低浓度低剂量对比剂宝石能谱CT肺动脉成像的初步研究

何霖， 万正国， 尹喜， 王成伟



·心血管影像学·

低浓度低剂量对比剂宝石能谱CT肺动脉成像的初步研究

何霖， 万正国， 尹喜， 王成伟

目的：探讨应用低浓度、低剂量对比剂宝石能谱CT肺动脉成像的可行性。方法：60例临床拟诊为肺动脉栓塞(PE)的患者随机分成两组，每组30例，行CT肺动脉血管成像(CTPA)检查。A组为常规组，使用浓度为370 mg I/mL的对比剂碘帕醇，用量为60 mL，扫描管电压为120 kVp。B组为能谱组，使用浓度为300 mg I/mL的对比剂碘帕醇，用量为20 mL，扫描方式为能谱模式(GSI)。比较常规组和能谱最佳单能量组肺动脉CT值、图像背景噪声、信噪比(SNR)、对比噪声比(CNR)、CT剂量指数(CTDIvol)、剂量长度乘积(DLP)、有效辐射剂量(ED)及图像质量主观评分的差异。结果：B组肺动脉最佳单能量图像能量水平集中在63～68 keV。能谱组(7.5g)较常规组(24.0g)所用的碘总量明显下降，两组差异有统计学意义(P<0.05)。能谱最佳单能量组图像质量与常规组CTPA相比，两者肺动脉CT值、图像噪声、SNR、CNR、DLP、ED以及主观评分之间差异均无统计学意义(P>0.05)。结论:宝石能谱CT低浓度、低剂量对比剂CTPA检查，在降低人体碘摄入量的同时，能达到与常规120 kVp结合高浓度、常规剂量对比剂相当的图像质量，且辐射剂量未增加。

体层摄影术，X线计算机； 肺动脉； 对比剂； 辐射剂量

多排螺旋CT肺动脉血管成像(computed tomography pulmonary angiography，CTPA)已经成为临床怀疑肺动脉栓塞(pulmonary embolism，PE)患者首选的影像检查方法[1]。在进行CTPA检查时必然要使用对比剂，目前使用的碘对比剂相对来说是安全的，但是一些对比剂的不良反应如对比剂肾病还是有一定的发生率[2]。对比剂肾病的发生与机体摄入的碘总量有着密切关系[3]，减少对比剂用量或降低对比剂浓度都能降低对比剂肾病的发生率。本研究拟通过能谱CT最佳单能量图像结合低浓度、低剂量对比剂CTPA检查，以期达到与常规120 kVp扫描结合高浓度、常规剂量对比剂相似的肺动脉强化效果，从而减少碘对比剂的用量及降低对比剂肾病的发生率。

材料与方法

1.病例资料

搜集2014年12月-2015年5月我院拟诊为肺动脉栓塞行CTPA检查的60例患者。按照不同扫描方式及对比剂用量随机分为A、B两组，A组(120 kV、对比剂用量60 mL，碘帕醇370 mg/mL)及B组(能谱模式，对比剂用量20 mL，碘帕醇300 mg/mL)各30例。其中A组男18例，女12例，年龄40～78岁，平均(63.9±8.7)岁，体质指数(body mass index，BMI)20.42～24.61 kg/m2，平均(22.6±1.3) kg/m2。B组男19例，女11例，年龄45～80岁，平均(62.9±11.1)，BMI16.14～27.58 kg/m2，平均(22.8±3.2) kg/m2。病例排除标准：碘对比剂过敏、严重肝肾功能不全、严重失代偿性心功能不全、BMI>28 kg/m2的患者。本研究系前瞻性研究，已通过医院伦理委员会的审查，所有研究对象均签署了知情同意书。

2.检查方法

采用GE Discovery CT 750HD 64排螺旋CT扫描仪。扫描参数：A组管电压120 kV，自动管电流技术，噪声指数Ni=15，探测器宽度64×0.625 mm，螺距1.375，机架旋转速度0.4 s/r；B组采用宝石能谱成像(gemstome spectral imaging，GSI)扫描模式，管电压在0.5 ms内进行140 kV和80 kV切换，管电流600 mA，探测器宽度64×0.625 mm，螺距1.375，机架旋转速度0.4 s/r。扫描范围为肺底至肺尖。两组扫描数据均进行0.625 mm层厚的重建，将重建数据传输至AW4.6工作站。

