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下肢动脉闭塞性疾病低剂量CT 灌注成像的可行性研究

2020-03-14张慧慧曹胜男葛琛瑾邓小飞

中国医学计算机成像杂志 2020年6期
关键词:低剂量下肢剂量

张慧慧 吴 娟 曹胜男 葛琛瑾 邓小飞 孙 凤 舒 政

下肢动脉闭塞性疾病(peripheral arterial occlusive disease, PAOD)是临床常见的血管性疾病,常由动脉狭窄或闭塞引起下肢骨骼肌慢性缺血,临床症状表现为间歇性跛行、静息痛等,严重者导致截肢或死亡,已严重威胁患者健康。目前PAOD 的临床诊断主要依靠症状及影像学检查方法,如超声、CT、磁共振等血管成像,但这些基于形态学的评估方法,并不能全面评估病变的程度及预后[1-2]。CT 灌注(CT perfusion, CTP)成像是一种可以评估骨骼肌微循环的功能成像方法,通过计算静脉注射对比剂后组织密度的变化,对组织微血管的血流灌注和组织活力进行评估[3],但其较高的辐射剂量限制了临床应用。因此,合理降低CTP 辐射剂量具有重要的临床意义。本研究旨在通过降低管电压并联合迭代重建技术,探讨低剂量下肢CTP 在评价PAOD 患者下肢骨骼肌微循环血流动力学的可行性。

方 法

1.临床资料

前瞻性收集2019 年1 月-12 月在上海中医药大学附属上海市中西医结合医院脉管科就诊的PAOD患者90 例,按不同管电压、管电流以随机数字表形式分为3 组并行CTP 检查。排除标准:①严重心脏病史患者;②中度或重度肾功能损害患者;③精神疾病、痴呆等患者;④增强CT 禁忌证患者;⑤扫描后图像有运动伪影及血管壁严重钙化。最终76 例148 条下肢(包括4 例患者的单侧下肢)被纳入研究,其中男45 例,女31 例,年龄42 ~88 岁,平均(65.5±10.6)岁。据临床Fontaine 分级为Ⅰ级22 条,Ⅱ级33 条,Ⅲ级31 条,Ⅳ级62 条。本研究获医院医学伦理委员会批准,所有患者均知情同意。

2.扫描方案

所有受检者均采用联影64 排螺旋CT(ULdeal-CT)扫描仪行双侧小腿骨骼肌灌注扫描。患者取仰卧位,先行下肢小腿CT 平扫,在平扫定位图像上选取小腿最大截面积层面作为灌注成像的扫描层面。采用20 ~22G 套管针穿刺肘前静脉建立静脉通道,使用非离子型对比剂碘帕醇(含碘370mg/m1),经高压注射器以4.5ml/s 的流率注射50ml,再以相同流率注射生理盐水40m1,延迟15 秒后行灌注扫描,间隔时间1.5 秒,共采集120 秒,全部灌注序列共进行33 次,每次检查获得264 幅图像。扫描方案:3 组分别在不同管电压及管电流条件下进行下肢CTP 扫描,扫描参数分别为A 组120kV、100mAs,B 组80kV、100mAs,C 组80kV、120mAs。

3.图像后处理

将CT 灌注图像传输到后处理工作站进行图像分析。手动选取胫前动脉作为输入动脉,通过去卷积算法,对动态图像数据进行处理,获得不同的血流动力学参数值及伪彩图,包括血流量(BF)、血容量(BV)、峰值到达时间(TTP)、平均通过时间(MTT)、表面通透性(PS)。绘制感兴趣区(region of interest,ROI),尽量固定ROI 大小及位置,避开肉眼可辨认的血管、钙化斑块等影响测定准确性的部位,且ROI选取3 个不同层面,用同样的方法重复测量3 次,取平均值。重建方法:3组图像均采用迭代重建算法(Karl 3D)进行重建降噪,降噪等级为5。

4.图像质量评价

4.1 客观评价:选择小腿后组肌群作为感兴趣区,记录3 组小腿后组肌群CT 值、同层皮下脂肪CT 值及图像噪声(SD)值,计算3 组的信噪比(SNR)、对比噪声比(CNR)。计算公式如下:SNR=小腿后组肌群CT 值/同层皮下脂肪SD 值,CNR=(小腿后组肌群CT 值-同层皮下脂肪CT 值)/同层皮下脂肪SD 值。

