第三代双源CT低管电压联合低浓度等渗对比剂在头颈心CTA一站式成像中的应用

2020-07-27张小勇崔学龙曾宪春王荣品李文航伍瑶斌

实用医学杂志 2020年13期

张小勇崔学龙曾宪春王荣品李文航伍瑶斌

贵州省人民医院医学影像科，贵州省智能医学影像分析与精准诊断重点实验室，精准影像诊疗示范型国际科技合作基地（贵阳550002）

随着科学技术在医疗领域的快速发展，CT 扫描仪的成像速度越来越快，时间分辨率随之不断提高。在此基础上，头颈及冠状动脉血管CT 一站式检查以其快捷、无创的优点，已逐渐应用于动脉粥样硬化疾病的筛查［1-2］。大范围的CTA 扫描常常会导致患者所受辐射剂量增加和对比剂肾病风险增高［3-4］。因此，在保证图像质量的基础上，如何减少辐射剂量和碘摄入量，一直备受广大学者的关注。近年来，有研究表明采用低管电压联合低浓度对比剂应用于身体各部分血管，获得了良好的应用效果［5-7］，但是在颅脑、颈部及心脏大范围成像方面未见报道。本研究采用80 kV联合320 mgI/100 mL 低浓度等渗对比剂应用于头颈心血管一站式检查，探讨“双低”扫描模式在保障图像质量满足诊断要求的基础上，降低心脑血管联合检查的辐射风险和对比剂肾损害的可行性。

1 资料与方法

1.1 一般资料收集2018年2-6月于贵州省人民医院医学影像科行头颈及冠状动脉血管CT 检查的病例资料60 例，体质量指数（BMI）在18.5 ～23.9 kg/m2的患者。患者入组标准：（1）临床高度疑诊动脉粥样硬化；（2）需同时进行头颈及心脏血管CTA检查。（3）无严重肝、肾功能损害，无碘对比剂过敏史。一般资料差异无统计学意义，具有可比性（表1）。本项研究经医院伦理委员会批准，所有纳入研究的患者检查前均签署知情同意书。

1.2 检查方法

1.2.1 分组按随机数字法将患者分入两组，观察组：男17 例，女13 例，年龄52 ～80 岁，BMI 为19.8 ～23.8 kg/m2，胸围84 ～99 cm，平均心率（81.6± 8.01）次/min；对照组：男19 例，女11 例，平均年龄53 ～78 岁，BMI 为20.9 ～23.7 kg/m2，胸围86 ～104 cm，平均心率（69.8±14.5）次/min。

1.2.2 检查前准备患者在检查过程中不能做吞咽动作，取仰卧位，双手上举，束带将头部固定，扫描前3 ～5 min 舌下含服硝酸甘油0.5 mg。

表1 两组方案一般资料的比较Tab.1 Comparison of general information of the two groups of programs ±s

资料男/女年龄（岁）BMI（kg/m2）胸围（cm）平均心律（次/min）对照组17/13 62.8±9.12 22.3±0.51 92.2±9.70 81.6±8.01观察组19/11 65.2±8.32 22.2±9.70 89.0±4.06 69.8±14.5 t 值1.667-0.435 0.734 0.680 1.591 P 值0.197 0.675 0.484 0.516 0.150

1.2.3 仪器与方法采用Siemens Somatom Force CT（SOMATOM Force，Siemens Healthcare，Forchheim，Germany）扫描仪，Turbo Flash 大螺距模式行头颈血管、冠状动脉一站式扫描。观察组：管电压80 kV，采用碘克沙醇（320 mgI/mL），对比剂总量按体质量0.7 mL/kg计算，流率5 mL/s。对照组：管电压100 kV，对比剂采用碘帕醇（370 mgI/mL），对比剂总量的计算方式以及流率同观察组。其余参数相同：参考管电流（Reference tube current）300 mAs，CARE Dose 打开，螺距3.2，探测器准直为2×192×0.6 mm，球管旋转时间为0.25 s。对比剂采用Medrad Vistron CT 双筒高压注射器经右侧肘静脉团注。ROI 设于气管分叉水平升主动脉，监测阈值设为100 HU，触发后延迟4 s 开始扫描，方向从足侧到头侧，范围由膈下20 mm 至颅顶。图像采集时相的选择：心率≤70 次/min 时，选择65 %R-R 间期；心率＞70 次/min 时，选择30%R-R 间期。

