低管电压结合个性化对比剂用量及迭代重建在支气管动脉成像中的应用

姜一，秦立新，田葵，余辉山，李宝学

武汉市肺科医院 放射科，湖北 武汉 430000

引言

咯血是一种急性临床综合征，重者可能因窒息或失血量过多而危及生命，因此对咯血患者进行早期及时的临床诊治显得尤为重要[1-2]。众所周知，支气管动脉是咯血的主要责任血管，如何在短时间内找到咯血责任支气管动脉并精确定位其开口成为手术医生的关注要点[3-4]。CT血管造影（Computed Tomography Angiography，CTA）是将含碘对比剂快速注入患者静脉后，通过计算机后处理技术，重建出血管的三维影像，具备无创、简便、快速、准确的特点，可清楚显示血管开口、走行，了解血管病变部位及狭窄程度。目前支气管动脉CTA扫描已成为咯血患者行支气管动脉介入栓塞术前的首选检查。研究证实咯血患者介入术前行支气管动脉CTA检查，有助于提高手术的成功率[5-7]。然而随着CTA检查的广泛应用，给患者带来的辐射剂量及对比剂肾病（Contrast-Induced Nephropathy，CIN）逐渐引起临床及影像医生的重视。既往研究报道放射线存在致癌、致畸风险；同时高浓度的碘对比剂较低碘浓度对比剂更易诱发肾功能不全[8-9]。近些年来，越来越多的研究人员将“双低”（低辐射剂量和低剂量对比剂）技术应用于CTA检查中，并且取得不错的效果。基于此，本研究探究低管电压结合个性化对比剂用量及迭代重建（Adaptive Statistical Iterative Reconstruction，ASIR）在不影响图像质量的条件下，降低辐射剂量及减少碘摄入量、降低患者对比剂肾病发生概率的方法，以期为支气管动脉CTA检查的进步提供参考。

1 对象与方法

1.1 一般资料

选择2018年12月至2019年6月体质量指数（Body Mass Index，BMI）＜24 kg/m2的60例咯血患者，其中男34例，女26例，年龄20～78岁。采用随机数字表法将60例患者分为两个小组，每组30例。A组：男20例，女10例，年龄（47.9±16.50）岁，BMI为（20.23±1.78）kg/m2，引起咯血原因包括肺结核13例、支气管扩张11例、肺癌6例；B组：男17例，女13例，年龄（52.8±16.86）岁，BMI为（19.81±1.98）kg/m2，引起咯血的原因包括肺结核12例、支气管扩张10例、肺癌8例。排除标准：① 心、肾功能不全者；② 对含碘对比剂过敏者；③ 孕妇及哺乳期者；④ 甲状腺功能亢进者；⑤ 有精神障碍及昏迷者。本文研究通过武汉市肺科医院伦理委员会审核批准，所有被检者均签署知情同意书。

1.2 方法

支气管动脉CTA采用GE optima CT660 64排128层螺旋CT机进行检查。检查前对患者进行呼吸训练并除去扫描范围内的可移动的金属异物，患者仰卧于检查床，足先进，双手举过头顶，吸气后屏住呼吸进行扫描。A组管电压120 kV，对比剂用量80 mL，滤波反投影（Filtered Back Projection，FBP）重建；B组管电压80 kV，对比剂用量为1.0 mL/kg×体重（kg），50% ASIR重建。其余扫描参数设为噪声指数10，管电流调制范围50～280 mA，准直器宽度0.625×64 mm，螺距0.984，转速0.5 s/周，层厚层距7.5 mm，重建层厚层距0.625 mm。利用对比剂智能追踪技术，扫描范围为第六颈椎至第三腰椎，监测位置取支气管隆突下1 cm的降主动脉，在监测位置处设置感兴趣区（Region of Interest，ROI）面积60 mm2，尽量选择中心区域测量，监测管电流30 mA，目标阈值120 HU，待CT值到设定阈值时自动触发延迟7 s扫描。选择双筒高压注射器将对比剂快速注入患者静脉，对比剂为300 mgI/mL碘海醇，注射流速4.5 mL/s，待注射完毕后以相同流速追加生理盐水30 mL。将重建层厚层距为0.625 mm的CTA图像传至GE AW4.6工作站，通过多层面重建、最大密度投影（Max Imumintensity Projection，MIP）、容积再现成像等技术对CTA图像质量进行主观评分及客观评价。

