超低对比剂剂量和流率在头颈部CT血管造影中的应用

谢孟臻，吴斌，刘于宝，侯严振，杜牧，贺雄军

1.南方医科大学深圳医院医学影像中心，广东深圳 518110；2.南方医科大学深圳医院神经内科，广东深圳 518110

前言

头颈部CT 血管造影（CT Angiography, CTA）已经比较成熟，但其所需大剂量对比剂会造成较大的肾脏负担并增加对比剂肾病的发生概率，同时较高的对比剂注射速率对糖尿病、高龄和化疗等低耐受度患者因外周血管细、脆造成的对比剂外渗风险及静脉炎发生率增高［1-2］。通过运用新技术，用更少量、更低流率的对比剂完成头颈部CTA 检查便是广大设备公司和医务工作者努力追求的方向［3-6］。双层探测器光谱CT 可行低能量虚拟单能级重建，使含碘的血管CT 值增高，在满足检查要求的情况下可降低对比剂用量和流率［7-8］；该设备通过特有的反相关噪声抑制技术，结合基于模型的迭代重建算法，明显降低各能级图像噪声［9-11］。头颈部CTA 对比剂低剂量、低流率应用研究较多，但未见对比剂应用20 mL 总量和2 mL/s流率扫描方案的研究，本研究旨在探讨对比剂低耐受度患者头颈部CTA 检查中应用超低对比剂剂量和流率扫描的优势。

1 资料与方法

1.1 临床资料

收集南方医科大学深圳医院2020年4月～2021年4月行双层探测器光谱CT 头颈CTA 检查患者80例，其中低耐受度患者（肾功能低下、糖尿病、化疗导致外周血管细脆等）40 例为观察组，应用对比剂剂量20 mL，流率2 mL/s；普通头颈部CTA 检查患者40 例为对照组，应用对比剂剂量50 mL，流率5 mL/s。观察组男18例，女22例，年龄32～81岁，平均（59.65±11.41）岁。对照组男17 例，女23 例，年龄39～83 岁，平均（63.15±10.86）岁，两组患者性别、年龄比较差异无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。所有患者体质量均在70 kg 以下，检查结束后均未出现对比剂不良反应；所有患者均签署知情同意书。

1.2 检查方法

采用双层探测器光谱CT（IQon Spectral CT,Philips Healthcare, Best）。检查前去除患者假牙、项链、耳环、口罩鼻梁金属定型条等，患者仰卧，头先进绑带固定头部，双手放于身体两侧，嘱其平静呼吸，勿做吞咽动作。右侧肘静脉放置留置针，使用德国Ulrich 高压注射器，对比剂均为非离子型对比剂（碘海醇，350 mgI/mL），观察组注射对比剂20 mL，流率2 mL/s，然后用20 mL 生理盐水冲刷；对照组注射对比剂50 mL，流率5 mL/s，然后用50 mL 生理盐水冲刷。

两组患者注射对比剂前先行平扫，扫描范围均为颅顶至主动脉弓水平，增强触发监测位置为主动脉弓降段，触发阈值为120 HU，触发延迟为5 s。两组其余扫描参数一致：管电压120 kVp，管电流采用自动调制技术制（Automatic Tube Current Modulation, ATCM），范围118～187 mAs，球管转速0.27 s/周，螺距1.046，准直器宽度64×0.625 mm，扫描层厚5 mm，FOV 200 mm×200 mm。增强扫描图像行混合迭代重建（iDose4L5），40 keV 单能级图像采用投影空间光谱重建（Spectral L5）。重建层厚0.67 mm，层间距0.5 mm。

