个性化双低剂量CTA研究进展

曾国飞 杨华 梁仁容*

CT血管成像（CTA）在全身血管疾病诊断中的应用日趋广泛，对血管疾病诊断的敏感性和特异性非常高，对管壁的评价甚至优于数字减影血管造影（DSA），已成为临床怀疑血管病变时的首选无创检查方案[1]。随着CTA的广泛开展，电离辐射及碘对比剂给人体带来的潜在伤害也逐渐引起了人们的关注，较高的电离辐射对敏感性腺体、器官有致癌的风险，较高的碘对比剂用量也存在很大的肾毒性，可诱发碘对比剂肾病的发生。因此，如何在保证影像质量的情况下尽量降低受检者所受辐射剂量及对比剂用量是临床亟需解决的问题[2]。为受检者制定个性化扫描方案是降低辐射剂量及碘对比剂用量的最佳手段，近年来备受推崇。本文就个性化扫描方案在CTA中的研究进展作一综述。

1 CTA低剂量技术

为提升影像的信噪比及分辨力，CTA检查时常注射大剂量高浓度的对比剂，同时采用较高的扫描条件进行薄层大容积扫描，这无疑增加了受检者的辐射剂量及碘吸收量而带来的潜在风险[3]，因此如何在满足诊断的前提下尽量降低受检者的辐射剂量及对比剂用量是目前大家所关注的。除扫描设备、重建算法等因素外，影响辐射剂量的因素还包括扫描模式、管电压、管电流、曝光时间、扫描范围、螺距及视野等[4]。

辐射剂量与管电流呈线性相关，与管电压呈指数相关，一般管电流调整容易实现，而管电压相对固定，调整的可行性比较差[5]。1990年，Jan等[6]首次采用降低管电流方式来降低受检者的辐射剂量，并提出了低剂量CT(low dose CT,LDCT)的概念。目前LDCT扫描技术主要应用于天然对比度较高的肺部、副鼻窦等部位，且多采用降低管电流的方法来减少辐射剂量。研究[7]显示采用低管电流的胸部低剂量扫描方案，其辐射剂量较常规扫描降低约60%。但管电流降低过多可致影像噪声增加、影像质量下降，影响后期的诊断，甚至出现假阴性、假阳性结果。目前多采用自动管电流调制技术（automatic tube current modulation,ATCM）来调整管电流，ATCM技术是基于个体化因素、解剖结构的不对称以及扫描区域内组织构成对X线衰减差异较大等因素，通过探测器的感光识别自动控制管电流，以较合理的曝光量获得可靠的成像效果[8]。

研究[9]表明扫描部位的CT值会随管电压的降低而增高，低管电压有利于提升碘对比增强时血管腔与血管壁间的对比度，使血管显得相对更亮。但LDCT中如果应用低管电压技术，会引起影像噪声显著增加，因此其应用受到限制。随着迭代技术的出现，减少了低管电压带来的噪声影响，使低管电压、低碘浓度对比剂的“双低”技术应用成为可能。采用标准卷积滤过反投影（FBP）重建算法的低管电压技术可以在增强扫描中减少辐射剂量并增加血管对比度，但不能补偿低管电压所致的高噪声。自适应统计迭代重建 （adaptive statistical IR，ASIR）能够在降低辐射剂量的基础上维持空间分辨力，故可通过降低管电压、管电流或管电流时间乘积的方法来降低辐射剂量，同时影像质量不受影响，与FBP重建相比，ASIR可以降低量子噪声并改善影像质量[10]。Ippolito等[11]分别采用120、100和80 kV管电压对碘浓度分别为370、350和320 mg/mL的对比剂进行模拟CTA成像，采用ASIR重建，结果显示80 kV、含碘320 mg/mL组与120 kV、含碘370 mg/mL组影像信噪比分别为 60.82±9.38、60.74±9.21， 影像质量差异无统计学意义，而辐射剂量降低了51.88%，碘对比剂用量减少了62%，为双低技术的临床应用奠定了基础。但对于不同个体，由于X线的穿透力随受检者体积、皮下脂肪及肌肉厚度的增加而减弱，因此不同体质量的个体应采用不同检查条件，以受检者个体差异而进行扫描参数设定的个性化扫描方案势在必行[12]。

2 个性化检查方案

个性化检查方案是指根据受检者的检查部位、年龄、身高、体质量等个体化信息设定最佳的检查参数，以实现效果最优化及危害最小化的检查方案，被认为是CTA检查辐射剂量及对比剂用量最优化的方案[13]。

碘对比剂属于药品范畴，其使用说明书对不同年龄段、不同体质量受检者的用量进行了大致的规范，具有一定的个性化用药原则。Li等[14]在头颈CTA检查中根据受检者体质量分为＜60、61～80、81～100 kg 3组，分别采用40、60、80 mL的对比剂用量，结果显示低体质量指数（BMI）受检者在对比剂用量明显减少的情况下，血管成像质量未受明显影响。对比剂分段注射是一种全新的给药方法，即第一阶段以低剂量高浓度对比剂快速充盈血管，随后立即给予低剂量低浓度对比剂低速维持，以确保血管内对比剂维持在最低检查限度内。虽然各阶段给药时间依据受检者体质量决定，但由于第二阶段注射对比剂的用量较常规剂量减少，因此在不同检查部位对比剂分段注射均可减少碘对比剂用量[15]。CTA的影像质量与靶血管的对比剂浓度密切相关，实现最低的对比剂用量而保证适当的靶血管内对比剂浓度是双低剂量CTA追求的目标之一，由于靶血管的峰值浓度主要与循环时间和注射流率相关，因此个性化对比剂应用方案需包括对比剂用量及注射方案等，这需要在今后的研究中进一步细化。