4.2 主观评价:由两名有经验的放射医师采用双盲法完成图像质量评分。采用3 级评分法:3 分,图像质量优,伪彩图色差明显,异常灌注区辨识度高;2 分,图像质量可,伪彩图色差可,在调节对比度情况下可辨别出异常灌注区域;1 分,图像质量差,伪彩图色差模糊,对比度调整后仍不能辨认出异常灌注区域或图像出现错层,甚至无法生成CTP 图。

5.辐射剂量

应用机器自带测量软件自动检测生成剂量长度乘 积(DLP, mGy/cm)、CT 剂量指数(CTDIvol,mGy)。有效辐射剂量(ED)=DLP×k,单位mSv。k 采用国际辐射防护委员会下肢转换因子平均值0.015mSv/(mGy·cm)[4]。

6.统计学分析

采用SPSS21.0 软件进行统计分析。所有计量资料采用均值±标准差表示。采用卡方检验比较3 组患者一般资料及Fontaine 分级,采用单因素方差分析比较3 组患者年龄、身高、体重、体重指数(BMI)、图像灌注参数值、图像质量指标及辐射剂量,以P<0.05 为有统计学意义。采用Kruskal-Wallis 秩和检验比较3 组灌注图像主观评分。两名不同医师主观图像质量评价的一致性采用Kappa 检验。

结 果

1.一般资料

由于扫描后14 例患者图像有运动伪影及血管壁严重钙化而不能进行CTP 后处理,故最终76 例148条下肢(包括4 例患者的单侧下肢)被纳入研究,包括A 组25 例、B 组25 例、C 组26 例。3 组患者年龄、性别、身高、体重、BMI、Fontaine 分级的差异均无统计学意义(P>0.05),具有可比性。

2.图像质量

2.1 客 观 评 价:A 组、C 组SNR 值、CNR 值均优于B 组,3 组SNR、CNR 差异有统计学意义(P<0.05),两两比较A、C 组与B 组差异有统计学意义,而A 组与C 组差异无统计学意义(表1)。

2.2 主观评价:两名医师对3 组图像主观质量评价一致性较好(A 组Kappa 值为0.747,P<0.001;B 组Kappa 值 为0.734,P<0.001;C 组Kappa 值为0.744,P<0.001);A、C 组图像质量均为3 分;B组16 例图像质量为3 分,6 例图像质量为2 分,3 例图像质量为1 分。A、C 组与B 组图像主观质量评分比较,差异有统计学意义(P<0.001)。3 组BF、BV、TTP、MTT、PS 灌注伪彩图见图1 ~3。

3.灌注参数

3 组小腿后组肌群各ROI 平均灌注参数BF、BV、TTP、MTT、PS 值的差异均无统计学意义(P>0.05)(表2)。

4.辐射剂量

3 组ED 分别为:A 组25.5mSv,B 组12.6mSv,C 组12.9mSv。3 组比较差异有统计学意义(P<0.05),两两比较,A 组与B 组、A 组与C 组差异有统计学意义(P<0.05);B 组较A 组降低50%,B 组较C 组降低3%,C 组较A 组降低49%(表3)。

表1 3 组患者图像质量指标的比较( ± s )

表1 3 组患者图像质量指标的比较( ± s )

组别 小腿后组肌群CT 值(HU) 同层皮下脂肪CT 值(HU) 同层皮下脂肪SD 值(HU) CNR SNR A 组(120kV、100mAs) 48.1±6.5 -111.0±11.9 15.3±5.6 11.9±4.6 3.7±1.3 B 组( 80kV、100mAs) 47.0±7.3 -79.8±17.1 21.2±10.0 7.2±3.3 2.5±1.1 C 组( 80kV、120mAs) 45.7±6.9 -105.3±14.2 17.4±7.3 10.2±4.3 3.3±1.2 F 1.78 78.27 8.80 12.24 12.10 P 0.17 <0.0001 0.0002 <0.0001 <0.0001

表2 3 组患者CTP 灌注参数的比较(BZ_55_1473_2120_1494_2151±s )

讨 论

表3 3 组患者辐射剂量的比较(BZ_55_1473_2120_1494_2151± s )

CTP 检查具备快速、准确、无创地评价器官微循环血流动力学状态的优点,在PAOD 的临床诊断及疗效评价等方面显示出独特的优势[5]。但CTP 在临床应用过程中产生较大的辐射剂量,限制了其在临床上的广泛应用。国际放射防护委员会认为,X 线照射每增加1mSv,恶性肿瘤发病率将增加5/10 万[6]。CT 的应用原则应遵循低剂量(as low as reasonably achievable, ALARA)原则,即剂量最小化、诊断效益最大化,因此在PAOD 患者下肢CTP 检查中有必要采用低剂量扫描方案来降低辐射剂量。

