下肢動脈計算機斷層成像血管造影的超低劑量成像分析

威晉，陳依林，王華，陳光亮，段青

近年來，隨著我國人口老齡化及生活方式的改變，下肢動脈栓塞性疾病的發病率越來越高[1]。下肢動脈栓塞性疾病通常表現為間歇性跛行、下肢疼痛、皮溫降低，同時常合并糖尿病、高血壓病、高脂血癥等。為了制定最佳治療方案，必須進行完整的影像學評估。數字減影血管造影(digital subtraction angiography, DSA)具有高空間和時間分辨率的特點。盡管存在成本高、侵入性檢查、僅有二維圖像等局限性，DSA仍被認為是診斷下肢動脈栓塞病變的“金標準”[2]。計算機斷層成像血管造影(computed tomography angiography, CTA)具有診斷準確率高及成本較低的優勢，目前已發展成為間歇性跛行或嚴重肢體缺血患者影像學診斷及評估中替代DSA的方案，但大量的CTA造影劑使用有致腎損傷的風險，而且過多的電離輻射也可能致癌，限制了CTA的應用[3]。

目前，減少輻射暴露的方法包括降低管電壓和調節管電流[4]。雖然電離輻射減少不可避免增加圖像噪聲，但可通過迭代重建方法來降低圖像噪聲[5]。已有許多下肢動脈掃描方案運用了多種方式的低劑量掃描[6-8]。本研究旨在評估采用低管電壓、低管電流的掃描方法結合自適應迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction-V, ASiR-V)的超低劑量下肢動脈CTA掃描策略的應用價值。

1 對象與方法

1.1 對象 收集2022年1月—2022年6月在筆者醫院住院治療的下肢動脈狹窄患者80例，均行下肢動脈CTA掃描，其中男性61例，女性19例，年齡(66.8±13.1)歲(30～94歲)。納入標準：年齡>18歲；體質量指數(body mass index, BMI)≤25 kg/m2；估計腎小球濾過率>60 mL/min；促甲狀腺激素(thyroid stimulating hormone, TSH)正常。排除標準：碘對比劑過敏史；嚴重肝腎功能不全者；掃描區域有金屬植入物。將患者分為2組：標準化低劑量掃描組(標準化組，n=40)和超低劑量掃描組(超低劑量組，n=40)。2 組患者的性別、年齡、身高等一般資料情況比較見表1。本研究經筆者醫院倫理委員會批準(倫理號2022KJT029)，患者均簽署書面知情同意書。

表1 標準化組和超低劑量組的一般情況比較

1.2 方法

1.2.1 CTA掃描參數 所有CTA 掃描均在GE 革命CT上(GE Revolution CT, GE Healthcare, Milwaukee, Wisconsin, USA)上進行，仰臥位、頭先進。所有患者掃描前均右肘正中靜脈埋置18 G留置針。標準化組采用100 kV的管電壓，管電流為自動管電流調節模式(automatic tube current modulation, ATCM)，使用濾波反投影(filtered back projection, FBP)模式進行重建；而超低劑量組管電壓均為80 kV，使用固定管電流50 mA，采用50%權重的ASiR-V(ASiR-V 50%)進行圖像重建。其余參數均相同，其中準直器寬度=0.6 mm，層厚=1.25 mm，重建間隔=1.0 mm，螺距=0.984，球管旋轉時間=1 rot/s。對比劑注射方案：非離子碘化造影劑(碘邁倫，400 mg/I，中國博萊科公司)，流速3.0 mL/s，總量70 mL，30 mL生理鹽水以同樣流速沖刷。采用care bolus掃描方案，即造影劑注射開始后10 s，在主動脈的腎動脈起源水平進行第1次參考掃描，并每秒重復1次，直至主動脈出現150 HU的增強，延時8 s后啟動掃描，掃描范圍從雙腎動脈水平至足底。

1.2.2 客觀圖像質量及輻射劑量 在GE AW 4.7后處理工作站上，分別在腹主動脈與髂總動脈分叉、股總動脈與股深動脈分叉、脛腓干及踝關節水平脛前動脈或脛后動脈的血管中心區測量其CT值與標準差(standard deviation, SD)值，所繪制感興趣區域(region of interest, ROI)為圓形。應選取血管中心處且接近管腔大小，同時應盡量避開管壁、軟板塊或鈣化斑塊等。當有血管完全閉塞時，則測量其鄰近血管替代；同時測量同層面血管旁肌肉組織的CT值和SD值。ROI大小與同層面血管測量的ROI相似，但應不小于40 mm2。繪制ROI時應選取密度均勻區域，同時避開硬化偽影、血管等(圖1)。所有ROI各測量3次，取其平均值。當有血管完全閉塞時，測其鄰近血管代替。按下列公式計算圖像的信號噪聲比(signal-to-noise ratio, SNR)、對比噪聲比(contrast-to-noise ratio, CNR)[9]：

