低管電壓、等滲低濃度對比劑在頭頸部CTA中的臨床應用

胡勤勤，曾國飛，楊華

(重慶市中醫院放射科，重慶 400021)

近年來，隨著人口的老齡化及多層螺旋CT的普及，頭頸部動脈CT血管造影(CT angiography,CTA)已廣泛應用于臨床。頭頸部CTA檢查無創，且操作簡便，對于血管變異、血管病變的顯示具有重要價值。但頭頸部CTA檢查掃描范圍廣、輻射劑量大，對患者有潛在的致癌風險[1]；同時，為了維持血管內有效的碘濃度，我們常采用大量高濃度對比劑，增加了誘發對比劑腎病的風險，特別是在年老體弱的患者腎毒性的風險會進一步增加[2-3]。因此，如何獲得高質量圖像的同時降低輻射量和對比劑用量成為臨床研究的熱點[4]。目前，國內外已有不少關于低濃度對比劑應用的研究,但對于各參數的組合仍存在爭議，缺乏統一的標準，尚需要進一步探討。因而本研究通過對圖像質量多參數進行分析，并與常規CTA進行對比，旨在探討低管電壓、低濃度碘對比劑在頭頸CTA檢查中的應用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2017年1月至2017年8月于重慶市中醫院行頭頸部CTA檢查的患者(排除碘過敏，心、肝、腎功能不全，不能配合或無法完成檢查者，以及妊娠期婦女)共60例，其中男性27例，女性33例，年齡31～78歲,平均(60.6±10.3)歲，體重指數(BMI)15.7～29.4 kg/m2。所有患者均被提前告知并簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法

采用GE Optima CT660掃描儀。患者取仰臥位，頭先進，掃描前囑患者檢查過程中制動，不能有吞咽動作，以免產生運動偽影。按不同管電壓、對比劑濃度將所有患者隨機分成A、B、C 3組，每組20例。A、B組對比劑為碘克沙醇(碘濃度為270 mgI/mL)，A組管電壓80 kV，B組管電壓100 kV，C組(常規掃描組)：對比劑為碘帕醇(碘濃度為370 mgI/mL)，管電壓為120 kV，所有患者均采用固定管電流350 mA。于患者右側肘正中靜脈預置18G套管針，使用高壓雙筒注射器以5 mL/s流率注射對比劑，對比劑總量為1.5 mL/kg。對比劑注射前注射20 mL生理鹽水用于試壓,以免注射過程中流速過高導致血管破裂致造影劑外滲。先行平掃用于數字減影蒙片，CTA檢查前采用小劑量峰值試驗測定頸總動脈的峰值時間，CTA檢查啟動時間為峰值時間加4 s。掃描范圍包括主動脈弓至顱頂。螺距0.984，轉速0.5 s/r，準直器寬度0.625 mm×40 mm，矩陣512×512。采用60%自適應統計迭代重建(adaptive statistical interative reconstruction，ASiR)算法，重建層厚0.625 mm，層距0.625 mm。待造影劑注射完后再注射40 mL生理鹽水以加快頭臂、上腔等靜脈系統內對比劑排空，同時稀釋造影劑,以免造影劑濃度過高,不利于代謝,造成血管刺激作用。

1.3 圖像后處理及分析

所有檢查數據傳至ADW 4.3工作站進行后處理，重組方式包括容積再現(VR)、曲面重建(CRP)、最大密度投影(MIP)。橫斷位上測量頭頸部各動脈節段(主動脈弓、頸總動脈，頸內動脈，大腦中動脈)CT值，感興趣區(region of interest，ROI)大小約為測量層面血管管腔面積的1/2，測量時避開粥樣斑塊，當管腔閉塞時放棄測量。分別測量C4水平右側頸總動脈CT值及同側胸鎖乳突肌CT值與標準差(SD)，將后者CT值作為本底值，SD值作為噪聲值，計算圖像的對比度、信噪比(SNR)和對比噪聲比(CNR),對比度=頸總動脈CT值-本底值，SNR=頸總動脈CT值/噪聲值，CNR=對比度/噪聲值。由2名從事血管診斷工作的影像科醫師以雙盲法對上述各動脈節段圖像進行分析，采用4級評分法[5]評價各部位動脈圖像質量：1分：圖像質量很差，噪聲大，血管邊緣毛糙，血管僅能顯示3級以內分支,不能達到診斷要求；2分：圖像質量較差，噪聲較大，血管邊緣較平滑，血管顯示3級分支，可以診斷但較困難；3分：圖像質量尚可，有輕度噪聲，血管邊緣較平滑，血管顯示3級以上分支，基本符合診斷要求；4分：圖像質量良好，無明顯噪聲，血管邊緣平滑，血管顯示4級以上分支，完全符合診斷要求。

