低劑量造影劑結(jié)合低管電壓在食管癌CT增強掃描中應(yīng)用的可行性研究

王亞寧，時高峰，杜 煜，王 琦，李如迅

CT增強檢查作為目前最常用的影像學檢查方法之一，已廣泛應(yīng)用于食管癌的診斷及療效評估中[1]。目前胸部CT增強檢查的造影劑用量通常為1.5～2.0 ml/kg體質(zhì)量，較大劑量的造影劑存在導(dǎo)致造影劑腎病等較嚴重并發(fā)癥的風險[2]。有研究表明，管電壓降低時(如從常規(guī)的120 kV降至80 kV)，碘造影劑的CT衰減值會顯著升高[3]。本研究利用這種原理，嘗試比較低劑量造影劑結(jié)合低管電壓(80 kV)與常規(guī)劑量造影劑結(jié)合常規(guī)管電壓(120 kV)的圖像質(zhì)量，評價其臨床應(yīng)用的可行性。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2013年5—9月在本院行胸部CT增強掃描的食管癌患者100例，采用系統(tǒng)抽樣法將其隨機分為兩組：常規(guī)劑量造影劑組(A組，造影劑用量為1.5 ml/kg體質(zhì)量)和低劑量造影劑組(B組，造影劑用量為1.0 ml/kg體質(zhì)量)，各50例。檢查前患者均簽署知情同意書，且檢查前均經(jīng)胃鏡檢查病理確診。

A組中，男32例，女18例；平均年齡53歲；平均體質(zhì)量64.3 kg。B組中，男34例，女16例；平均年齡52.5歲；平均體質(zhì)量62.5 kg。兩組患者的性別構(gòu)成、年齡、體質(zhì)量間有均衡性。

1.2 方法 所有檢查在DSCT(SOMATOM Definition Flash，Siemens，Germany)上完成?；颊哐雠P位，掃描定位像后行胸部增強掃描；掃描范圍為胸廓上口至肋膈角下緣水平。使用高壓注射器經(jīng)肘前靜脈注射非離子型碘造影劑(碘海醇，300 mg/ml，揚子江藥業(yè)集團)，注射速度為3 ml/s。注射開始后，利用自動觸發(fā)軟件(Bolus tracking)，設(shè)定主動脈CT值達+100 HU后自動觸發(fā)并延遲5 s行動脈期掃描，掃描開始后停止注射造影劑。A組、B組的管電壓分別為120 kV和80 kV，其余掃描參數(shù)相同：均使用自動毫安秒技術(shù)(CARE DOSE 4D)，參考管電流均為120 mAs(機器設(shè)定值)，探測器寬度0.6 mm×128，球管旋轉(zhuǎn)時間0.5 s，螺距1.2，圖像矩陣512×512，重建層厚及層間隔5 mm。

1.3 圖像分析 A組圖像重建函數(shù)為B30(反投影濾過重建算法)，B組重建函數(shù)為I30(迭代重建算法)。將圖像分別傳輸至工作站進行圖像評估。

1.3.1 記錄掃描完成后兩組的容積劑量指數(shù)(CTDIvol，單位mGy)和劑量長度乘積(DLP，單位mGy·cm)。

1.3.2 由1名從事影像診斷5年以上的醫(yī)師分別測量兩組圖像中胸主動脈、正常食管、食管癌病變的平均CT值及噪聲(即標準差)；測量非血管組織器官時，興趣區(qū)(ROI)選擇需避開血管、出血、壞死、囊變、鈣化等區(qū)域。每個組織器官均需測量3次并取平均值。計算各組織器官的信噪比(SNR)、對比噪聲比(CNR)，計算公式[4]：SNR=平均CT值/標準差，CNR=(食管癌CT值-正常食管CT值)/標準差。

1.3.3 由2名從事影像診斷8年以上的醫(yī)師采用雙盲法對圖像進行評估。使用5級法[5]：1級，優(yōu)良圖像，定為1分；2級，優(yōu)于普通圖像，定為2分；3級，普通圖像，定為3分；4級，較差圖像，定為4分；5級，不適合診斷的圖像，定為5分。1～3級的圖像定為滿足診斷的圖像。5級評價標準包括病變顯示、病變邊緣銳利度及噪聲水平3個部分，具體如下。

