低管電壓、低對(duì)比劑用量和大螺距在雙期減影頭頸血管CTA中的運(yùn)用

鄭小丹， 李蛟， 胡軍武， 黃文華， 沈威， 張進(jìn)華

隨著多排螺旋CT的快速發(fā)展，具有非侵入性、診斷符合率高特點(diǎn)的計(jì)算機(jī)體層血管成像(computed tomography angiography，CTA)在頭頸部血管性疾病中得到廣泛應(yīng)用。然而CT的輻射性和對(duì)比劑引起的腎臟損害的風(fēng)險(xiǎn)已引起越來(lái)越多的關(guān)注。因此，在保證圖像質(zhì)量的情況下減少CT輻射劑量和對(duì)比劑用量是臨床工作中所關(guān)注的重點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)管電壓80 kVp的X射線光子能量為43.7 keV，與碘原子K臨界值最為接近，所以衰減值會(huì)上升。CT值的公式CT值=(μ物-μ水)/μ水×1000(HU)提示：當(dāng)管電壓降低并接近80 kVp時(shí)，含碘對(duì)比劑的CT值會(huì)增加[1]，從而減少對(duì)比劑用量成為可能，該技術(shù)現(xiàn)已用于胸腹部臟器、腦血管、頭頸血管等各種器官的CT血管成像[2-8]。大螺距掃描能有效減少輻射劑量，但圖像噪聲會(huì)相應(yīng)增加，已被用于主動(dòng)脈和冠脈等部位血管成像[9-10]。本研究比較使用低管電壓(80 kVp)、低對(duì)比劑用量結(jié)合大螺距掃描方式和常規(guī)掃描方式的頭頸部CTA的圖像質(zhì)量和輻射劑量，旨在探討低管電壓(80 kVp)、低對(duì)比劑用量結(jié)合大螺距掃描在頭頸部血管CTA檢查中的可行性和穩(wěn)定性。

材料與方法

1.研究對(duì)象

本研究搜集了本院2018年9月-10月行頭頸部CTA檢查的患者共50例，隨機(jī)分為A組和B組，每組25人。納入標(biāo)準(zhǔn)：懷疑頭頸部血管疾病的患者，臨床癥狀包括頭痛、頭暈、惡心、嘔吐、麻木、虛弱或意識(shí)障礙、行走不穩(wěn)和言語(yǔ)問(wèn)題等。排除標(biāo)準(zhǔn)：嚴(yán)重心、肝或腎功能不全者，孕婦或哺乳期婦女，有碘過(guò)敏史者以及檢查前行顱內(nèi)植入動(dòng)脈瘤夾閉等手術(shù)者。A組男6例，女19例，平均年齡(49.16±10.97)歲，體質(zhì)量指數(shù)(body mass index，BMI)(23.00±2.56) kg/m2；B組男12例，女13例，平均年齡(54.20±11.80)歲，BMI(22.85±2.89) kg/m2。本研究已通過(guò)本院倫理委員會(huì)審核，患者均已簽署知情同意書。

2.CT掃描和對(duì)比劑注射協(xié)議

所有檢查在320排東芝Aquilion ONE Dynamic Volume CT 上進(jìn)行。頭頸部CTA患者均進(jìn)行平掃和增強(qiáng)掃描，平掃完成后再進(jìn)行增強(qiáng)掃描，保證兩次掃描范圍一致，掃描范圍從氣管隆突至頭頂，獲得兩期圖像后做血管減影。增強(qiáng)監(jiān)測(cè)層面與掃描起始層面相同即氣管隆突層，興趣區(qū)(region of interest，ROI)放置在降主動(dòng)脈層面，同層動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)ROI的CT值，利用自動(dòng)推注跟蹤程序觸發(fā)掃描，注射對(duì)比劑后10 s開(kāi)始監(jiān)測(cè)。A組監(jiān)測(cè)條件為100 kVp，50 mA，有效管電流為25 mAs，旋轉(zhuǎn)時(shí)間為0.5 s，觸發(fā)閾值設(shè)為180 HU，到達(dá)閾值后立即啟動(dòng)掃描；B組監(jiān)測(cè)條件為80 kVp，50 mA，有效管電流為50 mAs，旋轉(zhuǎn)時(shí)間為0.5 s，觸發(fā)閾值設(shè)為210 HU，到達(dá)閾值后立即啟動(dòng)掃描。A組掃描參數(shù)：100 kVp，螺距0.810。B組掃描參數(shù)：80 kVp，螺距1.390。其余參數(shù)兩組一致：準(zhǔn)直256×0.625 mm，旋轉(zhuǎn)時(shí)間0.5 s，層厚1.0 mm，層間距0.8 mm，圖像矩陣512×512，視野250 mm×250 mm，自動(dòng)管電流調(diào)控，AIDR 3D標(biāo)準(zhǔn)圖像質(zhì)量重建。

