光譜CT聯合低對比劑量個性化方案在下肢CTA中的應用研究

Application of spectral CT combined with a low-contrast dose personalized protocol in lower extremity CTA

LI Xin，HUANG Guangyi， YANG Peng， YANG Xuri，WU Ling，LU Xiaoling（Department of Medical Imaging，Nanxishan Hospital of GuangxiZhuang AutonomousRegion，Guilin541OO2，Guangxi，China）

【Abstract】ObjectiveTo explore thefeasibilityofreplacing theconventional dose protocol witha dual-layer detector spectral CT（DLCT）combinedwithalow-contrastdosepersonalized injection protocol inlower extremity CTangiography （CTA），andtoevaluate its imagequalityMethodsA prospective，randomized，controlleddesign wasemployed inthis study，enrolling64patientswithclinicallysuspected lower extremityatherosclerosis from June2O23 toNovember 2024（2 patients were excluded，leavingafinal sampleof 62 patients）.Theparticipantswererandomlydivided intocontrol group （ n=30 ，usingthe conventional contrast dose combined with hybrid iterative reconstruction）and experimental group （ n=30 ， usingan individualizedlow-doseprotocolbasedonbody weightcombined with hybrid iterativereconstruction and 40-120 keVvirtualmonochromaticimaging[VMI]）.Imageanalysis was performed byanexperienced technicianatastandardized workstation.Regionof interest（ROI）was drawninthelumenofthebilateralsuperficialfemoralarteries（SFA），popliteal arteries（PA），anteriortibialarteries（ATA），anddorsalispedisarteries（DPA），aswellasintheadjacentmuscle tisues.CT valuesand noise levels were measured quantitatively，and the signal-to-noiseratio （SNR）and contrast-to-noise ratio（CNR）were calculated. Independent-samples t -tests were used to compare the objective parameters between the two groups，andtwoseniorphysicianswereblindedtosubjectivelyevaluatetheimagesbya5-pointscale（vasculardisplayclarity，degreofartifacts，anddiagnosticconfidence）.Inadition，Wilcoxonsigned-ranktestwasusedforstatisticalanalysisof paired samples.ResultsAt allanatomical levels，the CT values，SNR，and CNR of the experimental group's VMI at 40 keVand 5O keV were higher than those of the control group，and diference was statistically significant （ Plt;0.05 ）. Subjective evaluation showed that the scores for the SFA segment at 40keV and 50keV in the experimental group were higher，and difference was statistically significant（all Plt;0.05 ）.There were no statistically significantdifferences in the scores forthe other segments of the vessels（all Pgt;0.05 ）.Conclusion DLCT combined with a low-contrast-dose protocol individualized by bodyweightcan not onlyachieve areduction incontrast agent dosage but alsoobtain vascular imaging qualitycomparable to that of conventional doses when using VMI at ，which can provide a new technical pathway for optimizing lower extremity arterial CTA examination protocols.

【Keywords】dual-layer detectorspectral CT（DLCT）；low-contrastdose；conventional contrastdose；virtual monoenergetic imaging（VMI）； lower extremity CTA

下肢動脈CT血管成像（CTA）在外周動脈疾?。╬eripheralarterydisease，PAD）的診斷與評估中具有重要價值[1]。然而，傳統CTA掃描通常依賴高劑量碘對比劑（contrastmedia，CM），這可能增加腎功能損傷的風險，尤其是對于腎功能受損的患者[2]?，F有文獻中，關于雙層探測器光譜CT（dual-layerspectralCT，DLCT）結合低對比劑量的研究大多采用固定劑量的對比劑注射方案，缺乏基于患者體重的個性化注射方案。此外，DLCT在劑量優化中的臨床應用驗證仍較少。因此，如何在保證影像質量的前提下降低對比劑用量，已成為臨床研究的重點方向之—[3]。DLCT作為一種先進的成像技術[4]，能夠基于不同能級的X射線分布，實現物質成分分解、光譜優化及虛擬單能級成像（virtualmonoenergetic ima-ging，VMI）重建[5]。VMI技術可在低keV（如40～70keV）范圍內增強碘對比，提升血管顯影效果，從而有可能在減少對比劑用量的同時保持優質成像[6]此外，DLCT還能降低偽影干擾，進一步改善影像質量[7]。本研究提出基于體重的低對比劑量個性化注射方案，旨在優化對比劑的使用效率，減少其用量，并評估其對影像質量的影響。通過比較不同成像方案的CT值、信噪比（signal-to-noise ratio，SNR）對比噪聲比（contrast-to-noiseratio，CNR）及主觀評分，驗證該方案能否有效替代常規對比劑量方案，為臨床提供優化的低劑量CTA成像策略。

