能譜CT多參數評估5種濃度碘對比劑對胸主動脈增強效能的研究

王婷婷 曹 鋒 王裴培 陳玉蘭 王傳彬 吳瑤媛 董江寧*

近年來，能譜CT掃描在全身血管成像中應用廣泛。既往研究表明，在常規增強CT掃描中，通過規范化、標準化不同濃度碘對比劑注射方案，即將碘注射率(Iodine delivery rate，IDR，g I/s)和碘總量(mg I/kg)統一標準，實行個體化對比劑劑量方案時，圖像質量的主觀評價無統計學差異。而在相關能譜CT掃描等相關研究方面，也多在低濃度、低劑量對比劑的使用方案中能獲得優異的血管圖像質量等研究。本研究旨在通過利用能譜多參數及定量分析的方法，驗證5種不同濃度碘對比劑在胸主動脈增強效能方面的研究，進一步通過定量的分析方法比較不同品種對比劑在胸部血管中能否達到相同增強效能及獲得優異的圖像質量，為不同品種對比劑應用提供更多選擇方案。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2018年1月至2019年3月在安徽省腫瘤醫院就診的150例行胸部CT增強掃描患者，其中男性86例，女性64例；年齡28～74歲，平均年齡(45.6±7.2)歲。采用數表法將其隨機分為5組，每組30例，5組胸部CT增強掃描患者采用5種不同的碘對比劑濃度，分別為270 mg I/ml(270組)、300 mg I/ml(300組)、320 mg I/ml(320組)、350 mg I/ml(350組)和370 mg I/ml(370組)。

1.2 納入與排除標準

(1)納入標準：①體質量指數(body mass index，BMI)18.5～24.9 kg/m2；②需行胸部CT增強掃描患者；③無心肺功能不全。

(2)排除標準：①心肺功能不全、循環功能障礙以及其他影響胸部血管循環的疾病；②對碘對比劑過敏。

1.3 儀器設備

采用Discovery CT 750 HD型寶石能譜CT機(美國GE公司)。

1.4 檢查方法

(1)采用Discovery CT 750 HD型寶石能譜CT機對所有患者進行掃描前，訓練患者呼吸運動，掃描范圍從胸廓入口至兩側肋膈角下緣水平。采用寶石能譜CT成像(gemstone spectral imaging，GSI)掃描模式進行胸部平掃及雙期動態增強，管電壓為120 kV，管電流為375 mA，機架旋轉時間為0.7 s，螺距為1.375∶1，視野為50 cm×50 cm，層厚為5.0 mm，重建間隔為5.0 mm，重建算法采用標準軟組織算法。

(2)雙筒高壓注射器經外周靜脈團注對比劑，根據公式碘注射率=(對比劑濃度)×對比劑注射速率；碘總量=(對比劑濃度)×對比劑劑量。5組的注射速率及總劑量分別為：270組(碘克沙醇)4.1 ml/s，1.6 ml/kg；300組(碘海醇)3.6 ml/s，1.4 ml/kg；320組(碘克沙醇)3.4 ml/s，1.3 ml/kg；350組(碘佛醇)3.1 ml/s，1.2 ml/kg；370組(碘普羅胺)3.0 ml/s，1.1 ml/kg，注射前將對比劑預熱至37 ℃。應用智能追蹤技術(Smart prep)，將氣管隆突下水平胸主動脈作為興趣區，觸發閾值為120 HU，達到閾值后即刻動脈期掃描；動脈期掃描結束后延遲30 s靜脈期掃描。

1.5 圖像處理及數據分析

掃描結束后，自動重建層厚和間隔均為1.25 mm的原始圖像，將數據傳至AW4.6工作站，利用GSI Viewer軟件進行后處理，重建出70 keV的單能量圖像，測量氣管隆突下緣水平胸主動脈CT值(CT胸主動脈)，同層面豎脊肌CT值(CT豎脊肌)、同層皮下脂肪的標準差(standard deviation，SD)，感興趣區(region of interest，ROI)覆蓋胸主動脈血管斷面面積的1/2～2/3，同時避開血管壁及鈣化區。上述所有數據均測量3次，取平均值作為最終結果，計算對比噪聲比(contrast noise ratio，CNR)值和信噪比(signal noise ratio，SNR)值。

CNR=(CT胸主動脈-CT豎脊肌)÷SD；SNR=CT胸主動脈＋SD。測量并記錄有效原子序數、碘基值及水基值，同時記錄40 keV和110 keV的CT胸主動脈值，并計算出能譜增強曲線斜率。

1.6 統計學方法

采用SPSS25.0統計學軟件處理數據。經檢驗計量資料均符合正態分布和方差齊性，數據采用()表示。CT胸主動脈值、CNR、SNR、能譜增強斜率、有效原子序數、碘基值和水基值采用LSD-t檢驗進行兩兩比較，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 五種不同碘濃度對比劑組間胸主動脈CT值、CNR及SNR值的比較

使用不同計量對比劑的5組患者CT胸主動脈值、CNR和SNR均服從正態分布，組間進行兩兩比較差異均無統計學意義(F=0.652，F=0.988，F=0.143；P＞0.05)，見表1。