1.4 輻射劑量及碘攝入量

輻射劑量的測量，掃描后儀器自動生成容積CT劑量指數(CTDIvol)和劑量長度乘積(DLP)。根據公式計算有效輻射劑量(ED)，ED=DLP×K，K值為轉換因子，采用歐洲CT質量標準指南取值為0.002 3 mSv/(mGy·cm)[6]。碘攝入量計算包括總碘量及碘注入率兩個指標，計算公式分別為：總碘量=對比劑濃度×對比劑使用量；碘注入率=對比劑濃度×對比劑注射速率。

1.5 統計學分析

2 結果

2.1 輻射劑量及碘攝入量

3組患者的輻射劑量相關指標的測量結果見表1，輻射劑量(DLP、ED)比較，3組組間差異有統計學意義(P<0.01)。碘總量A、B組較C組差異有統計學意義(P<0.01)，A、B組總碘量較C組減少約27%。

表1 CT輻射劑量及碘攝入量比較

2.2 圖像主觀評價結果

A、B、C 3組圖像主動脈弓CT值均大于300 HU,血管對比度較好(圖1)。A組圖像背景噪聲較大，周圍軟組織顯示稍差，血管邊緣稍毛糙(圖2A)，B、C組周圍軟組織顯示清晰，血管邊緣銳利(圖2B、2C)。3組圖像上大腦中動脈及遠端終末血管均顯示清晰，3組圖像均能滿足診斷要求(圖3)。3組圖像的主觀評分結果見表2，C組評分最高，A組評分最低，但各組間評分差異無統計學意義(P>0.05)。分析發現，圖像低劑量掃描時，圖像評分與患者BMI值明顯相關：A組圖像中主觀評分為4分的患者其BMI值均較低，最大的為24 kg/m2，在評分為3分的患者中有4例患者BMI值都>24 kg/m2，而評分為2分的患者BMI值為28.6 kg/m2；B組圖像中主觀評分為3分的患者中有3例患者BMI值>24 kg/m2。兩名診斷醫師圖像質量主觀評分一致性較好(Kappa=0.72)。

2.3 圖像客觀評估結果

3組主動脈、頸總動脈、頸內動脈、大腦中動脈的CT值及頸總動脈的SNR、CNR值見表3。3組中各支動脈CT值無顯著差異(P>0.05)。頸總動脈的SNR、CNR值差異有統計學意義(P<0.05)，A、B組稍低于C組。

表2 圖像主觀評分結果

表3 圖像血管內CT值(HU)及CNR、SNR測量結果

組間兩兩比較：主動脈弓CT值A、B，A、C組間差異有統計學意義(P=0.040、P=0.033)，其余各動脈組間差異無統計學意義(P>0.05)；SNR值A、C，B、C組間差異有統計學意義(P=0.008、P=0.004)；CNR值A、C，B、C組間差異有統計學意義(P=0.028、P=0.011)，SNR及CNR值A、B組間差異均無統計學意義(P>0.05)。

3 討論

頭頸聯合CTA成像掃描范圍長，輻射劑量較大，對人體有著潛在的危害，如何降低檢查輻射劑量一直是學界研究的熱點。降低輻射劑量的方法主要有降低管電壓、降低管電流及增大螺距等[7]。諸多研究結果表明：在其余掃描參數保持不變基礎上，隨著管電壓的增高，組織表面入射劑量以及透過組織的X射線劑量均會明顯增加，且以組織表面入射劑量增加幅度為甚，因此，組織所吸收的輻射劑量也會隨之升高。反之，降低管電壓后，臟器組織所吸收的劑量會降低[8]。從研究結果可以看出，當管電壓從120 kV降到100 kV后，ED降低了40%，而從100 kV降到80 kV后，ED進一步降低50%，說明降低管電壓能明顯的降低患者吸收的輻射劑量。然而管電壓的降低可明顯減弱X線的穿透力，進而減少探測器所接收到的光子量，最終增加掃描后圖像的噪聲。自適應迭代重建(ASiR)的出現帶來了低輻射檢查的時代，該算法通過首先建立噪聲性質和被掃描物體的模型，能為對噪聲抑制要求比較高的檢查帶來顯著好處。也就是說，通過降低重建圖像中的噪聲我們能獲得劑量上的優勢，因此在相同噪聲水平下，掃描劑量可以顯著降低[9]。研究表明：隨著迭代權重比的升高，噪聲水平隨著下降，SNR和CNR隨著上升，圖像質量有所提升；但權重比不能無限制的上升，原因在于ASiR權重高于70%時，各組織之間的對比度降低，病變的顯示能力有所下降，從而影響診斷效果[10]。而且ASiR權重過高會過分改變圖像噪聲結構，出現“塑料樣偽影”,影響臨床診斷。文獻報道權重比為60%來重建圖像最佳[11-13]。盡管在80 kV、100 kV與120 kV之間頸總動脈的SNR和CNR有統計學意義，但是不影響診斷，3組圖像的主觀評分均值均>3分，均能達到診斷要求。