1.3 图像分析处理采用高级模拟迭代算法（ADMIRE）进行图像重建，迭代级别3 级，卷积核Bv40。冠状动脉范围：层厚为0.75 mm，间隔0.5 mm；头、颈范围血管：重建层厚为1.0 mm，间隔0.7 mm。将薄层图像传至西门子syngo.via（VB20 版）后处理工作站，分别指定CoronaryAnalysis + CalScoring 模块和NeuroDSA 模块进行后处理，采用多平面重组（multiplanar reorganization，MPR）、容积再现（volume rendering，VR）、最大密度投影（maximum intensity projection，MIP）、曲面重组（cured planar reconstruction，CPR）等后处理技术对各部分血管进行评估。

1.4 评价方法

1.4.1 图像客观评价评估冠状动脉、颈部、颅内各部分血管的显影效果，指标包括主动脉起始部（aorta，AO）、颈总动脉分叉处（common carotid artery，CCA）、大脑中动脉（middle cerebral artery，MCA）M1 段血管腔内的CT 值以及标准差（standard deviation，SD），测量所取血管ROI 大小约为血管横截面积的1/2，并且避开钙化斑块和伪影层面，计算冠状动脉、颈部及颅内血管的图像信噪比SNR，计算公式如下：SNR=CT 血管/SD 血管；另测量纵隔内脂肪、胸锁乳突肌、眶内球后脂肪的CT值及SD 值，ROI 约为50 mm2，计算代表各部分图像的对比噪声比（contrast noise ratio，CNR）。计算公式如下：冠状动脉CNR=（CT 主动脉根部-CT 纵隔内脂肪）/SD 纵隔内脂肪；颈部血管CNR=（CT 颈总动脉分叉处-CT 胸锁乳突肌）/SD 胸锁乳突肌，颅内血管CNR=（CT 大脑中动脉-CT 眶内球后脂肪）/SD眶内球后脂肪。

1.4.2 图像主观评价参考既往文献［2］的标准：两位分别有3年和9年工作经验的心脑血管专业诊断医师对两组图像进行评价，意见不一致时协商解决。冠状动脉的评价采用三大分支血管的CPR 结合MPR 图像作为评估参考，评价标准：4 分（血管管腔清晰，无明显搏动伪影）=优秀；3 分（血管管腔欠清，有轻度搏动伪影）=良好；2 分（血管管腔模糊，出现中度搏动伪影，但不影响诊断）=中等；1 分（血管搏动伪影明显，无法诊断）=较差。头颈范围血管采用带骨VR 和轴位MIP 图像评价，以观察大脑中动脉MCA 分支显示情况评价标准：3分（MCA分支达4级以上，血管边界清晰显示）=优秀；2 分（MCA 分支达3 级，血管边界欠清）=良好；1 分（MCA分支仅达到2级，血管显示差）=较差，0分（MCA分支未显示，图像无法评价）=无法诊断。

1.5 辐射剂量计算患者检查结束后，记录两组剂量表中自动生成的剂量长度乘积（dose length product，DLP）和容积CT 剂量指数（volume computed tomography dose index，CTDIvol），计算两组患者接受的有效辐射剂量（effective radiation dose，ED）。转换系数k 值：头颈部为0.0031 mSv/（mGy·cm），冠脉（心胸范围）为0.014 mSv/（mGy·cm）。ED 以胸1椎体上缘分界［1-2］，分两部分进行计算：心胸部分：ED心胸=心胸范围扫描长度/总扫描长度×100%×DLP×0.014 mSv/（mGy·cm）；头颈部分：ED头颈=头颈范围扫描长度/总扫描长度×100 %×DLP×0.0031 mSv/（mGy·cm）。比较两组的ED，评价两种方案中，患者接受的辐射剂量差异。

