双低剂量对比剂和最佳单能谱成像在头颈部CTA中的应用价值

王帅，石磊，郑敏文，李剑，姜文龙，刘从伟，王栋，石明国

第四军医大学西京医院 a.放射科；b.骨科，陕西 西安 710032

双低剂量对比剂和最佳单能谱成像在头颈部CTA中的应用价值

王帅a，石磊b，郑敏文a，李剑a，姜文龙a，刘从伟a，王栋a，石明国a

第四军医大学西京医院 a.放射科；b.骨科，陕西 西安 710032

目的评估采用低对比剂用量和最佳单能谱成像进行头颈部双能量CTA的可行性。方法将60例行头颈部双能量CTA的患者随机分为两组，常规剂组30例行0.7 mL/kg对比剂，流率5.0 mL/s,低剂量组30例行0.5 mL/kg对比剂，流率3.0 mL/s。两组其余扫描参数一致。扫描后重建图像并将数据传到工作站进行分析，进行最佳单能量重建图像。分别测量两组主动脉弓，两侧颈总动脉分叉处，双侧大脑中动脉3个层面动脉血管的强化CT值和图像噪声，并比较两组间的统计差异性。结果在55 keV重建图像中，低剂量组重建图像在主动脉弓层面，双侧颈总动脉分叉层面，大脑中动脉层面，强化CT值，对比噪声均无显著性差异。结论双源CT头颈部双能量血管成像，采用30 mL在对比剂并重建最佳单能量60±5 keV图像，其强化CT值，图像噪声都已达到影像诊断标准，可以满足临床要求，比常规扫描对比剂用量减少近40%，降低了患者发生心脑血管系统相关副作用和对比剂肾病的风险。

体层摄影术；双源CT；头颈部CTA；单能谱成像；造影剂

多层螺旋CT血管成像（Multi-slice Spiral CT Angiography，MSCTA）在临床上已广泛应用[1]，但其高浓度，大剂量对比剂应用的同时会增加对比剂肾病的风险[2]，那么如何既能保证血管成像质量，同时又能最大化地降低对比剂用量造成的风险已成为国内外学者研究热门[3-6]。近年来基于双能量成像(使用80～140 kV)实现两组数据同时采样，在40～140 keV范围内实现任意单能量图像重组，利用最佳对比噪声比（CNR）曲线获得血管与周围组织最佳对比的单能图像，能够有效显示血管与周围组织的强化差异，从而使得较少量对比剂获得良好血管成像成为可能[7-10]。本研究探讨最佳单能谱情况下基于最佳CNR通过降低造影剂剂量行头颈部CTA可行性。

1 资料与方法

1.1 研究对象

搜集2015年4 月～6月间60 例临床怀疑头颈部血管性疾病患者行双能量头颈部CTA,其中男性30例，女性30例，年龄26～86岁，平均年龄(60.5±9.5)岁，体重40～85 kg，按对比剂注射剂量不同随机分为2组，低剂量组和常规剂量组，其中低剂量组，男16例，女14例，年龄27～86岁，平均(51.70±3.01)岁。常规剂量组，男14例，女16例，年龄26～80岁，平均(53.83±2.86)岁（表1）。所有患者均签署知情同意书。

表1 患者基本临床资料

1.2 检查方法

双能量扫描组采用西门子双源CT（Somatom Defnition，Siemens Medical Solutions，Forch-hemi，Germany）进行扫描。受检者自然仰卧位，平静呼吸，检查前确认患者移除假牙、耳环等金属物品，嘱其扫描时勿行吞咽动作。先做头颈部定位像,再行平扫及血管成像, 扫描范围为颅顶至主动脉弓水平。打药时在患者肘前静脉埋置18G套管针。对比剂注射采用德国欧利奇高压注射器,在肘前静脉注入非离子对比剂典比乐370 mgI/mL，对比剂注射完立即以相同的流率注射50 mL生理盐水。常规剂量组采用注射流率 5.0 mL/s注入0.7 mL/kg对比剂和30 mL生理盐水。低剂量组注射流率3.0 mL/s注入0.5 mL/kg对比剂和30 mL生理盐水。应用对比剂跟踪（bolus-tracking）技术，在舌骨平面处选择颈总动脉分叉处监测CT值。当ROI内CT值达到 时，延迟4 s自动触发扫描，扫描方向头至足侧。两组其他扫描参数均一致:准直器宽度准直2×64×0.6 mm，旋转时间0.28 s,管电压80/Sn 140 kV，管电流2 mAs，螺距0.7，CAREDose 4D管电流自动调制技术，层厚1 mm，层间隔 0.7 mm，视野23 cm×23 cm～26 cm×26 cm，重组函数30f。

1.3 图像重建和后处理分析

所有原始扫描数据均传至工作站(Syngo Multi-Modality Workplace, Siemens Healthcare, Forchheim, Germany)进行图像后处理，重组方法采用MPR、MIP、CPR及VR等。