1資料與方法

1.1一般資料本研究前瞻性收集2023年6月至2024年11月期間在我院就診、因臨床癥狀懷疑下肢動脈硬化而接受下肢CTA檢查的64例患者。對照組32例患者[男性12例，女性20例，年齡（ 63.2± 8.9）歲]采用常規CM量注射方案聯合混合迭代重建（CI）。實驗組32例患者中，因2例患者血管支架植入而排除，實際入組30例[男性10例，女性20例，年齡（ 61.1±9.9 歲]，采用基于體重的個體化低劑量方案聯合混合迭代重建及 40～120keVVMI 。排除標準：（1）碘對比劑過敏史；（2）嚴重心、腎功能不全；（3）既往接受過血管支架植人術或截肢；（4）體重指數（BMI）大于 30kg/m² ;（5）懷孕及哺乳期患者。本研究已通過廣西壯族自治區南溪山醫院倫理委員會審查，所有患者均知情并簽署知情同意書。

1.2對比劑注射方案所有患者均在右肘中靜脈置入留置針，采用雙筒高壓注射器進行雙期注射，包括CM和生理鹽水。對比劑選用碘普羅胺注射液（含碘量 370mg/mL ，拜耳公司），生理鹽水為 0.9% 濃度的氯化鈉溶液。對照組采用常規對比劑量注射方案（依據下肢動脈CTA掃描技術專家共識的推薦方案8）：體重 60～90kg 的患者使用 100mL 對比劑，體重 90kg 的患者分別使用 80mL 和 120mL 對比劑，同時注射 30mL 生理鹽水。對比劑和生理鹽水的注射速率均為 4.0mL/s 。實驗組采用基于體重的低對比劑量個性化注射方案：第一期注射對比劑量為 0.9mL/kg ，注射速率為總劑量/20s（即延遲時間）;第二期注射等量生理鹽水，注射速率較第一期增加 1mL/s 。具體參數詳見表1。

1.3設備與方法所有患者均使用Philips雙層探測器IQon光譜CT設備進行下肢CTA常規平掃及動脈期增強掃描檢查?；颊呷⊙雠P位，掃描范圍從腎下動脈的腹主動脈層面至足尖，掃描方向為頭足方向。增強掃描采用對比劑追蹤觸發法，觸發層設置在掃描起始層面，觸發閾值設定為 150HU ，觸發后延遲 20s 啟動掃描。掃描參數如下：管電壓為120kV_p ，管電流為自動調節控制，準直器寬度為64×0 ： 625mm ，球管旋轉速度為 0.5s/r ，螺距0.797，矩陣 512×512 。

1.4圖像處理掃描完成后，將獲得的數據分別進行混合迭代重建（iDose4，level3）和投影空間光譜重建（Spectral，level4）。重建層厚為 1.5mm ，層距為0.75mm 。獲得常規 120kV_p 混合能量圖像和40至 虛擬單能級圖像。由于大于 120keV 的虛擬單能級圖像血管強化效果較弱，因此不做評價[9]

1.5圖像分析與客觀評價將掃描數據傳輸至PhilipsSpectralDiagnostSuite9.O工作站進行分析。由一名具有15年下肢CTA診斷經驗的高年資技師對雙側股淺動脈（superficial femoral artery，SFA）、腘動脈（popliteal artery，PA）、脛前動脈（anterior tibialartery，ATA）以及足背動脈（dorsalispedisartery，