1.3 图像处理及测量

将所有图像数据传输至专用后处理工作站（Spectral Diagnostic Suite,SpDS,Philips Healthcare），重组方法采用MPR、MIP、CPR 及VR 等，观察组数据行40 keV 单能级图像重建。分别在主动脉弓、双侧颈动脉分叉处、双侧大脑中动脉M1 段3 个层面测量动脉血管CT 值，两组同层面感兴趣区（Region of Interest,ROI）位置大小相同，并在双侧颈动脉分叉水平测量两侧胸锁乳突肌的CT值和标准差SD（图像噪声），每个ROI 均测量3 次平均值。计算图像信号噪声比（Signal-to-Noise Ratio, SNR）和对比噪声比（Contrast to Noise Ratio,CNR）。计算公式：SNR=CT值/SD，CNR=（CT值血管-CT值肌肉）/SD。

1.4 评价指标

1.4.1 图像质量主观评价所得图像由2 名具有10年以上工作经验的诊断医师采用双盲法针对原始轴位图像及MPR、MIP、CPR 和VR 等重组图像质量做出评分，如意见不一致时需协商得出最终结果［12］。（1）依据整体血管充盈度打分，非常好，5 分；好，4 分；满意，3分；差，2分；非常差，1分。（2）依据最远端大脑中动脉显影情况打分：M3 段远段显影，5 分；M3 段近段显影，4 分；M2 段远段显影，3 分；M2 段近段显影，2分；M1 段或其起始部显影，1 分。得到动脉充盈度及大脑中动脉显影分数后相加得到动脉显示总分（2～10分）。（3）颈部静脉污染情况单独打分（1～5分）。锁骨下静脉内无造影剂残留，5 分；锁骨下静脉内仅有少量造影剂残留，不影响锁骨下动脉观察，4 分；锁骨下静脉内有较多造影剂残留，影响锁骨下动脉观察，3 分；颈内静脉内有造影剂残留，但不超过颈总动脉分叉水平，2 分；静脉内残留造影剂超过颈总动脉分叉水平，1分。

1.4.2 图像质量客观评价对比分析两组患者主动脉弓、双侧颈动脉分叉处、双侧大脑中动脉M1段3个层面的平均CT值与SNR和CNR的差异。

1.4.3 两组辐射剂量比较统计容积CT 剂量指数（CT Dose Index Volume, CTDIvol）、剂量长度乘积（Dose Length Product, DLP）。CTDIvol 用来评价受检者扫描时单位体积所接受的平均剂量，DLP 为受检者完成一次CT 检查总的辐射剂量。有效辐射剂量（Effective Dose, ED）=DLP×k，k值为组织权重因子，头颈部的k值取值为0.005 4［13］。

1.5 统计学方法

采用SPSS20.0 统计软件对数据进行统计学处理。符合正态分布的计量资料用均数±标准差表示，采用组间比较t检验；非正态分布计量资料采用M（Q1,Q3）表示，采用Wilcox 检验。P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组主观评价评分比较

观察组动脉显影主观评分低于对照组，两组比较差异无统计学意义（P＞0.05）；观察组颈部静脉对比剂残留评分低于对照组，两组差异有统计学意义（P＜0.05），见表1、图1a～b和图2a～b。

表1 两组图像主观评分比较（分）Table 1 Comparison of subjective image scores between two groups(scores)

图1 观察组，采用20 mL对比剂，2 mL/s流率Figure 1 Observation group adopting a protocol of 20 mL contrast agent and 2 mL/s flow rate

2.2 两组客观指标评价结果

在主动脉弓水平，观察组图像CT 值、SNR 和CNR 均显著高于对照组（P＜0.05）；在双侧颈总动脉分叉处及双侧大脑中动脉M1段，观察组图像SNR和CNR 均显著高于对照组（P＜0.05），但CT 值比较差异无统计学意义（P＞0.05）。图像各部位CT 值、SNR 和CNR比较见表2、图1c和图2c。

表2 两组客观指标评价比较（±s）Table 2 Comparison of objective indicators evaluation between two groups(Mean±SD)

表2 两组客观指标评价比较（±s）Table 2 Comparison of objective indicators evaluation between two groups(Mean±SD)

