螺旋联合心电门控轴位扫描对于头颈部CT血管造影图像质量及辐射剂量的影响

张进慧,谢安杰,裴锦奎,汪禾青,陈素萍,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.厦门市影像医学临床医学研究中心,福建 厦门 361015;3.通用电气医疗系统贸易发展(上海)有限公司,上海 200032;4.复旦大学附属中山医院放射科,上海 200032]

头颈部CT血管造影(CT angiography, CTA)是观察头颈部血管解剖、诊断血管病变及判断疾病血供来源的重要影像学方法,但其辐射剂量备受关注[1-2]。我国颁布的《放射诊断放射防护要求》对头部与颈部CTA检查的辐射剂量要求不同[3]。行头颈部联合CTA时,无论采用常规螺旋扫描或能谱螺旋扫描,通常情况下只能采用相同扫描条件,可能导致头部和双肩曝光不足或颈部过度曝光。利用螺旋联合心电门控轴位扫描技术可分别针对头部与颈部设置不同参数,同时满足其曝光要求,在保证图像质量的同时降低辐射剂量。本研究观察螺旋联合心电门控轴位扫描对头颈部CTA图像质量及辐射剂量的影响。

1 资料与方法

1.1 研究对象 前瞻性纳入2022年3月—6月100例因疑诊头颈部血管疾病而于复旦大学附属中山医院厦门医院接受头颈部CTA检查患者,男62例、女38例,年龄31～85岁、平均(62.4±12.2)岁,体质量指数(body mass index, BMI)17.15～28.76 kg/m2、平均(23.06±2.66)kg/m2;将其随机分为A、B组各50例。排除标准:①碘对比剂过敏;②哮喘病史;③罹患甲状腺功能亢进或严重心、肾、肝功能不全;④BMI>30 kg/m2;⑤受限于血管条件无法满足流率4.0 ml/s;⑥头颈部金属植入物。本研究经院伦理委员会批准(B2023-113)。检查前患者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用GE 256排 Revolution CT机。嘱患者去除金属物品后仰卧于检查床,头先进,固定其头部。经右肘正中静脉以4～6 ml/s流率注射40～60 ml对比剂碘普罗胺(370 mgI/ml),以相同流率跟注35 ml生理盐水。采用对比剂团注追踪技术,以气管隆嵴层面降主动脉为监测点,触发阈值为120 HU,延迟2.5 s行CTA。对A组采用螺旋联合心电门控轴位扫描模式,先对颈部行常规螺旋扫描,探测器宽度80 mm,螺距0.992∶1,之后快速切换(间隔2 s)至全时相心电门控轴位扫描模式行头部扫描,探测器宽度160 mm,噪声指数(noise index, NI)8,旋转时间0.35 s/rot;对B组采用常规螺旋扫描模式,探测器宽度40 mm,螺距0.984∶1,NI 5,旋转时间0.5 s/rot;管电压均为100 kV,管电流设置为自动毫安调节(100～600 mA),矩阵512×512。采用自适应统计迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction V, ASIR-V)50%迭代重建行薄层重建,层厚0.625 mm,层间距0.625 mm。将原始图像传至GE AW4.7工作站,行容积再现(volume rendering, VR)、最大密度投影(maximum intensity projection, MIP)及曲面重组(curved planar reformation, CPR)等后处理。

1.3 分析图像质量

1.3.1 客观评价 于薄层CT图中的降主动脉(气管隆嵴层面)、颈内动脉分叉处、大脑中动脉M1段及其血管对比区域(region of contrast, ROC)(血管对应同层面的胸大肌、胸锁乳突肌、脑白质)尽量避开钙化或狭窄层面放置圆形ROI,使血管ROI位于管腔中央、面积约为血管管腔面积的1/2,ROC的ROI面积约30 mm2。测量血管及其ROC的CT值,以其标准差(standard deviation, SD)为噪声;重复测量3次,取平均值。应用公式计算信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)和对比度噪声比(contrast-to-noise ratio, CNR):

SNR=CT血管/SD血管

CNR=(CT血管-CTROC)/SDROC

1.3.2 主观评价 由2名具有10年以上工作经验的影像科副主任医师采用5分法[4]独立评估图像质量:5分,图像噪声小,血管对比度极好,颗粒均匀,无伪影,血管边缘光滑锐利;4分,图像噪声较小,血管对比度较好,颗粒较均匀,无或少许伪影,血管边缘较清晰;3分,图像噪声较大,血管对比度一般,颗粒欠均匀,有伪影,血管边缘显示尚可;2分,图像噪声大,血管对比度差,颗粒粗糙,有较大伪影,血管边缘粗糙;1分,图像噪声大,血管对比度极差,颗粒粗糙,伪影重,血管边缘显示不清。2名医师评估结果存在分歧时,经协商达成统一意见。主观评分≥3为符合临床诊断要求图像。

