第三代双源CT双低肺动脉成像降低线束硬化伪影的可行性研究

杨萌， 张璋， 李锋坦， 梁蓉， 姜英健， 任雯， 李睿君， 李东

肺动脉栓塞(pulmonary embolism，PE)是一类引起循环功能、呼吸功能障碍的常见临床疾病，其常见病因包括深静脉血栓形成、凝血功能异常和恶性肿瘤等[1]，具有潜在致死性，严重危害人类生命健康[2]。目前，CT肺动脉成像(CT pulmonary angiography，CTPA)是疑似PE患者的首选影像学检查方法[3]。CTPA图像上充盈高浓度对比剂的上腔静脉系统所产生的线束硬化伪影通常会影响邻近结构的观察[4-5]，易造成对其邻近的肺动脉分支内栓子的漏诊和误诊。本研究的目的是使用第三代双源CT探究低管电压、低对比剂用量的双低CTPA扫描方案的可行性及其对减少线束硬化伪影的价值。

材料与方法

1.一般资料

将2016年10月-2017年2月临床疑似肺栓塞拟行CTPA检查的连续60例患者纳入本研究。主要临床表现为胸闷、憋气和冠心病等。纳入标准：年龄>18岁、临床怀疑肺动脉栓塞、无碘对比剂过敏史、无心肾功能不全、生命体征平稳。排除标准：注射过程中出现对比剂外渗、有肺实变、肺不张、肺气肿或肺内肿瘤性病变等、对比剂过敏、合并其它系统严重疾病以及不能良好配合者。将所有患者随机均分为常规组和双低组。常规组中男11例、女19例，年龄31～81岁，平均66.7岁；双低组中男13例、女17例，年龄22～93岁，平均62.2岁。本研究获得本院伦理委员会批准，所有患者知情同意并签署知情同意书。

2.CTPA检查

使用Siemens Somatom Force第三代DSCT机。经肘前静脉注射对比剂碘普罗胺(370 mg I/mL)和生理盐水。常规组对比剂用量为30 mL，双低组对比剂用量为20 mL，注射流率均为3.0 mL/s；然后以相同流率注射生理盐水30 mL。在肺动脉干设置兴趣区(region of interest，ROI)，当ROI内CT值达200 HU时延迟3 s启动CTPA扫描。于平静呼气末屏气扫描，扫描范围自肺尖至膈底水平。扫描参数：90 kV(常规组)或70 kV(双低组)，管电流自动调制，192×0.6 mm，0.25 s/r，螺距0.55。重建参数：层厚2 mm，层间距1.6 mm，矩阵512×512，采用新型迭代重建算法(advanced modeled iterative reconstruction，ADMIRE)，级别3，软组织卷积核(Bf 40)。

将所有CT扫描数据传输至Siemens Syngo VA30工作站进行图像观察、后处理和相关指标测量。后处理方法包括容积再现(VR)和多平面重组(MPR)等。

分别在肺动脉干(pulmonary trunk，PT)、右肺动脉(right pulmonary artery，RPA)、左肺动脉(left pulmonary artery，LPA)及右肺上叶肺动脉(right upper lobe pulmonary artery， RULPA)、右肺叶间肺动脉(right interlobar pulmonary artery，RILPA)、右肺中叶肺动脉(right middle lobe pulmonary artery，RMLPA)、右肺下叶肺动脉(right lower lobe pulmonary artery，RLLPA)、左肺上叶肺动脉(left upper lobe pulmonary artery，LULPA)、左肺下叶肺动脉(left lower lobe pulmonary artery，LLLPA)等肺动脉主要分支的最大层面测量各支血管的CT值(CT血管)及标准差(SD)。ROI为圆形，直径取管腔直径的1/2～2/3，并置于血管显示清晰处，避开边缘、栓子及线束硬化伪影；其中，RPA内ROI的大小以邻近的上腔静脉管径作为参考。在同一层面测量空气的CT值，以其SD值(SD空气)作为图像噪声(noise，N)；测量两侧胸肌的CT值并取其平均值(CT胸肌)。计算图像质量的客观评价指标，包括信号噪声比(signal-noise ratio，SNR)、对比噪声比(contrast noise ratio，CNR)和线束硬化伪影指数(artifact index，AI)，计算公式如下[6]：

(1)

(2)

(3)

由两位从事胸部放射诊断3年以上的放射科医师独立完成肺动脉图像质量评分，采用五级评分法[3]：1分，图像质量不可接受；2分，图像质量使可诊断性显著减低；3分，图像质量标准；4分，图像质量良好；5分，图像质量优秀。在实际评估中，若两位医师的评分不一致，则通过相互讨论达成一致意见。

记录CT扫描仪剂量报告中的CT容积剂量指数(CT dose index volume，CTDIvol)和剂量长度乘积(dose length product，DLP)，计算有效剂量(effective dose，ED)，转换系数k=0.014 mSv/(mGy·cm)。