根据文献报道[5-6]在(60±5) keV最佳单能量重建图像是最佳的图像，以此根据软件dual-energy进行单能普图像重建。分别在主动脉弓，两侧颈总动脉分叉处双侧大脑中动脉3个层面进行动脉血管CT值和噪声的测量并计算对比噪声。

1.4 图像质量及评价

图像质量评价参照文献标准[11]，以大脑中动脉分支的显示情况为代表，采用MIP方法重建，以4分法进行评价。4分：能清楚显示MCA段2级以上分支；3分：能清楚显示MCA的一级分支；2分：能清楚显示M1段，M2段以上分支显示不清；1分：M1段显示不完全。所有图像由2名经验丰富的医生采用双盲法对图像质量做出评分，如果意见不一致需协商取得一致结果。

评价造影剂注射同侧颈部静脉内残留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。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；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；2分：颈内静脉内有造影剂残留，但不超过颈总动脉分叉水平；1分：静脉内残留造影剂超过颈总动脉分叉水平。所有图像由2名经验丰富的医生采用双盲法对图像质量做出评分，如果意见不一致需协商取得一致结果。

1.5 统计学分析

2组动脉强化CT值、对比噪比(CNR)用均数±标准差(±s)表示，两组间比较用t检验，两组间的图像质量客观评价采用非参数检验进行比较，以P＜0.05为差异有有统计学意义。

2 结果

2.1 两组图像主观评价

所有患者检查完毕，无不良反应，所有患者均清晰显示主动脉弓，双侧颈总动脉，双侧大脑中动脉层面，其中低剂量组大脑中动脉图像质量评分4分25例(83%)，3分4例(13.3%)，2分1例(3.3%)，M1段完全不显示情况没有出现，另外从颈部静脉造影剂残留对临近动脉影响评分结果由于使用更少对比剂，低剂量组评分普遍高于常规对照组。

2.2 两组图像客观评价

55 keV重建图像同常规组比较在主动脉弓，颈总动脉分叉，双侧大脑中动脉CT值，对比噪声均无显著性差异（P＞0.05）（图1，表2～3）。而在60 keV重建图像中，双侧大脑中动脉CT值无统计学意义，在主动脉弓，双侧颈总动脉分叉出CT值出现统计学意义（下降约25%）（表4），对比噪声无显著差异P＞0.05,均达到影像诊断标准。

图1 55 keV单能量重建图像

2.3 两组图像主观评价

颅内动脉的图像质量评分均为4分，两组比较差异无统计学意义。而两组颈动脉图像质量评分低剂量组和常规剂量组分别3.45±0.79和3.23±0.99，低剂量组较常规剂量组图像质量评分较高，但两组比较差异无统计学意义(P=0.16)。

3 讨论

表2 两组患者强化值测量数据比较

表3 两组患者信噪比(SNR)的测量结果比较

表4 两组患者强化值测量数据比较

肾毒性是静脉应用对比剂的主要副作用之一，其发生率与剂量呈正相关，同时还与一些危险因素有关，如糖尿病，肾衰竭和多发性骨髓瘤等等。一般来说，对于行头颈部CTA患者往往年龄偏大同时伴有其他风险因素，因此CTA检查时减少对比剂用量显得尤为重要，与此同时，双源CT单能谱的广泛应用，为头颈部CTA行低剂量对比剂提供了技术支持。

所谓双能量成像即是在两种不同的能量下成像，其依据是不同成分的组织在不同的X线能量照射下衰减不同，而表现出的CT值不同，再通过图像融合重建技术即可得到能体现组织化学成分的CT图像，即组织特性图像。西门子双源CT机架装有A，B两套球馆和探测器系统，两套相互独立的数据采集系统，可以通过设置不同的管电压进行双能量扫描同时获得高千伏和低千伏数据，实现在40～140 keV范围内任意单能量图像重组，即单能量成像，并且选择合适的单能量水平，可以消除硬化伪影带来的CT值的“漂移”。在头颈部CTA中由于对比剂硬化伪影的消除，CT值更为一致和可靠，可以大大改善图像质量，同时单能量成像结合金属去伪影技术能可以降低血管壁钙化，血管内支架，弹簧圈所致的硬化伪影和金属伪影。目前单能量成像技术主要应用于血管CTA造影，研究热点主要集中在最佳单能量提高血管成像包括动脉、静脉、肿瘤等细小供血动脉，寻找血管相对与组织的最佳对比度，Johnson等[5]研究表明单能量60 keV左右时能提高血管和周围组织的信噪比，因此本研究在此基础上进行60±5 keV单能谱图像的重建，并分析其图像质量[6]。

本研究基于双能量头颈部CTA，应用30 mL造影剂，55 keV单能谱情况下探讨图像质量，研究结果显示，图像质量在最佳单能谱情况下，降低常规剂量约40%造影剂剂量同样可以达到最佳对比度，从强化CT值，对比噪声角度看，图像在主动脉弓，双侧颈总动脉分叉，双侧大脑中动脉层面无显著性差异，相比于常规组，低剂量组在大脑内部远端血管动脉的清晰度，锐利度都有所增加的同时大大降低造影剂剂量，降低造影剂肾病的风险。其次，在颈动脉的图像质量评价中，笔者发现常规组图像质量评分稍有降低，分析其原因是对比剂用量过大，导致扫描结束时上腔静脉或头臂静脉内的对比剂仍有少量残留，而产生硬化伪影影响图像质量。