1.4 辐射剂量 记录患者剂量长度乘积(dose length product, DLP),参考文献[5-6]方法测量头部中心层面横径(lateral dimension, Lat)和前后径(anterior-posterior dimension, AP)、第4颈椎前后径和左右径,根据以下公式计算体型特异性剂量估计DLP(DLP calculated from size-specific dose estimates, DLPSSDE):

ED=(Lat×AP)0.5

fED=1.874 799×e-0.038 713 13×ED

DLPSSDE=fED×DLP

其中,ED为有效直径(effective diameter),fED是基于ED的转换系数。

1.5 统计学分析 采用 SPSS 24.0统计学分析软件。以χ2检验比较计数资料。采用±s表示服从正态分布的计量资料,行独立样本t或t'检验;采用中位数(上下四分位数)描述不符合正态分布的计量资料,行Wilcoxon秩和检验。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料 患者性别、年龄及BMI组间差异均无统计学意义(P均>0.05),见表1。

表1 100例接受头颈部CTA患者基本资料

2.2 图像质量

2.2.1 客观评价 A组降主动脉SD及SDROC、颈内动脉分叉处SDROC均高于,而降主动脉SNR及CNR均低于B组(P均<0.05);组间其余客观评价结果差异均无统计学意义(P均>0.05)。见表2。

表2 不同扫描模式头颈部CTA图像质量客观评价指标比较

2.2.2 主观评价 2组图像质量均满足临床诊断要求,主观评分组间差异无统计学意义(P=0.878)。见图1及表3。

图1 A组患者,男,57岁,前交通动脉小动脉瘤,螺旋联合心电门控轴位扫描模式头颈部CTA图像质量主观评分结果为4分 A.VR图; B.MIP图; C.常规MPR图; D.MPR拉直图; E.局部放大MIP原始图(左上角图像)及VR图(20%～110% R-R,间隔5%)示前交通动脉小动脉瘤(箭)随心动周期搏动

表3 头颈部CTA图像质量主观评价结果比较(例)

2.3 辐射剂量 A组DLP、DLPSSDE及扫描时间均低于B组(P均<0.001),见表4。

表4 100例接受头颈部CTA检查患者辐射剂量相关参数

3 讨论

行多部位联合CT扫描,采用不同扫描条件可能降低辐射剂量。蔡显圣等[7]联合应用轴位扫描及螺旋扫描行“一站式”头颈冠状动脉CTA,发现相比常规螺旋扫描,此种扫描方案可降低辐射剂量而不影响图像质量。

CT图像质量客观参数评估结果与扫描模式或自动管电流设置下限值相关。组织CT值与管电压有关,而与管电流无关[8]。一般SD<20 HU为优质图像,20～30 HU为良好[9]。本研究采用螺旋联合心电门控轴位扫描技术采集头颈部CTA,对颈部行螺旋扫描、头部行心电门控轴位扫描,A、B组降主动脉SD均<30 HU、达到良好水平,颈内动脉分叉处及大脑中动脉M1段SD均<20 HU、达到优秀水平。本研究A组降主动脉SD及SDROC、颈内动脉分叉处SDROC均高于,而降主动脉SNR及CNR均低于B组,可能与NI设置有关:随NI增加,SD增高,而SNR、CNR降低;组间其余客观评价差异均无统计学意义,与既往研究[10]结果相符,2组图像主观评分均≥3,均满足临床诊断要求,组间主观评分差异无统计学意义,提示以2种扫描方式所获头颈部CTA显示血管图像质量相当。

采用宽体探测器以心电门控轴位扫描模式行头部成像可实现快速扫描、减少曝光时间,同时缩小扫描范围、降低辐射剂量。本研究2组间管电压和管电流调制范围相同而A组DLP、DLPSSDE及扫描时间均低于B组,提示螺旋联合心电门控轴位扫描技术可降低头颈部CTA辐射剂量。这是由于以宽体探测器轴位扫描拥有剂量优势,使A组扫描时间更短,且2 s切换螺旋扫描至轴位扫描使其曝光时间远远短于B组,而常规螺旋轴位扫描范围更短;而NI与管电流呈负相关[11],管电流与CT辐射剂量呈正相关,NI通过在管电流调制范围内调整曝光电流以调节SD指数并影响辐射剂量,更低的NI可能导致更高辐射剂量。

多项研究[12-14]发现4D-CTA可显示动脉瘤形态随心动周期的变化,预测动脉瘤破裂风险。采用心电门控轴位扫描行头部CTA可得到单个心动周期R-R间期的容积数据,有助于观察局部病灶(如颅内动脉瘤)形态随心脏搏动的变化,对于诊断头颈部血管疾病和随访具有重要意义。

综上,螺旋联合心电门控轴位扫描技术用于头颈部CTA可在保证图像质量的前提下降低辐射剂量。但本研究为单中心观察,样本量有限,有待后续进一步观察。