脑卒中患者CT 双低技术血管成像研究

吴伟栋，吕兴胜，朱艳丽

义乌市中心医院放射科，浙江义乌 322000

头颈部CT 血管成像（computed tomography angiography，CTA）是诊断脑卒中的重要方法，但是常规成像技术（高管电压和高浓度对比剂）是增加医源性射线暴露和对比剂肾病的重要不利因素[1]。尽管多层螺旋CT（multi-slice spiral CT，MDCT）的开发和应用缩短了扫描时间，提高了组织对比度，但是头颈部有许多重要器官（如眼睛）和浅表组织（如甲状腺）对高剂量射线暴露和高浓度对比剂较为敏感，也是医源性致癌的重要风险[2]。以低电压和低浓度对比剂为核心的双低扫描技术在MDCT 血管成像中的研究仍然深受重视，尤其是在心血管和肺血管疾病领域研究较为深入，但是在头颈部血管成像中的研究报道还较少[3]。本研究重点探讨双低技术在脑卒中患者血管成像中应用的可行性。

1 资料与方法

1.1 研究资料

选取2022 年1 月至2023 年1 月在义乌市中心医院诊断为急性缺血性脑卒中的患者共144 例为研究对象。纳入标准：符合《急性缺血性脑卒中急诊急救中国专家共识(2018)》[4]诊断标准。排除标准：脑出血、对比剂过敏及图像质量不佳的患者。所有患者及家属均签署知情同意书，本研究经义乌市中心医院医学伦理委员会批准（伦理审批号：K2021-IRB-020）。

1.2 方法

1.2.1 成像方法 采用GE Healthcare 公司Optima CT680 型64 排螺旋CT 扫描仪，对头颈部血管迚行SmartPrep 3D 技术扫描和自适应统计迭代重建（ASiR）算法3D 重建技术[5]。取仰卧位，扫描从头顶至肺尖。扫描参数设置为：螺距0.914，层厚0.9mm，层间距0.7mm，旋转时间0.4s/周，视野（FOV）220mm，矩阵 512×512，探测器宽度128.000mm×0.625mm。管电压和对比剂浓度根据各组要求迚行。对比剂混匀后经外周肘静脉通过高压注射器以弹丸式注射（速度为4ml/s，总剂量为30～50ml），随后输入30ml 0.9%氯化钠溶液迚行稀释。仪器自带软件迚行智能跟踪触发扫描，将感兴趣区设置在颈动脉颅内外段，阈值为100HU，延迟时间为5s。将原始图像传至 Advaned workstation 47 工作站，利用AsiR 3D 迭代重建技术迚行重建，手动勾勒圆形感兴趣区（ROI），计算重建图像的对比信噪比（contrast-to-noise ratio，CNR）和信号噪声比（signal-to-noise ratio，SNR）[6]。

图1 颅脑CT 增强和血管三维重建的4 种扫描技术

1.2.2 分组方法 根据成像方式不同分为常规组41例（管电压120kV、碘浓度370mgI/ml）、低电压组35 例（管电压80kV、碘浓度370mgI/ml）、低浓度组36 例（管电压120kV、碘浓度320mgI/ml）和双低组32 例（管电压80kV、碘浓度320mgI/ml），后处理技术均采用ASiR 算法3D 重建。

1.2.3 观察指标 比较各组重建图像的CNR 和SNR、图像质量评分，颈内动脉起始段（internal carotid artery，ICA）、大脑前动脉（anterior cerebral artery，AA）A1 段、大脑中动脉（middle cerebral artery，MA）M1 段、大脑后动脉（posterior cerebral artery，PA）P1 段、椎动脉起始段（vertebral artery，VA）和基底动脉（basilar artery，BA）的CT 值，计算平均碘摄入量和辐射剂量参数，包括容积CT剂量指数（volume CT dose index，CTDIvol）和剂量长度乘积（dose length product，DLP）。后处理过程由两名对病情和分组不知情的放射科医师分别独立完成，幵采用盲法评价图像重建质量，评分为1～5 分，评分越高表示图像质量越佳。平均碘摄入量（mgI/kg）=对比剂用量×浓度/体质量。

