不同浓度对比剂联合能谱CT扫描在肾动脉CT血管成像中的应用

赵永霞ZHAO Yongxia常　津CHANG Jin左紫薇ZUO Ziwei索红娜SUO Hongna李盛蓝LI Shenglan王　赛WANG Sai

作者单位1.天津大学精密仪器与光电子工程学院天津 3000722.河北大学附属医院放射科 河北保定0710003.天津大学精密仪器与光电子工程学院生命科学学院 天津 3000724.河北大学医学院 河北保定 071000



不同浓度对比剂联合能谱CT扫描在肾动脉CT血管成像中的应用

赵永霞1,2ZHAO Yongxia
常津3CHANG Jin
左紫薇2ZUO Ziwei
索红娜4SUO Hongna
李盛蓝4LI Shenglan
王赛4WANG Sai

作者单位
1.天津大学精密仪器与光电子工程学院天津 300072
2.河北大学附属医院放射科 河北保定071000
3.天津大学精密仪器与光电子工程学院生命科学学院 天津 300072
4.河北大学医学院 河北保定 071000

【摘要】目的 采用不同浓度对比剂联合能谱CT进行肾动脉CT血管成像（CTA）检查，探讨减少患者碘摄入量并保证影像质量的可行性。资料与方法 100例患者随机分为5组行肾动脉能谱CT肾动脉造影检查，对比剂总量为1 ml/kg，5组患者注射对比剂浓度为370 mgI/ml、333 mgI/ml、296 mgI/ml、259 mgI/ml、222 mgI/ml，用层厚0.625 mm的最佳对比噪声比（CNR）keV图像对肾动脉行容积再现和最大密度投影。计算图像信噪比（SNR）及CNR，比较5组图像质量主观评分，并评价2名医师对图像质量主观评价的一致性。结果 肾动脉最佳CNR单能量范围为48～53 keV。370 mgI/ml、333 mgI/ml、296 mgI/ml、259 mgI/ml组图像SNR、CNR 及2名医师评分差异无统计学意义（P>0.05）；上述对比剂浓度组与222 mgI/ml组图像SNR、CNR及2名医师评分差异有统计学意义（P<0.05）。2名医师评价上述对比剂浓度组图像质量的一致性（Kappa=0.83，P<0.05）高于222 mgI/ml组（Kappa=0.63，P<0.05）。结论 能谱CT在肾动脉CTA检查中能显著降低对比剂浓度。

【关键词】肾疾病；肾动脉；体层摄影术，X线计算机；血管造影术；造影剂；浓度；碘；质量控制

School of Precision Instrument and Opto-Electronics Engineering, Tianjin University, School of Life Sciences, Tianjin University, Tianjin300072, China

Address Correspondence to: CHANG Jin

E-mail: 353124715@qq.com

河北省政府资助临床医学优秀人才培养和基础课题研究项目计划；河北大学国家级大学生创新创业训练计划项目（201510075026）；河北大学研究生教育教学改革研究项目（YJ11-33）；河北大学附属医院青年基金（2015Q 002，2015 Q 017）。

修回日期：2015-10-18

中国医学影像学杂志

2016年 第24卷 第2期：153-156

随着碘对比剂的广泛应用，对比剂肾病（contrast induced nephropathy，CIN）日益受到关注[1]。肾动脉CT血管成像（CTA）是诊断肾动脉疾病的主要影像学检查方法，该检查中需要高浓度碘对比剂以维持肾动脉内的碘浓度，从而得到较好的图像质量。但使用高浓度对比剂会大大提高CIN的发生率[2]。因此，应尽量减少对比剂的浓度，以降低CIN的发生率。近年能谱CT的临床应用逐渐受到重视[3]。本研究使用不同浓度碘对比剂联合能谱CT扫描对肾动脉进行CTA检查，并优选出最佳浓度的碘对比剂。

1　资料与方法

1.1研究对象选择2013年3—5月在河北大学附属医院行肾动脉能谱CT增强扫描的100例患者，男62例，女38例；年龄17～72岁，平均（46±5）岁，随机分为5组。所有患者意识清楚，无碘过敏史，无心、肝、肾等重要器官衰竭。本研究经医院伦理委员会批准，患者均签署知情同意书。

1.2仪器与方法采用 GE Healthcare Discovery CT 750 HD能谱CT扫描仪，对5组患者进行肾动脉能谱CT扫描，扫描范围自双肾上极至下极。扫描条件：螺距0.984，层厚、层间距5 mm，视野40 cm×40 cm，管电流采用自动mAs调制。对比剂为碘普罗胺（370 mgI/ml），注射总量为1 ml/kg。5组患者注射对比剂浓度分别为370 mgI/ml、333 mgI/ml（90%对比剂+ 10%生理盐水混合液）、296 mgI/ml（80%对比剂+ 20%生理盐水混合液）、259 mgI/ml（70%对比剂+ 30%生理盐水混合液）、222 mgI/ml（60%对比剂+ 40%生理盐水混合液），注射速度4.5 ml/s，注射完毕后继续注射50 ml生理盐水，采用触发扫描，将触发区放在腹主动脉的肾门水平，当腹主动脉的CT值到100 HU时进行触发扫描。