3.统计学分析

使用SPSS 19.0软件包进行统计学分析。两组中肺动脉及其分支的CT值、SNR、CNR、AI值及辐射剂量的比较采用Student独立样本t检验，各组内不同肺动脉分支间AI值的比较采用ANOVA单因素分析；频数资料以百分率表示，采用χ2检验；两组图像质量主观评分的比较采用Wilcoxon秩和检验。以P<0.05为差异有统计学意义。

结 果

1.两组患者的基本临床资料

两组患者的基本临床资料及统计分析结果见表1。对两组的性别构成、年龄、体质量指数(body mass index，BMI)和肺栓塞患者的比例进行比较，差异均无统计学意义(P>0.05)。

表1 两组患者的基本临床资料

2.图像质量的客观评价

两组图像上肺动脉及其主要分支的CT值、SNR和CNR均略高于常规组(图1a～c)，但差异无统计学意义(P>0.05)。

两组图像上肺动脉及其各段分支的AI值及统计分析结果见表2。双低组中RPA和RULPA的AI值小于常规组(图1d)，差异有统计学意义(P<0.01)；其它肺动脉分支的AI值在两组间的差异无统计学意义。常规组内肺动脉各段分支间AI值的差异有统计学意义(F=11.54，P<0.001)，其中RPA和RULPA的AI值高于其它分支；而双低组内肺动脉各段分支间AI值的差异无统计学意义(F=0.92，P=0.499)。

表2 两组图像上各段肺动脉AI值的比较

3.图像质量的主观评价

主观评价结果见表3。双低组中RPA和RULPA的图像质量优于常规组(图2～5)，差异有统计学意义(P<0.01)，其余肺动脉分支的图像质量评分在两组间的差异无统计学意义(P>0.05)。

4.两组辐射剂量的比较

两组中辐射剂量各项指标的测量值及统计分析结果见表4。双低组的CTDIvol、DLP和ED均低于常规组，差异均有统计学意义(P<0.05)。

表3 常规组、双低组图像主观评分比较

表4 常规组、双低组图像辐射剂量比较

讨 论

CTPA不仅能及时准确地诊断肺动脉栓塞，而且能较好地识别病变血管的受累情况[7]。近些年来，随着CT技术的不断进步，针对如何有效降低CT扫描中辐射剂量的研究取得了较好的进展[8]，低辐射剂量CT扫描成为当前研究的热点。常用的降低辐射剂量的方法包括降低管电压、降低管电流及采用迭代重建算法等。理想状态下，辐射剂量与管电压的平方呈正比。因此，降低管电压是降低辐射剂量的有效方法。然而，管电压降低的同时会伴随着图像噪声的增加，使图像的诊断质量下降。第三代DSCT具有强大的硬件性能，并使用新型迭代重建算法(ADMIRE)进行图像重建，能够在降低管电压的同时保证图像质量，且降低了患者心率变化对图像质量的影响[9]。

CTPA检查需经静脉注射一定量的碘对比剂。碘对比剂使用过程中的常见危害为对比剂过敏反应，更严重者是碘对比剂对肾功能的潜在危害，肾功能不全或受损的患者在注射大量对比剂后甚至可能导致对比剂肾病[10]。此外，慢性肾病和急性肾功能不全还是PE的常见危险因素，这类患者常常需要排除PE。因此，在临床实践中应尽可能地减少CTPA检查过程中的对比剂用量[11]。

CTPA检查主要是观察肺动脉管腔内对比剂的充盈情况。肺组织内含有大量气体，在CT图像上表现为相对较低密度，为肺动脉的显示提供了良好的天然背景，这也是减少CTPA对比剂用量的解剖学基础[12]。此外，随着管电压的降低，X线的有效光能更接近碘的衰减K缘，从而使肺动脉腔内的CT值升高[13]。因此，低管电压技术在降低辐射剂量的同时，还有助于进一步减少对比剂用量。此前研究已证实，使用90 kV管电压、30 mL对比剂的CTPA检查具有良好的图像诊断质量，适合作为PE检查的常规检查方案[10]。以往工作中，青少年及体弱消瘦患者因疑诊PE而行CTPA检查的情况时有发生；针对此种情况，本着减少患者辐射剂量的目的，检查中曾使用70 kV管电压，20 mL对比剂，所得图像质量可以满足诊断要求。在此基础上，本研究尝试将此双低方案应用于日常非选择性患者的CTPA检查，检查过程中管电流自动调制(本研究患者实际管电流自动调制范围为78～1299 mA)，以适应不同体型患者的检查需求，保证较肥胖患者的图像可诊断性。重建参数选择日常工作中常用的层厚2 mm，可能会造成外周小的肺动脉分支显示欠佳，但基本可以保证常规CTPA检查中需要观察的肺动脉主干及肺段及以上肺动脉分支的显示。