ROI：感興趣區域。A：73歲男性患者，采用標準化低劑量掃描，血管ROI置于腹主動脈與髂總動脈分叉處，另一ROI置于同層面腰大肌。B：75歲男性患者，采用超低劑量掃描，血管ROI放置于股總動脈及股深動脈分叉水平，另一ROI置于血管旁肌肉。

SNR=血管平均CT值/血管SD值；

CNR=(血管平均CT值-肌肉平均CT值)/肌肉SD值

記錄所有患者的容積CT劑量指數(computed tomography dose index volume, CTDIvol)和劑量長度乘積(dose length product, DLP)。

1.2.3 主觀評分 為評估診斷性能，每位患者的下肢血管分為4個血管區域(腹主動脈-髂動脈、股-腘動脈、腘下動脈和足動脈)。由兩位副主任醫師級別血管影像專家根據橫斷位和曲面重建(curved planar reconstruction, CPR)圖像獨立評估CTA質量。基于圖像空間分辨率、血管是否顯示清晰、是否有偽影等方面采用5分法進行評估，意見不一致時取兩位副主任醫師級別血管影像專家進行評估的平均分(1分為圖像質量差，無法觀察血管；5分為圖像質量良好，血管顯示清晰。1、2分圖像無法用于診斷，3～5分圖像可用于診斷)。

2 結 果

2.1 客觀圖像質量 超低劑量組中各個血管測量區的CT值均高于標準化組(P<0.05)，且擁有更高的CNR(P<0.05)和SNR(P<0.05，表2)。

表2 標準化組和超低劑量組的CT值、CNR和SNR比較

2.2 輻射劑量 與標準化組比較，超低劑量組的CTDI明顯下降，每次掃描從(5.63±1.28)mGy[(3.6～8.66)mGy]降至(1.09±0.00)mGy[(1.09～1.09)mGy](P<0.05)，降低約81%；超低劑量組的DLP顯著下降，從(714.94±189.23)mGy·cm[(385.27～1 249.26)mGy·cm]降至(131.05±5.50)mGy·cm[(116.22～141.84)mGy·cm](P<0.05)(圖2)。

CTA：計算機斷層成像血管造影；MIP：最大密度投影；FBP：濾波反投影；CTDIvol：容積計算機體層成像劑量指數；DLP：劑量長度乘積；ASiR-V 50%：50%權重的自適應迭代重建。A：73歲男性患者，采用標準化的低劑量掃描(100 kV，自動管電流)+FBP圖像重建模式，CTDIvol及DLP分別為5.87 mGy和773.65 mGy·cm；B：75歲男性患者，采用超低劑量掃描方案(管電壓80 kV，管電流50 mA)+ASiR-V 50%圖像重建模式，CTDIvol及DLP分別為1.09 mGy和132.86 mGy·cm。

2.3 圖像主觀評分 超低劑量組的圖像評分與標準化組比較，差別無統計學意義(P>0.05，表3)。

表3 標準化組與超低劑量組主觀圖像質量評分比較

3 討 論

本研究發現，采用低管電壓和低管電流并結合ASiR-V技術的下肢CTA掃描協議有助于顯著減少輻射暴露，且能保持較高的圖像質量。

已有研究[10-12]評估了在下肢動脈CTA掃描中，采用較低管電壓對輻射劑量和圖像質量的影響。其中一項前瞻性的隨機性研究[10]比較了在64排螺旋CT中采用不同的管電壓預設值時，患者接受的電離輻射和圖像質量的差異，證實了將管電壓從120 kV降至80 kV，可以顯著降低CTDIvol(約61%)，同時對于圖像質量的影響較小。DUAN等[11]和PARK等[12]的研究均證實，使用70 kV的管電壓可得到更低的平均CTDIvol，圖像質量雖有下降但仍可用于診斷。由于 70 kV的超低管電壓在患者中容易產生較大的射線硬化偽影，其臨床應用一直存在較大爭議。PARK等[13]證實，當使用70 kV的管電壓進行掃描，盡管采用高級建模迭代重建(advanced modelled iterative reconstruction, ADMIRE)的算法進行圖像重建，但下肢動脈CTA的主觀圖像評分仍較低，影響診斷信度。因此，本研究選擇80 kV為超低劑量組的管電壓，以確保圖像質量滿足診斷。