DPA）的血管腔和同層面鄰近肌肉進行感興趣區（ROI）勾畫。ROI的勾畫應盡可能大，以血管中心為圓心，面積接近血管腔的1/2至2/3，避開明顯狹窄、鈣化斑塊或混合斑塊區域。利用工作站的軟件自動復制功能將ROI粘貼至其他單能級圖像上，測量每個ROI的CT值及標準差（SD），并取同層面3次測量結果的平均值作為該ROI的最終結果（詳見圖1）。同時，計算CNR和SNR，計算公式分別為：CNR= （血管CT值-肌肉CT值）/血管SD值， SNR= 血管CT值/血管SD值。所有圖像均采用軟件默認窗口參數（窗寬 360HU ，窗位 50HU ）進行觀察，并根據需要適當調整。

注：Anatomical level為解剖位置;superficial femoralartery為股淺動脈;poplitealartery為胭動脈;anterior tibialartery為脛前動脈;dorsalispedis artery為足背動脈;Low-dose為低劑量;Standard-dose為常規劑量圖1選取ROI示意圖

1.6主觀評價由兩名分別具有5年和12年下肢CTA診斷經驗的影像科醫師，分別對對照組CI和實驗組 40～120keV 的原始軸位圖像質量進行主觀評價。評分標準采用5分制，若有分歧則通過商討確定。具體評分標準如下：5分為優秀，圖像無明顯噪聲及偽影，解剖結構和血管顯示清晰，可以明確診斷；4分為良好，圖像有輕微噪聲及偽影，解剖結構和血管顯示比較清晰，可以進行評估；3分為中等，圖像有少部分噪聲及偽影，解剖結構和血管能顯示，可用于診斷；2分為較差，圖像有明顯的噪聲及偽影，解剖結構和血管顯示不清晰，無法診斷；1分為差，圖像有嚴重噪聲及偽影，解剖結構和血管顯示不清晰，無法診斷。

1.7有效輻射劑量記錄兩組掃描的CT劑量容積指數（computed tomography dose index volume，CTDIvol）和劑量長度乘積（dose-length product，DLP），計算有效輻射劑量（effective dose，ED）， ED=k×DLP ，其中 k 為轉換因子，取值為 0.014mSv?mGy^-1?cm^-1[10] 。

1.8統計學方法所有數據均采用R語言（Ver-sion4.4.2）進行統計分析。對于計量資料，首先進行正態性檢驗（Shapiro-Wilk檢驗）。符合正態分布的數據以均數 ± 標準差 表示，不符合正態分布的數據則用中位數（四分位數間距）表示。組內前后比較采用配對樣本 χ_t 檢驗，組間比較采用獨立樣本 χ_t 檢驗；計數資料以頻數 （n） 和百分率 （%） 表示，組間比較采用 χ² 檢驗，影像質量的主觀評分則通過Wilcoxon符號秩檢驗進行配對樣本分析，以評估不同成像方案的影像質量差異。檢驗水準： α=0.05 雙側檢驗。

2結果

2.1兩組一般資料的比較 兩組性別、年齡及BMI等一般資料比較差異無統計學意義（ Pgt;0.05 。見表2。

2.2圖像血管CT值對比分析在所有解剖水平上實驗組VMI圖像在 40～50keV 之間血管CT值均高于對照組CI圖像（見圖2），在 60～120keV 之間隨著VMI能級升高，血管CT值逐漸減低，其中 70～ 120keV 之間CT值均低于對照組CI（見圖3），差異有統計學意義（ Plt;0.05）

2.3圖像SNR和CNR對比分析在所有解剖水平上實驗組VMI在 40～100keV 間SNR更高，其中SFA段 圖像差異有統計學意義（ Plt; 0.05）。在VMI 40～60keV 間CNR較常規組更高，其中SFA段在 40～60keV 之間差異有統計學意義，ATA段在 40～50keV 之間差異有統計學意義（ P 均 lt;0.05 ）；PA段和DPA段只在 110～120keV 之間差異有統計學意義（ P 均 lt;0.05 ）。其他各段差異無統計學意義（ （Pgt;0.05） 。見圖 4～ 圖7。

2.4圖像質量主觀評價與對照組相比，實驗組VMI在 40～50keV 間SFA段評分較高，差異有統計學意義（ P 均 lt;0.05 ），其余各段評分差異均無統計學意義（ P 均 gt;0.05 ）。見圖8。