3.对比剂注射方案

使用Medrad高压双筒注射器注射对比剂。首先采用小剂量团注测试法，将5 mL对比剂以5 mL/s的流率经右侧肘静脉注射，追加10 mL生理盐水，于对比剂注射开始后延时4 s在靶平面开始低剂量监测扫描(80 kV，20 ms)，扫描时间为0.5 s，间隔为1.5 s，共20层。选择肺动脉主干为兴趣区进行监测，获得肺动脉主干的时间-密度曲线，计算峰值时间，根据曲线形态加2～3 s的经验值为检查的延时时间T。两组注射流率均为5 mL/s，以同样的流率追加生理盐水40 mL。在开始注射对比剂后延时T时间开始扫描，其中包括5 s为指导患者屏气和患者执行屏气的时间。

4.图像评价

客观评价：将采集的原始数据传输至GE AW4.6工作站。测量肺动脉主干、左右肺动脉干、左右上叶肺动脉(气管隆突层面)、左右基底段肺动脉(大致左心房层面)、左右基底段肺动脉亚段(大致左心室层面)的CT值，同时测量相邻上下两个层面该肺动脉CT值，对3个数据取平均值并记录。每次放置兴趣区(region of interest，ROI)的位置、大小、面积尽量一致。当有肺动脉栓塞时，ROI应避开栓子处或放弃测量。测量图像噪声(以胸大肌CT值的标准差为图像噪声)、信噪比(signal noise ratio,SNR)及对比噪声比(contrast to noise ratio,CNR),其中SNR=肺动脉主干CT值/胸大肌CT值的标准差，CNR=(肺动脉主干CT值-胸大肌CT值)/胸大肌CT值的标准差。B组的GSI数据在工作站载入到GSI Volume Viewer界面中，测量肺动脉主干与胸大肌之间的具有最佳CNR时对应的单能量值，此时该组图像的单能量值就是其最佳单能量值，然后在该最佳单能量对应的图像上进行上述测量。

主观评价：采用5级评分标准对图像质量进行评价，图像质量评分如下：5分，血管边缘平滑锐利，分支及远端显示好，可用于诊断；4分，血管显示较好，分支显示较好，远端显示较好，可用于诊断；3分，血管主干显示较好，主要分支显示较好，远端显示欠佳，可用于诊断；2分，血管边缘毛糙，分支及远端显示差，诊断困难；1分，血管边缘毛糙，主干、分支显示均欠佳，无法诊断[4]。图像主观评分3～5分符合诊断要求，1～2分不符合诊断要求。上述图像质量评价由2位放射科医师采用双盲法完成，意见不同时经讨论达成一致。

5.辐射剂量参数

记录扫描后容积CT剂量指数(volume CT dose index，CTDIvol)、剂量长度乘积(dose length product，DLP)以及有效剂量(effective dose，ED),ED=DLP×0.014)。

6.统计学处理

使用SPSS 17.0软件进行统计学分析。对两组患者年龄、身高、体重及体质指数进行两独立样本的t检验，对男女比例及阳性率(CTPA检查确诊为肺动脉栓塞的患者数占总人数的百分比)进行χ2检验，对肺动脉CT值、图像噪声、SNR及CNR值进行t检验，对辐射剂量参数CTDIvol、DLP及ED值进行t检验。所有数据行t检验之前进行Shapiro-Wilk正态性检验，若数据不符合正态分布则采用Mann-Whitney U非参数秩和检验。对主观评分进行Mann-Whitney U 非参数秩和检验。以P<0.05为差异有统计学意义。