1.3图像质量评价5组患者扫描结束后，将层厚为5 mm的图像建薄为0.625 mm，并传至AW 4.5工作站，用能谱成像分析软件获得肾动脉与同一层面背部肌肉竖脊肌的最佳对比噪声比（CNR）曲线，此曲线可显示肾动脉与周围组织对比最佳的单能量keV图像，用最佳单能量keV图像重建出肾动脉的容积再现（VR）和最大密度投影（MIP）图像。

1.3.1信噪比（SNR）及CNR计算将最佳单能量keV图像传至AW 4.5工作站Viewer界面中，将图像位置放置在显示肾动脉最佳层面上，用（10±2）mm2的感兴趣区测量肾动脉和相同层面竖脊肌的平均CT值及标准差（SD），并根据公式（1）及公式（2）计算SNR及CNR。

其中，CT肾动脉是肾动脉的CT值，SD肾动脉是肾动脉CT值的标准差，CT竖脊肌是竖脊肌的CT值。

1.3.2主观评价由2名影像学医师对5组患者肾动脉VR和MIP图像进行评价，采用双盲5分评价法[4]：5分，肾动脉清晰锐利，与周围组织界限清晰可辨，可显示肾动脉第4级属支；4分，肾动脉边缘较锐利，显示清晰，与周围组织对比明显，能显示肾动脉第3级属支；3分，肾动脉较清晰，与周围组织分辨较锐利，能显示肾动脉第2级属支；2分，肾动脉显示较差，与周围组织对比较差，仅显示肾动脉第1级属支；1分，肾动脉显示模糊，与周围组织分界不清，仅能显示肾动脉主干。

1.4统计学方法采用SPSS 18.0软件，计量资料多组间比较采用单因素方差分析，2名医师评价5组肾动脉图像的一致性采用Kappa检验，P<0.05表示差异有统计学意义。

2　结果

370 mgI/ml、333 mgI/ml、296 mgI/ml、259 mgI/ml组图像SNR、CNR及2名医师主观评分比较，差异无统计学意义（F=37.521、35.341、36.033，P>0.05）；370 mgI/ml、333 mgI/ml、296 mgI/ml、259 mgI/ml与222 mgI/ml图像SNR、CNR及2名医师主观评分比较，差异有统计学意义（F=7.341、6.122、6.792，P<0.05）。2名医师对370 mgI/ml、333 mgI/ml、296 mgI/ml、259 mgI/ml组图像质量评价的一致性（Kappa=0.83，P<0.05）高于222 mgI/ml组（Kappa=0.63，P<0.05）。各组图像SNR、CNR及2名医师对图像主观评分比较见表1，不同浓度对比剂所得图像见图1～5。5组患者最佳单能量keV的范围为48～53 keV。

表1　不同浓度对比剂所得图像SNR、CNR及2名医师对图像主观评分比较

图1　男，61岁，左肾占位。使用222 mgI/ml对比剂所得肾动脉CTA图像，MIP（A）及VR（B）图像示肾动脉主干（箭）及2级分支（箭头）清晰，边缘锐利，3级以下分支显示欠佳，评分为3.3分

图2　女，39岁，恶性高血压。使用259 mgI/ml对比剂所得肾动脉CTA图像，MIP（A）及VR（B）图像示肾动脉主干（箭）清晰，边缘锐利，3级分支（箭头）显示较好；左肾动脉主干狭窄（星号），评分为4.2分

图3　女，40岁，左肾下极占位。使用296 mgI/ml对比剂所得肾动脉CTA图像，MIP（A）及VR（B）图像示肾动脉主干（箭）清晰，边缘锐利，3级分支（箭头）显示较清晰，评分为4.3分

图4　男，52岁，右肾小错构瘤。使用333 mgI/ml对比剂所得肾动脉CTA图像，MIP（A）及VR（B）图像示肾动脉主干（箭）清晰，边缘锐利，3级分支（箭头）显示清晰，评分为4.5分

图5　男，60岁，右肾占位。使用370 mgI/ml对比剂所得肾动脉CTA图像，MIP（A）及VR（B）图像示肾动脉主干（箭）清晰，边缘锐利，3级分支（箭头）显示清晰，4级分支显示尚可，评分为4.6分