除了降低管電壓外，降低管電流同樣可以減少電離輻射。本研究中，筆者醫院的標準低劑量掃描采用ATCM模式，此模式可以依據患者的軟組織厚度等對每一掃描層面的管電流進行調節，降低實時管電流，以達到降低總輻射劑量的目的，在胸部和腹部掃描中已被廣泛應用于低劑量掃描[14-15]。但實際應用中發現，使用ATCM模式時，由于骨盆皮下軟組織較厚、骨組織較多，在骨盆水平測得的實際管電流較大。雖然ATCM模式降低了總掃描劑量，但盆腔重要器官如子宮、附件或前列腺等所接受的輻射劑量較大，無法達到真正的降低輻射的目的[16]。本研究超低劑量掃描組中，將管電流固定于50 mA的超低水平，使得盆腔范圍的管電流相對較低且總輻射劑量不高。

由于在其他條件不變的情況下，管電壓和管電流均降低時，圖像的SNR和CNR會出現較大幅度下降而影響診斷信度。因此，為了保持圖像質量，通常應用迭代重建模式替代傳統的FBP重建模式[17]。ASiR-V技術是通過自適應技術對掃描的原始數據進行迭代計算，從而達到降低圖像噪聲的目的，適用于減少管電壓和管電流后由于光子數的不足所致圖像噪聲顯著升高的情況。研究[18]證實，在 80 kV管電壓模式下，采用更低的管電流(140 mAs)和迭代重建模式后，圖像質量與使用 120 kV、180 mAs及FBP重建的掃描策略相當，而輻射劑量顯著降低。ASiR-V的重建權重可以從 0%～100% 間隔 10% 進行調節，權重值越高降噪能力越強(100%權重可以得到最強的降低噪聲能力)。但在實際臨床應用中，ASiR-V權重值過高則會使得圖像均勻性增高，圖像表現出“塑料樣”偽影而無法滿足診斷要求。研究[19-20]表明，采用 60%～70% 的ASiR-V權重時，反而會降低主觀圖像質量。另一項針對布-加綜合征患者門靜脈、肝靜脈及下腔靜脈的評估中[21]，分析了迭代重建權重從0%～100%的圖像質量，認為 50% 的重建權重可以得到最佳的圖像質量用于診斷。此外，迭代重建的權重越高，重建所需時間也越長[22]。因此，本研究的超低劑量組運用了ASiR-V 50%的重建模式以提高低管電壓和管電流條件下的圖像質量，結果表明，與筆者醫院下肢動脈CTA的標準低劑量掃描策略比較，這種低管電壓、低管電流輔以ASiR-V 50% 的組合可以顯著降低輻射劑量，其中CTDIvol約降低81%，DLP則從(714.94±189.23)mGy·cm降至(131.05±5.50)mGy·cm。而在圖像質量方面，超低劑量組下肢血管的CT值均高于標準化低劑量組，且具有更高的SNR和CNR，即超低劑量組客觀圖像質量更佳；兩者圖像質量的主觀評分除超低劑量組腘下動脈節段高于標準化組外，差別無統計學意義，可見此超低劑量掃描方案不僅可使患者接受的輻射劑量顯著降低，還能夠提供優質的圖像。國內有研究[23]采用80 kV管電壓結合ATCM技術行下肢動脈CTA成像，得到的CTDIvol高于本次超低劑量組80 kV結合50 mA固定管電流組合的CTDIvol[(2.25±0.45)mGyvs(1.09±0.00)mGy]。可見相同kV下，采用較低的固定管電流可能較ATCM技術得到更低的輻射劑量。本研究的管電流選擇50 mA 而沒有選擇更低值，主要是考慮若過于降低管電流，在更低輻射劑量下，對于小腿和足部相對細小血管的顯示可能欠佳，使得圖像質量無法達到診斷需求，此種情況下患者需要重新接受掃描，于倫理不符。此外，低管電壓的應用同時可以減少造影的碘負荷。本研究中的標準低劑量掃描和超低劑量掃描均采用3.0 mL/s的造影劑注射速率和70 mL 的注射總量，較國內外一些研究低[2,10]。

本研究的局限在于：(1)受試者數量較少。(2)未將診斷結果與DSA結果進行比較，也未對診斷準確率進行研究。(3)本研究未將高BMI患者(BMI>25 kg/m2)納入研究。下一步研究希望募集更多受試者，擴大納入標準，計劃將25 kg/m2