在个性化CTA扫描方案方面，早期单纯以受检者的体质量作为参考指标，Naidich等[16]在腹主动脉CTA检查时根据受检者体质量采用不同的管电压进行扫描，对体质量＜80 kg的受检者采用80 kV的管电压扫描，结果显示与常规120 kV的管电压相比，在不明显影响影像质量的情况下，可使辐射剂量降低约60%。但由于受检者的体质量与其胖瘦程度和身高密切相关，因此更为人们认可的是基于BMI的个性化CTA检查方案。2015年，世界卫生组织认定正常成人 BMI为 18.5～24.9 kg/m2，BMI≥25.0 kg/m2属于肥胖，BMI＜18.5 kg/m2属于消瘦，这种界定方式也在个性化CTA中广泛采用[17]。

3 个性化CTA扫描方案的临床应用

个性化CTA扫描方案的建立，首先要以不同检查部位为前提条件。冠状动脉CTA扫描，由于心率的控制效果直接影响成像质量，需要根据受检者的心率情况合理用药，而其他部位检查一般无需控制心率[18]。有研究[19]表明在不影响影像质量的前提下，前瞻性心电门控触发横断面扫描较回顾性心电门控扫描的辐射剂量至少降低50%，低至2.1～6.2 mSv，但是如何选择心电门控，与个体心率及心律有关，对于心率控制在70次/min以内且心律齐的受检者，首选前瞻性心电门控[20]。大螺距扫描方案主要应用在扫描范围长而内径相对较大的血管。Carmelinda等[21]在多层螺旋CT上应用无心电门控的大螺距（螺距3.0）扫描方案检查主动脉疾病，结果显示大螺距扫描的辐射剂量较常规螺距扫描降低约72%，并能显著减少升主动脉中的运动伪影。同时，辅以自动管电流调制技术能进一步降低辐射剂量。研究[22]表明在其他检查参数相同的情况下，采用自动管电流调制技术进行下肢CTA检查，辐射剂量可降低约66%，而影像质量差异不明显。

目前以BMI指数作为参考的个性化CTA成像的研究已经比较深入。汤等[23]按 BMI＞24.9、18.5～24.9及＜18.5 kg/m2将60例成年受检者分成3组，分别以120、100、80 kV 的管电压及 250、200、150 mA 的管电流行头颈部CTA检查，结果显示各组影像均能满足临床诊断需求，只是低BMI组的血管质量评分略低于高BMI组。然而，与高BMI组相比，低BMI组的容积CT剂量指数、剂量长度乘积及有效剂量均有明显下降，其中容积CT剂量指数分别降低38.94%、51.23%。 同样，Paul等[24]根据受检者 BMI调整冠状动脉成像的管电压和管电流，结果发现在冠状动脉影像无明显影响的情况下，低BMI组有效辐射剂量减低约71%。如果辅以迭代重建技术，能在数据不完全和低信噪比（低剂量）条件下成像，辐射剂量还可以进一步减少[25]。

儿童作为一类特殊人群，由于性腺发育尚未成熟，对电离辐射更为敏感，建立儿童群体的个性化CTA扫描方案更显重要。儿童定义为0～14岁之间的群体，由于该阶段是人体发育最快速的阶段，个体间差异极大，成人版的个性化扫描方案必然不适合儿童的CTA检查，需建立儿童版的个性化扫描方案。儿童CTA检查，管电流适合采用ATCM技术，主要任务是实现管电压的个性化设计[26]。Nievelstein等[27]提出管电压80 kV的方案，尝试用于8～14岁年龄段儿童头颈部血管病变CT检查，将管电压从120 kV降到80 kV可减少65%的辐射剂量，同时能满足临床诊断需求。Lee等[28]通过建立儿童模型对比研究不同条件下的冠状动脉成像质量，提出对于＜1岁的儿童冠状动脉检查采用前瞻性心电门控技术扫描是平衡辐射剂量和影像质量最优的选择。杨等[29]就儿童先天性主动脉畸形低剂量CTA检查进行了相关研究，其根据患儿BMI分别选取80、100及120 kV管电压，管电流自动调节（在35～80 mA范围变动），X线辐射剂量比预设常规扫描模式减低20%～50%不等，所有病例影像均达到诊断标准，即对比度好、噪声较小、血管边缘锐利。

4 总结

以BMI指数为参考的个性化CTA扫描方案，可以在保证影像质量的前提下大幅减低受检者所受到的电离辐射并减少对比剂的用量，是实现CTA双低剂量检查应用最广泛的方案。同时也存在一定不足，如目前所采用的BMI指数区间值仍比较大，无法实现真正的个体化扫描。以BMI为参考的儿童CTA检查相关研究仍处于初期阶段，相应的扫描方案是否适合儿童还需要大量实验加以验证。今后希望通过长期的临床探索与总结，建立以检查部位、年龄、更细分化的BMI指数值等参数为基础的个性化双低剂量扫描方案，真正实现辐射剂量低、对比剂用量少而影像质量最优化，并在临床实际检查中广泛普及。