1.6 摄碘量比较记录两组对比剂用量，并计算平均摄碘量，公式：摄碘量=碘容量×碘浓度（观察组370 mgI/mL、对照组320 mgI/mL），评价两组患者碘摄入量差异是否具有统计学差异。

1.7 统计学方法应用SPSS 22.0 统计学应用软件。计量资料以均数±标准差形式表示，采用独立样本t检验进行比较；计数资料以例表示，采用χ2检验分析比较。P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 辐射剂量和摄碘量的比较两种扫描方案所得CTDIvol、DLP、ED 比较，差异均有统计学意义（P＜0.05），与对照组比较，观察组ED 降低约58.3 %；两组摄入碘容量比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；两组摄碘量比较，差异有统计学意义（P＜0.05），观察组平均摄碘量较对照组减少约16.0%（表2）。

表2 两组方案辐射剂量和碘摄入量比较Tab.2 Comparison of radiation dose and iodine intake between the two groups ±s

组别CTDIvol（mGy）DIP（mGy·cm）ED（mSv）碘容量（mL）摄碘量（g）对照组3.07±0.28 158.1±19.93 1.32±0.18 42.2±1.79 15.6±0.66观察组1.17±0.16 63.5±6.52 0.55±0.05 41.0±2.65 13.1±0.85 t 值13.2 10.1 9.09 0.84 5.19 P 值＜0.001＜0.001＜0.001 0.425 0.001

2.2 两组图像主观评价观察组头颈部分与心脏部分主观评分与对照组进行比较，差异均无统计学意义（P＞0.05，表3）。

表3 两组图像的主观评分比较Tab.3 Comparison of subjective scores of two groups of images ±s，分

组别对照组观察组t 值P 值例数30 30头颈部分评分2.49±0.99 2.47±0.12 0.312 0.763心脏部分评分3.47±0.11 3.50±0.12-0.348 0.747

2.3 两组图像客观评价观察组主动脉根部、颈总动脉、大脑中动脉血管内平均CT 值均大于对照组，差异均有统计学意义（P＜0.05），对应各层面的噪声SD 值大于对照组，除颈总动脉SD 值外，差异有统计学意义（P＜0.05）；对应各层面图像的信噪比、对比噪声比与对照组比较，差异均无统计学意义（P＞0.05）。见表4、图1。

图1 图像质量示例Fig.1 Image quality example

表4 两组图像客观评价比较Tab.4 Comparison of objective evaluation of two groups of images ±s，HU

注：CTAO、SDAO、SNRAO、CNRAO；CTCCA、SDCCA、SNRCCA、CNRCCA；CTMCA、SDMCA、SNRMCA、CNRMCA分别为主动脉根部、颈总动脉分叉处及大脑中动脉M1 段的CT 值、噪声、信噪比、对比噪声比

测量参数CTAO SDAO SNRAO CNRAO CTCCA SDCCA SNRCCA CNRCCA CTMCA SDMCA SNRMCA CNRMCA对照组（n=30）466.0±101.3 15.8±4.6 31.0±8.4 45.1±11.0 512.2±123.2 13.6±3.5 40.4±16.2 49.2±14.9 460.2±145.2 12.4±1.7 37.9±13.4 53.8±23.5观察组（n=30）721.9±27.9 27.8±4.5 26.7±5.9 31.7±7.3 723.2±41.6 18.4±4.3 41.9±14.2 45.5±10.5 623.0±43.2 23.8±5.4 27.1±5.4 30.6±4.7 t 值-5.445-4.202 0.922 2.260-3.629-1.925-0.156 0.415-2.403-4.542 1.661 2.175 P 值0.001 0.003 0.383 0.054 0.007 0.090 0.880 0.689 0.043 0.002 0.135 0.061

