可变螺距技术对头颈部CT血管造影辐射剂量及图像质量影响

张进慧，裴锦奎，唐启瑛，徐如林，刘 豪，周建军

[1.复旦大学附属中山医院厦门医院放射科，福建 厦门 361015；2.佳能医疗系统(中国)有限公司CT科研合作部，广东 广州 510623；3.复旦大学附属中山医院放射科，上海 200032]

CT血管造影(CT angiography， CTA)是目前诊断头颈部血管病变及其他疾病血供来源的重要影像学方法，扫描范围内包括甲状腺、晶状体、唾液腺等辐射敏感器官，长期多次放射检查易导致辐射诱导的相关疾病[1]。可通过降低管电压、管电流或迭代重建算法等方法整体降低头颈部辐射剂量[2-3]，但国家卫生健康委员会颁布的《放射诊断放射防护要求》对头部与颈部CTA诊断参考水平的辐射剂量要求不同[4]。当头颈部CTA联合扫描时，通常CT设备仅允许设定一个噪声指数(noise index， NI)的自动或固定管电流值，而导致头部和双肩曝光不足或颈部曝光过度。可变螺距(variable helical pitch， vHP)技术在原有扫描基础上可灵活改变螺距大小，调节扫描参数，通过设定颈部较高而头部较低的NI，降低管电流的同时维持图像质量。本研究评估vHP技术对头颈部CTA辐射剂量及图像质量的影响。

1 资料与方法

1.1 研究对象 纳入2020年3月—9月120例于复旦大学附属中山医院厦门医院接受头颈部CTA检查的患者，男67例，女53例，年龄18～87岁，平均(60.4±13.4)岁，体质量指数(body mass index， BMI)18.52～23.88 kg/m2，平均(21.29±1.65)kg/m2。纳入标准：BMI范围为18.5～23.9 kg/m2。排除标准：①碘对比剂过敏史；②甲状腺功能亢进；③哮喘病史；④严重心、肾、肝功能不全；⑤头颈部金属植入物。将患者随机分为3组，每组40例，采用不同的扫描方式。检查前所有患者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用Canon Aquilion ViSION 320排CT扫描仪。嘱患者仰卧位，去除扫描区域所有金属物，尽量保持平静呼吸，避免吞咽及眨眼动作，头先进；使用专用系带固定患者头部。使用双筒高压注射器经右侧肘正中静脉以4～6 ml/s流率注射碘普罗胺注射液(370 mgI/ml)10 s后，以相同流率注射生理盐水8 s。A组采用常规螺旋扫描，头颈部NI=5；B组采用vHP技术，头部NI=5，颈部NI=10；C组采用vHP技术，头部NI=5，颈部NI=15(图1)；其余扫描参数相同，管电压120 kV，自动管电流80～600 mA，探测器宽度100×0.5 mm，螺距0.81，旋转时间为0.3 s，矩阵512×512，层间距0.3 mm，三维自适应迭代剂量降低(three-dimensional adaptive iterative dose reduction， AIDR 3D)技术进行迭代重建，重建层厚0.5 mm。采用对比剂团注追踪技术，在气管隆嵴层面勾画主动脉弓ROI，触发阈值为120 HU。记录CT容积剂量指数(volume CT dose index， CTDIvol)和剂量长度乘积(dose length product， DLP)。根据DLP计算有效剂量(effective dose， ED)，ED=DLP×k，其中换算系数k=0.003 1[5]。

图1 毫安预曝光图，患者男，52岁 (A组：灰线；B组：蓝线；C组：红线)

1.3 图像处理与分析 将原始数据传至Vitrea工作站进行图像后处理，获取容积再现(volume rendering， VR)、曲面重组(curved planar reformation， CPR)及最大密度投影(maximum intensity projection， MIP)图。

1.3.1 客观评价 由1名具有5年以上工作经验的影像科医师于轴位CTA图像中勾画主动脉弓、双侧颈总动脉分叉、大脑中动脉M1段ROI，ROI位于管腔中央，面积为血管腔面积的1/2，尽量避开严重钙化或狭窄层面，测量ROI及同层面胸大肌、胸锁乳突肌、颞肌背景的CT值及噪声(standard deviation， SD)；连续测量3次，取平均值，并计算信噪比(signal-to-noise ratio， SNR)和对比噪声比(contrast-to-noise ratio， CNR)，SNR=CT血管/SD血管；CNR=(CT血管-CT背景)/SD背景。

1.3.2 主观评价 由2名具有5年以上工作经验的影像科医师采用5分法共同评价图像质量，并达成一致意见：5分，动脉充盈优，管腔内密度均匀，管壁锐利，无伪影；4分，动脉充盈良好，管腔内密度均匀，管壁稍模糊或轻微伪影；3分，动脉充盈尚可，管腔内密度欠均匀，管壁稍模糊或有轻度伪影，但仍可评价；2分，动脉充盈差，管腔内密度不均，管壁模糊，严重伪影，评价受限；1分，无法识别血管，伪影严重，无法诊断。评分≥3分为符合临床诊断要求，<3分为不符合。