图1 两组图像质量的客观评价指标的柱形分析图，双低组中CT值、SNR和CNR略高于常规组，AI值低于常规组。a) CT值； b) SNR； c) CNR； d) AI值。

图2 常规组患者(女，19岁，PE阴性)，CTPA图像显示右肺动脉及上腔静脉旁可见伪影(箭)。 图3 双低组患者(男，57岁，PE阴性)，CTPA图像显示上腔静脉旁和右肺动脉等处未见明显线束硬化伪影。图4 常规组患者(女，64岁，两肺多发PE)，CTPA图像显示肺动脉内多发栓子(黑箭)，上腔静脉旁可见伪影(白箭)。 图5 双低组患者(女，77岁，两肺多发PE)，CTPA图像显示肺动脉内多发栓子(白箭)，上腔静脉旁和右肺动脉等处均未见明显线束硬化伪影。

常规组的BMI为13.67～29.30 kg/m2，双低组为15.35～33.43 kg/m2。因样本量有限，双低组中仅有2例患者的BMI>30 kg/m2，其CTPA图像质量较好，符合诊断要求。双低组的检查方案成功率较高，基本可以认为对采用这种方法无需对患者的BMI进行严格要求，可以进一步推广适用于其它设备。但若临床中患者实际BMI较此数值进一步增大，需结合患者自身基础疾病史及实际情况谨慎减少对比剂用量，避免造成图像质量不符合诊断要求。本研究结果中双低组的辐射剂量较常规组显著降低(t=2.16，P=0.035)，而图像质量客观评价指标(CT值、SNR、CNR)较常规组略增加，表明双低CTPA扫描方案是可行的。

在CTPA检查中，线束硬化伪影的产生也是影响图像质量和诊断效能的重要因素，其产生原因是由于X射线束具有一定的能量范围，在穿透充盈着高浓度对比剂的静脉系统时，低能量射线被吸收，线束由其余高能量射线组成，平均能量增高，射线逐渐变硬称之为线束硬化效应。表现为充盈高浓度对比剂的静脉系统在其周围产生低密度区，从而影响邻近结构的观察[14]，易造成误诊或漏诊。Trad等[15]使用50 mL对比剂及64排CT行CTPA检查，Delesalle等[4]则利用DSCT行胸部血管成像检查，这两项研究均证实降低对比剂浓度和用量是减少线束硬化伪影影响肺动脉成像质量的重要方法。

本研究关注的重点是采用低管电压、低对比剂剂量进行CTPA检查，在确保图像质量和可诊断性的基础上，线束硬化伪影对肺动脉成像质量的影响。由于经上肢静脉注射后，对比剂流经右心房和右心室后即充盈至肺动脉内，显影利用率高，为探究低对比剂用量可行性提供了理论基础。本研究中CTPA扫描开始的平均时间为肺动脉干ROI内CT值达200 HU后延迟3 s。考虑注射安全及患者普遍血管情况，均以3 mL/s速率完成对比剂注射，双低组采用20 mL对比剂(碘总量为7.4 g，碘注射流率约1.06 g/s[10])。后期采用同样流率注射生理盐水，不仅维持了对比剂的团注流率，保证了肺动脉的显影，而且降低了对比剂在上腔静脉内滞留的时间和浓度，减少了高浓度对比剂所造成的线束硬化伪影。本研究结果显示，双低组中RPA和RULPA的AI值小于常规组，其主观评分也优于常规组。本实验设计所采用扫描延时方案广泛应用于本院日常工作中，可以较好地采集充盈对比剂的肺动脉图像，故两组患者仍选用相同的延迟时间。因常规组中对比剂总量相对较多，延迟时间相同时，残留于上腔静脉内的对比剂较双低组多，产生的线束硬化伪影更显著，这进一步佐证了CTPA检查中减少对比剂用量的价值。此外，本研究中还进一步分析发现，常规组中肺动脉各分支间AI值的差异有统计学意义(F=11.54，P=0.000)，RPA和RULPA的AI值明显高于其它分支；而双低组中RPA和RULPA的AI值则与其它分支间无明显差异(F=0.92，P=0.499)。这一结果表明双低CTPA方案所产生的线束硬化伪影对RPA和RULPA的影响微乎其微，是可以忽略的。主观评估也表明在减少对比剂用量的情况下，CTPA图像质量并未减低，为及时诊断PE提供了可靠的影像学依据。

综上所述，第三代DSCT低管电压、低对比剂用量的CTPA扫描方案是可行的，且能有效减少、甚至忽略上腔静脉系统所产生的线束硬化伪影的影响，有助于提高PE诊断的准确性，降低误诊和漏诊率，可在临床实践中推广应用。

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