采用高壓注射器將對(duì)比劑碘佛醇(320 mg I/mL)通過(guò)18G留置針經(jīng)右肘中靜脈注入患者體內(nèi)。A組雙期注射：以5 mL/s流率注射50 mL對(duì)比劑，隨后以相同流率注射30 mL鹽水；B組三期注射：以6 mL/s流率注射24 mL對(duì)比劑，隨后以相同流率注射18 mL對(duì)比劑和生理鹽水混合液(1:1混合)，最后以相同流率注射30 mL生理鹽水。

3.客觀和主觀圖像質(zhì)量評(píng)估

客觀圖像質(zhì)量評(píng)估通過(guò)畫圓形ROI測(cè)量升主動(dòng)脈(氣管隆突水平)、雙側(cè)頸總動(dòng)脈(假聲帶水平)、雙側(cè)頸內(nèi)頸外動(dòng)脈(頸內(nèi)頸外分叉水平)和雙側(cè)大腦中動(dòng)脈的CT值和標(biāo)準(zhǔn)差(SD值)，同時(shí)測(cè)量上述水平的：胸大肌、胸鎖乳突肌、頭長(zhǎng)肌和腦組織的CT值和標(biāo)準(zhǔn)差(SD值)，測(cè)量血管的ROI要放置在血管中心，占腔的大小約2/3左右，同時(shí)避過(guò)血管壁、鈣化或金屬偽影，測(cè)量肌肉的ROI=0.25 cm2，避過(guò)偽影等。分別計(jì)算頸部血管和腦血管信噪比(SNR)和對(duì)比度噪聲比(CNR)。計(jì)算公式如下：

(1)

(2)

由兩位有6年以上頭頸部CTA診斷經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)生評(píng)估圖像質(zhì)量，對(duì)患者的掃描方案和研究設(shè)計(jì)不知情，在橫軸面、多平面重組和VR圖像上評(píng)估圖像質(zhì)量。血管圖像質(zhì)量分為1～5分：5分，血管完全充滿，均勻的血管內(nèi)密度和銳利的血管壁，無(wú)偽影；4分，血管充滿，血管內(nèi)密度均勻，血管壁輕微模糊或輕度偽影；3分，血管通常充滿，血管內(nèi)密度不均勻，血管壁略微模糊或輕度偽影，但仍可評(píng)估圖像；2分，血管內(nèi)血管密度不均勻，血管壁模糊，有明顯偽影，評(píng)估有限；1分，血管無(wú)法識(shí)別，有明顯的偽影，無(wú)法診斷。評(píng)分≥3的圖像被認(rèn)為具有診斷價(jià)值，而評(píng)分<3分的圖像被認(rèn)為不具有診斷價(jià)值。如果觀察員之間存在分歧，雙方最終協(xié)商達(dá)成一致。

圖1 A組，女，57歲，身高163 cm，體重60 kg，管電壓100 kVp，螺距0.810。a、c)頸部和腦部血管VR圖像； b、d)頸部和腦部血管MIP圖像。 圖2 B組，女，60歲，身高165 cm，體重65 kg，管電壓80 kVp，螺距1.390。a、c)頸部和腦部血管MIP圖像； b、d)頸部和腦部血管VR圖像。

4.輻射劑量評(píng)估

計(jì)算機(jī)斷層掃描劑量指數(shù)(CTDIvol)(mGy)和劑量-長(zhǎng)度乘積(DLP)(mGy·cm)由CT機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)生成。有效劑量(ED)(mSv)計(jì)算公式為：ED=DLP×k，k是轉(zhuǎn)換因子。在頭頸部CTA中，k值設(shè)定為0.0031 mSv/(mGy·cm)[11]。碘的含量(mg I)=對(duì)比劑濃度(mg I/mL)×對(duì)比劑劑量(mL)。

5.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 23.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。連續(xù)數(shù)據(jù)表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，符合正態(tài)分布數(shù)據(jù)利用兩個(gè)獨(dú)立樣本的t檢驗(yàn)來(lái)比較，不符合正態(tài)分布數(shù)據(jù)用Mann-Whitney U檢驗(yàn)比較。分類數(shù)據(jù)采用卡方檢驗(yàn)比較。圖像質(zhì)量的主觀評(píng)分使用Mann-Whitney U檢驗(yàn)比較。觀察者對(duì)圖像質(zhì)量的一致性用Kappa檢驗(yàn)，Kappa<0.4，一致性差，0.40.75，一致性好。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1.患者一般情況