3　讨论

3.1提高肾动脉CTA图像质量的主要方法及问题肾动脉疾病是临床常见疾病之一，诊断和治疗肾动脉疾病需详细掌握肾动脉走行、分支及血管变异等情况，避免引起误诊、漏诊而影响治疗。肾动脉CTA可以无创显示肺动脉主干及各级分支，已成为临床诊断肾动脉相关疾病的有效检查方法。因此，肾动脉CTA对肾动脉疾病的诊断和治疗及评估具有非常重要的意义。但进行肾动脉CTA检查所用碘对比剂的高渗透压及对肾小管内皮的毒性以及黏度过大等因素均与CIN的发生密切相关[5-7]。此外，在进行CTA检查时需在很短时间内注射大剂量、高浓度的对比剂，这对肾组织具有毒性，可导致肾功能突然减退，使对比剂的代谢产物蓄积于血液中，进而诱发急性肾损害。预防CIN及其副作用最关键的因素是对比剂浓度和剂量的限量使用，低浓度、低速度、低剂量成为减少CIN的重要措施。因此，合理降低对比剂浓度可以减少 CIN 的发生。本研究中，使用259 mgI/ml对比剂与370 mgI/ml对比剂所得图像进行比较，两者图像质量无明显差异，但259 mgI/ml对比剂用量较370 mgI/ml对比剂降低了30%，提示使用较低浓度的对比剂也可获得满足诊断要求的图像，并能降低患者的碘摄入量，降低CIN的发生率。

3.2能谱CT在肾动脉CTA的应用近年来能谱CT在临床应用越来越广泛[8-9]，能谱CT可以在0.5 ms内完成高低能量切换，通过投影数据空间的分析，在40～140 keV 内实现101个单能量影像重建[7]。利用其分析软件获得两种组织之间的最佳CNR曲线，此曲线可以将动脉血管和周围组织的最佳对比度以单能量keV显示，可以利用此单能量keV获得动脉血管和周围组织最好的对比度，使肾动脉显示更加清晰[10-11]。本研究显示肾动脉最佳单能量keV在48～53 keV，此能量范围与田士峰等[12]及曹东兴等[13]的研究结果一致，但本研究的能量范围更低，因为本研究使用对比剂浓度（259 mgI/ml）较其使用的最低浓度对比剂（270 mgI/ml）更低。这是因为在48～53 keV单能量范围内的X线与人体组织相互作用时主要以光电效应为主，当X线能量降低到接近碘吸收的K峰（33 keV）时能被大量吸收，大量X线被血管内碘吸收，从而增加血管与周围组织的对比而有利于血管的清晰显示，提高了肾动脉CTA的图像质量。另外，碘的原子序数（53）与血管周围组织相差较大，当传统的混合能量X线穿过血管内高浓度的碘对比剂时易形成“硬化伪影”而影响血管图像质量。而能谱CT的单能量X线由于单色性好、keV较低，能消除由于碘对比剂引起的“硬化伪影”，使细小的动脉血管影像更加清晰，并可减少对比剂的浓度和剂量。本研究使用能谱CT的最佳keV并联合低浓度对比剂显著降低了上述因素引起的血管影像的“硬化伪影”，使各级肾动脉血管均能清晰显示。

3.3本研究的特点自能谱CT在临床应用以来，应用能谱CT最佳keV来提高血管CTA图像质量的研究已有报道[14-15]，其科研设计多为用能谱CT最佳keV图像与常规kV或能谱CT的混合能量比较，注射370 mgI/ml、350 mgI/ml 等常规高浓度对比剂，而关于对比剂对 CTA 图像质量的影响也多集中在对比剂用量方面。本研究采用5种不同浓度对比剂联合能谱CT的最佳keV进行肾动脉CTA成像，对5种浓度对比剂图像进行相互比较而优选出在保证影像质量前提下的最低对比剂浓度，从而证明低浓度对比剂联合能谱CT的最佳keV对于肾动脉细小分支的显示能力。本研究还优选出最低对比剂浓度下显示肾动脉的最佳 keV值范围为48～53 keV，可以使影像学医师非常容易地从此能量范围内直接选择不同单能量keV图像，以便更清晰地显示肾动脉的各级分支，更好地观察不同血管的细节。

总之，采用能谱CT扫描最佳单能量keV进行肾动脉CTA检查可以降低对比剂浓度，减少患者的碘摄入量和经济负担。

参考文献

[1]Stacul F, van der Molen AJ, Reimer P, et al. Contrast induced nephropathy: updated ESUR Contrast Media Safety Committee guidelines. Eur Radiol, 2011, 21(12): 2527-2541.

[2]Thomsen HS. Recent hot topics in contrast media. Eur Radiol, 2011, 21(3): 492-495.