病變顯示：1級，病變顯示良好；2級，病變?nèi)菀罪@示；3級，病變可顯示；4級，病變顯示困難；5級，病變不能顯示。病變邊緣銳利度：1級，病變邊緣顯影優(yōu)秀；2級，病變邊緣顯影較好；3級，病變邊緣顯影合適；4級，病變邊緣顯影模糊；5級，病變邊緣顯影不清。噪聲水平：1級，無肉眼可見噪聲；2級，噪聲水平低于平均水平；3級，平均水平噪聲；4級，噪聲水平高于平均水平噪聲；5級，噪聲較大，影響診斷。

2 結(jié)果

2.1 兩組造影劑用量比較 A組造影劑用量為(80.5±15.4)ml，B組為(52.5±13.4)ml，兩組比較差異有統(tǒng)計學意義(F=11.133，P=0.001)。

2.2 兩組輻射劑量比較 兩組食管癌患者CT增強掃描的CTDIvol、DLP比較，差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05，見表1)。

2.3 兩組CT增強掃描圖像中胸主動脈、正常食管、食管癌的平均CT值、噪聲、SNR和CNR比較，差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05，見表2、圖1、圖2)。

2.4 兩組圖像的滿足診斷率及圖像質(zhì)量評分比較 2名醫(yī)師對兩組患者圖像質(zhì)量的主觀評價(即滿足診斷率)具有較好的一致性(P>0.05，見表3)。A組患者醫(yī)師1和醫(yī)師2評價的圖像質(zhì)量評分分別為(2.4±1.8)分和(2.5±1.7)分，與B組的(2.6±1.9)分和(2.5±1.8)分比較，差異均無統(tǒng)計學意義(P值分別為0.027和0.024)。

Table1 Comparison of mean radiation dose between two groups of esophageal cancer patients who received CT enhancement scanning

組別例數(shù)CTDIvol(mGy)DLP(mGy·cm)A組506 5±1 5220 5±35 1B組502 3±1 1 75 3±22 6 F值4 97317 890P值0 030 0 000

注：CTDIvol=容積劑量指數(shù)，DLP=劑量長度乘積

表3 2名醫(yī)師評價兩組圖像質(zhì)量的滿足診斷率比較〔n(%)〕

Table3 Comparison of meet diagnosis rates of image quality between two groups by two doctors

醫(yī)師A組(n=50)B組(n=50)145(90)44(88)246(92)43(86)Kappa值0 880 75P值0 350 45

注：A、B、C分別為胸主動脈、正常食管、食管癌病變的軸位圖像

圖1 A組1例55歲女性食管癌患者CT增強掃描圖像示胸中段食管癌及胸主動脈、正常食管、食管癌的平均CT值和噪聲

Figure1 CT enhancement scanning image of a 55-year-old woman(A group) with esophageal carcinoma，showing CT numbers and noise of thoracic middle segment esophageal cancer，thoracic aorta，normal esophagus and esophageal cancer

注：A、B、C分別為胸主動脈、正常食管、食管癌病變的軸位圖像

圖2 B組1例54歲男性食管癌患者CT增強掃描圖像示胸下段食管癌及胸主動脈、正常食管、食管癌的平均CT值和噪聲

Figure2 CT enhancement scanning image of a 54-year-old man(B group) with esophageal carcinoma，showing the CT numbers and noise of thoracic lower segment esophageal cancer，thoracic aorta，normal esophagus and esophageal cancer

表2 兩組食管癌患者CT增強掃描圖像中不同組織器官的平均CT值、噪聲、SNR及CNR比較

Table2 Comparison of mean CT numbers，noise，SNR and CNR of CT enhancement scanning images on different organs and lesions between two groups of esophageal cancer patients