部位主动脉弓左颈总分叉处右颈总分叉处左侧大脑中动脉M1段右侧大脑中动脉M1段颈总动脉分叉处胸锁乳突肌参数CT值/HU SNR CNR CT值/HU SNR CNR CT值/HU SNR CNR CT值/HU SNR CNR CT值/HU SNR CNR CT值标准差（噪声）/HU观察组484.90±124.83 115.56±69.22 99.93±64.89 447.85±125.18 108.22±67.36 90.96±58.68 456.48±120.80 109.05±65.81 92.72±58.79 420.00±116.95 100.07±60.02 83.73±53.24 433.45±118.73 101.83±56.94 86.45±50.54 5.28±2.43对照组393.60±61.84 70.46±32.19 56.96±29.18 435.28±66.83 77.75±35.55 66.56±31.11 438.93±69.23 78.58±35.83 67.18±31.81 406.03±67.38 71.23±30.77 59.96±26.00 409.18±69.67 72.92±33.19 61.17±29.13 6.68±3.05 t值4.145 3.736 3.819 0.560 2.556 2.323 0.797 2.571 2.416 0.655 2.705 2.536 1.115 2.774 2.741-2.271 P值0.000 0.000 0.000 0.577 0.013 0.024 0.428 0.013 0.019 0.515 0.009 0.014 0.269 0.007 0.008 0.026

图2 对照组，采用50 mL对比剂，5 mL/s流率Figure 2 Control group adopting a protocol of 50 mL contrast agent and 5 mL/s flow rate

2.3 两组患者辐射剂量结果比较

观察组和对照组间CTDIvol、DLP 和ED 比较差异均无统计学意义（P＞0.05），见表3。

表3 两组辐射剂量比较（±s）Table 3 Comparison of radiation dose between two groups(Mean±SD)

表3 两组辐射剂量比较（±s）Table 3 Comparison of radiation dose between two groups(Mean±SD)

组别观察组对照组t值P值例数40 40 CTDIvol/mGy 25.82±3.30 25.24±3.03 0.415-0.819 DLP/mGy·cm 1 134.95±127.70 1 129.84±119.83 0.854-0.185 ED/mSv 6.13±0.69 6.10±0.65 0.854-0.185

3 讨论

头颈部CTA 作为廉价、快速、高效的血管成像方法在临床上的应用越来越广泛，但常规检查所需大剂量对比剂所造成的副作用不容忽视。近年来，应用低剂量对比剂完成头颈部CTA 检查的研究越来越多［14-18］。目前能谱CT在低剂量对比剂CTA中的运用成为热门，如刘瑛等［19］用20～25 mL 对比剂，5.0 mL/s的流速可获得满意的图像；王帅等［20］采用30 mL对比剂，流率3.0 mL/s，并重建最佳单能量（60±5）keV 图像可满足临床需求；吴家伟［21］用0.5 mL/kg 对比剂，3.0 mL/s 流速结合（60±5）keV 单能量重建可获得满足诊断标准的图像。有报告显示，应用双层探测器光谱CT 50 keV 单能级重建，实现了与120 kVp 传统混合能量成像相同的CNR，但碘浓度降低了2.5 倍，40 keV单能级图像更是在维持相同CNR的同时降低了4 倍碘浓度［16］；Oda［22］研究发现，在肾功能低下患者的冠脉CTA 检查中，在保证图像质量的前提下，双层探测器光谱CT 50 keV图像比传统120 kVp图像减少50%的对比剂用量；刘珮君等［23］应用相同技术联合高浓度对比剂，使冠状动脉CTA 检查的对比剂用量和流率分别降到了18 mL和2 mL/s，降幅分别达到了55%和50%，且得到了更高的图像质量。可见，双层探测器光谱CT 结合低能级重建，可使增强CT 检查大幅减少对比剂用量，同时获得满足临床需求的图像。但双层探测器光谱成像技术在头颈部CTA 检查中使用常规浓度、超低剂量、超低流率对比剂的研究却鲜见报道。