靜脈注入碘對比劑后大部分經腎臟排泄，而碘對比劑的不良反應主要有特異性反應和細胞毒性反應，前者一般與劑量無關，難以預防，而細胞毒性反應的發生率與對比劑劑量呈正相關，低濃度對比劑可減輕其對血管內皮細胞及腎臟功能的潛在損害[14]。本研究中采用低濃度對比劑碘克沙醇270 mgI/mL，總碘量較常規組明顯減少，產生不良反應的概率明顯降低，對心、腎功能較差者尤為適用，且碘克沙醇270 mgI/mL為等滲對比劑，其滲透壓為290 mOsm/kg，與血漿相同，當對比劑進入血液循環后，不會增加血容量，從而可以減少心臟負擔，使患者更為舒適。由于對比劑濃度降低，血管強化的CT值會減低。CT值是物質X射線衰減系數在CT圖像上的反映,是構成CT圖像的基礎物質，而X射線衰減系數又取決于物質的密度、原子序數及X射線的能量。研究表明[15]：較低的管電壓(80 kV或者100 kV)與常用的120 kV比較可以提高碘對比劑的CT衰減值，具體結果為每mgI/mL提高30 Hu(100 kV)或者40 HU(80 kV)。本研究中使用碘濃度270 mgI/mL、80 kV時主動脈弓CT值均值為541.37 HU，碘濃度270 mgI/mL、100 kV時主動脈弓CT值均值為470.75 HU，而碘濃度370 mgI/mL、120 kV時主動脈弓CT值均值為423.05 HU，隨著管電壓的增加，CT值逐漸降低，同時也證明了上述觀點。這是由于低電壓的X線平均能量更接近碘的K值，光電效應作用更大，所以強化效果更好[16]。因此，使用低濃度對比劑，配合低電壓和迭代重建技術能夠保證血管腔內CT值。此外有研究表明碘對比劑的輸注速率越快，對團注碘的壓縮也越大，受檢者靶血管的強化效果越明顯，特別是對于血管彈性較差的患者，但是也要注意對比劑注射速率不能過快，否則容易引起對比劑的外滲，因而，本研究中采用5 mL/s流率注射對比劑，結果顯示：5 mL/s的流率血管顯影效果較好，且沒有一例對比劑外滲并發癥發生。

此外，本研究發現：雙低掃描時管電壓的選擇與患者的BMI值有一定相關，當患者BMI值<24 kg/m2時，采用80 kV能獲得良好的圖像，當BMI值>24 kg/m2時，采用80 kV圖像信噪比明顯降低，而采用100 kV能明顯提升圖像的信噪比。這是由于超重及肥胖人群BMI過大，隨著X線衰減變化導致探測器曝光改變而影響圖像噪聲，即X線穿透能力減弱，從而圖像的噪聲增加[17]。目前，對于頭頸部CTA雙低個性化掃描報道還很少，有相關文獻[18]報道了根據患者的體重指數給與相應的管電壓及造影劑濃度的個性化掃描。這樣既避免了體重指數小的患者接受不必要的輻射，也使得體重指數大的患者不會由于重建圖像質量差而不能滿足診斷要求。同時,根據經驗推薦：采用低劑量掃描時，當BMI≤24 kg/m2時，采用80 kV以盡可能的降低輻射劑量，而當BMI>24 kg/m2時應用100 kV以保證圖像足夠的信噪比。

盡管研究證實了雙低掃描的可行性，但本研究也存在一定的局限性：首先，樣本含量過少，患者間的個體差異較大從而影響結果的準確性；第二，血管病變的診斷缺乏金標準，有待與DSA進一步比較；第三，低管電壓組SNR和CNR相對較低，需對參數進行進一步優化；第四，未對患者BMI值進行分類統計，尚需更大樣本來進一步研究。

綜上所述，基于ASiR技術的雙低CTA檢查能在較大幅度降低碘攝入量及輻射劑量的同時獲得臨床滿意的圖像。合適管電壓的選擇應結合患者的BMI值，建議BMI臨界點采用24 kg/m2，BMI≤24 kg/m2時，采用80 kV；BMI>24 kg/m2時，采用100 kV。