A組與B組患者的年齡、性別和BMI差異沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05，表1)。

表1 患者一般情況

注：*為卡方值。

2.輻射劑量和碘總量

B組的平均CTDIvol比A組低[(59.84±14.59)mGy vs (76.11±24.16)mGy，Z=-2.396，P=0.017]，B組的平均DLP比A組低[(275.54±22.73)mGy·cm vs (508.43±89.61)mGy·cm，Z=-6.063，P<0.001]，B組的ED低于A組[(0.85±0.07)mSv vs (1.58±0.28)mSv，Z=-6.063，P<0.001]，見(jiàn)表2。B組使用了33 mL對(duì)比劑，碘總量為10.56 g，A組使用了50 mL對(duì)比劑，碘總量為16 g，B組使用的對(duì)比劑比A組少34%。

表2 兩組輻射劑量和碘總量

3.圖像質(zhì)量

客觀圖像質(zhì)量評(píng)估中，兩組頭頸部各段血管所測(cè)CT值都在300 HU以上，滿足臨床血管疾病的診斷需要。兩組頭頸部各段血管的CT值基本一致，差異沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05，表3)。兩組間各段血管的SNR和CNR也基本一致，差異沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05，表3)。

兩組所有圖像都滿足臨床診斷(圖1)。A組主觀圖像質(zhì)量評(píng)分為4.86±0.34，B組主觀圖像質(zhì)量評(píng)分為4.78±0.41，兩組差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=-0.725，P=0.468)。兩組觀察者對(duì)圖像質(zhì)量評(píng)分的一致性良好(A組Kappa=0.834，B組Kappa=0.884)。

表3 客觀圖像質(zhì)量分析

討 論

隨著CT技術(shù)的快速發(fā)展，在臨床實(shí)踐中已經(jīng)應(yīng)用了一些技術(shù)來(lái)降低輻射劑量，例如管電流的自動(dòng)調(diào)控、降低管電壓、大螺距和新迭代算法的運(yùn)用等[12-15]。本研究采用了低管電壓和大螺距來(lái)降低輻射劑量，但這會(huì)增加圖像噪聲影響診斷，為了彌補(bǔ)這一點(diǎn)，兩組檢查都采用了具有高空間分辨力、低噪聲和出色圖像的AIDR 3D算法來(lái)降低圖像噪聲[16-19]。CTA檢查中影響動(dòng)脈增強(qiáng)的重要因素是對(duì)比劑的注射流率、碘濃度、注射持續(xù)時(shí)間(推注加寬和再循環(huán)的累積效應(yīng))和心輸出量。本研究中兩組對(duì)比劑注射流率和注射持續(xù)時(shí)間不一致的原因是：CTA檢查中對(duì)比劑注射流率與掃描持續(xù)時(shí)間必須相匹配，對(duì)比劑注射流率增加會(huì)導(dǎo)致時(shí)間密度曲線(time-density curve，TDC)曲線峰值增高，注射流率較大的實(shí)驗(yàn)組會(huì)獲得更好的圖像質(zhì)量，但是，伴隨著TDC曲線峰值增高，最佳掃描時(shí)間窗口會(huì)變窄，如果掃描持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，在最佳時(shí)間窗口進(jìn)行掃描的幾率變小，會(huì)導(dǎo)致圖像質(zhì)量不佳，所以為了避免這種情況，一是加大注射對(duì)比劑總量延長(zhǎng)注射持續(xù)時(shí)間即加寬最佳掃描時(shí)間窗口，實(shí)驗(yàn)組雙期注射對(duì)比劑時(shí)間加起來(lái)為7 s，掃描時(shí)間為4 s，這樣給掃描預(yù)留了3 s的空檔，以保證掃描成功；二是加快掃描速度減少掃描持續(xù)時(shí)間，這也是本研究選擇大螺距掃描的理由。同時(shí)本研究中兩組監(jiān)測(cè)條件不一致，A組監(jiān)測(cè)條件為100 kVp，50 mA，有效管電流25 mAs，觸發(fā)閾值設(shè)為180 HU，B組監(jiān)測(cè)條件為80 kVp，50 mA，有效管電流50 mAs，觸發(fā)閾值設(shè)為210 HU。有效管電流的不同是因?yàn)锽組監(jiān)測(cè)管電壓比A組低，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致圖像噪聲增加，一方面影響操作者觀察監(jiān)測(cè)層面圖像，另一方面太大的噪聲會(huì)引起誤觸發(fā)掃描，所以為了減少圖像噪聲使其維持在一定范圍，就必須相應(yīng)的提高監(jiān)測(cè)的有效管電流。而實(shí)驗(yàn)組觸發(fā)閾值設(shè)置較高的原因，一是因?yàn)榈獾膋緣效應(yīng)，80 kVp時(shí)血管內(nèi)碘的衰減比100 kVp時(shí)大，TDC曲線峰值增高，二是因?yàn)榇舐菥鄴呙钑r(shí)掃描時(shí)間變短，這樣保證了即使設(shè)置較高的閾值，掃描比對(duì)照組稍晚，但掃描窗口依然落在合理的范圍內(nèi)，一方面不會(huì)加劇靜脈的干擾，另一方面能提高信號(hào)強(qiáng)度，在噪聲增大的時(shí)候依然有較高的信噪比。