組別例數(shù)胸主動脈平均CT值 噪聲 SNR 正常食管平均CT值 噪聲 SNR 食管癌平均CT值 噪聲 SNR CNRA組50227 0±22 313 5±4 117 9±9 135 5±10 42 5±1 311 2±3 054 9±6 913 8±4 54 9±1 62 2±2 1B組50202 3±26 312 6±7 216 6±9 341 3±7 93 5±3 610 7±2 158 3±9 412 0±3 55 4±2 31 9±1 8F值1 1080 1310 0120 7420 6560 5570 0970 1380 0573 496P值2 2970 7190 9150 3930 4210 4580 7570 7120 7360 066

注：SNR=信噪比，CNR=對比噪聲比

3 討論

食管癌是我國較為常見的胃腸道惡性腫瘤，已成為危害人民健康的主要疾病之一。隨著新技術(shù)、新療法的不斷應(yīng)用，對食管癌進行準確的影像學分期評估對于最佳治療方案的選擇具有非常重要的意義。近年來隨著軟硬件技術(shù)的不斷進步，CT增強檢查在食管癌治療前后的評價中起到越來越重要的作用[6]。

造影劑的總量是造影劑腎病的基礎(chǔ)高危因素之一[7-8]。目前CT檢查使用的碘造影劑用量一般需要根據(jù)患者體質(zhì)量計算(1.5～2.0 ml/kg體質(zhì)量)，造影劑主要(約90%)經(jīng)腎臟排泄，加重了腎臟的負擔，較大劑量的造影劑增加了造影劑腎病的發(fā)生率[9-10]。有國外研究顯示，造影劑用量<100 ml時，造影劑腎病的發(fā)生率會顯著降低。本研究中B組嘗試采用的造影劑用量按1.0 ml/kg體質(zhì)量來計算，比常用的1.5 ml/kg體質(zhì)量的方法降低了33.3%的造影劑用量，且造影劑總量不超過100 ml〔B組為(52.5±13.4)ml，顯著低于A組的(80.5±15.4)ml〕。另一方面，使用較低劑量的造影劑也可降低患者的經(jīng)濟負擔。

在常規(guī)120 kV管電壓時，1 mg/ml的碘造影劑可增加約26 Hu的CT衰減值[11]。造影劑用量的減少會導(dǎo)致血管和組織器官的強化程度減低，表現(xiàn)為強化峰值的降低和持續(xù)時間的縮短，從而降低了增強掃描圖像的質(zhì)量。國外有研究顯示較低的管電壓(80 kV或100 kV)比常用的120 kV可以提高碘造影劑的CT衰減值，具體結(jié)果為每mgI/ml提高30 Hu(100 kV)或40 Hu(80 kV)，原理是較低的管電壓發(fā)出的X線光子能量更接近碘原子K層電子能級(33 keV)，增大了光電效應(yīng)的同時降低了康普頓散射效應(yīng)[12]。因此本研究中B組采用了較低的管電壓(80 kV)，發(fā)現(xiàn)胸主動脈、正常食管、食管癌病變的平均CT值及圖像質(zhì)量評分與A組比較無差異。提示低劑量造影劑結(jié)合80 kV管電壓可以得到與常規(guī)劑量造影劑及120 kV常規(guī)管電壓相當?shù)膹娀Ч?/p>

本研究結(jié)果顯示，B組的輻射劑量(即CTDIvol和DLP)顯著低于A組的，表明單純降低管電壓而不相應(yīng)提高管電流等其他掃描參數(shù)會降低掃描劑量。根據(jù)以往的研究，輻射劑量的降低會導(dǎo)致圖像噪聲增加而使圖像質(zhì)量下降；故為了保證較好的圖像質(zhì)量，B組的圖像采用了迭代重建算法。迭代重建算法較常規(guī)的反投影濾過重建算法可顯著降低圖像的噪聲，目前被廣泛應(yīng)用于低劑量掃描中[13]。因此，B組雖然增強掃描的造影劑用量降低，但其圖像噪聲、SNR、CNR與A組比較無差異。圖像的噪聲不僅與輻射劑量相關(guān)，還與患者的體型、掃描部位有一定的相關(guān)性[14]，故需要進一步增加病例數(shù)來深入研究。