2.5輻射劑量分析分別記錄分析兩組患者輻射劑量報告，對照組CTDIvol 為 （13.77±3.22）mGy ，DLP為 1753.00±486.31）mGy?cm，E D為（ 10.01± 3.35）mSv ;實驗組CTDIvol為（ 14.85±2.98）mGy DLP為 1849.00±425.22）mGy?cm， ED 為（11. 12± 2.55）mSv 。兩組輻射劑量參數比較，差異無統計學意義（ Pgt;0.05 。

Ddditoo 對照組實驗組對照組實驗組對照組實驗組對照組實驗組對照組實驗組對照組實驗組對照組實驗組對照組實驗組 SFA（R） SFA（L） PA（R） PA（L） ATA（R） ATA（L） DPA（R） DPA（L） CT血管衰減

注：縱坐標為CT值；橫坐標表示不同組間的 120kV_p 和 40，50keV 圖像。SFA為股淺動脈；PA為胸動脈；ATA為脛前動脈；DPA為足背動脈。 kV_p 為千伏峰值； KeV 為單能射線能量;L為左側;R為右側圖2不同解剖層面血管的CT值

注：縱坐標表示CT值；橫坐標表示不同組間的 120kV_p 和 40，50keV 圖像。SFA為股淺動脈;PA為腘動脈;ATA為腔前動脈；DPA為足背動脈。 kV_P 為千伏峰值;KeV 為單能射線能量。*： Plt;0.05 ** 1 Plt;0.01 ，NS：差異無統計學意義

注：縱坐標為SNR；橫坐標表示不同組間的 120kV_p 和 40，50keV 圖像。SFA為股淺動脈；PA為胸動脈；ATA為脛前動脈；DPA為足背動脈。 kV_p 為千伏峰值； KeV 為單能射線能量；L為左側；R為右側

注：縱坐標為CNR；橫坐標表示不同組間的 120kV_p 和 40，50keV 圖像。SFA為股淺動脈；PA為胸動脈；ATA為脛前動脈；DPA為足背動脈。 kV_P 為千伏峰值； KeV 為單能射線能量；L為左側；R為右側

注：縱坐標為SNR；橫坐標表示不同組間的 120kV_p 和 40，50keV 圖像。SFA為股淺動脈；PA為胭動脈；ATA為腔前動脈；DPA為足背動脈。 kVp 為千伏峰值； KeV 為單能射線能量。 * Plt;0.05 ** Plt;0.01 ，NS：差異無統計學意義

注：縱坐標為CNR；橫坐標表示不同組間的 120kV_p 和 40，50keV 圖像。SFA為股淺動脈；PA為胭動脈；ATA為脛前動脈；DPA為足背動脈。 kVp 為千伏峰值； KeV 為單能射線能量。 * Plt;0.05 ， ** 1 Plt;0.01 ，NS：差異無統計學意義

注：縱坐標表示評分占比；橫坐標表示不同解剖層面在 120kV_p 和 40～120keV 圖像。 kV_p 為千伏峰值； ?KeV 為單能射線能量

3討論

外周動脈疾病是全球范圍內導致死亡和殘疾的重要原因之一，通常發生于下肢，且患病率隨年齡增長而顯著增加[1]。下肢CTA 因其無創性、快速性和高空間分辨率等特點，能夠清晰顯示下肢血管結構，已成為診斷外周動脈粥樣硬化性狹窄或閉塞等下肢血管性病變的重要手段[12]。傳統CTA采用混合迭代能量成像技術，由于其掃描范圍廣泛，往往需要使用大量對比劑，這可能給患者帶來潛在風險[13]。因此，如何在確保下肢CTA圖像清晰度的同時有效降低對比劑用量，已成為當前國內外研究的熱點和難點[14-15]。本研究發現，基于DLCT的低能級光譜下肢CTA檢查技術，不僅具有與常規下肢CTA相當的診斷效果，還能顯著降低對比劑用量。其高、低能量數據在投影數據域內時間和空間完全匹配的前提下進行解析，能夠提供較高質量的診斷圖像[16-17]。具體而言，當光譜CTA的能級設置在 40～50keV 水平時，所獲得的圖像質量相對更優，能夠滿足臨床對下肢血管病變診斷的需求。