Yu等[20]和Luo等[21]分別探討了100 kVp結(jié)合AIDR 3D迭代重建在頭頸部和頭部血管CTA中降低輻射劑量的應(yīng)用，100 kVp結(jié)合AIDR 3D迭代重建的實(shí)驗(yàn)組與120 kVp結(jié)合FBP重建的對(duì)照組相比，分別降低輻射劑量71%和45%，而圖像質(zhì)量不變。李瑋等[22]發(fā)現(xiàn)在頭頸CTA成像中100 kVp結(jié)合AIDR 3D迭代重建的實(shí)驗(yàn)組比120 kVp結(jié)合AIDR 3D迭代重建的對(duì)照組，DLP降低24.96%，而圖像質(zhì)量不變。Zhang等[8]研究了頭頸血管CTA成像中270 mg I/mL、80 kVp結(jié)合AIDR 3D迭代重建的實(shí)驗(yàn)組與320 mg I/mL、120 kVp結(jié)合FBP重建的對(duì)照組相比，輻射劑量減少50%，對(duì)比劑用量減少15.6%，而實(shí)驗(yàn)組圖像質(zhì)量明顯提高。本實(shí)驗(yàn)研究頭頸血管CTA成像中100 kVp，0.810螺距和50 mL對(duì)比劑為對(duì)照組，探討80 kVp、1.390大螺距和33 mL對(duì)比劑的實(shí)驗(yàn)組進(jìn)一步降低輻射劑量的可行性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組相比有效輻射劑量降低45.8%，對(duì)比劑用量降低34%，而兩組的主觀圖像質(zhì)量和客觀圖像質(zhì)量都沒(méi)有太大差別。眾所周知，碘對(duì)比劑和對(duì)比劑腎病之間存在劑量相關(guān)性，本研究實(shí)驗(yàn)組對(duì)比劑用量降低34%，可以降低對(duì)比劑腎病的發(fā)生率。根據(jù)國(guó)家健康委員會(huì)最新發(fā)布的《X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影成年人診斷參考水平》，顱腦CTA和頸部CTA 25%位數(shù)的CTDIvol和DLP分別為15 mGy、420 mGy·cm和10 mGy、390 mGy·cm，本研究中對(duì)照組A組已經(jīng)達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，而實(shí)驗(yàn)組B組比這個(gè)基礎(chǔ)還低，顯著降低了輻射劑量。Yu等[17]發(fā)現(xiàn)頭頸部血管CTA中80 kVp、自動(dòng)管電流調(diào)制結(jié)合AIDR 3D算法比100 kVp、自動(dòng)管電流調(diào)制結(jié)合AIDR 3D算法可以在BMI<25 kg/m2的患者中產(chǎn)生具有低輻射劑量的高質(zhì)量圖像，而在BMI>25 kg/m2的患者中效果不明顯。本研究未根據(jù)BMI將患者進(jìn)行分組，實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組相比也獲得低輻射劑量的高質(zhì)量圖像。

本研究也有一些局限性：首先，由于倫理道德問(wèn)題，不可能在個(gè)體內(nèi)比較100 kVp和80 kVp兩組協(xié)議；其次，納入樣本量不大，為了進(jìn)一步評(píng)估實(shí)驗(yàn)組的穩(wěn)定性和可靠性，需要在更大的樣本中進(jìn)行研究；最后，本研究沒(méi)有將兩組與DSA金標(biāo)準(zhǔn)相比較，僅評(píng)估了定量和定性圖像質(zhì)量，下一步可以研究實(shí)驗(yàn)組在動(dòng)脈狹窄和動(dòng)脈瘤等疾病中的診斷特異度和敏感度。

綜上闡述，本研究結(jié)果顯示，低管電壓(80 kVp)、低對(duì)比劑用量結(jié)合大螺距掃描比100 kVp、小螺距掃描輻射劑量明顯降低，對(duì)比劑用量明顯減少，而頭頸部CTA圖像質(zhì)量不變，值得臨床推廣應(yīng)用。