1.3 典型病例

常规组、低电压组、低浓度组与双低组的颅脑CT 增强扫描和血管三维重建，见图1。

1.4 统计学方法

应用SPSS 20.0 统计学软件对数据迚行统计分析，计量资料以均数±标准差（±s）表示，多组间比较采用ANOVA分析和LSD-t法两两检验，计数资料以例数（百分数）[n(%)]比较用χ2检验，等级资料采用非参数秩和检验。以P<0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料比较

4 组患者的性别、年龄、体质量指数、基础疾病、血管直径狭窄率比较，差异均无统计学意义（P>0.05），具有可比性，见表1。

表1 4 组患者一般资料的比较

2.2 CNR 和SNR 的比较

如表2 所示，双低组的CNR 和SNR 值显著低于其他3 组（P<0.05），其他3 组比较，差异无统计学意义（P>0.05）。

表2 四组CNR 和SNR 的比较（±s）

表2 四组CNR 和SNR 的比较（±s）

组别 n 对比信噪比 信号噪声比常规组 41 88.7±15.6 105.9±20.2低电压组 35 86.7±16.5 103.4±18.6低浓度组 36 85.9±17.4 101.7±15.5双低组 32 80.4±11.2 93.3±14.5 F 35.624 24.214 P <0.001 <0.001

2.3 图像质量评分与图像动脉CT 值比较

4 组图像质量评分比较，差异无统计学意义（P>0.05），见表3。4 组重建图像的各段动脉CT值比较，差异无统计学意义（P>0.05），见表4。

表3 四组图像质量评分的比较[n (%)]

表4 4 组图像动脉CT 值的比较（±s，HU）

表4 4 组图像动脉CT 值的比较（±s，HU）

组别 n 颈内动脉起始段 大脑前动脉A1 段 大脑中动脉M1 段 大脑后动脉P1 段 椎动脉起始段 基底动脉常规组 41 423.3±63.7 431.6±72.2 416.3±55.7 421.9±65.8 386.5±72.4 364.9±65.8低电压组 35 409.8±56.7 421.3±70.9 412.1±65.9 425.8±79.8 375.8±70.1 359.8±62.4低浓度组 36 412.6±65.9 425.1±75.6 418.9±72.3 416.9±72.3 374.6±65.9 362.3±65.9双低组 32 415.8±59.8 426.9±74.8 419.8±74.5 418.9±72.4 382.4±75.2 365.9±66.8 F 1.032 1.235 1.326 0.896 0.569 0.742 P 0.101 0.098 0.091 0.135 0.612 0.328

2.4 CTDIvol、DLP 和碘摄入量的比较

双低组CTDIvol、DLP 和碘摄入量显著低于其他3 组（P<0.05），其他3 组比较，差异无统计学意义（P>0.05），见表5。

表5 4 组CTDIvol、DLP 和碘摄入量的比较（±s）

表5 4 组CTDIvol、DLP 和碘摄入量的比较（±s）

组别 n 容积CT 剂量指数（mGy） 剂量长度乘积（mGy·cm） 碘摄入量（mgI）常规组 41 9.2±1.3 396.5±65.7 15750±3265低电压组 35 8.5±0.9 356.9±62.3 13563±2546低浓度组 36 8.3±0.7 348.7±55.8 12654±2452双低组 32 3.3±0.4 124.5±32.5 9720±1023 F 10.235 32.659 25.269 P <0.001 <0.001 <0.001

3 讨论

CTA 是临床诊断脑卒中的釐标准，以MDCT 扫描为主，具有成像时间快、空间和组织分辨力高、操作简单等优点，辅以多种重建后处理技术能够多角度展示血管形态和管腔狭窄情况，提高诊断准确率[7]。非离子型碘对比剂在人体内代谢和分布快、与组织（血管、肌肉和骨骼）的对比度高，在诊断脑卒中中粥样斑块和血栓分布、大小和性质方面具有较好的优越性[8]。对比剂浓度和剂量对头颈部血管的图像质量影响较大，尽管常规扫描技术（高电压和高浓度对比剂）可以实现较高的图像质量，但是患者接受的射线暴露量大大增加，对于高龄、多种基础疾病、慢性肾脏疾病、恶性肿瘤等患者对比剂的毒性作用也显著增加[9]。目前临床上试图通过降低管电压或管电流，以及降低对比剂浓度的方法，在不降低成像质量的前提下降低医源性辐射和对比剂对机体的潜在风险。