表1 五種不同碘濃度對比劑組間CT值、CNR及SNR值的比較()

表1 五種不同碘濃度對比劑組間CT值、CNR及SNR值的比較()

注：表中CNR為對比噪聲比；SNR為信噪比

2.2 五組間能譜曲線增強斜率、有效原子序數、碘基值及水基值比較

使用不同計量對比劑的5組患者間，能譜增強斜率、有效原子序數、碘基值及水基值差異性均無統計學意義(F=0.544，F=1.224，F=0.710，F=0.589；P＞0.05)，見表2。

3 討論

隨著能譜CT的快速發展，有越來越多的研究表明，能譜CT掃描技術除了結合低濃度或低劑量對比劑能獲得優異的圖像質量[1]之外，還可獲得較多的定量信息，以綜合評價胸主動脈血管增強效能。既往研究中，對比劑使用種類繁多、濃度不固定，盡管臨床實際工作中可以通過調整對比劑的注射速率和對比劑的濃度達到胸主動脈血管強化程度相對滿意的增強效果，但是造影劑的應用尚無統一標準[2-3]。

表2 五組間能譜曲線斜率、有效原子序數、碘基值及水基值比較()

表2 五組間能譜曲線斜率、有效原子序數、碘基值及水基值比較()

本研究旨在通過對5種不同碘濃度對比劑進行個體化對比劑應用方案，即碘注射率為1.2 g I/s和碘總量為420 m I/kg的條件下，通過比較5種不同濃度造影劑在應用能譜增強CT掃描條件時，動脈期胸主動脈血管CT值、CNR、SNR、能譜增強斜率、有效原子序數、碘基值以及水基值等能譜參數差異是否存在統計學意義，探討不同碘濃度對比劑能否在胸部血管增強方面達到相似的增強效能，為不同品種對比劑的選擇應用提供參考依據。

眾所周知，碘作為CT對比增強的主要成分，能譜碘基物質圖能夠客觀、直接的反映對比增強后被檢組織的真實碘含量，相對于CT增強掃描強化程度而言，碘濃度含量是增強后組織對碘對比劑攝取的直接量化反應。而能譜CT是近年來應用于臨床的一種新技術，是具有多參數、定量分析的新型成像模式，其在雙能量掃描條件下實現的CT功能成像技術，可瞬時完成高低能量切換，在40～140 keV范圍內形成單能量圖像重建，對血管與周圍組織進行有效顯示[4-6]。

由于70 keV單能圖像的CT值最接近120 kVp混合能量CT圖像，因此本研究在70 keV單能圖像上進行相關能譜參數的測量和統計分析[7]。本研究測量氣管隆突水平胸主動脈管腔CT值、同層面豎脊肌CT值以及同層面皮下脂肪SD，并記錄相關能譜參數。經記錄并計算得到胸主動脈管腔內CT值、CNR及SNR，通過統計分析得出5組間CT值、CNR及SNR值差異無統計學意義，這表明在相同碘注射率及碘總量條件下，能譜增強CT掃描與常規增強CT掃描在評價血管增強效能方面一致，即獲得相似的血管增強效果及圖像質量，這與曹鋒等[8]研究結果一致。

同時，本研究比較了5組間能譜增強斜率、有效原子序數、碘基值及水基值等能譜參數值，且差異亦無統計學意義。其中能譜曲線是物質或結構的衰減(CT值)隨X射線能量變化的曲線，不同成分的物質，其衰減曲線斜率會存在差異，而斜率相近，表明兩者之間具有同源性，即表明本研究中5種不同濃度對比劑在標準化應用方案時具有相似的血管增強效能[9]；而有效原子序數是能譜成像中對無機物精確分析的重要方法[10]。本研究中5組間有效原子序數差異無統計學意義，表明5組間不同對比劑對X射線衰減無統計學差異。本研究中，碘基值及水基值差異無統計學意義，其中，碘基物質圖是通過注射含碘對比劑后，利用物質分離的功能定量測量不同組織區域內含碘濃度值，即表明在標準化對比應用方案前提下，5組間胸主動脈血管管腔內含碘量差異無統計學意義，同時血管腔內含水量差異亦無統計學意義[11]。

本研究不足之處為：未在每個病例圖像最佳單能量條件下進行相關參數測定及比較，而僅進行了胸主動脈血管能譜增強效能比較，未進行相關胸部細小血管增強效能比較，且未對實質臟器進行增強效能研究。

4 結論

本研究通過標準化碘對比劑應用方案，采用能譜CT掃描時，除進行比較常規增強CT掃描血管增強效能的評價指標CT值、CNR和SNR以外，還進一步比較了能譜相關參數，即能譜增強斜率、有效原子序數、碘基值及水基值等能譜定量參數，差異均無統計學意義，其結果表明，不同濃度造影劑在相同碘注射率與碘總量條件下，均能夠獲得相似的增強效果，為臨床提供更為精準和直接的血管增強效能評價標準，以及為臨床靈活選擇使用不同品種對比劑提供參考依據。