雙源CT中等螺距掃描模式在主動脈血管造影中的應用研究

智婷婷，盧鈴銓，周星帆，王利偉，殷信道

南京醫科大學附屬南京醫院（南京市第一醫院） 醫學影像科，江蘇 南京 210006

引言

主動脈相關疾病包括動脈瘤、主動脈夾層等一系列危重病例，部分疾病致殘率和死亡率很高，早期正確鑒別該疾病能指導臨床及時選擇合適的治療方案，手術或藥物治療后的患者還需要多次定期隨訪以觀察療效和并發癥[1-3]。目前CT是最快速、可靠的檢查方法，但隨著檢查次數的增多，患者的受輻射劑量也不斷累積。第二代雙源CT機配有兩個獨立運行的球管，可以選擇雙能量或單能量掃描模式，螺距最大理論值達3.4[4-5]，國內外的研究結果顯示其高螺距掃描模式能明顯減少主動脈CT血管造影（Computed Tomography Angiography，CTA）的數據采集時間和輻射劑量，但圖像質量也有下降[6-7]。已有的文獻對中等螺距掃描模式在主動脈CTA中的價值尚缺乏研究，雙能量和單能量掃描的輻射劑量比較也鮮有報道。我們設計的這項前瞻性研究應用了高、中、低3種螺距模式，并同時對雙能量和單能量技術進行了比較，以探討如何選擇是主動脈CTA的最佳掃描方案。

1 資料和方法

1.1 患者資料與分組

2015年1月至2017年3月期間共90例患者進行主動脈全程CT造影，男72例，女18例，年齡范圍26～82歲，平均年齡（53.02±2.05）歲，90例檢查中術前患者43例，術后復查患者47例。連續30例患者（A組）應用螺距為1.0的雙能量標準螺距掃描法，連續30例患者（B組）應用螺距為2.0的單能量中等掃描法，連續30例患者（C組）應用螺距為3.2的單能量大螺距掃描法。所有患者檢查前均簽署了知情同意書。納入研究的患者包括臨床初次懷疑主動脈疾病的患者和主動脈術后復查的患者。研究對象不包括碘劑過敏患者、嚴重的腎功能不全患者、重度心衰及高齡不能耐受檢查的患者。本研究已獲得院倫理委員會批準。

1.2 雙源CT檢查方法

采用西門子第二代雙源CT機（Definition Flash），先做肺部CT平掃后再進行主動脈全程CTA掃描，掃描范圍從甲狀軟骨至髖臼上緣，指示患者深吸氣并屏氣后從頭至足進行掃描。A組采用雙能量掃描模式，準直器128 mm×0.6 mm，管球轉速0.33 s/周，螺距為1.0，電壓為100 kV和功率140 kV，重建圖像電壓配比為0.5。B組和C組均采用單能量掃描模式，螺距分別為2.0和3.2，管電壓120 kVp，準直器2 mm×64 mm×0.6 mm，球管轉速0.28 s/周。3組均應用CareDose4D法自動追蹤電流。經雙筒高壓注射器以4.0 mL/s速率經右側肘靜脈注射非離子型造影劑（優維顯，370 mgI/mL，拜耳醫藥公司，德國）75 mL，繼以同樣流速注射40 mL生理鹽水進行沖洗。于降主動脈近端設觸發掃描感興趣區（閾值100 HU），CT值達到100 HU后分別延遲5、7和10 s開始掃描。

1.3 圖像重建

在主機上采集原始數據后重建薄層圖像并發送至工作站，薄層重建的層厚為0.75 mm，層間隔0.7 mm，重建技術采用血管造影模式，重建算法為Safire疊代算法，濾過參數3。A組應用雙能量重建軟件，B、C組采用Inspace重建軟件，分別自動去除骨骼結構。重建方法包括多平面重建、曲面重建、容積再現和最強密度投影等技術。