[3]Lv PJ, Lin XZ, Li JY, et al. Differentiation of small hepatic hemangioma from small hepatocellular carcinoma: recently introduced spectral CT method. Radiology, 2011, 259(3): 720-729.

[4]Paul J, Bauer RW, Maentele W, et al. Image fusion in dual energy computed tomography for detection of various anatomic structures-effect on contrast enhancement, contrast-to-noise ratio, signal-to-noise ratio and image quality. Eur J Radiol, 2011, 80(2): 612-619.

[5]Singh S, Kalra MK, Shenoy-Bhangle AS, et al. Radiation dose reduction with hybrid iterative reconstruction for pediatric CT. Radiology, 2012, 263(2): 537-546.

[6]Thomsen HS. Contrast media safety-an update. Eur J Radiol, 2011, 80(1): 77-82.

[7]Qi LP, Li Y, Tang L, et al. Evaluation of dose reduction and image quality in chest CT using adaptive statistical iterative reconstruction with the same group of patients. Br J Radiol, 2012, 85(118): e906-e911.

[8]夏巍, 宋旭升, 尹肖睿, 等. 宝石CT能谱最佳单能量图像在下肢动脉造影中的应用. 中国医学影像学杂志, 2014, 22(11): 842-845.

[9]张军, 邓克学, 刘志远, 等. CT能谱成像鉴别诊断胰腺癌与肿块型胰腺炎. 中国医学影像学杂志, 2015, 23(4): 268-272.

[10]Zhao LQ, He W, Li JY, et al. Improving image quality in portal venography with spectral CT imaging. Eur J Radiol, 2012, 81(8): 1677-1681.

[11]Thomsen HS, Morcos SK, Almén T, et al. Metformin and contrast media (letter). Radiology, 2010, 256(1): 672-673.

[12]田士峰, 刘爱连, 刘静红, 等. 能谱CT低浓度对比剂最佳单能量成像显示胃肠道恶性肿瘤供血动脉的研究. 中国医学影像学杂志, 2015, 23(7): 517-522.

[13]曹东兴, 程涛, 贾鑫鑫, 等. 双低能谱CT对活体供肾动脉的术前评估. 中国医学影像学杂志, 2015, 23(7): 527-530.

[14]孙骏, 罗先富, 王守安, 等. 能谱CT单能量图像对提高肝静脉成像质量的临床应用研究. 中华放射学杂志, 2013, 47(2): 132-135.

[15]Matsumoto K, Jinzaki M, Tanami Y, et al. Virtual monochromatic spectral imaging with fast kilovoltage switching: improved image quality as compared with that obtained with conventional 120-kVp CT. Radiology, 2011, 259(1): 257-262.

（本文编辑张春辉）

Chinese Journal of Medical Imaging 2016 Volume 24(2): 153-156

Different Concentrations of Contrast Media Combined with Spectral CT Imaging in Renal CT Angiography

【Abstract】Purpose To explore the feasibility of reducing patients iodine intake and ensuring image quality as well by using different concentration of contrast media combined with spectral CT imaging in renal CT angiography (CTA). Materials and Methods One hundred patients who underwent renal spectral CT examination were randomly divided into 5 groups. The contrast media dose were offered at 1 ml/kg, and contrast media concentration for the 5 groups were 370 mgI/ml, 333 mgI/ml, 296 mgI/ml, 259 mgI/ml and 222 mgI/ml, respectively. The keV maps of the optimal contrast noise ratio (CNR) with a thickness of 0.625 mm were used to obtain volume rendering (VR) and maximum intensity projection (MIP) to show the renal artery. The signal noise ratio (SNR) and contrast noise ratio (CNR) of the images were calculated. The overall imaging quality of 5 groups was evaluated by 2 radiologists. Consistence between 2 readers was evaluated. Results The monochromatic image at 48-53 keV was found to demonstrate the best CNR for the renal artery. There was no statistic difference for SNR, CNR and the consistence among the groups of contrast media concentration of 370 mgI/ml, 333 mgI/ml, 296 mgI/ml and 259 mgI/ml (P>0.05). While SNR, CNR and the consistence at the contrast media concentration of 222 mgI/ml were significantly different with other contrast media concentration groups (P<0.05). When compared with 222 mgI/ml group, the consistence between the two readers was higher for the contrast media concentration of 370 mgI/ml, 333 mgI/ml, 296 mgI/ml, 259 mgI/ml groups (P<0.05). Conclusion The spectral CT can significantly reduce the contrast media concentration in renal artery CTA.

【Key words】Kidney diseases; Renal artery; Tomography, X-ray computed; Angiography; Contrast media; Concentration; Iodine; Quality control

收稿日期：2015-08-12

中图分类号R445.3

基金项目

通讯作者常 津

Doi：10.3969/j.issn.1005-5185.2016.02.018