根據(jù)以往的胸部低劑量增強掃描研究結(jié)果——掃描劑量的顯著降低不影響肺窗圖像的質(zhì)量[15]，因此本研究未對兩組圖像的肺窗質(zhì)量進行比較分析。本研究中應(yīng)用的迭代重建算法較常規(guī)的反投影濾過重建算法所需時間有所延長，在一定程度上降低了臨床工作效率，這是軟硬件技術(shù)的局限性造成，相信隨著技術(shù)的不斷進步能夠加以解決。

總之，較低劑量的造影劑結(jié)合80 kV管電壓對食管癌患者進行CT增強掃描，可獲得較好的圖像質(zhì)量，能夠滿足食管癌術(shù)前診斷的要求，值得臨床推廣應(yīng)用。

1 周源，汪棟，呂毛估，等.螺旋CT增強掃描在胸段食管癌手術(shù)徑路選擇中的意義[J].山東醫(yī)藥，2012，52(16)：59-62.

2 Giancarlo M，Emilio A，Jeness C.Contrast volume during primary pereutaneous coronary intervention and subsequent contrast-induced nephropathy and mortality[J].Ann Inter Med，2009，150(3)：170-177.

3 Kondo H，Kanematsu M，Goshima S，et al.Body size indexes for optimizing iodine dose for aortic and hepatic enhancement at multidetector CT：comparison of total body weight，lean body weight，and blood volume[J].Radiology，2010，254(1)：163-169.

4 Guimar?es LS，F(xiàn)letcher JG，Harmsen WS，et al.Appropriate patient selection at abdominal dual-energy CT using 80 kV：relationship between patient size，image noise，and image quality[J].Radiology，2010，257(3)：732-742.

5 Tawfik AM，Kerl JM，Bauer RW，et al.Dual-energy CT of head and neck cancer average weighting of low-and high-voltage acquisitions to improve lesion delineation and image quality-initial clinical experience[J].Invest Radiol，2012，47(5)：306-311.

6 Choi J，Kim SG，Jung HC，et al.Comparison of endoscopic ultra-sonography(EUS )，positron emission tomography(PET)，and computed tomography(CT) in the preoperative locoregional staging of resectable esophageal cancer[J].Surg Endosc，2010，24(6)：1380-1386.

7 王海波，吳強，李世杰，等.冠心病介入治療致造影劑腎病98例臨床分析[J].疑難病雜志，2011，10(3)：171.

8 張韓，洪巖，劉楓，等.冠狀動脈介入術(shù)中造影劑對老年糖尿病患者腎功能的影響[J].實用心腦肺血管病雜志，2013，21(3)：135.

9 胡麗麗，夏豪，劉凱，等.水化治療對冠心病合并腎功能不全患者預(yù)防造影劑腎病的療效觀察[J].海南醫(yī)學院學報，2011，17(7)：931-933.

10 吳海霞，王成全，馮雪影，等.心腦血管造影和介入治療造影劑腎病的相關(guān)危險因素研究[J].實用心腦肺血管病雜志，2012，20(3)：416.

11 Bae KT.Intravenous contrast medium administration and scan timing at CT：considerations and approaches[J].Radiology，2010，256(1)：32-61.

12 Schindera ST，Diedrichsen L，Müller HC，et al.Algorithm for abdominal multidetector CT at different tube voltages：assessment of diagnostic accuracy，image quality，and radiation dose in a phantom study[J].Radiology，2011，260(2)：454-462.

13 Hara AK，Paden RG，Silva AC，et al.Iterative reconstruction technique for reducing body radiation dose at CT：feasibility study[J].AJR Am J Roentgenol，2009，193(3)：764-771.

14 Singh S，Kalra MK，Hsieh J，et al.Abdominal CT：comparison of adaptive statistical iterative and filtered back projection reconstruction techniques[J].Radiology，2010，257(2)：373-383.

15 陳疆紅，賀文，趙麗琴，等.高清晰CT胸部低劑量篩查的臨床應(yīng)用[J].中國醫(yī)學影像技術(shù)，2010，26(12)：2302-2305.