3 讨论

动脉粥样硬化性疾病（atherosclerotic disease，AD）属于全身性疾病，常常累及多支动脉或同一动脉多处受累，脑动脉、颈动脉和冠状动脉常常同时受累［8］。既往受设备条件的限制，心脑血管CT检查常需要分次完成，随着双源CT 的出现，双球管双探测器的超大螺距模式让头颈心血管一站式成像成为现实［1-2］。虽然辐射剂量和对比剂用量较传统扫描方法显著减少［2］，但由于成像范围较长，仍然备受关注。

既往的研究中，常规的CTA成像往往辐射剂量和对比剂用量都较高，尤其以大范围的血管更为显著，有文献报道［9］，在胸、腹部血管CTA 联合扫描的辐射剂量和对比剂用量可达18.19 mSv、83.6 mL。随着CT 设备的不断发展和革新，采用低辐射剂量联合低对比剂用量的应用研究不断出现［3-4］。其中降低辐射剂量的技术主要有降低球管电压、减低参考管电流、采用大螺距以及迭代算法等多种方式［10-13］，减少对比剂用量的方法主要包括采用低千伏管电压、低浓度对比剂、提高扫描速度、减少注射时间、个体化选择等［10，12，16］。在众多研究中，以低管电压低浓度对比剂联合应用较为成熟，其中在冠状动脉，主动脉，下肢动脉CT 成像等［14-16］方面均获得较好的应用效果。但是由于头颈心一站式检查对设备要求较高，所以鲜有关于采用“双低”模式行头颈心大范围成像的报道。

基于前述的研究和前期的探索，笔者尝试用80 kV 联合320 mgI/mL 等渗对比剂应用于头颈心血管一站式扫描，探讨“双低”模式行头颈心一站式成像的可行性。本研究结果显示：管电压的千伏值由100 kV 降至80 kV ，其他条件不变的情况下，观察组的有效辐射剂量（0.55 ± 0.05）mSv 较对照组（1.32 ± 0.18）mSv 降低约58.3%。与既往在冠状动脉方面应用的研究［14］结果大致相符。管电压降低后光电子能量更接近碘剂的k 值，可以增加单位碘浓度的CT值，为采用低对比剂浓度提供了理论基础。本研究中，观察组在80 kV 管电压的条件下，采用320 mgI/mL等渗对比剂，与对照组100 kV、370 mgI/mL 相比，各感兴趣区血管CT 值均高于对照组，差异有统计学意义。观察组碘摄入量较对照组减少约16.0%，从碘摄入方面，减少了肾脏排泄的负荷。另一方面，本研究采用的320 mgI/mL等渗对比剂，渗透压接近人体的血浆渗透压，可减少高浓度对比剂引起的不良反应，降低对比剂肾病的风险。既往［17］研究证实，降低管电压后射线穿透力减低，会导致图像噪声增加。本研究中，观察组图像噪声较对照组增加，与以往研究［18］结果一致，但两组图像的信噪比、对比噪声比以及主观评分差异并无统计学意义。笔者考虑：这是由于本研究采用低kV 显著增加了血管CT 值，迭代重建算法在一定程度上优化了图像噪声，从而缩小了两组间图像噪声的差值，因此获得了图像质量相近的结果。

本研究不足之处在条件所限，未采用更低浓度的等渗对比剂。研究结果显示，观察组中目标血管CT 值明显高于对照组，后续研究可以尝试采用更低浓度对比剂，进一步减低患者的碘负荷。

综上所述：低管电压（80 kV）结合等渗对比剂（320 mgI/100 mL）行Force CT 头颈心血管大螺距一站式扫描图像质量更佳，能有效降低辐射剂量，碘剂摄入量更少，具有明显的临床优势。