本研究观察组应用了20 mL的超低对比剂总量和2 mL/s的超低注射速率，相较常规50 mL和5 mL/s的对比剂注射方案，对比剂用量和流率均下降了60%，这极大地降低肾脏负担和静脉对比剂外渗风险，而且结合40 keV单能级重建，在CT值和SNR、CNR和动脉显影评分等评价标准上，观察组得到了等同甚至高于对照组的图像质量评价结果；但在颈部静脉对比剂残留评分上观察组显著低于对照组（P＜0.05）。相比混合能量成像，双层探测器光谱CT的40 keV单能级重建，可使低能级图像接近碘的k边缘值，光电效应增强，提高了血管的强化，但该技术在增强动脉血管强化的同时也显著提高了静脉残留对比剂的CT值［24］。相较于其他能谱CT，双层探测器光谱CT基于“同时、同源、同向”数据采集模式，实现了数据在投影域内达到时间和空间的完全匹配，可利用反相关噪声抑制技术和基于模型的迭代重建算法，帮助低能级图像更好地抑制噪声，达到更佳的SNR和对比CNR［10-11］。

有研究［25］显示头颈部CTA对比剂达峰值时间与患者的身高、年龄呈正相关，与心率呈负相关［26］。本研究观察组注射对比剂剂量和流率低，目标血管内对比剂峰值浓度降低［26］，致药物峰值窗缩短。主观评分中有2例患者大脑中动脉显影仅为3分，分析原因为患者因紧张致心率大幅度增加，对比剂达峰值提前，对比剂峰值窗未能与设备扫描时间窗完美重叠。

在客观评价中，主动脉弓水平观察组各测量数值均明显高于对照组，但在双侧颈总动脉分叉处及大脑中动脉M1 段水平两组CT 值差异却没有统计学意义（P＞0.05），分析原因为观察组对比剂用量少，注射流率慢，在主动脉弓水平尚能保持相对较高的浓度，40 keV 单能级重建后的CT 值可明显超过对照组，但到了颈总动脉及大脑中动脉后，对比剂被稀释明显，即使经40 keV 单能级重建提升后的CT 值不足以超过对照组常规剂量对比剂的CT值。

影响CT辐射剂量的因素主要有管电压、管电流、模体直径、模体内深度、螺距、准直宽度及管电流调制技术（ATCM）等。双层探测器CT的ATCM调制方式是根据扫描定位像上的患者尺寸、X线衰减信息计算出管电流的输出值，本研究两组患者定位像扫描成像角度均为正侧位、管电压120 kV、管电流30 mA，排除了定位像成像角度、管电压、管电流对ATCM产生的影响［27］。因此在各设备参数不变的情况下，患者的尺寸和体型决定了唯一变量ATCM，进而影响辐射剂量；同时患者尺寸也决定了扫描长度，从而直接影响DLP 值（CT DIvol×L）。统计结果显示，两组间容积CT剂量指数、剂量长度乘积、有效辐射剂量等各辐射剂量指标差异并无统计学意义（P＞0.05）。

本研究存在一定的局限性：（1）后续应进一步扩大样本量，以获得更具代表性的统计数据；（2）只收集70 kg 以下患者的资料作统计分析，研究结论可能存在偏差，后续将根据患者BMI 重新设定对比剂用量、流率和辐射剂量等亚方向的研究；（3）观察组直接选择了最低重建能级（40 keV）图像与常规图像比较，未比较其他低能图像的诊断效能，后续可作不同能级间的比较；（4）未能将DSA结果纳入对比。

综上所述，采用超低对比剂用量和速率结合40 keV单能级重建进行头颈部CTA，可以获得可媲美常规对比剂剂量的血管图像，虽然存在颈部静脉对比剂残留影响，但该技术极大地降低了肾功能低下患者的肾脏负担和对比剂外渗及静脉及风险，值得在对比剂低耐受度患者中推广应用。