本组研究也存在一定不足，本研究没有按疾病种类进行分析，而是注重于图像质量和伪影的研究，另外此次研究只是粗略估计造影剂降低到30 mL对图像质量的影像，而对于在最佳单能谱情况下，是否可以在此基础上继续适当降低造影剂剂量并未做深入调查研究，笔者也将继续设计实验进行研究，争取将造影剂肾病风险降到最低。

[1] 李峰,王刚,朱宗明,等.双源CT的技术原理与临床应用的探讨[J].医疗卫生装备,2009,30(2):112-113.

[2] 王心镜,夏洪远,曹雪,等.造影剂肾病的危险因素及预防[J].现代生物医学进展,2015,15(25):4997-5000.

[3] Kim JE,Lee JM,Baek JH,et al.Initial assessment of dualenergy CT in patients with gallstones or bile duct stones:Can virtual nonenhanced images replace true nonenhanceed images[J]?AIR AM J Roentgenol,2012,198(4):817-824.

[4] Postma AA,Hofman PA,Stadler AA,et al.Dual-energy CT of the brain and intracranial vessels[J].AJR Am J Roentgenol,2012,199(5 S):S26-S33.

[5] Johnson TR,Krauss B,Sedlmair M,et al.Material differentiation by dual energy CT;Initial experience[J].Eur Radiol,2007,17(6): 1520-1517.

[6] Bogot NR,Fingerle A,Shaham D,et al.Image quality of lowenergy pulmonary CT angiograghy: Comparison with standard CT[J].AJR Roentgenol,2012,197(2):W273-278.

[7] 廖海,邓德茂,黄增超,等.CT能谱单能量成像用于提高脑血管CTA成像质量[J].中国介入影像与治疗学,2014,11(10):680-683.

[8] 胡玉明,罗悦凡,符平仲,等.冠状动脉CT能谱成像最佳单能量的临床应用[J].罕少疾病杂志,2015,22(2):26-28.

[9] 王萱,薛华丹,刘炜,等.双源CT头颈部双能量血管成像的图像质量和辐射剂量[J].中国医学科学院学报,2010,32(6):619-623.

[10] 任国庆,滑炎卿,李剑颖.CT能谱成像的基本原理及临床应用[J].国际医学放射学杂志,2011,34(6):559-563.

[11] 吕璐璐,徐鹏,胡春峰,等.头颈部CT血管造影和ABCD2评分对短暂性脑缺血血管特征及介入疗效评价[J].介入放射学杂志, 2014,23(5),381-384.

Effectiveness of Application of Double Low-Dose Contrast Agent and Optimal Gemstone Spectral Imaging in Head and Neck CT Angiography

WANG Shuaia, SHI Leib, ZHENG Min-wena, LI Jiana, JIANG Wen-longa, LIU Cong-weia, WANG Donga, SHI Ming-guoa
a. Department of Radiology; b. Department of Orthopaedics, Xijing Hospital, the Fourth Military Medical University, Xi’an Shaanxi 710032, China

ObjectiveTo evaluate the feasibility of adopting low-dose contrast agent and optimal gemstone spectral imaging to perform head and neck CTA (Computerized Tomography Angiography).MethodsAltogether 60 patients who accepted head and neck CTA were divided into General-Dose Group and Low-Dose Group randomly and evenly with 30 cases in each group. General-Dose Group were given 0.7 mL/kg contrast agent with the fow rate of 5.0 mL/s; Low-Dose Group were given 0.5 mL/kg contrast agent with the fow rate of 3.0 mL/s. The remaining scanning parameters of the two groups were similar. The images were reconstructed and the data were sent to the working station for analysis. Then, optimal gemstone spectral images were reconstructed. The CT value and noise of artery on aortic arch, bifurcation of both sides of common carotid arteries and both sides of middle cerebral artery were measured. Then, the statistic differences between the two groups were compared according to the measured values.ResultsAs was shown in 55 keV reconstructed image, there was no significant difference between the CT value and noise of artery on aortic arch, bifurcation of both sides of common carotid arteries and both sides of middle cerebral artery in Low-Dose Group.ConclusionDual-energy CTA of dual-source CT on head and neck, which adopted 30mL contrast agent to reconstruct optimal gemstone spectral 60±5 keV image, could improve CT value and image noise. It met the standard of imaging diagnosis and clinical requirements. Meanwhile, it reduced about 40% of contrast agent comparing with General-Dose Group, which would reduce the risks of cardiac-cerebral vascular diseases, contrast-induced nephropathy and other side effects caused by contrast agent.

computerized tomography; dual-source computerized tomography; head and neck computerized tomography angiography; gemstone spectral imaging; contrast agent

R816.1

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.07.003

1674-1633(2016)07-0009-03

2015-12-28

石明国，教授。

通讯作者邮箱：smg2002@163.com