能谱CT多参数评估5种浓度碘对比剂对胸主动脉增强效能的研究

王婷婷 曹 锋 王裴培 陈玉兰 王传彬 吴瑶媛 董江宁*

近年来，能谱CT扫描在全身血管成像中应用广泛。既往研究表明，在常规增强CT扫描中，通过规范化、标准化不同浓度碘对比剂注射方案，即将碘注射率(Iodine delivery rate，IDR，g I/s)和碘总量(mg I/kg)统一标准，实行个体化对比剂剂量方案时，图像质量的主观评价无统计学差异。而在相关能谱CT扫描等相关研究方面，也多在低浓度、低剂量对比剂的使用方案中能获得优异的血管图像质量等研究。本研究旨在通过利用能谱多参数及定量分析的方法，验证5种不同浓度碘对比剂在胸主动脉增强效能方面的研究，进一步通过定量的分析方法比较不同品种对比剂在胸部血管中能否达到相同增强效能及获得优异的图像质量，为不同品种对比剂应用提供更多选择方案。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2018年1月至2019年3月在安徽省肿瘤医院就诊的150例行胸部CT增强扫描患者，其中男性86例，女性64例；年龄28～74岁，平均年龄(45.6±7.2)岁。采用数表法将其随机分为5组，每组30例，5组胸部CT增强扫描患者采用5种不同的碘对比剂浓度，分别为270 mg I/ml(270组)、300 mg I/ml(300组)、320 mg I/ml(320组)、350 mg I/ml(350组)和370 mg I/ml(370组)。

1.2 纳入与排除标准

(1)纳入标准：①体质量指数(body mass index，BMI)18.5～24.9 kg/m2；②需行胸部CT增强扫描患者；③无心肺功能不全。

(2)排除标准：①心肺功能不全、循环功能障碍以及其他影响胸部血管循环的疾病；②对碘对比剂过敏。

1.3 仪器设备

采用Discovery CT 750 HD型宝石能谱CT机(美国GE公司)。

1.4 检查方法

(1)采用Discovery CT 750 HD型宝石能谱CT机对所有患者进行扫描前，训练患者呼吸运动，扫描范围从胸廓入口至两侧肋膈角下缘水平。采用宝石能谱CT成像(gemstone spectral imaging，GSI)扫描模式进行胸部平扫及双期动态增强，管电压为120 kV，管电流为375 mA，机架旋转时间为0.7 s，螺距为1.375∶1，视野为50 cm×50 cm，层厚为5.0 mm，重建间隔为5.0 mm，重建算法采用标准软组织算法。

(2)双筒高压注射器经外周静脉团注对比剂，根据公式碘注射率=(对比剂浓度)×对比剂注射速率；碘总量=(对比剂浓度)×对比剂剂量。5组的注射速率及总剂量分别为：270组(碘克沙醇)4.1 ml/s，1.6 ml/kg；300组(碘海醇)3.6 ml/s，1.4 ml/kg；320组(碘克沙醇)3.4 ml/s，1.3 ml/kg；350组(碘佛醇)3.1 ml/s，1.2 ml/kg；370组(碘普罗胺)3.0 ml/s，1.1 ml/kg，注射前将对比剂预热至37 ℃。应用智能追踪技术(Smart prep)，将气管隆突下水平胸主动脉作为兴趣区，触发阈值为120 HU，达到阈值后即刻动脉期扫描；动脉期扫描结束后延迟30 s静脉期扫描。

1.5 图像处理及数据分析

扫描结束后，自动重建层厚和间隔均为1.25 mm的原始图像，将数据传至AW4.6工作站，利用GSI Viewer软件进行后处理，重建出70 keV的单能量图像，测量气管隆突下缘水平胸主动脉CT值(CT胸主动脉)，同层面竖脊肌CT值(CT竖脊肌)、同层皮下脂肪的标准差(standard deviation，SD)，感兴趣区(region of interest，ROI)覆盖胸主动脉血管断面面积的1/2～2/3，同时避开血管壁及钙化区。上述所有数据均测量3次，取平均值作为最终结果，计算对比噪声比(contrast noise ratio，CNR)值和信噪比(signal noise ratio，SNR)值。

CNR=(CT胸主动脉-CT竖脊肌)÷SD；SNR=CT胸主动脉＋SD。测量并记录有效原子序数、碘基值及水基值，同时记录40 keV和110 keV的CT胸主动脉值，并计算出能谱增强曲线斜率。

1.6 统计学方法

采用SPSS25.0统计学软件处理数据。经检验计量资料均符合正态分布和方差齐性，数据采用()表示。CT胸主动脉值、CNR、SNR、能谱增强斜率、有效原子序数、碘基值和水基值采用LSD-t检验进行两两比较，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 五种不同碘浓度对比剂组间胸主动脉CT值、CNR及SNR值的比较

使用不同计量对比剂的5组患者CT胸主动脉值、CNR和SNR均服从正态分布，组间进行两两比较差异均无统计学意义(F=0.652，F=0.988，F=0.143；P＞0.05)，见表1。