1.4 圖像質量評價

計算圖像信噪比進行質量分析，方法是分別在升主動脈、胸主動脈、腹主動脈中段測量強化后的CT值、背景噪聲（Background Noise，BN），計算對比噪聲比（Contrast-to-Noise Ratio，CNR）和信噪比（Signal-to-Noise Ratio，SNR）。按以下方法測量計算：BN為測量升主動脈起始部水平胸壁前空氣的CT值的標準差，SNR=主動脈CT值/BN，CNR=（主動脈CT值-背部肌肉CT值）/BN。主觀評價采用雙盲法，由兩位放射科醫師在不知道掃描參數的情況下，根據主動脈強化程度、分支血管的顯示情況、有無偽影、圖像清晰度等進行質量評價并進行分級，結果分為4級，相應評為1～4分：4分為主動脈及小分支血管顯示清晰，真假腔對比明顯，能顯示主動脈夾層內膜片、破口位置，三維重建效果良好；3分為主動脈及小分支血管顯示清晰，真假腔對比明顯，能顯示主動脈夾層內膜片、破口位置，三維重建效果較好；2分為主動脈血管顯示清晰，小分支血管顯示較清晰，真假腔對比稍模糊，主動脈夾層內膜片、破口位置顯示模糊，三維重建效果一般。1分為主動脈及小分支血管顯示模糊，真假腔對比模糊，不能顯示主動脈夾層內膜片、破口位置，三維重建效果較差。質量評為3分以上的為合格圖像，3分以下為不合格圖像，取2名醫師評分的平均值作為該病例的圖像質量評分。

1.5 輻射劑量指標

本研究中輻射劑量的計算僅包括單次主動脈成像掃描的劑量，定位像采集、胸部平掃和對比劑濃度檢測等的輻射劑量沒有納入統計數據。掃描時CT機自動計算患者所受輻射劑量，具體采集的數據包括單次加權CT劑量指數（Weighted CT Dose Index Volume，CTDIvol）和劑量長度乘積（Dose-Length Product，DLP），有效輻射劑量（Effective Dose，ED）等于DLP乘以轉換系數k（k=0.017 mSv/mGy×cm）。

1.6 統計學分析

比較A、B、C三組患者的掃描長度、輻射劑量CDTIvol、DLP和ED，比較圖像質量主觀評分、SNR值和CNR值。兩名醫生評價圖像質量的一致性用κ檢驗，κ值0.81表示一致性很好。連續變量用平均值±標準差表示，分類變量用頻率或百分比表示。定量樣本分析應用t檢驗。統計分析軟件版本SPSS 19.0。

2 結果

2.1 基本臨床資料

所有病例全部成功完成檢查，沒有出現不良反應或危重狀況。圖像質量均達到主動脈診斷要求。共發現主動脈夾層39例，其中DebakeyⅠ型、Ⅱ型、Ⅲ型分別為18、2和19例。發現壁間血腫8例，動脈瘤16例，主動脈粥樣硬化20例，主動脈穿透性潰瘍9例，主動脈夾層或動脈瘤腔內支架植入術后25例，升主主動脈置換術后2例，雜交術后4例，馬凡氏綜合征2例，正常10例。

2.2 三組患者掃描時間比較

3組掃描長度差異均無顯著性意義。A、B、C三組的掃描時間逐漸縮短，差異均有顯著性意義。A、B、C三組有效輻射劑量逐漸減少，A與B、C組之間的差異均有顯著性意義，B、C之間的差異無顯著性意義。3種檢查方法的主動脈圖像均達合格標準。C組圖像噪聲較高，顆粒感較明顯，信噪比較低，圖像質量主觀評價得分較低，三組圖像質量的評分差異均有統計學意義。觀察者間評分結果一致率為96.1% （κ=0.85）。雙能量組重建圖像更平滑、細膩，微血管顯示更豐富。具體數據資料詳，見表1～2。

2.3 三組影像學結果

三種掃描方式均能正確診斷主動脈疾病，主動脈夾層表現為內膜撕裂，可見破口和真假腔形成；主動脈壁間血腫表現為主動脈內外膜間等密度影，沒有破口和增強；主動脈瘤表現為圓形或梭形擴張；主動脈穿透性潰瘍表現為在動脈粥樣硬化斑塊形成的基礎上見龕影形成（圖1～3）。