结　果

两组患者的基本临床资料见表1，在性别、年龄、身高、体重、BMI、阳性率之间差异均无统计学意义(P值均>0.05)。

表1　两组患者基本临床资料比较

注：a：χ2值；b：t值；c：Z值。

2.最佳单能量的选择

对于B组30例患者的GSI扫描数据进行重建，发现肺动脉最佳单能量图像能量水平集中在63～68 keV(图1)。

3.常规组与最佳单能量组比较

常规组与最佳单能量组进行图像客观质量以及辐射剂量参数比较，两组间CTDIvol差异有统计学意义(P<0.05)，其余图像质量客观评价指标及辐射剂量参数差异均无统计学意义(P值均>0.05，表2)。

表2　常规组与最佳单能量组图像质量及辐射剂量参数的比较

4.图像质量主观评分

常规组和最佳单能量组的图像质量均符合诊断要求，其中常规组中评分为5分者16例，4分者10例，3分者4例(图2)；最佳单能量组中评分为5分者17例，4分者8例，3分者5例(图3)。两组图像主观评分间差异无统计学意义(Z=-1.698，P=0.089)。

讨　论

CTPA的图像质量与肺动脉的强化程度有很大关系，而肺动脉的强化又与对比剂的种类、用量、注射流率以及患者个体因素密切相关。单位时间内进入肺动脉内的含碘对比剂越多，管腔的强化程度就越好，图像质量更佳，但是对比剂剂量的增加又会使对比剂肾病的发病率增高[5]；单位时间内进入肺动脉的含碘对比剂减少将影响肺动脉的强化程度，可能无法显示栓子而造成漏诊。如何在满足临床诊断要求和降低对比剂肾病的发生率之间达到平衡，已经成为临床及影像工作者需要共同面对的问题。低浓度、低剂量对比剂CTPA检查在普通CT中难以实现，但双能CT单能量成像技术使得该问题的解决成为可能。

单能量图像是指处于某一能量水平的X线穿过物质后产生的衰减图像，对于同一能量水平的单能量图像，物质的衰减系数取决于其本身密度，从而保证了同一物质衰减系数的恒定，避免了硬化效应的产生，图像质量得到改善[6]。与传统混合能量图像相比，单能量图像能够大大降低硬化伪影的影响并获得相对纯净CT值的图像，并且提高图像的CNR。本研究首先使用优化图像质量和对比噪声比功能确定最大CNR，然后确定在最大CNR时该组图像的最佳keV值，最后重建出具有最大CNR的最佳单能量图像。本研究发现在使用低浓度、低剂量对比剂条件下肺动脉最佳单能量范围为63～68 keV。Cheng等[7]使用能谱CT发现肺动脉栓子的最佳keV值为65～70 keV，此时图像具有较低的噪声和较高的CNR，并且能够满足临床诊断要求，本研究的最佳keV略低于Cheng等的结果，主要原因可能是由于使用的对比剂浓度不同，其使用的是高浓度对比剂(370 mg I/mL)，本研究使用的是低浓度对比剂(300 mg I/mL)。

目前临床上对进行CTPA检查的对比剂用量尚无统一标准，多数文献采用的对比剂用量为60～100 mL[8，9]。肺动脉CTA检查一般采用肘静脉给药的方式，对比剂的循环途径为：肘静脉-上腔静脉-右心房-右心室-肺动脉，由于它不经过体循环，可以不必按照体重来计算对比剂用量。Singh等[10]采用120 kV、200～340 mAs的扫描参数对24例肾功能不全且怀疑肺动脉栓塞的患者行CTPA检查，使用30 mL对比剂(350 mg I/mL)，结果发现肺动脉的强化程度很高，肺动脉主干及叶肺动脉平均CT值为247 HU，段及亚段肺动脉CT值也超过200 HU。本研究采用的对比剂剂量、浓度都低于Singh等的研究，若采用120 kV扫描方式，肺动脉内CT值势必会下降，从而影响对疾病的诊断，所以笔者又结合能谱CT最佳单能量图像以增加图像的对比度。比较最佳单能量组和常规组肺动脉CT值、图像噪声、SNR、CNR，虽然最佳单能量组各级肺动脉的CT值均低于常规组，但是两组之间差异均无统计学意义，并且最佳单能量组的SNR、CNR值均高于常规组。Bae等[11]研究报道当肺动脉内CT值>250 HU就能够达到诊断肺动脉栓塞的要求，本研究中肺动脉各级分支管腔CT值均>250 HU，并且常规组和最佳单能量组图像主观评分差异无统计学意义，均能满足诊断要求。在诊断肺动脉栓塞阳性率方面，常规组的阳性率为30%，能谱组为27%，两组差异也无统计学意义。