表1 五种不同碘浓度对比剂组间CT值、CNR及SNR值的比较()

表1 五种不同碘浓度对比剂组间CT值、CNR及SNR值的比较()

注：表中CNR为对比噪声比；SNR为信噪比

2.2 五组间能谱曲线增强斜率、有效原子序数、碘基值及水基值比较

使用不同计量对比剂的5组患者间，能谱增强斜率、有效原子序数、碘基值及水基值差异性均无统计学意义(F=0.544，F=1.224，F=0.710，F=0.589；P＞0.05)，见表2。

3 讨论

随着能谱CT的快速发展，有越来越多的研究表明，能谱CT扫描技术除了结合低浓度或低剂量对比剂能获得优异的图像质量[1]之外，还可获得较多的定量信息，以综合评价胸主动脉血管增强效能。既往研究中，对比剂使用种类繁多、浓度不固定，尽管临床实际工作中可以通过调整对比剂的注射速率和对比剂的浓度达到胸主动脉血管强化程度相对满意的增强效果，但是造影剂的应用尚无统一标准[2-3]。

表2 五组间能谱曲线斜率、有效原子序数、碘基值及水基值比较()

表2 五组间能谱曲线斜率、有效原子序数、碘基值及水基值比较()

本研究旨在通过对5种不同碘浓度对比剂进行个体化对比剂应用方案，即碘注射率为1.2 g I/s和碘总量为420 m I/kg的条件下，通过比较5种不同浓度造影剂在应用能谱增强CT扫描条件时，动脉期胸主动脉血管CT值、CNR、SNR、能谱增强斜率、有效原子序数、碘基值以及水基值等能谱参数差异是否存在统计学意义，探讨不同碘浓度对比剂能否在胸部血管增强方面达到相似的增强效能，为不同品种对比剂的选择应用提供参考依据。

众所周知，碘作为CT对比增强的主要成分，能谱碘基物质图能够客观、直接的反映对比增强后被检组织的真实碘含量，相对于CT增强扫描强化程度而言，碘浓度含量是增强后组织对碘对比剂摄取的直接量化反应。而能谱CT是近年来应用于临床的一种新技术，是具有多参数、定量分析的新型成像模式，其在双能量扫描条件下实现的CT功能成像技术，可瞬时完成高低能量切换，在40～140 keV范围内形成单能量图像重建，对血管与周围组织进行有效显示[4-6]。

由于70 keV单能图像的CT值最接近120 kVp混合能量CT图像，因此本研究在70 keV单能图像上进行相关能谱参数的测量和统计分析[7]。本研究测量气管隆突水平胸主动脉管腔CT值、同层面竖脊肌CT值以及同层面皮下脂肪SD，并记录相关能谱参数。经记录并计算得到胸主动脉管腔内CT值、CNR及SNR，通过统计分析得出5组间CT值、CNR及SNR值差异无统计学意义，这表明在相同碘注射率及碘总量条件下，能谱增强CT扫描与常规增强CT扫描在评价血管增强效能方面一致，即获得相似的血管增强效果及图像质量，这与曹锋等[8]研究结果一致。

同时，本研究比较了5组间能谱增强斜率、有效原子序数、碘基值及水基值等能谱参数值，且差异亦无统计学意义。其中能谱曲线是物质或结构的衰减(CT值)随X射线能量变化的曲线，不同成分的物质，其衰减曲线斜率会存在差异，而斜率相近，表明两者之间具有同源性，即表明本研究中5种不同浓度对比剂在标准化应用方案时具有相似的血管增强效能[9]；而有效原子序数是能谱成像中对无机物精确分析的重要方法[10]。本研究中5组间有效原子序数差异无统计学意义，表明5组间不同对比剂对X射线衰减无统计学差异。本研究中，碘基值及水基值差异无统计学意义，其中，碘基物质图是通过注射含碘对比剂后，利用物质分离的功能定量测量不同组织区域内含碘浓度值，即表明在标准化对比应用方案前提下，5组间胸主动脉血管管腔内含碘量差异无统计学意义，同时血管腔内含水量差异亦无统计学意义[11]。

本研究不足之处为：未在每个病例图像最佳单能量条件下进行相关参数测定及比较，而仅进行了胸主动脉血管能谱增强效能比较，未进行相关胸部细小血管增强效能比较，且未对实质脏器进行增强效能研究。

4 结论

本研究通过标准化碘对比剂应用方案，采用能谱CT扫描时，除进行比较常规增强CT扫描血管增强效能的评价指标CT值、CNR和SNR以外，还进一步比较了能谱相关参数，即能谱增强斜率、有效原子序数、碘基值及水基值等能谱定量参数，差异均无统计学意义，其结果表明，不同浓度造影剂在相同碘注射率与碘总量条件下，均能够获得相似的增强效果，为临床提供更为精准和直接的血管增强效能评价标准，以及为临床灵活选择使用不同品种对比剂提供参考依据。