本研究采用基于體重的低對比劑量個性化注射方案。該方案設計主要基于下肢血管距離心臟較遠、循環時間較長的特點，旨在保證足夠的循環時間。同時，通過提高鹽水速率，促進碘對比劑對遠端血管的充分填充，從而確保遠端血管的有效滲透，優化成像效果。在參考文獻[18采用分次推注對比劑的固定團注方案的研究基礎上，本研究結合虛擬單能級成像技術，顯示低對比劑量組在 40～50keV 單能級各段血管CT值更高，同時也提供了更高的SNR和CNR，能夠滿足臨床診斷的圖像質量要求。其原理基于在接近碘的K邊緣（ 33.2keV ）的能量時，碘的衰減在較低能量下的衰減較高。較低能量的VMI重建可用于增強血管內對比[19]，因此 keV 越低，CT值越高，光電吸收增強。先前的研究表明，能量水平較低的VMI（ ?60keV ）在能譜CT（SDCT）上可以顯著提高腹部血管對比度[20]。REN等[21]在下肢CTA結合VMI的研究中顯示，在所有能級VMI中，血管衰減、SNR和CNR在 40keV 時顯示最高值，主觀圖像質量評價與CI相比，在 和 時對SNR和CNR改善顯著，本研究在 時血管衰減顯示最高值，與其研究結果相同。但本研究中SNR在 40～100keV 時更高，CNR在 40～60keV 時更高，這可能與個別患者循環功能較差，或血管腔內斑塊引起局部血管狹窄導致對比劑達峰時間延長，部分遠端血管充盈效果差有關。本研究的主觀評價顯示，在 40～50keV 能量范圍內，SNR和對CNR均有所改善，這可能與采用的注射方案不同有關。研究[22指出，影響對比劑增強效果的因素眾多，包括患者的體重、心排血量、延遲時間以及碘對比劑的輸出效率等。例如，對于BMI較大的患者，固定的注射速率會導致單位時間內碘對比劑濃度相對偏低，從而無法充分顯示靶血管的CT值，特別是在細小分支的強化效果上影響更為顯著。本研究采用以體重為計量單位的個性化注射方案，使得對比劑劑量能夠更準確地量化，同時提高了其他情況下的對比劑強化效果，從而最大化對比劑的使用效能。此外，在降低對比劑劑量的同時，也降低了注射速率，減輕了患者的碘對比劑負擔，有助于降低對比劑腎病的風險。盡管單位時間內對比劑的濃度相對較低，但這并未降低血管內管腔的強化效果。結果顯示，40keV 和 50keV 單能級的CT值、CNR及SNR均優于常規組，圖像質量與常規對比劑量方案相當，這與文獻[23]的研究結果一致。同時，該方案與常規劑量掃描方案的輻射劑量相當，不會增加患者的額外輻射風險。因此， VMI40～50keV 在下肢CTA領域具有較大的潛在應用價值。

本研究有一定局限性。首先，樣本量較小，且為單中心研究，可能影響結果的推廣性和代表性。其次，在勾畫ROI時，由于部分目標血管存在斑塊形成，尤其是鈣化斑塊的影響，測量時需選擇相鄰層面替代，可能對結果造成一定偏差。此外，研究過程中雖考慮到患者個體差異，如心功能狀態、重病體質等可能影響血液循環速度的因素，但未進行進一步分層分析，且 BMIgt;30kg/m² 的肥胖人群未納入研究，這些因素可能對結果的準確性產生影響。因此，未來研究需擴大樣本量，開展多中心研究，以提高統計功效，確保能夠可靠地發現潛在的效應，并進一步優化研究設計，以提高結果的普適性和臨床應用價值。

綜上所述，雙層探測器光譜CT虛擬單能級成像技術結合低對比劑量在 40keV 和 50keV 水平下可有效提升下肢動脈影像質量。建議采用該個性化低劑量方案，并優先選擇 作為下肢CTA重建的最佳虛擬單能級成像技術參數。該方案能夠提供更可靠的影像質量，增強臨床診斷信心，并可作為常規對比劑量掃描方案的替代選擇。

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（收稿日期：2025-02-07修回日期：2025-04-21）（編輯：梁明佩）