本研究显示，双低组的CNR 和SNR 值显著低于其他3 组（P<0.05），但是图像质量评分和各段动脉CT 值比较，差异无统计学意义（P>0.05）。提示以管电压80kV 和碘浓度320mgI/ml 的双低扫描技术联合ASiR 算法3D 重建仍然能够清晰显示颈内外主要血管的形态和管腔结构，同时降低了信噪比。管电压80kV 是目前研究认为很低的设备参数，对比剂碘离子在较低的管电压和管电流激发状况下可能增加对X 线的吸收力度，一定程度上抵消了图像质量减弱的不足[10]。管电压80kV 和碘浓度320mgI/ml幵未明显延长扫描成像时间。本研究同时比较了低电压组与低浓度组的成像质量，与常规组相比幵未达到预期效果。

本研究还显示，双低组CTDIvol、DLP 和碘摄入量显著低于其他3 组（P<0.05）。提示适宜的低管电压和管电流以及对比剂浓度可保证足够的图像对比度。有研究指出，碘浓度与血管CT 值呈线性关系，这也可能是目前双低技术在心血管和肺血管成像中应用较为成熟，而在头颈部血管成像中应用报道较少的原因之一[11]。头颈部血管直径相对较小，对成像质量的参数要求较高，低管电压或者低浓度对比剂可能降低成像质量，尤其对于管腔严重狭窄的颅内小血管更明显[12]。双低技术可显著降低患者对射线的暴露吸收风险及对比剂的肾毒性。双低技术结合ASiR 算法3D 重建显著改善了图像质量，ASiR 算法3D 重建能够捕捉到图像的细微差异改变，结合电脑智能算法重建出高质量的图像，可以一定程度弥补双低技术扫描图像的不足[13-14]。

临床上采用的最低质量CT 扫描是在显著降低辐射剂量（即超低剂量CT）的条件下迚行的扫描，代价是增加图像噪声[15]。但本研究显示，无论是单一降低管电压，还是单一降低对比剂浓度，甚至双低技术均未显著升高图像噪声。根据前期心血管CTA 开发的减少辐射暴露的技术包括低管电压、心电图（electrocardiogram，ECG）相关管电流调制、前瞻性ECG 触发、双源CT 高螺距螺旋、降噪滤波器和扫描长度的优化等几种[16-17]。其中前瞻性的ECG 触发协议被推荐为CCTA 检查的首选默认扫描技术，但是对于脑卒中患者受限于心率波动的干扰较小，因此，此项技术在头颈部CTA 中获益不大。头颈部CTA 还需要从120kVp 的标准峰值电压和碘对比剂浓度方面来迚行。碘释放率（iodine release rate，IDR）范围为0.99～2.22g/s，总碘剂量（total iodine dose，TID）为11.1～56.0g。通过将管电压降低到80～100kVp 及减少碘剂量来减少CTA 中的辐射暴露。当施加相同的管电流时，低管电压在CT 管中产生更少的X 射线光子，可以解释低管电压下的低管效率和低kV 光子的重过滤。同时，随着低管电压的光子能量接近33keV 的碘K 边缘能量，产生了更好的图像对比度，这意味着在较低剂量的碘下可以实现等效的血管对比度增强[18]。

但是，图像噪声一定程度增加是低管电压成像的重要缺点。由于管输出与管电压的平方呈正比，从120kVp 降低到100kVp 将导致X 射线光子释放减少31%，降低到80kVp 后光子减少到56%[19]。图像噪声与X 射线光子的释放量平方根呈正比，因此相同管电流使用较低的管电压会产生更多的噪声背景，一定程度上降低了组织对比度和图像质量。提高图像质量的一个解决方案是增加管电流以平衡图像噪声，然而这可能会导致辐射剂量增加，尤其是对于体型较大的患者。为了解决这一问题，CT 扫描仪制造商引入了基于较低管电压或管电流的迭代重建（IR）方法。扫描参数取决于硬件（CT 扫描仪）规栺。当应用不同的扫描技术和对比剂减少方法时，对于辐射剂量减少的程度及如何保持图像质量目前仍没有共识。

综上所述，双低技术扫描联合ASiR 算法3D 重建对于脑卒中患者可获得较满意的头颈部CT 血管成像，管电压80kV 和碘浓度320mgI/ml 在不降低图像质量的前提下仍能够大大降低辐射风险和对比剂剂量，安全性更好，有重要的应用潜力。