降低辐射剂量的主要方法是降低管电压,原因是辐射剂量与管电压的2 ~5 次方成正比,并且降低管电压可以增加动脉血管强化值,相对提高血管与周围组织的对比度。Wintermark 等[7]通过对比不同管电压与脑灌注参数的关系,发现80kV 与120kV 相比可以在降低2.8 倍辐射剂量的同时增强图像对比度。但降低管电压会增大图像噪声,有学者提出可通过适当提高管电流加以缓解,同时保持较低的辐射剂量[8]。本研究采用3 组扫描方案,A 组是目前下肢灌注常用方案,B 组管电压降为80kV,管电流保持不变,C 组在低管电压(80kV)的基础上将管电流增加至120mAs,同时为尽可能降低噪声对灌注参数和图像质量的影响,3 组后处理软件中均使用了3D 迭代重建算法。

在图像质量方面,本研究结果显示,3 组客观质量指标(CNR、SNR)差异有统计学意义,但两两比较A 组与C 组差异无统计学意义,且 A、C 组CNR 值均明显高于B 组。CNR 代表图像对比度,CNR 值越高说明图像质量越好,表明降低管电压后图像质量受到了影响,但适当提高管电流后对图像质量影响有所减小。SNR 代表图像信号与噪声的比值,A、C 组SNR 值均高于B 组的原因可能是由于图像噪声SD 较B 组小,SD 值越小,图像质量越好,而降低管电压对图像质量影响较大,易产生更多的图像噪声与伪影,C 组适当提高管电流有利于增强血管对比度,对图像质量影响有一定弥补作用,故C 组SNR 值仅稍低于A 组。3 组主观图像质量评分差异有统计学意义,A 组和C 组总体图像颗粒性不明显,图像均匀性较好,图像更加清晰。

灌注参数是CTP 检查的主要内容,对病变的定量研究具有重要价值。本研究结果显示,3 组所测得的平均灌注参数值(BF、BV、TTP、MTT、PS)的差异均无统计学意义(P>0.05),3 组间两两比较差异亦无统计学意义(P>0.05)。由于本研究采用随机分组的方法对患者进行CTP 检查,3 组患者临床资料的差异无统计学意义,具有可比性,说明降低管电压至80kV 进行下肢CTP 检查对灌注参数没有显著影响。最近一项关于低剂量CTP 评估动脉瘤性蛛网膜下腔出血后脑灌注损伤准确性的研究[9]显示,辐射剂量减少到原始剂量的40%对定量评估脑灌注损伤的准确性没有影响,与本研究结果一致。

在辐射剂量方面,CTDIvol、DLP、ED 是目前评价辐射剂量的最佳指标[10]。CTDIvol 反映螺旋CT 在整个容积扫描范围内的平均辐射剂量,DLP 用于评价受检者一次完整的扫描所受到的总辐射剂量,ED 考虑到不同组织或器官具有不同的辐射敏感性,被广泛认为是评估辐射剂量的最优指标[10]。本研究中,3 组患者辐射剂量的差异比较显著, 其中B 组和C 组ED 分别是12.6mSv 和12.9mSv,与A 组比较分别降低了50%和49%,低于Galanakis 等[3]研究报道的21.5mSv。Othman 等[11]在低剂量CTP 研究中,将辐射剂量分别降至原始水平的80%、60%、40%和20%,结果显示,即使辐射剂量降至原剂量的40%,也能得到主观图像质量较好的灌注图,只有降至20%才会导致主观图像质量的显著恶化,与本研究结果相符。

本研究存在的局限性:①低剂量CTP 在弥漫性钙化或下肢动脉完全闭塞的病例中是不可行的,因为无法选取输入动脉ROI。②运动伪影是影响图像评价和灌注参数结果的另一个重要原因,尽管检查前使用了固定装置来固定患者双腿,仍有8 例患者因严重运动伪影而被排除在外。③样本量较小,不同患者的个体化差异可能对研究结果造成一定程度的影响,需要进一步加大样本量来减少抽样误差。

综上所述,使用80kV、120mAs 联合迭代重建对PAOD 患者进行低剂量CTP 检查是一项可行的技术,在不影响灌注参数的前提下,可大幅降低辐射剂量,同时保证图像质量,能为临床诊断与治疗提供帮助。

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