1.4 统计学分析 采用SPSS 24.0统计分析软件。采用χ2检验比较组间性别差异；以±s表示服从正态分布的计量资料，组间行方差分析；以中位数(上下四分位数)表示不服从正态分布者，行Kruskal-Wallis检验；采用Fisher精确概率法比较组间主观评分差异。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

3组患者性别、年龄及BMI差异均无统计学意义(P均>0.05)，见表1。

2.1 辐射剂量 B、C组CTDIvol、DLP及ED均低于A组(P均<0.01)，且C组低于B组(P均<0.01)，见表1。

表1 120例接受头颈部CTA检查患者的基本资料及辐射剂量比较

2.2 图像评价

2.2.1 客观评价 3组CTA图像CT值差异无统计学意义(P>0.05)，而主动脉弓SD值、SNR及CNR差异均有统计学意义(P均<0.05)，其中C组SD值高于、而SNR及CNR均低于A组(P均<0.05)，C组SD值高于B组(P<0.05)，B组SD值高于、而SNR低于A组(P均<0.05)。

3组CTA图像CT值差异无统计学意义(P>0.05)，而颈总动脉分叉SD值、SNR及CNR差异均有统计学意义(P均<0.05)，其中B组及C组SD值高于、而SNR及CNR均低于A组(P均<0.05)。

3组CTA图像中大脑中动脉M1段CT值、SD值、SNR及CNR差异均无统计学意义(P均<0.05)。见表2。

表2 3组头颈部CTA图像质量客观评价比较

2.2.2 主观评价 3组头颈CTA各重建图像均可满足诊断需求，主观评分差异无统计学意义(P=0.241)，见表3及图2～4。

图2 A组患者，男，56岁 头颈部CTA VR图(A)及3D MIP图(B)，图像质量评分为4分 图3 B组患者，男，72岁 头颈部CTA VR图(A)及3D MIP图(B)，图像质量评分为4分 图4 C组患者，男，65岁 头颈部CTA VR图(A)及3D MIP图(B)，图像质量评分为4分

表3 3组头颈部CTA图像质量主观评价比较(例)

3 讨论

华海琴等[6]进行头颈部CTA检查时，在设置相同管电压和NI条件下，通过降低管电流上限从而实现降低辐射剂量的目的；ROGALLA等[7]利用vHP技术进行胸部和腹盆联合扫描时，通过设置不同NI，在单次螺旋CT扫描下获得了不同的图像。基于此，本研究将头部和颈部分别设置不同的NI进行联合扫描，分别满足头部和颈部CTA检查临床可接受的辐射剂量和诊断参考水平；3组均使用自动管电流调制模式，即设定管电压及管电流调制范围，根据预设定的NI及患者解剖结构、扫描层面密度信息等变化，在不同扫描层面和不同曝光角度以自动调节管电流进行扫描。

A组NI=5，其毫安调节斜率大于B组及C组，且在双肩等软组织较厚的部位管电流始终维持在相对较高水平。B组和C组采用vHP技术，颈部NI分别调整为10与15，随之毫安调节斜率及数值出现不同程度下降。一般认为图像SD值<20 HU为图像质量优秀，20～30 HU为良好，>30 HU为差，>40 HU为检查失败(图像不能评估)[8]。本研究中，主动脉弓、颈总动脉分叉SD值随NI增加而增加，但均<30 HU，图像质量良好；其中颈总动脉分叉处SD值<20 HU，达到优秀。而SNR、CNR随NI增加而减少，与辐射剂量呈负相关[9]。其中B组与C组颈总动脉分叉处SD值、SNR及CNR差异均无统计学意义，可能与自动管电流设置下限值有关；而B组与C组主动脉弓SNR、A组与B组、C组主动脉弓CNR差异均无统计学意义，可能与自动管电流设置上限值有关。此外，由于CT值与管电压有关，而与管电流无关[10]，3组设定相同管电压，因此各部位CT值差异均无统计学意义；因管电流与CT辐射剂量呈正相关[11]，B组及C组辐射剂量均低于A组，C组辐射剂量最低，但3组图像主观评分均≥3分，均可满足临床诊断的要求。

综上所述，vHP技术用于头颈部CTA检查既可保障图像质量又能够大幅度降低患者有效辐射剂量，本研究中以头部NI=5、颈部NI=15为参数扫描情况下图像可满足临床诊断的要求且辐射剂量明显降低。但本研究病例总数相对较少，且未与金标准数字减影血管造影比较，尚需加大样本量验证本研究结论。