表 1 CTA檢查情況組間比較

表 2 CTA檢查情況組間比較統計結果

圖1 掃描模式為標準螺距（1.0）的CTA影像

圖2 掃描模式為中等螺距（2.0）的CTA影像

圖3 掃描模式為高螺距（3.2）的CTA影像

3 討論

隨著中國大陸人均壽命和醫療技術的進步，越來越多的主動脈瘤和急性主動脈綜合征被發現，及時、恰當的診斷與治療可以改善疾病的預后，提高患者的生存質量。CT在主動脈病變診斷與隨訪中應用最為廣泛，具有其他檢查方法不可比擬的優越性，能同時顯示主動脈以外更多的鑒別診斷信息，為臨床治療決策的制訂提供了重要依據[8-10]。

主動脈全程CTA檢查因掃描范圍大、成像時間長，整個主動脈CTA的輻射劑量較多，尤其是術后復查的患者需要定期、多次進行主動脈全程CT造影，會因此產生具有傷害性的累積輻射效應。因為對必須的診斷任務來講最高質量的影像并不都是必須的，在保證圖像質量不降低的情況下，更少的輻射劑量更符合患者利益。降低輻射劑量的方法有多種[11-13]，包括降低電流、電壓、增大螺距等。隨著螺距增大，輻射劑量會降低，但圖像質量也有下降；較小螺距的圖像質量更高，但輻射劑量也增加。如果能選擇最佳的螺距則可以在保證成像質量的同時盡可能降低輻射劑量。本研究中設計的高、中、低多螺距掃描方案為解決此問題提供了比較可靠的量化比較結果。有研究認為心電門控技術可以進一步減低輻射劑量，但該技術并不適用于心率不齊和心率較快的患者，而且增加了檢查時間，因此我們的研究也未采用同步的心電門控技術。

雙源CT單能量掃描時兩只球管獨立運行，每個球管各需采集一半數據，進床速度明顯增加，螺距的最大理論值可以達到3.4。研究發現，螺距為3.0時主動脈CTA的采集時間和DLP分別為1.74 s和273 mGy[14-16]，我們的結果與此相近。本研究中分別應用了螺距為2.0和3.2的數據采集技術，低螺距圖像質量最佳，中、高螺距圖像的主動脈及分支血管顯示同樣清晰，撕裂的內膜和破口均能明確顯示，所有圖像均能滿足診斷需要。研究結果顯示隨著螺距的逐漸增大，采集時間明顯縮短，輻射劑量顯著降低，2.0螺距的采集時間和ED分別比1.0螺距減少46%和40%。2.0螺距的圖像質量高于3.0螺距的圖像，但兩者的輻射劑量接近，有效輻射劑量差異無顯著性意義。高螺距掃描的采集時間最短，理論上升主動脈搏動偽影最少，但與中等螺距相比沒有明顯差異，而且高螺距CTA的噪聲偏高，圖像的密度差異和細節顯示均不夠清晰，當肝臟等實質臟器有微小病變時容易漏診。根據臨床應用經驗，螺距太大時采集時間非常短，僅有2 s左右，部分患者的腹部血管圖像顯示模糊，甚至會導致檢查失敗，原因可能是設定的采集延遲時間較短，也可能是夾層患者的真腔內血流循環較慢。中等螺距掃描采集時間稍長，避免了類似情況。因此我們認為在同樣水平的輻射劑量條件下應該選擇圖像質量較高的中等螺距（2.0）采集模式，而不主張應用采集速度最快的大螺距掃描模式，這是我們的研究結果獨特之處，目前國內外均未見類似研究成果。

總之，本研究認為目前雙能量低螺距掃描模式適用于初次進行主動脈疾病篩查的患者，尤其是需要進行主動脈外疾病鑒別診斷的患者；單能量、中等螺距CTA輻射劑量明顯減低，適用于主動脈疾病隨訪的患者；高螺距圖像質量下降，但輻射劑量并不能進一步降低，在主動脈疾病檢查中不推薦該掃描技術。

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