技术提高图像质量，若使用过低剂量的对比剂将严重影响图像质量。

总之，本研究通过采用100 kV管电压联合0.7 ml/kg碘佛醇（320 mgI/ml）对比剂在无迭代技术的多层螺旋CT行头颈部CTA检查，能够获得良好的图像，提示双低剂量扫描技术在无迭代技术的多层螺旋CT行头颈部CTA检查时能在满足诊断要求的基础上有效地降低辐射剂量及对比剂用量。然而，本研究未讨论不同体重指数人群采用双低剂量扫描技术在无迭代技术多层螺旋CT行头颈联合CTA检查的可行性，这有待今后进一步研究。

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（本文编辑 冯 婕）

Feasibility of Double Low Dose Technology in Multi-slice Head and Neck CT Angiography Without Adaptive Statistical Iterative Reconstruction

PurposeTo explore the feasibility of double low dose technology in multislice head and neck CT angiography,so to reduce contrast agent as well as reduce radiation dose. In that way,the hazards of radiation and the risk of contrast induced nephropathy would be reduced.Materials and MethodsFifty-one patients took double low proposal were recruited as double low group. Another 51 patients who took conventional proposal were recruited as conventional group. The scanning parameters of double low group were 100 kV,300 mA,0.7 ml/kg iodinated contrast agent and which of conventional group were 120 kV,350 mA,1.0 ml/kg iodinated contrast agent. The CT value of the vessels and image noise were measured. Signal-to-noise ratio (SNR),contrast-to-noise ratio (CNR),subjective image quality score,radiation dose and iodine load between the two groups were compared.ResultsThe volume CT dose index (CTDIvol) of the double low group and the conventional group were 18.00 mGy and 33.86 mGy,respectively. And the effective dose were 3.85 mSv/(mGy·cm) and 7.25 mSv/(mGy·cm),respectively. The iodine loads were 224 mgI/kg and 320 mgI/kg,respectively. SNR and CNR at the aortic arch were higher in double low group than in conventional group,but which was not statistic significant (t=－1.572 and －1.783,P＞0.05). The SNR and CNR of bilateral carotid arteries,internal carotid arteries,and middle cerebral arteries had no statistic significance between the two groups (t=0.341-1.739,P＞0.05). The subjective image quality scores of double low group and conventional group were (3.69±0.47) scores and (3.70±0.46) scores,which showed no statistic difference (Z=－ 0.213,P＞0.05).ConclusionApproving images of multislice head and neck CT angiography can be obtained by using double low dose technology without adaptive statistical iterative reconstruction.

Cerebral angiography; Carotid arteries; Tomography,spiral computed; Image processing,computer-assisted; Radiation dosage; Contrast media

10.3969/j.issn.1005-5185.2015.11.008

郭庆乐

Department of Radiology,Kailuan Ceneral Hospital Affiliated of North China University of Science and Technology,Tangshan 063000,China

Address Correspondence to: GUO Qingle E-mail: guoqinglect@163.com

唐山市科技支撑计划项目（14130227a）。

R445.3；R816.1

2015-05-31

修回日期：2015-09-18

中国医学影像学杂志2015年 第23卷11期：829-832

Chinese Journal of Medical Imaging 2015 Volume 23(11): 829-832