本研究中常规组人体摄入的碘总量为24.0 g，能谱组为7.5 g，因为本研究采用的是小剂量团注测试法计算延时时间，相对于团注对比剂跟踪技术要多用5 mL的对比剂，如果采用团注对比剂跟踪技术，那么人体碘的摄入量可降为6 g。Marenzi等[12]认为碘对比剂用量是导致对比剂肾病发生的独立危险因素，在满足临床诊断要求的同时尽量减少碘对比剂用量，可有效降低对比剂肾病的发生率。

虽然本研究中能谱组ED值较常规组高，但两组之间差异无统计意义。在GSI扫描模式中使用的管电流为600 mA，在本文发稿过程中我科的能谱CT进行了升级，升级后GSI扫描模式能够选择不同的CTDIvol值。笔者在CTDIvol为8.79 mGy、管电流为440 mA时做了几例低浓度、低剂量CTPA初期测试，其DLP约为210 mGy·cm，ED约为2.9 mSv，但是在增加样本量以后，其在图像质量及辐射剂量方面与常规组是否有差异，有待进一步研究。

综上所述，能谱CT最佳单能量图像结合低浓度、低剂量对比剂进行CTPA检查，在降低人体碘摄入的同时，能够达到与常规120 kV结合高浓度、常规剂量对比剂相当的图像质量，同时满足临床诊断要求。

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Preliminary study of low dose,low concentration contrast media in CT pulmonary angiography with spectrum gemstone CT

HE Lin，WANG Zheng-guo，YIN Xi，et al.

Department of CT Room，the First Affiliated Hospital of the Medical College of Shihezi University，Xinjiang 832002，P.R.China

Objective：To evaluate the feasibility of low dose,low concentration contrast agent in CT pulmonary angiography (CTPA) with spectrum gemstone CT.Methods:A total of 60 patients with suspected pulmonary embolism (PE) were randomly divided into 2 groups,with 30 patients in each group,CTPA was performed.Group A (conventional group) received 60mL (370mg I/mL) lopamidol at tube voltage as 120kVp;group B (spectrum group) were scanned with GSI mode,20mL (300mg I/mL) lopamidol was used.The differences of CT value of pulmonary artery,image noise,signal-to-noise ratio (SNR),contrast-to-noise ratio (CNR),volume CT dose index (CTDIvol),dose length product (DLP),effective dose (ED) and the subjective scoring of image quality of these 2 groups were compared.Results：The optimal monochromatic images of pulmonary artery in group B were at 63～68keV.The total amount of iodine in group B was obviously lower than that in group A (7.5 vs 24.0g),with statistically significant difference (P<0.05).No statistical differences between these two groups were found in CT values of pulmonary arteries,image noise,SNR,CNR,DLP,ED and subjective scoring of image quality (P>0.05).Conclusions:Spectral CT monochromatic imaging with low concentration and low dosage of contrast agent can provide the same image quality as that of the conventional (120kVp) CTPA technique,without an increase of radiation dosage.

Tomography，X-ray computed； Pulmonary artery； Contrast medium; Radiation dose

832002新疆，石河子大学医学院(何霖、万正国)；832002石河子大学第一附属医院CT室(尹喜、王成伟)

何霖(1986-)，男，甘肃天水人，硕士研究生，主要从事肿瘤与神经系统疾病的影像诊断工作。

王成伟，E-mail：308199733@qq.com

R543.2; R814.42

A

1000-0313(2016)01-0059-04

10.13609/j.cnki.1000-0313.2016.01.014

2015-06-29

2015-09-02)