1.3 图像质量评价

1.3.1 图像质量主观评分

由2名主管技师按照要求操作CTA，2名具备副高以上放射科医生采用双盲法对两组支气管动脉CTA图像质量进行评分，如发现意见不一致，寻求主任技师帮助，给出最终评分。采用5分法[10]：无上腔静脉伪影，可以清晰显示支气管动脉为5分；轻度伪影，对支气管动脉走行诊断信心较高为4分；中度伪影，可以做出有无支气管动脉起源及走行变异的诊断为3分；严重伪影，不能确定支气管动脉走行为2分；不能显示支气管动脉为1分。5分为优，4分为良，3分为一般，2分为差，1分不能分辨。3～5分满足临床诊断要求。

1.3.2 图像质量客观评价

在纵隔窗选取约（80±5）mm2ROI测量支气管隆突层面上腔静脉、降主动脉及同层面胸椎旁两侧竖脊肌、第一肝门旁腹主动脉的CT值和标准差SD，尽量选择中心区域，避开血管壁及上腔静脉引起对比剂伪影的区域，重复测量3次，取其平均值。计算信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）、对比噪声比（Contrast to Noise Ratio，CNR），SNR=主动脉CT值/噪声，CNR=（主动脉CT值-肌肉CT值）/噪声，噪声用标准差SD来表示。主动脉CT值为降主动脉及腹主动脉两者CT值的平均值，肌肉CT值为两侧竖脊肌CT值的平均值，噪声为降主动脉及腹主动脉两者标准差SD的平均值。

1.3.3 辐射剂量

记录每个患者CTA结束后CT机显示的容积CT剂量指数（Volume CT Dose Index，CTDIvol）、剂量长度乘积（Dose Length Product，DLP）。计算有效剂量（Effective Dose，ED），ED=DLP×k，k取值 0.014 mSv/mGy ·cm[11]。碘摄入量=对比剂浓度×对比剂用量/1000。

1.4 统计学分析

采用SPSS 17.0统计学软件进行数据分析，计量资料以均数±标准差（±s）表示。符合正态分布的计量资料采用独立样本t检验，非正态分布采用Mann-Whitney U检验，计数资料采用χ2检验。采用χ2检验对两组患者性别、咯血原因进行比较；采用独立样本t检验对两组患者年龄、BMI、扫描范围、图像质量客观评价（主动脉CT值、上腔静脉CT值、噪声、SNR、CNR）、辐射剂量（CTDIvol、DLP、ED）及碘摄入量进行比较；采用Mann-Whitney U检验对两组图像质量主观评分进行比较，以P＜0.05为差异有统计学意义。2名放射科医生对两组图像质量主观评分一致性用Kappa检验来评价（Kappa≥0.75表示一致性很好）。

2 结果

2.1 两组患者临床资料

两组患者性别、年龄、BMI、咯血原因差异无统计学意义（P＞0.05），见表 1。

表1 两组患者临床资料比较

2.2 两组图像质量主观评分比较

A组、B组图像质量主观评分一致性很好分别为（Kappa=0.826、0.885）。A组、B组图像主观评分分别为（4.70±0.59）、（4.78±0.52 ）分，差异无统计学意义（Z=-0.897、P=0.370），见图 1～2。

图1 支气管动脉CTA图像质量主观评价

图2 支气管动脉CTA图像质量主观评价

2.3 两组图像质量客观评价比较

两组主动脉CT、上腔静脉CT、噪声、SNR、CNR差异有统计学意义（P＜0.001）。B组主动脉CT值高于A组，较A组增加约23.2%，B组上腔静脉CT值低于B组，较A组减少约37.3%；B组图像噪声低于A组，而且图像SNR、CNR高于A组，见表2。

表2 两组图像质量客观评价比较

2.4 两组辐射剂量、扫描范围及碘摄入量比较

两组辐射剂量及碘摄入量差异有统计学意义（P＜0.001）；两组扫描范围差异无统计学意义（P＞0.05）。B组CTDIvol、DLP、ED均低于A组，B组辐射剂量ED较A组降低约49.9%；B组碘摄入量低于A组，较A组减少约24.8%，见表3。

表3 两组辐射剂量、扫描范围及碘摄入量比较

3 讨论

支气管动脉CTA检查是临床诊治咯血患者的一项重要手段。在支气管动脉介入栓塞术前，咯血患者都必须进行支气管动脉CTA检查，目的是用来确定支气管动脉开口及走行，以防术中出现遗漏，增加术后效果不佳的风险。由于支气管动脉解剖变异较多，因此在进行支气管动脉CTA扫描时，必须加大扫描范围包括颈部、胸部、腹部三个部位，但是加大扫描范围必然导致CT辐射剂量升高。目前降低管电压、减少管电流是降低CT辐射剂量普遍使用的2种方法。因辐射剂量与管电压的指数成正比，与管电流成正比，所以降低管电压可以更有效地降低辐射剂量[12-13]。孙继全等[14]与Chen等[15]的研究分别表明管电压80 kV辐射剂量与管电压120 kV相比降低约46.9%；管电压从120 kV降到80 kV，可减少辐射剂量约48%。本研究显示B组辐射剂量ED（3.81±0.51）mSv低于A组（7.6±0.81）mSv差异有统计学意义，较A组相比辐射剂量下降约49.9%，但降低管电压导致X线穿透性减低，X线光子容易被人体吸收，图像噪声增加，图像质量也随之下降。本研究显示B组图像噪声低于A组，而且两组图像质量主观评分差异无统计学意义。是因为B组采用50% ASIR重建，ASIR作为目前较广泛的迭代重建算法，具有降低图像噪声，优化图像质量的作用，而且在一定范围内，随着ASIR权重的增加，其降噪能力越强。本研究显示B组主动脉CT（422.20±62.67）HU高于A组（342.58±48.93）HU差异有统计学意义，较A组相比CT值增加约23.2%，同时B组图像SNR、CNR高于A组，是由于当B组管电压降到80 kV时，X线光子能量更接近碘的K临界值（33.2 keV），光电效应发生概率明显增大，X线光子大部分被碘对比剂吸收，碘CT值明显增加，血管对比度也随之明显升高，而且胸部自身具有良好的天然对比的特点，因此B组主动脉CT值及图像SNR、CNR得到一定程度的提升，解决因采用低剂量对比剂导致CTA图像质量下降的问题。

由于支气管动脉CTA扫描部位较多，临床上大多数给患者注入大剂量的碘对比剂来保证CTA成像效果，而大剂量碘对比剂的应用加重肾脏的负担，易增加对比剂肾病的发生概率。胡学梅等[16]研究表明对比剂不良反应发生率与碘对比剂总量及浓度呈正相关，总量的降低可通过减少对比剂用量或应用低浓度对比剂实现。以往有关研究人员在CTA检查中经常根据经验设定恒定对比剂用量的方法来达到减少对比剂用量的目的。杜晓峰等[17]研究显示在CTPA中采用对比剂用量50 mL注射来减少碘摄入量，一定程度上降低了不良反应的发生率。曹治婷等[18]研究显示在支气管动脉CT成像中注射对比剂用量60 mL来减少碘总量，降低对比剂肾病发生的风险。然而在对比剂用量和扫描参数相同的情况下，CTA成像中血管的强化程度与患者体重呈负相关[19]，这就意味着当对比剂用量处于恒定时，对于体重偏重的患者注入对比剂用量可能不够，导致无法取得较好的CTA成像效果，对于体重偏轻的患者注入对比剂用量可能过多，导致上腔静脉内对比剂充盈，对比剂浓度增加，容易引起线束硬化伪影，影响邻近的动脉显示，同时也容易诱发对比剂肾病。黄涛等[20]研究显示在头颈部CTA中根据体重采用个体化对比剂用量的方法可以在降低对比剂用量的同时提高图像质量。因此，临床中采用个性化对比剂用量使患者接受的对比剂更加合理安全。本研究B组根据患者体重来设定个性化对比剂用量为1.0 mL/kg×体重（kg），结果显示B组上腔静脉CT值（134.05±33.14）HU低于A组（213.67±39.68）HU，差异有统计学意义，较A组减少约37.3%；B组碘摄入量（18.06±1.64）gl低于A组（24.00±0）gl，差异有统计学意义，较A组减少约24.8%，表明在满足图像诊断要求的前提下，采用个性化对比剂用量可以减少上腔静脉线束硬化伪影，同时显著减少碘摄入量，减轻肾脏的负担，降低患者对比剂肾病的发生几率。

本研究局限性：① 研究的样本量较少，对于BMI≥24 kg/m2患者采用个性化对比剂用量是否能够满足图像质量诊断要求，需以后增加样本量来进行研究；② 没有将上述两组研究的支气管动脉结果与DSA金标准进行比较分析，有待以后进一步深入研究。

总之，在支气管动脉CTA检查中，采用80 kV低管电压结合个性化对比剂用量及迭代重建能够满足支气管动脉图像诊断要求，还能有效降低辐射剂量及减少碘摄入量，最大限度地降低患者对比剂肾病的发生概率，值得临床推广。